CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.4 WAVE – WIRELESS ACCESS IN VEHICULAR ENVIROMENT (Truy cập không dây trong môi trường xe)
2.4.1 IEEE 802.11p: WAVE PHY and MAC
Lớp vật lí và lớp MAC của WAVE được định nghĩa dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11p. Nó dựa trên chuẩn 802.11 vì đây là một tiêu chuẩn được biết đến rộng rãi trong ngành công nghiệp với nhiều nhà sản xuất đảm bảo khả năng tương tác của nó. Sự cải tiến của tiêu chuẩn 802.11p là:
• Thiết lập kết nối nhanh: Trong vanet thường có một cấu trúc mạng lưới rất năng động, lượng thời gian mà hai xe giao tiếp là ít. Trường hợp xấu nhất là khi hai xe đi ngược
chiều với tốc độ cao. Cho nên việc thiết lập kết nối nhanh hơn để đảm bảo đủ thời gian để giao tiếp dữ liệu cho đến lúc ngắt kết nối.
• Mỗi kênh có độ rộng 10 MHz: Từ phổ tần 75MHz được cấp phát thành những kênh điều khiển và dịch vụ có độ rộng 10 MHz. Theo chuẩn châu âu, sẽ hổ trợ 4 kênh dịch
vụ và 1 kênh điều khiển. Kênh điều khiển được sử dụng cho giao tiếp Wave Short Messages và để giới thiệu các dịch vụ của WAVE. Các kênh dịch vụ được sử dụng để cho các ứng dụng tương tác.
Hình 2.17 Các kênh truyền trong 802.11p
• Địa chỉ MAC ngẫu nhiên: để các xe không thể bị phát hiện ra nhằm lấy cắp thông tin, việc hỗ trợ ngẫu nhiên địa chỉ MAC được bổ sung vào. Điều này sẽ làm cho nó khó khăn thu thập dữ liệu thông qua VANET đến một xe “mờ ám” để theo dõi phương tiện sử dụng dữ liệu này.
• Điều khiển ưu tiên: điều này giúp cho chất lượng dịch vụ QoS trong các ứng dụng VANET. Dữ liệu liên quan đến các ứng dụng khác nhau sẽ được ưu tiên cung cấp dữ liệu quan trọng vào kênh truyền.
• Điều khiển năng lượng: tính năng này cho phép các ứng dụng xác định năng lượng được sử dụng để truyền tải mỗi gói tin qua kênh truyền. Điều này rất hữu ích cho việc
quản lý công suất phát thông minh với các ứng dụng phụ thuộc vào đặc điểm địa hình xung quanh.
• Tốc độ dữ liệu giảm còn một nửa: tốc độ dữ liệu của chuẩn 802.11p giảm còn một nửa
so với 802.11a. Điều này giúp cho việc giảm thiểu lỗi xảy ra trong việc truyền dữ liệu ở môi trường có tính di động cao.
2.4.2 IEEE 1609.4: Multichannel Operation
Các tiêu chuẩn IEEE 1609.4 giúp hổ trợ tính năng hoạt động đa kênh truyền. Các kênh vật lý sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian được sử dụng trong kênh truyền điều khiển và kênh dịch vụ. Tiêu chuẩn này cho cũng hổ trợ thêm các tính năng sau đây:
• Theo dõi kênh truyền điều khiển: tất cả thiết bị WAVE phải theo dõi kênh điều khiển
CCH trong thời gian cụ thể được gọi là “thời gian điều khiển kênh truyền” liên quan đến các bản tin và dịch vụ quảng cáo cá nhân cho các dịch vụ chạy trên các kênh truyền dịch vụ SCH khác. IEEE 1609.4 xử lý việc chuyển đổi giữa CCH và SCH.
• Đồng bộ chuyển đổi: các thiết bị chỉ có một kênh truyền sẳn cho việc giao tiếp không thể giám sát CCH và SCH cùng thời điểm. Đối với các thiết bị như vậy để giao tiếp hiệu quả cần phải đồng bộ thiết bị WAVE để nó có thể giám sát các kênh điều khiển CCH trong cùng khoảng thời gian và truyền dữ liệu trên những kênh dịch vụ xảy ra
trong những khoảng thời gian sau đó. Tiêu chuẩn này cung cấp những hướng dẩn để đạt được đồng bộ hóa với tham chiếu đến một tham chiếu thời gian tuyệt đối bên ngoài UTC (Coordinated Universal Time), thường đường cung cấp bởi hệ thống định vị toàn cầu GPS.
• Kênh truyền định tuyến: Định tuyến của dữ liệu nhận được từ các lớp cao hơn đến đúng kênh truyền điều khiển CCH hay một trong các kênh truyền dịch vụ SCH được thực hiện ở đây. Ngoài ra, dữ liệu nhận được từ lớp thấp hơn được định tuyến đến đúng giao thức mạng ở lớp cao hơn – IPV6 hay WSMP ( Wave Short Message Protocol).
2.4.3 IEEE 1609.3: Wave Short Message Protocol (WSMP)
Kiến trúc WAVE hỗ trợ UDP/TCP tại lớp vận chuyển và IPV6 tại lớp mạng tương ứng. Ngoài việc cung cấp sự hỗ trợ này, nó cung cấp giao thức mới – WSMP, nhằm hướng tới VANET kết hợp chức năng cả hai lớp vận chuyển (OSI lớp 4) và lớp mạng (OSI lớp 3) đến một giao thức thức duy nhất gọi là giao thức bản tin ngắn WAVE (WSMP). Các tiêu chuẩn IEEE 1609.3 định nghĩa cho WSMP. Nó cung cấp các dịch vụ mạng để chấp nhận dữ liệu từ các lớp cao hơn truyền tải qua WSMP và cung cấp dữ liệu
Mục đích chính của WSMP là hỗ trợ tốc độ cao, giao tiếp với độ trễ thấp giữa các thiết bị WAVE trong một môi trường tần số vô tuyến thay đổi nhanh chóng. Dữ liệu WSMP là loại dữ liệu duy nhất của dữ liệu được cho phép truyền tải đến kênh điều khiển CCH. Tất cả các dữ liệu IPV6 được giới hạn cho những kênh dịch vụ SCH.
2.5 Các khái niệm về hoạt động đa kênh
Lớp PHY của mạng xe cộ sử dụng kênh Giao tiếp phạm vi ngắn chuyên dụng (DSRC), đây là dịch vụ liên lạc tầm ngắn đến trung bình hỗ trợ cả hoạt động an toàn công cộng và riêng tư trong giao tiếp V2V và V2I.
Phổ DSRC 75 MHz ở tần số 5,850 - 5,925 GHz được chia thành bảy kênh có băng thông 10 MHz và chuẩn 802.11p hỗ trợ băng thông 20 MHz nếu cần như trong Hình
2.18. Kênh 174 và 176 có thể được kết hợp với nhau để tạo thành Kênh 175 20 MHz.
Tương tự, Kênh 180 và Kênh 182 có thể tạo thành Kênh 181 với băng thông 20 MHz.
Các kênh DSRC bao gồm 1 Kênh điều khiển (CCH) và 6 Kênh dịch vụ (SCH). CCH được sử dụng để truyền các bản tin điều khiển cũng như các bản tin liên quan đến an toàn, trong khi SCH dùng để trao đổi các bản tin có mức độ ưu tiên thấp hơn.
Hình 2.18 Phân bổ kênh FCC cho mạng xe cộ với 1 CCH và 6 SCH
Khi tùy chọn đa kênh được bật, thời gian truy cập kênh được chia thành các khoảng thời gian đồng bộ hóa (Đồng bộ hóa). Mỗi khoảng thời gian Đồng bộ hóa bao gồm một
Khoảng thời gian CCH 50 ms (CCHI) và một Khoảng thời gian SCH 50 ms (SCHI). 4 ms đầu tiên của CCHI và SCHI được đặt tên là Khoảng bảo vệ (GI) và dành riêng cho radio để chuyển đổi giữa các tần số. CCH được kích hoạt trong các CCHI và ít nhất một SCH có thể được kích hoạt trong các SCHI. Tiêu chuẩn IEEE 1609.4 xác định hai tùy chọn đa kênh: hoạt động đa kênh vô tuyến đơn và hoạt động đa kênh đa vô tuyến. Luận án này chỉ tập trung vào hoạt động đa kênh vô tuyến đơn. Trong trường hợp này, một thiết bị vô tuyến đơn sử dụng quyền truy cập kênh xen kẽ được đồng bộ hóa với cơ sở thời gian tiêu chuẩn. Thời gian của kênh được xác định sao cho khoảng thời gian Đồng bộ hóa bắt đầu ở đầu giây trong Giờ phối hợp quốc tế (UTC). UTC thường được cung
cấp bởi GPS. Nếu không có GPS, các phương tiện có thể đồng bộ hóa đồng hồ của mình bằng khung Quảng cáo thời gian WAVE (WTA) từ các phương tiện khác. Nếu không có tùy chọn nào ở trên, các phương tiện phải ở trong CCH cho đến khi đồng hồ của chúng có thể được đồng bộ hóa.
Lớp MAC đa kênh đang phối hợp chặt chẽ với lớp PHY đa kênh, trong đó một CCH và sáu SCH được xác định. Trong kịch bản kênh đơn, lớp MAC sở hữu một mô đun EDCA với bốn hàng đợi AC. Trong lớp MAC đa kênh, một mô-đun EDCA bổ sung được thêm vào như trong Hình 2.18. Trong hình, một mô-đun EDCA dành cho các bản tin CCH và mô-đun EDCA còn lại dành cho các bản tin SCH. Cả hai mô-đun EDCA đều luân phiên tương ứng với các khoảng thời gian của kênh. Trong CCHI, mô-đun CCH EDCA đang hoạt động, dữ liệu được lưu vào bộ đệm trong hàng đợi CCH AC đang tranh giành quyền truy cập kênh. Trong khi đó, hoạt động của hàng đợi SCH AC bị đình chỉ. Trong SCHI, các hoạt động của mô-đun CCH EDCA bị tạm dừng và các hoạt động của mô-đun SCH EDCA được tiếp tục lại. Trong GI, cả mô đun CCH EDCA và SCH EDCA đều bị tạm dừng.