ĐỒ ÁN 3

IEEE 1609.4 trong VANETs

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU..............................................................................................III
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................ IV
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU...............................................................................................1
1.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI............................................................................................................ 1
2.NỘI DUNG.........................................................................................................................1
2.1 Vanet là gì?............................................................................................................... 1
3. ỨNG DỤNG VANET TRONG ĐỜI SỐNG............................................................................ 3
3.1 Trong vấn đề an toàn giao thông...............................................................................3
3.2 Những ứng dụng khác...............................................................................................4
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG.......................................................................... 6
1.MÔ HÌNH HỆ THỐNG......................................................................................................... 6
1.1 Hệ thống mạng.........................................................................................................6
2.AN TOÀN TRONG HỆ THỐNG............................................................................................. 7
2.1 Ngăn chặn tấn công từ trên mạng............................................................................. 7
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ TIÊU CHUẨN IEEE 1609.4........................................... 9
1. TIÊU CHUẨN 1609.4 LÀ GÌ?............................................................................................. 9
1.1 Lịch sử phát triển của IEEE 1609.4..........................................................................9
1.2 Tiêu chuẩn IEEE 1609.4:........................................................................................10
2.CÁC VẤN ĐỀ TRONG TIÊU CHUẨN 1609.4:...................................................................... 14
2.1 The Hidden Node Problem..................................................................................... 14
2.2 The Exposed Node Problem................................................................................... 15
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG & ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT TIÊU CHUẨN IEEE 1609.4
………………... ................................................................................................................17


CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN............................................................................................... 18

CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 19


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Hệ thống Vanet.........................................................................................................2
Hình 2. Các công nghệ ứng dụng trong vanet...................................................................... 3
Hình 3. Hoạt động của hệ thống............................................................................................4
Hình 4. Mô hình ETC............................................................................................................5
Hình 5. Mô hình hệ thống mạng trong VANET...................................................................6
Hình 6. Minh họa hệ thống giao tiếp V2V và V2I............................................................... 7
Hình 7. Minh họa xe trong hệ thống đi qua đường hầm.......................................................8
Hình 8. Cấu trúc IEEE 1609.4.............................................................................................11
Hình 9. Phân chia kênh trong IEEE1609.4.........................................................................12
Hình 10. Frequency channel layout of a 5.9 GHz WAVE system.....................................13
Hình 11. Các ứng dụng trên SCH.......................................................................................13
Hình 12. Hidden Node Collision (HN-Collision)...............................................................14
Hình 13. Mô phỏng hệ thống khi xảy ra hidden node........................................................14
Hình 14. The exposed terminal problem.............................................................................15
Hình 15. Quá trình trao đổi thông tin khi có Exposed node...............................................16


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Bảng thông số mô phỏng.........................................................................17

IV


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT


TỪ VIẾT TẮT

THUẠT NGỮ TIẾNG ANH

1

VANET

Vehicular Ad-hoc Network

2

MANET

Mobile-Ad hoc Network

3

GSM

Global Systen for Mobile Conmunication

4

GPS

Global Possiting System

5


V2V

Vehicular to Vehicular

6

V2I

Vehicular to Ifrastructure

7

SCH

Service Channel

8

CCH

Control Channel

9

RTS

Required to send

10


CTS

Clear to send

11

IEEE

Institude of Electrical and Electronic engineers

12

RSU

Road Side Unit

13

OBU

On Board Unit

14

ETC

Electronic Toll Collection

15


UTC

Coordinate Time Universal


ĐỒ ÁN 3
Trang 6/19

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.Giới thiệu đề tài:
Trong thời đại ngày nay, khi mà khoa học-công nghệ luôn không ngừng phát triển,
cuộc sống thay đổi không ngừng đòi hỏi phải có những phát kiến mới để đáp ứng
nhu cầu cuộc sống con người trong thời đại công nghệ này. Đặc biệt trong lĩnh vực
thông tin liên lạc ngày càng được mở rộng với nhiều định hướng và hứa hẹn mới
mẻ.
VANET-(Vehicular Ad-hoc Network) cũng là một lĩnh vực đang được nghiên cứu
và phát triển mạnh ở các nước phát triển.
Đặc biệt sau khi học môn hệ thống viễn thông 1 và được giới thiệu qua về công
nghệ này, em nhận thấy công nghệ này rất tuyệt vời và mong muốn được tìm hiểu
sâu hơn về VANET. Từ đó có cái nhìn sâu và nắm bắt được cách thức hoạt động
của Vanet và lý do tại sao công nghệ này chưa phát triển ở Việt Nam chúng ta.

2.Nội dung:
2.1 Vanet là gì?

IEEE 1609.4 TRONG VANETS

SVTH: NINH VĂN TIN



Hình 1. Hệ thống Vanet[1]
VANET- (Vehicular Ad-hoc network) là mạng di động tùy biến trong xe hơi. Đây
là một phần đặc biệt của công nghệ MANET (Mobile Ad-hoc network). Trong đó
mỗi xe đóng vai trò là các node trong toàn bộ hệ thống. VANET là một hệ thống
được kết nối bởi các thiết bị không dây giữa các xe, các trạm cố định trên các tuyến
đường tạo thành một mạng, mọi giao tiếp được thực hiện trong mạng, hệ thống sẽ
giúp xe hơi có thể liên lạc với nhau để chia sẻ thông tin cho nhau: thông tin về giao
thông, tình trạng kẹt xe, tắc đường, những tai nạn phía trước hay những cảnh báo
nguy hiểm…Một chiếc xe cũng có thể trở thành một RELAY NODE để truyền tải
thông tin cho xe khác.


Hình 2. Các công nghệ ứng dụng trong vanet[3]
VANET sử dụng các công nghệ mới để kết nối các phương tiện với nhau như hệ
thống mạng không dây. Bên cạnh đó cũng sử dụng các công nghệ hiện đại như
GSM, GPRS.
Ngoài ra,vì hệ thống hoạt động trong nhiều môi trường và khu vực khác nhau nên
đòi hỏi phải có thêm các tiêu chuẩn để giải quyết các vấn đề phát sinh, nhằm đảm
bảo hệ thống luôn vận hành tốt, trao đổi thông tin chính xác giữa các thiết bị như:
WiFi IEEE 802.11, IEEE 1609.4,WiMAX IEEE 802.16…

3. Ứng dụng trong đời sống của VANET:
3.1 Trong vấn đề an toàn giao thông:
Tình trạng kẹt xe thường xuyên xảy ra gây lãng phí lời về thời gian và nhiêu liệu.
Bên cạnh đó cũng gây ra vấn đề lớn về ô nhiễm môi trường. Đặc biệt là các ở các
thành phố phát triển như TP.Hồ Chí Minh,Hà Nội….
Phần lớn các vấn đề trên có thể đều được giảm thiểu nếu lái xe và phương tiện
được cung cấp các thông tin về tình hình giao thông kịp thời.



Hình 3. Hoạt động của hệ thống[4]

3.2 Những ứng dụng khác:
Ngoài ứng dụng trên, VANET còn có những ứng dụng khác như : đưa ra tín hiệu
cảnh báo cho các tài xế biết được tình trạng sắp vượt quá ngưỡng cho phép của qui
định để có thể đưa ra cách xử lí. Từ đó, cảnh sát giao thông có thể phân luồng, điều
tiết giao thông rõ ràng, nhắc nhở xe vi phạm.
Bên cạnh đó, nhờ vào khả năng phân chia tần số, quản lý được lượng thông tin
trong hệ thống và khả năng tương tác giữa các thiết bị, Vanet còn phát triển một số
ứng dụng như: E-toll, dịch vụ download nhạc trên xe,..


Hình 4. Mô hình ETC[3]


CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG
1.Mô hình hệ thống:
1.1 Hệ thống mạng:

Hình 5. Mô hình hệ thống mạng trong VANET[4]
Mạng lưới này gồm các xe hơi, các thiết bị và các trạm kết nối được chia ra làm 2
phần. Các ứng dụng từ máy chủ (ASs) và các điểm nối RSU nằm ở phần trên.
Thông qua kênh giao tiếp đã được bảo mật các máy chủ có thể giao tiếp với các
điểm truy cập từ hệ thống như: các xe,các RSU. Chẳng hạn như lan truyền với các
giao thức bảo mật (TLS) -(Transport Layer Security-bảo mật tầng truyền tải). Ứng
dụng máy chủ cung cấp dữ liệu cho các điểm truy cập và RSU thì sẽ cung cấp các
dữ liệu cho các lớp thấp hơn - ở đây chính là những xe tham gia vào mạng lưới. Tất
cả các xe và các RSU thì sẽ được đồng bộ hóa về mặt thời gian thông qua GPS
(Global Posionting System ). Các xe trong hệ thống có thể giao tiếp với nhau và các

xe cũng có thể giao tiếp với các trạm RSU thông qua việc giao tiếp trong cùng băng
tần. Toàn bộ dữ liệu từ RSU có tính đảm bảo và đáng tin cậy vì được xử lí và cung
cấp từ cụm máy chủ phía trên.


Hình 6. Minh họa hệ thống giao tiếp V2V và V2I[4]

2.An toàn trong hệ thống:
2.1 Ngăn chặn tấn công từ trên mạng:
Mặc dù có rất nhiều ứng dụng hữu ích. Nhưng VANET vẫn bộc lộ một số khuyết điểm như:
giao tiếp trong hệ thống không được đầu tư nhiều về cơ sở hạ tầng, bên cạnh đó còn dùng
biến đổi định tuyến qua các tầng nên dễ bị tấn công từ bên ngoài như : 'nghe trộm' hoặc gây
sai lệch thông tin trong hệ thống.
Trong tính huống bị tấn công từ bên ngoài, những kẻ tấn công có thể giả mạo, làm sai lệch
thông tin cung cấp từ hệ thống  hệ thống bị sai lệch cục bộ, đình trệ.


Hình 7. Minh họa xe trong hệ thống đi qua đường hầm.
Ví dụ như trong tình huống ở hình 7, khi xe đi vào hầm (hoặc khi vực hiểm trở
không nhận được tín hiệu GPS) vì không còn nhận được tín hiệu GPS để có thể
đồng bộ với hệ thống dẫn đến kẻ tấn công có thể bơm dữ liệu sai lệch về vị trí và
các thông tin an toàn trước khi xe ra khỏi hầm và được thông tin cập nhật chính
xác. Từ đó, kẻ tấn công có thể lợi dụng cho mục đích riêng nhằm đánh cắp thông tin
hoặc gây ra các sự cố không mong muốn.
Để đảm bảo an toàn hệ thống cần:
1. Xác nhận được nguồn gửi tin là từ đâu, có được đảm bảo không.
2. Thông tin phải được bảo mật tuyệt đối.
3. Khi xảy ra sự cố hay trục trặc thiết bị phải có biện pháp thu hồi hoặc
xử lí nhanh chóng, kịp thời đảm bảo không bị những kẻ tấn công lợi
dụng tình hình.

4. Người tham gia trong hệ thống phải có trách nhiệm bảo vệ thông tin cá nhân của
mình.


CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ TIÊU CHUẨN IEEE 1609.4

1. Tiêu chuẩn 1609.4 là gì?
1.1 Lịch sử phát triển của IEEE 1609.4 :
Chuẩn 1609.4 đã được phát triển dựa trên phần mở rộng đa kênh của 802.11p
Chuẩn 802.11p được phát triển dựa trên chuẩn 802.11a. Chuẩn 802.11p được bổ
sung một số chức năng để giao tiếp V2I và V2V như sau: môi trường truyền dữ liệu
luôn luôn thay đổi, cách thức truyền thông tin như trong mạng Ad-hoc, độ trễ nhỏ
và hoạt động trong khoảng tần số dành riêng (khoảng băng thông 75Mhz của băng
tần 5.9GHz).
So với chuẩn các chuẩn WIFI 802.11thì 802.11p cho thấy sự khác biệt từ khả năng
giao tiếp bên ngoài phạm vi của các dịch vụ cơ bản (300m). Không như các chuẩn
khác trong 802.11 phải mất nhiều thời gian để hình thành kết nối, 802.11p có được
phát triển để có thể tạo ra kết nỗi nhanh phù hợp với môi trường VANET khi mà
các node trong hệ thống di chuyển nhanh và nhiều khi không đoán trước được.
Tuy nhiên, theo các báo cáo gần đây về ứng dụng trong hoạt động VANET cho
thấy hiệu suất kém của 802.11p trong một mạng vanets dày đặt. Ví dụ như trong
thành phố: khi mà mức độ giao thông dày đặt,hoạt động truyền và tiếp nhận thông
tin xảy ra liên tục thì hoạt động của 802.11p tỏ ra chưa hiệu quả…


Từ đó, chuẩn 1609.4 đã được phát triển dựa trên phần mở rộng đa kênh DSRC của
802.11p. Trong đó, IEEE 1609,4 đã được đề xuất để giúp cải thiện khả năng phân
biệt dịch vụ của các tiêu chuẩn 802.11p.

1.2 Tiêu chuẩn IEEE 1609.4:

IEEE 1609.4 là tiêu chuẩn của hoạt động đa kênh cho VANET. Nó là cấu trúc đa
kênh sử dụng trên DSRC, phân chia toàn bộ quang phổ của DSRC thành các kênh
không chồng chéo.
Trong một hệ thống đa kênh, vấn đề an toàn và không an toàn có liên quan trực tiếp
đến các ứng dụng được cung cấp trực tiếp bởi các kênh khác nhau. Điều này có thể
giúp cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) cho các loại ứng dụng khác nhau bằng cách
phân bổ chúng vào các kênh khác nhau. Vì vậy trong IEEE 1609.4, việc tiếp cận
kênh thời gian được chia thành các khoảng thời gian đồng bộ hóa.
Mỗi khoảng chứa khoảng thời gian bảo vệ và xen kẽ những khoảng thời gian dài cố
định được gọi là CCH _ kênh điều khiển và SCH_kênh dịch vụ. Trong khoảng thời
gian CCH, tất cả các nút theo dõi CCH để trao đổi thông điệp an toàn và khác các
gói điều khiển. Trong khoảng thời gian SCH, các nút trao đổi dữ liệu ứng dụng
không an toàn trên SCHs.


Hình 8. Cấu trúc IEEE 1609.4[2]
Mỗi CCH hay SCH có độ dài là 50ms. Một cặp CCH và SCH tạo thành một
SI(Synchronous Interval) có độ dài 100ms. Tức là nếu thiết lập như vậy thì sẽ đảm
bảo cho cứ mỗi 100ms vehicle có cơ hội được phát sóng về trạng thái của nó.
Có 10 SI mỗi giây. Tức là với f=10Hz thì tốc độ truyền tin trong hệ thống được đảm
bảo hoạt động tuần hoàn.
Hệ thống sử dụng GPS để đảm bảo tính đồng bộ về mặt thời gian cho hệ thống, các
xe có thể sử dụng GPS để cập nhật thời gian còn nếu không có GPS có thể giao tiếp
với các node - xe khác trong hệ thống hoặc với trạm RSU. Giờ được cập nhật và lấy
chuẩn từ UTC(coordinate Time Universal_giờ chuẩn phối hợp quốc tế).


Hình 9. Phân chia kênh trong IEEE1609.4[2]

Việc lấy khoảng bắt đầu cho mỗi khoảng CCH được đồng bộ với UTC hoặc lấy bội

của 100ms. Đồng thời chuẩn này cũng quy định Guard Interval nằm ở điểm bắt đầu
của mỗi channel có thể là SCH hay cả CCH. Điều này cũng có nghĩa GI là thời gian
để chuyển đổi giữa các SCH,CCH và điều chỉnh thời gian chính xác so với UTC.
Hình 10 cho thấy sự phân chia tần số hoạt động của các kênh trong chuẩn 1609.4.


Hình 10. Frequency channel layout of a 5.9 GHz WAVE system[6]
Vì trong quá trình áp dụng thực tế việc hạn chế về chức năng sẽ không mạng lại sự
khả thi cho vanets nên người ta phát triển thêm các ứng dụng khác cho DSRC như:
Giải trí, map, ETC(electronic toll collection), các dịch vụ hổ trợ…..gọi chung là
các non-safety message (các ứng dụng thể hiện trong Hình 11).

Hình 11. Các ứng dụng trên SCH [8]


Phần non-safety sẽ hoạt động song song trên SCH và không gây trở ngại cho
safety(các thông tin để điều khiển xe) trên CCH.
2.Các vấn đề trong tiêu chuẩn 1609.4:
2.1 The Hidden Node Problem :

Hình 12. Hidden Node Collision (HN-Collision)[3]

Hình 13. Mô phỏng hệ thống khi xảy ra hidden node[3]


Giả sử có 1 xe B nằm trong vùng giao thoa của 2 cluster của A và C như biểu diễn ở
hình 12. Để 2 xe có thể giao tiếp được với nhau thì chúng phải thực hiện cơ chế bắt
tay- (handshake mechanism). Nhưng trong cùng một thời điểm,nếu cả 2 xe A và C
cùng muốn giao tiếp với B và được B chấp nhận thì sẽ xảy ra va chạm (collision).
Đây là điều không mong muốn.

Vì vậy, để giải quyết vấn đề trên người ta đưa ra giải pháp thiết lập RTS/CTS
mechanism. Cơ chế này như sau: Khi A muốn bắt tay với B, A phải gửi cho B một
RTS(required to send), nếu B đang ở trạng thái clear thì B sẽ gửi lại cho A một
CTS(clear to send). Sau đó, A và B sẽ bắt tay và giao tiếp với nhau. Trong khoảng
thời gian đó B sẽ ở trong trạng thái “backoff”. Các xe khác không thể giao tiếp với
B cho đến khi quá trình truyền dữ liệu giữa A và B hoàn thành.
2.2 The Exposed Node Problem :

Hình 14. The exposed terminal problem[8]
Tương tự như vấn đề Hidden node. Vấn đề Exposed node đặt ra khi A và C cùng
nhận được RTS từ B (như hình 14). Nếu A gửi CTS tới B trước C thì A và B sẽ


handshake và bắt đầu trao đổi data.C sẽ phải đợi đến khi quá trình trao đổi giữa A
và B hoàn tất.Quá trình diễn ra được mô tả trong hình 15.

Hình 15. Quá trình trao đổi thông tin khi có Exposed node[7]


CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG & ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT TIÊU
CHUẨN IEEE 1609.4.
I. Yêu cầu mô phỏng:
Để đánh giá hiệu suất của tiêu chuẩn ta đánh giá dựa vào “Thông lượng” và “Thời
gian trễ”. Ta đánh giá hai hiệu suất thông qua 2 mô hình single-hop và multi hop.
1. Thông lượng (Throughput):
Thông lượng là tỷ lệ giao gói tin thành công thông qua một kết nối mạng trên một
đơn vị thời gian.Throughput = (Σ Tổng số gói tin thành công nhận được / Σ Đơn vị
thời gian) x 100%.
2. Thời gian trễ:
Bảng 1. Bảng thông số mô phỏng

Thông số

Giá trị

Thời gian mô phỏng

2s

Khoảng cách truyền

250m

Số lượng xe

4-100

Số kênh

7

Tốc độ kênh dữ liệu

3Mb/s

SCH interval

50ms

CCH interval


50ms

Guard interval

4ms

Packet size

400 bytes


CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu về đề tài đã giúp em hiểu sâu hơn về VANET cũng như tiêu
chuẩn IEEE 1609.4, có thêm một hướng mới để lên kế hoạch cho việc thực hiện đề
tài tốt nghiệp. Đồng thời bên cạnh đó còn có được nhiều kiến thức và kỹ năng mới
rất bổ ích. Đặc biệt, qua việc tìm hiểu đề tài em cũng đã trao dồi thêm khả năng đọc
hiểu tài liệu tiếng Anh chuyên ngành điện tử- viễn thông. Em cảm thấy đề tài này
thực sự rất hay và em sẽ tiếp tục tìm hiểu thêm. Hi vọng trong tương lai gần.