i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iii
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT iv
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI vii
THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
ix
MỞ ĐẦU x
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET 1
1.1. Quan niệm mới phát triển các mạng thông tin 1
1.2. Tự cấu hình mạng trong quan niệm mạng IoT 5
1.3. Mạng VANET 7
1.4. Mạng USN 9
CHƯƠNG 2. MẠNG VANET TRONG HỆ THỐNG ITS 12
2.1. Khái niệm về hệ thống ITS 12
2.2. Kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ trong hệ thống ITS 14
2.3. Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET 19
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA VANET TRONG ITS 31
3.1. Các phương án tổ chức VANET trong ITS 31
3.2. Ứng dụng của VANET trong ITS 33
KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mạng Viễn thông - Công nghệ thông tin giai đoạn 2000-2020. 2
Hình 1.2. Các ví dụ sử dụng mạng USN. 2
Hình 1.3. Cấu trúc mô hình mạng SUN. 3
Hình 1.4. Cấu trúc IoT. 3
Hình 1.5. Kiến trúc WoT. 4
Hình 1.6. Cấu trúc M2M. 5
Hình 1.7. Kiến trúc mạng tùy biến. 6
Hình 1.8. Kiến trúc mạng VANET. 8
Hình 1.9. Ví dụ kết nối mạng cảm biến đến mạng công cộng. 10
Hình 1.10. Kiến trúc cụm USN. 11
Hình 2.1. Kiến trúc hệ thống giao thông thông minh. 13
Hình 2.2. Kiến trúc chức năng ITS 14
Hình 2.3. Kiến trúc chức năng trạm ITS. 15
Hình 2.4. Kiến trúc ITS của phân hệ phương tiện (xe). 17
Hình 2.5. Kiến trúc phân hệ bên đường. 18
Hình 2.6. Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET. 19
Hình 3.1. Phương án phát theo hướng địa lý. 32
Hình 3.2. Phương án phát quảng bá. 32
Hình 3.3. Kiến trúc hệ thống thông minh cảnh báo tai nạn giao thông đường bộ. 36


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Các tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động 2G GSM,
GPRS, EDGE, EDGE Evolution. 20
Bảng 2.2. Các tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động 3G
WCDMA/HSPA/HSPA+. 22

Bảng 2.3. Các tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động 4G LTE. 23
Bảng 2.4. Các thông số cơ bản lớp vật lý của hệ thống WiMAX. 24
Bảng 2.5. Các thông số các chuẩn lớp liên kết dữ liệu mạng nội bộ không dây họ
802.11. 25
Bảng 2.6. Các tham số kỹ thuật cơ bản của Bluetooth và Bluetooth v2. 27
Bảng 2.7. Bảng thống kê các hệ thống không dây sử dụng trong mạng VANET. 28
Bảng 3.1. Chọn nhóm các ứng dụng VANET. 33





iv

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

2G
The Second Generation
Mạng di động thế hệ 2
3G
The Third Generation
Mạng di động thế hệ 3
4G
The Fourth Generation
Mạng di động thế hệ 4
8-PSK
8 - Phase Shift Keying
Khóa dịch pha 8 trạng thái
AMC
Adaptive Modulation and Coding

Điều chế và mã hóa thích ứng
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha 2 trạng thái
DPSK
Different Phase Shift Keying
Khóa dịch pha các trạng thái khác
nhau
DSRC
Dedicatesd Short Range
Communications
Truyền thông chuyên dụng tầm gần
DSSS
Direct Sequence Spread spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
ECU
Electronic Control Unit
Khối điều khiển điện tử
EDGE
Enhanced Data rates for GPRS
Evolution
Tốc độ số liệu tăng cường cho phát
triển GPRS
ETSI
European Telecommunications
Standards Institude
Viễn chuẩn hóa viễn thông châu
Âu
FDMA
Frequency Division Multiple

Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
FHSS
Frequency Hoping Spread
Spectrum
Trải phổ nhảy tần
GMSK
Gaussian Minimum Shift Keying
Khóa dịch pha cực tiểu Gauss
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GSM
Global System for Mobile
Hệ thống di động toàn cầu
GW
Gateway
Cổng
HANET
Home Adhoc Networks
Mạng tùy biến trong nhà
HARQ
Hybrid Automatic Repeat request
Yêu cầu phát lại tự động
HSDPA
Hight Speed Downlink Packet
Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ
cao
HSPA
Hight Speed Packet Access
Truy nhập gói tốc độ cao
IMS
IP Multimedia Subsystem
Phân hệ đa phương tiện IP
IN
Intelligent Networks
Mạng thông minh
IoT
Internet of Thing
Internet cho vạn vật
IPTV
Internet Protocol Television
Truyền hình IP
IPv4
Internet Protocol version 4
Giao thức liên mạng phiên bản 4
v

IPv6
Internet Protocol version 6
Giao thức liên mạng phiên bản 6
IPv6-
6LoWPAN
Low energy IPv6 based Wireless
Personal Area Networks Protocol
IPv6 năng lượng thấp dựa trên giao

thức mạng cá nhân không dây
ISDN
Integrated Service Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ
ISM
Industrial, Scientìic and Medical
band
Băng tần dùng cho y tế, khoa khọc
và công nghiệp
ITS
Intelligent Transport System
Hệ thống giao thông thông minh
LTS/SAE
Long Term Evolution/Service
Architecture Evolution
Tiến hóa dài hạn/tiến hóa kiến trúc
dịch vụ
M2M
Machine - to - Machine
Máy - máy
MAC
Media Access Control
Điều khiển truy nhập phương tiện
MANET
Mobile Adhoc Network
Mạng Adhoc di động
MBAN
Medicine Body Area Network
Mạng trong cơ thể người dành cho

y tế
MOC
Machine Oriented
Communnication
Kết nối hướng thiết bị
NGN
Next Generation Network
Mạng thế hệ sau
OBU
On Board Unit
Khối đặt trên xe
OFDMA
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
OQPSK
Offset Quadrature Phase Shift
Keying
Khóa dịch pha vuông góc bù
PAN
Personal Area Network
Mạng cá nhân
PM
Phase Modulation
Điều chế pha
PSTN
Public Switching Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khóa dịch pha vuông góc
R2V
Roadside to Vehicular
Trạm ven đường - Phương tiện
RFID
Radio Frequency Identification
Nhận dạng bằng sóng vô tuyến
SUN
Smart Ubiquitous Network
Mạng diện rộng thông minh
TCP/IP
Transmission Control
Protocol/Internet Protocol
Giao thức điều khiển lưu
lượng/giao thức liên mạng
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu

vi

USN
Ubiquitous Sensor Network
Mạng cảm biến diện rộng
UWB
Ultra Wideband
Băng cực rộng
V2G
Vehicular to Grid
Phương tiện - Mạng lưới
V2H
Velicular to Home
Phương tiện - Nhà
V2I
Vehicular to Infrastructure
Phương tiện - Hạ tầng
V2R
Vehicular to Roadside
Phương tiện - Trạm ven đường
V2V
Vehicular to Vehicular
Phương tiện - Phương tiện
VANET
Vehicular Adhoc Network
Mạng tùy biến dành cho phương
tiện giao thông
VMS
Variable Message Signs
Biển báo biển số xe

VoIP
Voice over Internet Protocol
Thoại qua IP
WAVE
Wireless Access in Vahicular
Environments
Truy nhập không dây trong môi
trường phương tiện giao thông
WiFi
Wireless Fidelity
Mạng không dây sử dụng sóng vô
tuyến
WiMax
Worldwide Interoperability for
Microware Access
Mạng truy cập không dây thành
WLAN
Wireless LAN
Mạng LAN không dây
WoT
Web of Things
Web cho vạn vật

vii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: “Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao

thông thông minh ITS”.
- Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Quý Tuấn Anh

Cao Văn Đức

Triệu Trung Hiếu

Bùi Thị Trang

Chu Thị Yến
- Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K52
Khoa: Điện - Điện tử
- Năm thứ: 4
Số năm đào tạo: 4
- Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Cảnh Minh
2. Mục tiêu đề tài:
 Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET (Vehicular Ad hoc
Network).
 Các phương án tổ chức mạng VANET trong hệ thống ITS.
3. Tính mới và sáng tạo:
 Nghiên cứu mạng Ad Hoc dành cho các phương tiện giao thông VANET là một
trong các hướng mới có nhiều triển vọng nhất trong phát triển các hệ thống truy
nhập không dây.
4. Kết quả nghiên cứu:
 Các phương án tổ chức mạng VANET trong hệ thống ITS.
 Ứng dụng của mạng VANET trong hệ thống ITS.
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
 Tăng độ an toàn và hiệu quả các quá trình vận tải;

 Cải thiện lưu lượng thông qua và tối ưu hóa mạng các tuyến đường;
 Giảm hậu quả và rủi ro xuất hiện trong các tình huống bất thường;
 Cung cấp các thông tin cho các người tham gia giao thông và cho các trung tâm
quản lý giao thông về tình trạng trên các tuyến đường.
viii

6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp
chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu
có):



Ngày tháng 03 năm 2015

Sinh viên chịu trách nhiệm
chính thực hiện đề tài




CHU THỊ YẾN

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài:





Ngày tháng 03 năm 2015

Xác nhận của trường Đại học


Người hướng dẫn





TS. NGUYỄN CẢNH MINH



ix

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH
NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN
Họ và tên: Chu Thị Yến
Sinh ngày: 04 tháng 10 năm 1993
Nơi sinh: Quảng Minh - Việt Yên - Bắc Giang
Lớp: Kỹ thuật Viễn thông Khóa: 52
Khoa: Điện - Điện tử
Địa chỉ liên hệ: Quảng Minh - Việt Yên - Bắc Giang
Điện thoại: 01696.769.662 Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP
* Năm thứ 1:

Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử
Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.23/4
* Năm thứ 2:
Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử
Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.66/4
* Năm thứ 3:
Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử
Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.69/4
* Năm thứ 4:
Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử
Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.95/4

Ngày tháng 03 năm 2015
Xác nhận của trường đại học


Sinh viên chịu trách nhiệm
chính thực hiện đề tài



CHU THỊ YẾN


Ảnh
x

MỞ ĐẦU

Ngày nay, công nghệ mạng không dây đã thực sự rất phát triển ở hầu hết các

nước trên thế giới. Những chiếc điện thoại đi động tiên tiến ra đời tương thích với các
thế hệ di động tiên tiến. Mô hình mạng MANET (Mobile Adhoc Network) đã được
triển khai và ứng dụng phổ biến tại thị trường Việt Nam từ nhiều năm nay. Nó giúp
cho các thiết bị di động có thể kết nối với nhau mọi lúc mọi nơi dựa trên công nghệ
truy cập của mạng Ad Hoc mà không cần thiết phải triển khai cơ sở hạ tầng phức tạp.
Tuy nhiên, không dừng ở đó, thế giới đang tiến tới một công nghệ mới hơn, đó chính
là mạng di động tùy biến VANET (Vehicular Ad hoc Network). Với mạng di động tùy
biến VANET, nhiều nước đã đưa vào hệ thống giao thông thông minh. Mỗi chiếc xe
chuyển động trên đường được coi như một node mạng, chúng trao đổi thông tin với
nhau theo các giao thức định tuyến của mạng Ad Hoc nói chung và của mạng VANET
nói riêng. Việc triển khai mạng VANET trong hệ thống giao thông là rất thực tế và
hữu dụng. Nhờ công nghệ này, tình trạng tắc đường, tai nạn giao thông sẽ được kiểm
soát. Việc thu phí đường cũng trở nên nhanh gọn và dễ kiểm soát hơn mà không cần
tốn nhân lực.
Từ đó nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ
thống giao thông thông minh ITS” để có cái nhìn tổng quan về mạng VANET và các
ứng dụng của nó trong lĩnh vực giao thông đường bộ.
 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
 Nghiên cứu mạng VANET và các công nghệ không dây được sử dụng
 Nghiên cứu hệ thống ITS về kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ
 Các phương án tổ chức của mạng VANET trong hệ thống ITS
 Các nhóm ứng dụng được đưa ra theo ITU-T và ETSI
 Ứng dụng của VANET trong hệ thống thông minh cảnh báo tai nạn giao thông
 Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích kết hợp nghiên cứu lý thuyết cơ sở và
dựa vào các bài báo, báo cáo chuyên môn, sách tham khảo mới đăng tải trên các tạp
chí, hội thảo quốc tế để giải quyết các vấn đề đưa ra trong báo cáo.
 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
xi


Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh
ITS với ứng dụng cụ thể trong hệ thống cảnh báo tai nạn giao thông.
 Kết cấu của báo cáo: Báo cáo gồm 3 chương:
 Chương 1: Tổng quan về mạng VANET
 Chương 2: Mạng VANET trong hệ thống ITS
 Chương 3: Ứng dụng của VANET trong ITS
Do còn hạn chế về kiến thức và chưa có kinh nghiệm thực tế nên bài nghiên cứu
không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong được các Thầy cô chỉnh sửa và
góp ý để bài nghiên cứu được hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn sự
hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Cảnh Minh và các Thầy cô trong bộ môn đã giúp
nhóm em thực hiện nghiên cứu này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET

Chương 1 gồm các nội dung: Quan niệm mới phát triển các mạng thông tin; Tự
cấu hình mạng trong quan niệm mạng IoT; Mạng VANET; Mạng USN. Trước tiên là
giới thiệu về xu hướng phát triển của mạng viễn thông trong giai đoạn 2010-2020, sau
đó đưa ra khái niệm mạng tự cấu hình Ad Hoc và những nét khái quát về mạng tùy
biến trong xe hơi VANET và mạng cảm biến diện rộng USN.

1.1. Quan niệm mới phát triển các mạng thông tin
Khái niệm mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Networks) được đưa vào sử
dụng và công nhận từ rất lâu. Thuật ngữ này càng được sử dụng rộng rãi chính là do
nó không chỉ ra cụ thể chỉ chính một công nghệ mạng này hoặc công nghệ mạng khác.
Cho đến đầu năm 2013, đã có hơn 100 khuyến nghị của ITU cho NGN giai đoạn 1
(NGN Release 1) dựa trên công nghệ chuyển mạch mềm. Tiếp theo ITU đã bắt đầu các
công việc cho NGN giai đoạn 2 (NGN Release 2) dựa trên quan niệm phân hệ đa

phương tiện IMS. Với NGN vào những năm khác nhau người ta đưa vào các công
nghệ mới, điển hình như:
 Mạng thoại - IP Н.323, và mạng được cải biến của chúng xây dựng trên cơ sở
giao thức SIP;
 Mạng thế hệ 3G của thông tin di động với công nghệ UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System) và các kiến trúc mạng với chuyển mạch mềm
Softswitch và các cổng đa phương tiện;
 Mạng WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access);
và chính trong những năm gần đây nhất:
 Phân hệ đa phương tiện IMS (IP Multimedia Subsystem);
 Kiến trúc mạng mới LTE/SAE (Long Term Evolution/Service Architecture
Evolution).
Mạng viễn thông - công nghệ thông tin cho hai mươi năm đầu thế kỷ 21 có thể
đưa ra trên hình 1.1.
Trong thời kỳ phát triển mạnh quan niệm NGN trong những năm 2000, các cấu
trúc mạng của các mạng cảm biến không dây diện rộng USN (Ubiquitous Sensor
Networks) đã được đưa vào NGN như một thành phần. Tuy nhiên sự phát triển nhanh
2


chóng của công nghệ mới này, sự xuất hiện quan niệm IoT (Internet of Things) và
WoT (Web of Things) đã đưa đến việc xem xét lại triển vọng phát triển của các mạng
cảm biến, còn theo các dự đoán mới đây số các thiết bị không dây sẽ là 7 nghìn tỷ trên
7 tỷ người tính đến năm 2017-2020.

Hình 1.1. Mạng Viễn thông - Công nghệ thông tin giai đoạn 2000-2020.

Hình 1.2 đưa ra ví dụ sử dụng các nút cảm biến, kể cả các bộ nhận dạng tần số vô
tuyến RFID, trong số đó có các ứng dụng mới nhất của USN như giám sát tăng trưởng
của động vật và thực vật.

USN
Mạng tự động hóa
trong tòa nhà
Mạng tự động hóa
trong sản xuất
Mạng logistic
Mạng cho các phương
tiện giao thông
Mạng thu thập
dữ liệu
trong môi trường
Mạng trong
cơ thể người
Giám sát sự tăng
trưởng động vật
Giám sát sự
tăng trưởng
thực vật
Mạng cho lĩnh
vực nông nghiệp
Mạng cảm biến
trong quân sự

Hình 1.2. Các ví dụ sử dụng mạng USN.

IoT
Mạng 2010-2020
IMS
Mạng 2010-2020
SAE/LTE-A

Mạng 2010-2020
Mạng các
phần tử nano
Mạng 2010-2020

USN
Mạng 2010-2020
VANET
Mạng 2010-2020
PSTN/ISDN/IN/GSM/GPRS/UMTS
Các mạng 1990-2020
3


Bộ phận chuẩn hóa tổ chức viễn thông quốc tế ITU vào đầu năm 2011 đã xem
xét khả năng thay thế quan niệm NGN bằng quan niệm mạng thông minh rộng khắp
SUN (Smart Ubiquitous Networks), bao gồm quan niệm NGN như một thành phần.
Cấu trúc mô hình SUN được miêu tả ở hình 1.3.

Hình 1.3. Cấu trúc mô hình mạng SUN.

Trong thành phần của mô hình SUN gồm có IoT, mạng NGN mà được mô hình
hóa đến lớp hỗ trợ kết nối hướng thiết bị МОС (Machine Oriented Communications),
các mạng nano, các mạng VANET (mạng của các phương tiện giao thông ) và các
mạng thiết bị - thiết bị М2М (Machine-to-Machine).
Ở hình 1.4. miêu tả cấu trúc mạng IoT gồm các kiến trúc mạng USN được xây
dựng trên cơ sở giao thức IPv6 - 6LoWPAN (Low energy IPv6 based Wireless
Personal Area Networks protocol - IPv6 năng lượng thấp dựa trên giao thức mạng cá
nhân không dây). Giao thức IPv6 - 6LoWPAN đảm bảo khả năng gắn địa chỉ IP cho
các nút cảm biến hoặc các nhóm cảm biến và RFID.


Hình 1.4. Cấu trúc IoT.

WoT là một thành phần của IoT và cung cấp khả năng giám sát, quản lý các vật
dụng nhờ trang www. Ở hình 1.5 mô tả cấu trúc tổ chức WoT, từ đó cho thấy Web of
IoT
WoT
WEB of Things
USN
Ubigutous Sensor
Networks, 6LoWPAN
SUN
Mạng Nano
NGN
IoT
M2M
VANET
4


Things Blocker đóng vai trò then chốt trong sử dụng web. Web of Things Blocker cho
phép sử dụng web để bắt đầu kết nối đến các vật dụng này cũng như cho các vật dụng
khác mà chúng cần các cổng GW tương ứng, ví dụ đối với các vật dụng hoạt động theo
giao thức Zigbee hoặc Bluetooth. Trong hình 1.5, các ứng dụng của WoT được chia
thành giám sát, điều khiển, dịch vụ, hỗn hợp…

CÁC ỨNG DỤNG


Hình 1.5. Kiến trúc WoT.


5


Hình 1.6 đưa ra cấu trúc mạng M2M. Rõ ràng, khác biệt cơ bản của M2M với
IoT là ở chỗ M2M hỗ trợ tất cả các khả năng tương tác giữa các thiết bị mà địa chỉ IP
không phải là điều kiện để thiết lập kết nối. Cũng cần nhấn mạnh rằng, trong ITU-T có
các khuyến nghị, xem M2M như hệ thống con của IoT.

Hình 1.6. Cấu trúc M2M.

Các nút cảm biến và RFID hoạt động theo giao thức IEEE 802.15.4, Bluetooth và
các thiết bị UWB, được xem như các thiết bị không hỗ trợ địa chỉ IP. Khi có các cổng
tương ứng, các thiết bị có thể kết nối đến các mạng IoT.
Ứng dụng rộng rãi giao thức IPv6 với số lượng địa chỉ không hạn chế cùng với
sử dụng giao thức 6LoWPAN giúp giải quyết vấn đề địa chỉ hóa cho các thiết bị không
dây. Chuẩn hóa trong lĩnh vực các mạng y tế cũng hướng đến các nguyên tắc sử dụng
mạng IoT.

1.2. Tự cấu hình mạng trong quan niệm mạng IoT
Dự đoán sự phát triển của các công nghệ không dây cho thấy, số các nút cảm
biến đa dạng đến năm 2017 đạt con số là 7 nghìn tỷ. Ngày hôm nay các mạng hiện có
được xây dựng để phục vụ hàng tỷ người nhưng không chỉ hàng nghìn tỷ thiết bị. Qua
một số năm trên thế giới các nghiên cứu đã hướng đến xây dựng các mạng theo các
nguyên tắc khác so với mạng hiện tại. Nói về các mạng tự tổ chức (tùy biến), mà
chúng, khác với các mạng thông tin truyền thống, không có kiến trúc hạ tầng cụ thể ở
trong khoảng chu kỳ thời gian nào đó.
Mạng tùy biến được gọi là mạng, mà trong đó số các nút là đại lượng ngẫu nhiên
theo thời gian và có độ dài thay đổi từ 0 đến giá trị N
max

nào đó. Các mối liên hệ qua
lại giữa các nút ở mạng này cũng mang tính ngẫu nhiên theo thời gian và được tạo
thành mạng để đạt được mục đích nào đó hoặc để truyền thông tin vào mạng công
cộng hoặc vào mạng khác.
M2M
Bluetooth
UWB
(Ultra Wideband)
USN
(ZigBee, 6LoWPAN)
6


Kiến trúc mạng tùy biến được đưa ra trên hình 1.7.

Hình 1.7. Kiến trúc mạng tùy biến.

Mạng tùy biến cũng như tất cả các mạng thông tin, gồm các mạng truy nhập và
mạng chuyển tiếp.
Mạng truy nhập được gọi là mạng Ad Нос (mạng đích), còn mạng chuyển tiếp -
là mạng mesh (mạng mắt lưới, tế bào). Như thấy trên hình 1.7, các nút của mạng Ad
Нос không có các chức năng định tuyến và có thể kết nối qua lại chỉ với các nút gần
nhất. Vì thế các nút Ad Нос thường gọi là các nút con. Tiếp đó, ở sự tự cấu hình mạng,
hoàn toàn không có nghĩa là nút con bị trói buộc đến nút mẹ có thể gần nhất bất kỳ, mà
ở các điều kiện xác định tự nó có thể chuyển hóa tạm thời hoặc luôn luôn chuyển hóa
thành nút mẹ, ví dụ trong các mạng không dây cùng loại.
Xuất phát từ mạng tùy biến Ad Hoc người ta đưa ra khái niệm về mạng tùy biến
di động MANET (Mobile Ad-hoc Network) là hệ thống mạng tự cấu hình của các định
tuyến di động sử dụng các kết nối không dây. Mạng MANET là một mạng trong đó
các nút mạng có thể di chuyển tự do và không lệ thuộc vào bất kỳ nút mạng hay thiết

bị mạng nào. Môi trường mạng này có thể thiết lập dễ dàng ở bất kỳ nơi nào và không
tốn nhiều chi phí. Trong môi trường mạng này, hai nút mạng có thể liên lạc trực tiếp
với nhau nếu chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau. Ngược lại, nếu hai nút mạng
xa nhau muốn trao đổi dữ liệu với nhau thì chúng cần sự hỗ trợ của các nút mạng lân
cận để chuyển tiếp thông tin. Một mạng MANET có thể hoạt động độc lập, cũng có
thể kết nối vào một mạng lớn hơn như là Internet.

Nút mẹ

Nút con

Ad Hoc
Mesh
Các cổng

MẠNG CHUNG
7


Các nút mesh có gắn các chức năng định tuyến và có thể hỗ trợ thiết lập kết nối
không chỉ đến nút gần nhất, mà đến nhiều nút khác. Chế độ như vậy của mạng được
gọi là multi-hop (kết nối nhiều bước) khác biệt với kết nối các nút con của mạng Ad
Нос được tổ chức thiết lập kết nối một bước (one-hop).
Các nút Mesh thường được gọi đầy đủ là các nút mẹ, điều này nhấn mạnh chức
năng chuyển tiếp của mạng. Rõ ràng, các nút của mạng tự tùy biến có thể kết hợp các
chức năng mẹ và con ví dụ giống các tổng đài thoại tự động kết hợp đường dài và khu
vực.
Trên cơ sở quan niệm IоТ là các mạng tùy biến, trong số các ứng dụng của mạng
tùy biến có thể chia thành các mạng có hiện nay như:
 Mạng cảm biến không dây diện rộng USN;

 Mạng của các phương tiện giao thông VANET (Vehicular Ad Hoc Networks);
 Mạng tùy biến trong nhà HANET (Home Ad Hoc Networks);
 Mạng MBAN (Medicine Body Area Network).

1.3. Mạng VANET
Nghiên cứu mạng Ad Hoc dành cho các phương tiện giao thông VANET
(Vehicular Adhoc Network) là một trong các hướng có nhiều triển vọng nhất trong
phát triển các hệ thống truy nhập không dây.
Mạng VANET thuộc nhóm mạng Ad Hoc di động MANET. Nó có một loạt các
đặc thù (xét cả về quan điểm sử dụng cũng như quan điểm các giao thức được sử
dụng). Tuy nhiên cần phải nhận thấy mặc dù gọi là VANET, nhưng ở mạng này xem
xét không chỉ chế độ hoạt động Ad hoc mà còn cả chế độ phối hợp khi mà các phần tử
mạng VANET có thể kết nổi với các nút kiến trúc hạ tầng của mạng. Ngoài ra, việc sử
dụng rộng rãi các cảm biến để thu nhận thông tin khác nhau trong các mạng giao thông
đường bộ cũng được xem xét đến.
Mạng VANET là một trong các thành phần nền tảng của hệ thống giao thông
thông minh ITS. Trong thành phần ITS cùng với VANET còn gồm:
 Hệ thống định vị vệ tinh (GLONASS/GPS/GALILEO);
 Mạng thông tin di dộng với các chuẩn khác nhau;
 Cơ sở hạ tầng ven đường;
 Các hệ thống tương tác và thanh toán trên cơ sở giao thức DSRC;
8


 Các hệ thống gọi khẩn cấp trong trường hợp tình huống hư hỏng - tai nạn e-call
và ERA-GLONASS.
Trên hình 1.8 là sơ đồ kiến trúc mạng VANET.

Hình 1.8. Kiến trúc mạng VANET.




Mạng
công cộng
NGN
IEEE 802.15.1 Bluetooth
GeoNetworking
IEEE 802.11p
IEEE 802.11 Wifi
2G/3G/4G
Vùng phủ ITS

Trạm ITS

GLONASS/GPS/GALINEO

Trạm trung tâm ITS
9


Việc chuẩn hóa ITS, bao gồm cả VANET, hiện nay được thực hiện bởi tất cả các
tổ chức chuẩn hóa hàng đầu:
 ITU-T đưa ra khuyến nghị Y2281 “Cấu trúc dịch vụ và ứng dụng sử dụng tài
nguyên NGN cho mạng lưới các phương tiện giao thông”.
 ETSI đưa ra các chuẩn sêri 102 636 cho kiến trúc và các giao thức ITS, sêri
 102 637 cho các ứng dụng và dịch vụ.
 Tổ chức chuẩn hóa Châu Âu CEN đã đưa ra các tiêu chuẩn cho giao thức DSRC
 ISO và IETF là các thành viên của đề án GeoNET, thực hiện các công việc của
chương trình № 7 - phát triển cộng đồng chung Châu Âu.


1.4. Mạng USN
Trong mục 1.2 đã đưa ra khái niệm mạng Ad Нос. Cần nhấn mạnh mạng Ad Нос
là mạng tự cấu hình mà trong đó số các phần tử mạng không cố định, trong trường hợp
chung, có thể thay đổi trong giới hạn từ 0 đến N
mах
.
Các mạng cảm biến không dây chính là một ví dụ như vậy của các mạng Ad hoc
tự cấu hình. Ở nó không có hạ tầng cơ sở chung trừ các cổng liên hệ với các mạng
khác. Mỗi nút mạng cảm biến cần có khả năng hoạt động như một nút đầu cuối và
cũng như một nút chuyển tiếp. Rõ ràng, việc truyền dữ liệu vào các mạng cảm biến
được thực hiện bằng cách chuyển lại hướng đến nút gần nhất từng bước một.
Các mạng như vậy được gọi là mạng đa bước nhảy (multi-hop). Cần nhấn mạnh,
rằng có thể có các thuật toán định tuyến phức tạp hơn, khi nút tiếp theo được chọn trên
cơ sở phân tích các đặc tính của nó, ví dụ, tiêu hao năng lượng, độ tin cậy, … Khi có
các nút cảm biến di động kiến trúc của mạng cảm biến tùy biến trở nên “động”.
Trong các mạng cảm biến được xác định như mạng phân phối gồm các nút nhỏ
không dây với chức năng giới hạn trong một số lượng lớn (ngẫu nhiên) trên bề mặt
hoặc phạm vi nào đó (hình 1.9). Như vậy, mạng cảm biến là một tập hợp tương đối lớn
của các cảm biến không dây được phân bố trong trong phạm vi nào đó với một mật độ
cao. Ở phạm vi vùng phủ tín hiệu vô tuyến thuộc mỗi cảm biến cần có ít nhất một cảm
biến nữa, trường hợp này cảm biến gọi là cảm biến lân cận. Càng nhiều “lân cận” ở
mỗi cảm biến, thì mạng cảm biến có độ chính xác và độ tin cậy càng cao - rõ ràng,
rằng cảm biến với chức năng giới hạn bị giới hạn bởi phạm vi thu, công suất tính, bộ
nhớ và nguồn. Các công nghệ truy nhập sử dụng trong các cảm biến dựa trên chuẩn
10


802.15.4, cho phép truyền dữ liệu qua một khoảng cách đến vài chục mét.

NGN

Internet
Người sử dụng Người sử dụng
Người sử dụngNgười sử dụng
Cổng
Cổng
Máy chủ
+
Bảo mật thông tin
Mạng cảm biến


Hình 1.9. Ví dụ kết nối mạng cảm biến đến mạng công cộng.
Hiển nhiên, rằng số lượng các cảm biến “lân cận” của mỗi cảm biến càng lớn, thì
mạng cảm biến có độ chính xác và độ ổn tin cậy càng cao - vì thế, giả thiết rằng trong
khoảng không gian nào đó, trong đó xây dựng mạng cảm biến, các cảm biến sẽ được
phân bố với mật độ đủ lớn, tương ứng, với một số lượng lớn. Mạng này, theo qui định,
có kết nối đến mạng sử dụng chung để truyền dữ liệu nhận được. Kết nối được thực
hiện bằng một số cổng mà đồng thời có thể thực hiện chức năng bảo mật. Rõ ràng
cổng thường không là cảm biến mà là nút mạng ổn định hơn (với quan niệm nguồn cấp
và tài nguyên). Dữ liệu có thể được truyền để xử lý ở các máy chủ, cũng như trực tiếp
cho người sử dụng có nhu cầu. Dễ thấy rằng, mạng cảm biến cấu tạo từ một số các
cảm biến cần được cấu trúc, bởi vì một số dung lượng lớn thông tin được truyền có thể
làm giảm độ tin cậy của chính các nút mà chúng được đặt rất gần cổng - truyền thường
xuyên dữ liệu chuyển tiếp có thể làm hỏng nguồn cung cấp, còn dung lượng lưu lượng
lớn - làm quá tải bộ đệm thu.
Tổ chức cụm là tổ chức qui mô và được cho là hiệu quả để giải quyết các vấn đề
tương tự (hình 1.10), nhưng chỉ trong điều kiện chọn nút chủ hợp lý trong mạng cụm
và vào thời điểm thích hợp.
11



Cụm 1
Cụm 2
Cụm 3
Nút chủ
Nút cảm biến
Đầu cuối người
sử dụng
KPK
NGN
hoặc Internet
Cổng


Hình 1.10. Kiến trúc cụm USN.

Mặc dù mạng cảm biến USN có rất nhiều điểm tương đồng với các mạng có dây
và mạng tùy biến (Ad hoc), tuy nhiên, chúng vẫn có những đặc điểm riêng. USN
không có cấu hình cố định, bị giới hạn bởi kích thước - giá thành cảm biến và các tài
nguyên khác như: năng lượng, bộ nhớ, công suất tính toán. Việc nghiên cứu các thuật
toán định tuyến mới cho USN luôn mang tính cấp thiết và luôn được các nhà nghiên
cứu, sản xuất và các tổ chức chuẩn hóa quan tâm.

KẾT LUẬN CHƯƠNG
Xu hướng phát triển của mạng viễn thông – công nghệ thông tin trong giai đoạn
2010-2020 là mạng thông minh diện rộng SUN. Cấu trúc mạng SUN gồm các mạng
IoT, VANET, M2M, NGN và mạng Nano. Trên cơ sở quan niệm IoT là các mạng tùy
biến, mạng VANET và mạng SUN là hai trong số những ứng dụng của mạng tùy biến.
12



CHƯƠNG 2. MẠNG VANET TRONG HỆ THỐNG ITS

Khái niệm VANET đã được làm rõ ở chương 1. Trong chương 2 này sẽ đi tìm
hiểu về hệ thống giao thông thông minh ITS và các công nghệ không dây sử dụng cho
mạng VANET trong hệ thống giao thông thông minh ITS. Nội dung nghiên cứu gồm:
 Khái niệm về hệ thống ITS
 Kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ trong hệ thống ITS
 Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET

2.1. Khái niệm về hệ thống ITS
Hệ thống giao thông thông minh bắt đầu được sử dụng ở Mỹ, Nhật và Châu Âu
vào đầu năm 1960 ở Mỹ, Nhật và Châu Âu với mục đích :
 Tăng độ an toàn và hiệu quả các quá trình vận tải;
 Cải thiện lưu lượng thông qua và tối ưu hóa mạng các tuyến đường thành phố;
 Cải thiện môi trường sinh thái bằng cách giảm chất thải từ các phương tiện giao
thông;
 Giảm hậu quả và rủi ro xuất hiện trong các tình huống bất thường;
 Cung cấp các thông tin cho các người tham gia giao thông và cho các trung tâm
quản lý giao thông về tình trạng trên các tuyến đường.
Ở Mỹ các hệ thống này gọi là ITS (Intelligent Transportation Systems). Ở Châu
Âu gọi là hệ thống “Telematics trong giao thông”. Trên toàn thế giới các hệ thống này
được xác định như tổ hợp các hệ thống tự động hóa kết nối giải quyết các vấn đề quản
lý giao thông tuyến đường, giám sát và quản lý hoạt động của tất cả các dạng giao
thông (cá nhân, tập thể, chở hàng), thông tin về các dịch vụ vận chuyển, …
Hệ thống giao thông thông minh bao gồm các dữ liệu công nghệ thông tin khác
nhau và tất cả các loại hình thông tin trong các phương tiện giao thông, giữa các
phương tiện giao thông cũng như giữa các phương tiện giao thông và cơ sở hạ tầng
bên đường.
Tuy nhiên ITS không giới hạn chỉ giao thông đường bộ, mà còn bao gồm việc sử

dụng các công nghệ truyền thông và công nghệ thông tin cho giao thông đường sắt,
đường thủy, trong số đó có hệ thống định vị.
Công nghệ không dây và các giao thức đặc thù để truyền các dữ liệu được chuẩn
13


hóa bởi ETSI là nền tảng của tất cả các dịch vụ thông tin. Ứng với chuẩn ETSI
302665, trên hình đưa ra kiến trúc hệ thống giao thông thông minh.
Mạng của các trạm ITS là nền tảng cơ bản của hệ thống. Các trạm ITS qua các
nút cổng kết nối tất cả các phân hệ với các mạng tổng và các mạng công cộng. Tương
tác của tất cả các phần tử của hệ thống được thực hiện theo công nghệ không dây, mà
các chuẩn được mô tả trên hình 2.1. Lõi của hệ thống là trạm trung tâm ITS thực hiện
quản lý toàn cầu lưu lượng tuyến đường và đảm bảo an toàn giao thông.

Hình 2.1. Kiến trúc hệ thống giao thông thông minh.

Các công nghệ cơ bản được ITS sử dụng đối với lĩnh vực đường bộ là:
 Công nghệ viễn thông gồm công nghệ thông tin di động, công nghệ thu thập, lưu
giữ và xử lý thông tin trên máy tính;
 Công nghệ định vị và tọa độ - thời gian;
 Công nghệ thông tin địa lý.
Công nghệ viễn thông: Đảm bảo truyền dữ liệu trong vùng hoạt động của các hệ
thống giao thông thông minh. Các yêu cầu chính cần đảm bảo là:
 Vùng hoạt động của các dịch vụ viễn thông được cung cấp;
 Tốc độ truyền dữ liệu;
 Độ ổn định kênh thông tin (khả năng truy nhập, khả năng không bị từ chối, độ tin
cậy, khả năng bảo mật);
 Giá thành dịch vụ truyền dữ liệu.
Trạm
trung tâm ITS

Nút
truy nhập

Phân hệ
bên đường
Phân hệ
cá nhân

Mạng NGN
Mạng tổng
VANET
Phân hệ
XE

Trạm ITS

IEEE 802.11 Wifi
IEEE 802.11p
IEEE 802.15.1 Bluetooth
IEEE 802.15.4 ZigBee
TCP/IP
2G/3G/4G
GeoNetworking
14


Công nghệ định vị và tọa độ - thời gian: Được sử dụng để xác định tọa độ địa
lý, tốc độ, hướng đi các phương tiện giao thông được giám sát. Áp dụng công nghệ
định vị và tọa độ - thời gian của phương tiện dựa trên cơ sở sử dụng hệ thống vệ tinh
định vị toàn cầu.

Công nghệ thông tin địa lý: Chúng đảm bảo khả năng thể hiện thông tin về sự di
chuyển của phương tiện được giám sát trên máy tính nhờ sử dụng bản đồ khu vực ở
dạng điện tử cũng như sử dụng các thông tin hiện thời khi giải quyết các vấn đề quản
lý. Công nghệ thông tin địa lý đảm bảo thiết lập tự động, lưu giữ và hỗ trợ (ở) trạng
thái cấp thiết thông tin bản đồ cần thiết ở khu vực.

2.2. Kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ trong hệ thống ITS
2.2.1. Phân hệ chức năng
Kiến trúc chức năng của hệ thống giao thông thông minh với mạng nội bộ các
trạm ITS được đưa ra trên hình 2.1. Mạng nội bộ ITS đảm bảo cung cấp cho người sử
dụng một danh sách đầy đủ các dịch vụ ITS, được kết nối với:
 Mạng tổng VANET;
 Các mạng riêng;
 Các mạng truy nhập ITS;
 Các mạng truy nhập của mạng công cộng;
 Mạng truy nhập của các mạng viễn thông để liên lạc với mạng lõi dùng chung
hoặc mạng Internet.

Hình 2.2. Kiến trúc chức năng ITS.

Mạng ấn định
(VANET)
Mạng riêng
Mạng nội bộ
ITS
Mạng chung
và/hoặc
Internet
Mạng truy
nhập thuộc

công cộng

Mạng
truy nhập
ITS

Mạng
truy nhập
từng phần