CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3 Tổng quan về mạng VANET
2.3.1 Khái niệm cơ bản
Mạng VANET (Vehicular Ad Hoc Network) là một công nghệ sử dụng các xe di chuyển như các nút trong một mạng để tạo nên một mạng di động. VANET biến mỗi xe tham gia giao thông thành một router hay một nút không dây, cho phép các xe này có thể kết nối với các xe khác trong phạm vi bán kính từ 100 đến 300 mét, từ đó tạo nên một mạng với vùng phủ sóng rộng. Do các xe có thể đi ra khỏi vùng phủ sóng và thoát khỏi mạng, trong khi những xe khác có thể tham gia, kết nối với các phương tiện khác trên một mạng internet di động được tạo nên, Trong thực tế, hệ thống đầu tiên được tích hợp công nghệ này là các xe của cảnh sát và lính cứu hỏa nhằm liên lạc trao đổi thông tin với nhau phục vụ cho công tác cứu hộ, đảm bảo an ninh trật tự.
Mạng phương tiện phi cấu trúc – VANET (Vehicular Ad hoc Network) được sử dụng trong ITS để điều khiển truyền thông không dây trong môi trường phương tiện. VANET được thiết kế để cung cấp một môi trường truyền thông tin cậy và an toàn cho người dùng bằng cách giảm thiểu tai nạn giao thông, tắc đường và tiêu hao nhiên liệu, ... Người dùng trong mạng VANET có thể nhận được thông báo về các tình huống khẩn cấp bằng cách truyền thông giữa các phương tiện và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.
Năm 1970, một hệ thống dẫn đường điện tử được đề xuất ở Mỹ. Người lái xe gán cho phương tiện một mật mã nơi đích đến. Tại mỗi giao lộ, phương tiện sẽ gửi mã tới trạm bên đường để nhận được các hướng dẫn di chuyển. Tại Nhật Bản, hệ thống kiểm soát giao thông tự động toàn diện được thực hiện từ năm 1973 đến năm 1979 để giảm tắc nghẽn giao thông, khí thải và ngăn ngừa tai nạn. Năm 1986, chương trình PROMETHEUS được khởi xướng ở Châu Âu, bao gồm ba chương trình phụ để hỗ trợ người lái xe, truyền thông V2V và V2I. Bắt đầu từ năm 1990 và cho đến sau này, một số hoạt động nghiên cứu đã được thực hiện ở Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu tập trung vào hỗ trợ người lái xe và ứng dụng an toàn. Vào năm 1999, Uỷ ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ đã phân bổ băng thông 75 MHz của dải tần 5.9 GHz cho Công nghệ truyền thông tầm ngắn chuyên dụng - DSRC (Dedicated Short Range Communication).
Năm 2004, IEEE bắt đầu nghiên cứu về chuẩn 802.11p và tính năng Truy cập không dây trong môi trường phương tiện - WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) để trở thành một phần của DSRC. Năm 2005, bộ giao thông vận tải Mỹ đã đưa một số ứng dụng triển khai trên mạng VANET như thanh toán điện tử, vị trí phương tiện và thu thập dữ liệu tốc độ cao, hiển thị thông báo và chỉ dẫn tín hiệu giao thông cho người lái xe. Vào năm 2010, IEEE đã hoàn thiện thông số kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.11p đây là một bản sửa đổi đã được phê duyệt cho tiêu chuẩn IEEE 802.11 để bổ sung tính năng WAVE. Tiêu chuẩn IEEE 802.11p xác định các cải tiến cần thiết đối với chuẩn IEEE 802.11 để hỗ trợ các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh.
Mục tiêu chính của VANET được thiết kế để cải thiện an toàn và hiệu quả giao thông trên đường trong môi trường phương tiện. Các mạng này đặt ra một số vấn đề quan trọng để nghiên cứu trong học viện và các ngành công nghiệp.
Hình 2.2 Tổng quan về mạng VANET
Thông tin trao đổi trong mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, thông tin về tai nạn giao thông, các tình huống nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như đa phương tiện, Internet, … Các xe sẽ liên lạc với nhau (Car-to-Car Communication hay M2M (Machine-to-Machiner Communication) để chia sẽ thông tin lẫn nhau.
Mục đích chính của VANET là cung cấp sự an toàn và thoải mái cho hành khách.
Các thiết bị điện tử đặc biệt được đặt bên trong các phương tiện giao thông sẽ cung cấp kết nối mạng Adhoc cho các hành khách. Mạng này hướng đến hoạt động mà không cần cấu trúc hạ tầng cho phép các liên lạc đơn giản. Mỗi thiết bị hoạt động trong mạng VANET sẽ là một nút mạng có thể trực tiếp gửi nhận hoặc làm trung gian trong các phiên kết nối thông qua mạng không dây. Xét trường hợp xảy ra va chạm giữa các phương tiện trên đường, các tín hiệu cảnh báo sẽ được gửi đi thông qua mạng VANET
giải quyết sự cố, đảm bảo an toàn cho các phương tiện khác. Người tham gia giao thông cũng có thể kết nối Internet thông qua mạng VANET, thậm chí có thể sử dụng các dịch vụ đa phương tiện như trao đổi thông tin hình ảnh, video, gọi điện video. Ngoài ra, thông
qua mạng VANET, các phương tiện tham gia giao thông có thể tự động thanh toán các cước phí gửi xe, phí cầu đường, …
Đặc điểm của mạng VANET cũng giống với công nghệ hoạt động của mạng MANET đó là: quá trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp và chia sẻ đường truyền vô tuyến.
Tuy nhiên điểm khác biệt chính của VANET và MANET là ở chỗ: các node mạng (xe cộ) di chuyển với tốc độ cao và không xác định khi truyền tín hiệu cho nhau.
Vấn đề đặt ra là chúng ta cần tìm hiểu, đánh giá giao thức định tuyến cho mạng VANET dựa trên kiến trúc mạng MANET để phù hợp với tính di động của các node mạng trong mạng VANET.
VANET là một mạng có những đặc tính riêng, cơ bản nhất là nó không yêu cầu cơ sở hạ tầng như các hệ thống vô tuyến khác: không cần Base Station như những hệ thống di động khác nhau (GSM CDMA, 3G); không cần đồng bộ Access Point để hỗ trợ cho Wifi và Wimax. Về yếu tố khoảng cách, VANET có thể khắc phục giới hạn của truyền dẫn sóng vô tuyến nhờ vào các nút trung gian. Tuy nhiên, do giao tiếp mà không cần cơ sở hạ tầng, lại dùng biến đổi định tuyến qua nhiều tầng nên rất nhiều khả năng bị “nghe trộm” hoặc là thông tin truyền đi có thể sai lệch. Trong mạng việc truyền tin tức giao thông giữa các xe với nhau là rất quan trọng, điều đó có thể có tác dụng tốt (nếu như thông tin được truyền đi phản ánh đúng tình hình giao thông hoặc các sự cố trên giao lộ) nhưng cũng có thể gây ra những tác động nguy hiểm khôn lường (nếu như thông tin
do một xe truyền đi là không chính xã hoặc sai lệch). Sở dĩ như vậy khi theiest kế mạng này, thường thì các thông tin sẽ được phát quảng bá và được trung chuyển qua nhiều nút điều đó gây ra ảnh hưởng như “phản ứng dây truyền”.