Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, công nghệ mạng không dây đã thực sự rất phát triển ở hầu hết các nước
trên thế giới. Những thiết bị chuyển động tiên tiến ra đời tương thích với các thế hệ
chuyển động tiên tiến. Mô hình mạng MANET đã được triển khai và ứng dụng phổ biến
tại thị trường Việt Nam từ nhiều năm nay. Nó giúp cho các thiết bị chuyển 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 chuyển động tùy biến
VANET hay còn gọi là mạng xe cộ bất định VANET.
Trong mạng xe cộ bất định VANET, mỗi chiếc xe chuyển động trên đường được
coi như một nút mạng. Các nút này đều có khả năng di chuyển nên sẽ không có một nút
mạng nào cố định để thực hiện chức năng điều khiển trung tâm và 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. Các giao thức đó đều tập trung vào giải quyết những hạn chế đặc biệt
của mạng này, đó là vấn đề băng thông thấp, tỷ lệ lỗi cao, năng lượng và khả năng tính
toán của thiết bị thấp…
Nhưng hiện nay việc nghiên cứu đánh giá giao thức định tuyến trong VANET đã
bỏ qua các yếu tố thực tế nên đã ảnh hưởng nhiều đến việc đánh giá khả năng định tuyến
của các giao thức. Chính vì thế, việc nghiên cứu các mô hình chuyển động trong VANET
để đánh giá sự ảnh hưởng đến giao thức định tuyến là điều rất quan trọng. Với đề tài này,
chúng em muốn cung cấp cái nhìn về sự ảnh hưởng của các mô hình chuyển động thực tế
đối với các giao thức định tuyến trong VANET
Đề tài gồm có 3 phần:
• CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET.
• CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG MẠNG MANET
ÁP DỤNG CHO MẠNG VANET.
• CHƯƠNG III: SO SÁNH MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG ĐÔ THỊ

TRONG MẠNG VANET.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 1


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Mục Lục

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 1
MỤC LỤC........................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................................5
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT........................................................................6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET.........................................................7
1.1 MẠNG VANET....................................................................................................................................7
1.1.1 Sơ lược về mạng không dây........................................................................................................7
1.1.2 Đặc điểm của mạng VANET.........................................................................................................8
1.1.3 Các thách thức đối với mạng VANET.........................................................................................11
1.1.4 Cấu trúc, chức năng và các thành phần trong mạng VANET.....................................................12
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính chuyển động trong VANET.......................................................14
1.2.1. Giao diện đường phố...............................................................................................................15
1.2.2. Kích thước vùng.......................................................................................................................15
1.2.3. Cơ chế điều khiển giao thông...................................................................................................15
1.2.4. Chuyển động xe cộ phụ thuộc lẫn nhau...................................................................................15
1.2.5. Tốc độ trung bình.....................................................................................................................16
1.3 Kết luận............................................................................................................................................16


CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG MẠNG MANET ÁP DỤNG
CHO MẠNG VANET....................................................................................................17
2.1 Các mô hình chuyển động trong mạng MANET...............................................................................17
2.2 Những mô hình chuyển động dựa trên sự ngẫu nhiên....................................................................17
2.3 Những mô hình chuyển động xe cộ thực tế.....................................................................................18
2.4 Các mô hình chuyển động trong VANET..........................................................................................20
2.4.1 Kí hiệu.......................................................................................................................................21
2.4.2 Các mô hình ngẫu nhiên............................................................................................................22
2.4.3 Mô hình luồng giao thông.........................................................................................................25
2.4.4 Mô hình các xe theo sau...........................................................................................................26

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 2


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Mục Lục

2.4.5 Mô hình dấu hiệu dừng.............................................................................................................29
2.4.6 Mô hình dừng chờ ngẫu nhiên..................................................................................................30
2.4.7 Mô hình đèn giao thông............................................................................................................30
2.4.7.1 Phối hợp đèn giao thông........................................................................................................31
2.4.7.2 Tăng và giảm tốc độ...............................................................................................................31
2.4.7.3 Đa làn.....................................................................................................................................31
2.4.7.4 Tạo các phiên bản TLM..........................................................................................................31
2.5 Kết luận............................................................................................................................................32
Trong chương này đưa ra một số mô hình chuyển động cơ bản trong mạng MANET, từ đó làm nền
tảng để áp dụng cho mạng VANET. Các mô hình này đa số đều dựa trên sự ngẫu nhiên về chiều

chuyển động và vận tốc của các nút. Do đó, chúng không đáp ứng được nhu cầu về thực tế trong giao
thông hiện nay. Xuất phát từ thực trạng đó, nhóm nghiên cứu đã đi sâu vào tìm hiểu các mô hình
chuyển động đề cao tính thực tế, có thể triển khai và áp dụng rộng rãi trong mạng VANET. Trong đó
phải kể đến các mô hình ngẫu nhiên như mô hình đường cao tốc, mô hình Mahattan, mô hình luồng
giao thông, mô hình các xe theo sau… và các mô hình có tín hiệu dừng như mô hình dấu hiệu dừng,
mô hình dừng chờ ngẫu nhiên và mô hình đèn giao thông...................................................................32
Các mô hình có tín hiệu dừng kể trên sẽ được sử dụng trong mô phỏng ở chương sau để so sánh với
một số mô hình ngẫu nhiên nhằm tìm ra một mô hình tối ưu trong các kịch bản khác nhau................32

CHƯƠNG III: SO SÁNH MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG ĐÔ THỊ TRONG MẠNG
VANET........................................................................................................................... 33
3.1 Giao thức định tuyến AODV.............................................................................................................33
3.1.1 Thuật toán và loại định tuyến...................................................................................................33
3.1.2 Khám phá đường định tuyến....................................................................................................33
3.1.3 Duy trì và cập nhật bảng định tuyến.........................................................................................34
3.1.4 Sửa chữa tuyến lỗi trong giao thức định tuyến AODV..............................................................36
3.1.5 Ưu và nhược điểm của giao thức định tuyến AODV.................................................................36
3.2 Kịch bản so sánh mô hình chuyển động đô thị trong mạng VANET.................................................37
3.2.1 Thay đổi số lượng xe.................................................................................................................38
3.2.2 Thay đổi tốc độ xe.....................................................................................................................40
3.2.3 Thay đổi thời gian chờ đợi tại các ngã tư..................................................................................41
3.3 Kết luận............................................................................................................................................42

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 3


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET


Mục Lục

KẾT LUẬN.....................................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................45

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 4


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây: mạng hạ tầng và mạng Ad-hoc...................8
Hình 1.2: Mô hình mạng VANET...................................................................................9
Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET.................................................................12
Hình 1.4: RSU mở rộng khoảng giao tiếp.....................................................................14
Hình 1.5: RSU như một nguồn thông tin......................................................................14
Hình 2.1: Ký hiệu lưu lượng xe cộ................................................................................21
Hình 3.1: Quy trình thiêt lập tuyến AODV..................................................................34
Hình 3.2: Sơ đồ minh họa nguyên nhân gây lỗi trong quá trình cập nhật định tuyến.
......................................................................................................................................... 36
Hình 3.3: Sự thay đổi của tỷ lệ chuyển gói theo số lượng xe. Biểu đồ trình bày mối
quan hệ về hiệu suất của tất cả các mô hình chuyển động được đánh giá.................39
Hình 3.4: Sự thay đổi của trễ truyền dẫn theo số lượng xe. Trong tất cả các mô hình,
trễ truyền dẫn giảm khi số lượng xe tăng, nhưng sau đó tăng mạnh khi số lượng xe
tăng thêm........................................................................................................................ 40
Hình 3.5. So sánh mô hình đơn/ đa làn, tăng/ giảm tốc độ dưới số lượng xe khác

nhau và thời gian trễ từ đầu đến cuối của nó...............................................................41
Hình 3.6: Tỷ lệ chuyển gói với tốc độ tối đa của xe. Khi tốc độ tăng thì giảm tỷ lệ
chuyển gói. ..................................................................................................................... 41
Hình 3.7: Tỷ lệ chuyển gói với thời gian chờ đợi tối đa ở các giao lộ. Làm ổn định
mô hình chuyển động khiến tỷ lệ chuyển gói tăng cao................................................42

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 5


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Danh mục viết tắt

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

VANET

Vehicle Ad hoc Network

V2V

Vehicle to Vehicle Communication

V2I

Vehicle to Road Intrastructure

M2M


Machine-to-Machiner Communication

MANET

Mobile Ad-hoc Network

AU

Application Unit

GW

Gateway

OBU

On Board Unit

RSU

Road Side Unit

HS

Hot Spot

QoS

Quality of Service


AODV

Ad hoc on-demand Distance Vector

RREQ

Route Request

RERR

Route Error

RREP

Route Response

TLM

Traffic Light Model

SSM

Stop Sign Model

PTSM

Probabilistic Traffic Sign Model

Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 6


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET
1.1 MẠNG VANET
1.1.1 Sơ lược về mạng không dây
Mạng máy tính từ lâu đã trở thành một thành phần không thể thiếu đối với nhiều
lĩnh vực đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ dùng để chia sẻ tài nguyên trong
đơn vị đến hệ thống mạng toàn cầu như Internet. Các hệ thống mạng hữu tuyến và vô
tuyến đang ngày càng phát triển và phát huy vai trò của mình.
Mạng không dây là mạng không dùng dây cáp cho các kết nối mà sử dụng sóng
radio trong không gian để kết nối các máy tính với nhau.
Mặc dù mạng không dây đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những
năm gần đây, với sự bùng nổ của các thiết bị chuyển động thì nhu cầu nghiên cứu và phát
triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết. Nhiều công nghệ phần
cứng, chuẩn vô tuyến và các giao thức lần lượt ra đời và đang được tiếp tục nghiên cứu,
phát triển.
Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị chuyển động nên không
bị ràng buộc cố định về địa lý như trong mạng hữu tuyến. Ngoài ra ta còn có thể dễ dàng
bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình toàn bộ
Topology của mạng. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của mạng không dây là tốc độ truyền
chưa cao so với mạng hữu tuyến. Bên cạnh đó, khả năng bị nhiễu và mất gói tin cũng là
vấn đề đáng quan tâm.
Về cơ bản, mạng không dây có thể chia làm hai loại chính: thứ nhất là mạng hạ
tầng có các cổng kết nối hữu tuyến và cố định thường được gọi là các điểm truy cập. Các

thiết bị chuyển động trong mạng kết nối và liên lạc với điểm truy cập gần nhất nằm trong
bán kính truyền thông của nó; thứ hai là mạng Ad-hoc, là một tập hợp các nút mạng
chuyển động không dây nằm phân tán về mặt địa lý tạo thành một mạng tạm thời mà
không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn hay sự quản lý tập trung nào.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 7


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây: mạng hạ tầng và mạng Ad-hoc

1.1.2 Đặc điểm của mạng VANET
Mạng VANET - Vehicular Ad Hoc Network là mạng xe cộ tùy biến không dây,
một phần đặc biệt của mạng chuyển động Ad- hoc. VANET cung cấp trao đổi không dây
giữa xe với xe và xe với thiết bị lề đường. Thông tin liên lạc giữa các xe được sử dụng
cho sự an toàn, thoải mái và và giải trí tốt để cung cấp cho hành khách một hành trình
thoải mái.
Mạng VANET sử dụng các xe di chuyển như các nút trong một mạng để tạo nên
một mạng chuyển 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 chuyển động được tạo nên.
Trong thực tế, hệ thống đầu tiên được tích hợp công nghệ này là các xe của cảnh sát và
Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 8


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

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.

Hình 1.2: Mô hình mạng VANET
Xe có thể giao tiếp trực tiếp với các loại xe khác để hình thành hệ thống truyền
thông giữa xe với xe (V2V) hoặc giao tiếp với thiết bị cố định bên cạnh đường, gọi tắt là
đơn vị bên đường (RSU) tạo thành hệ thống thông tin liên lạc giữa xe với cơ sở hạ tầng
(V2I).
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 Comnunication) để chia sẻ
thông tin lẫn nhau.
Đặc điểm của mạng VANET cũng giống với công nghệ hoạt động của mạng Adhoc MANET đó là: quá trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp và sử dụng đường
truyền vô tuyến. Tuy nhiên điểm khác biệt chính của VANET và MANET là ở chỗ: các
nút mạng (xe cộ) di chuyển với tốc độ cao và không xác định khi truyền tín hiệu cho
nhau.
VANET có những đặc tính riêng của mình khi so sánh với các loại MANETs,
những đặc tính riêng của VANET bao gồm:
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 9



Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

 Khả năng dự đoán chuyển động: VANET khác với các loại mạng chuyển động
ad hoc. Trong đó, các nút di chuyển một cách ngẫu nhiên vì xe bị hạn chế bởi cấu
trúc liên kết, bố trí đường bộ và yêu cầu phải tuân theo vạch dấu hiệu và đèn giao
thông và để đáp ứng với xe di chuyển khác. Dẫn đến việc dự báo nằm trong khả
năng thực hiện.
 Khả năng tính toán cao: Bởi vì các nút trong VANET là xe, chúng có thể được
trang bị đủ số lượng cảm biến và các tài nguyên tính toán; như bộ vi xử lý, một
dung lượng bộ nhớ lớn, công nghệ tiên tiến và ăng-ten hệ thống định vị toàn cầu
(GPS). Những nguồn này tăng khả năng tính toán của các nút, giúp đạt được
truyền thông không dây đáng tin cậy và có được thông tin chính xác liên quan đến
vị trí hiện tại, tốc độ và hướng của phương tiện.
 Cung cấp lái xe an toàn, cải thiện sự thoải mái và nâng cao hiệu quả giao
thông: VANET cung cấp thông tin liên lạc trực tiếp giữa các phương tiện di
chuyển, do đó cho phép một tập hợp các ứng dụng, yêu cầu liên lạc trực tiếp giữa
các nút được áp dụng qua mạng. Ứng dụng này có thể cung cấp cho lái xe những
chỉ dẫn với thông điệp cảnh báo về tai nạn, hoặc về sự cố đột ngột. Hơn nữa, có
thể bổ sung các ứng dụng được áp dụng thông qua kiểu mạng này để cải thiện sự
thoải mái của hành khách và hiệu quả giao thông bằng cách phổ biến thông tin về
thời tiết, lưu lượng giao thông và các điểm thông tin quan tâm (trạm xăng dầu,
trung tâm mua sắm và thức ăn nhanh).
 Không hạn chế năng lượng: Năng lượng trong VANET không phải là một thách
thức quan trọng như trong MANETs, vì xe có khả năng cung cấp điện liên tục cho
tuổi thọ pin dài.
 Mật độ mạng khác biệt: Mật độ mạng trong VANET khác nhau tùy thuộc vào mật

độ giao thông, có thể rất cao trong trường hợp của một ách tắc giao thông, hoặc rất
thấp, như trong giao thông ngoại thành, nông thôn.
 Mạng quy mô lớn: Quy mô mạng lưới có thể là lớn ở các khu vực đô thị đông đúc
như trung tâm thành phố, đường cao tốc và ở lối vào của các thành phố lớn.
 Thay đổi nhanh chóng trong cấu trúc liên kết mạng: tốc độ cao tiêu biểu cho
phương tiện di chuyển, đặc biệt là đường cao tốc dẫn đến những thay đổi nhanh
chóng trong cấu trúc liên kết mạng. Hơn nữa, hành vi lái xe bị ảnh hưởng bởi các
dữ liệu nhận được từ mạng, gây ra những thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng.
Thời gian sử dụng liên kết giữa các xe bị ảnh hưởng bởi nhiều thông tin vô tuyến
và sự chuyển động của phương tiện. Thời gian sử dụng liên kết giữa các phương
tiện di chuyển theo hướng ngược nhau là rất ngắn so với trường hợp các phương
tiện di chuyển theo cùng một hướng. Những thay đổi nhanh chóng trong kết nối

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 10


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

liên kết gây ra đường kính mạng hiệu quả là nhỏ, trong khi nhiều liên kết bị ngắt
kết nối trước khi chúng có thể được sử dụng.
1.1.3 Các thách thức đối với mạng VANET
Một số vấn đề đã phát sinh khi ta cố gắng cung cấp một giải pháp cải tiến đối với
khả năng điều khiển của chủ phương tiện, với mục tiêu giảm số lượng tử vong do tai nạn
giao thông. Để thực hiện các yêu cầu đó, việc triển khai VANET thực sự cần thiết. Nhiều
yếu tố có tác động lớn vào việc đạt được mục tiêu đó cần phải xem xét, tiêu biểu như các
ứng dụng an toàn và các ứng dụng không an toàn. Những yếu tố đó là rất quan trọng để

xác định những thách thức trong mạng VANET. Những thách thức đó như sau:
Tín hiệu yếu dần: Vật cản trở thành trở ngại lớn trong việc giao tiếp giữa hai xe.
Đó là một trong những thách thức mà có thể ảnh hưởng hiệu quả của VANET. Những vật
cản này có thể là các loại xe khác hoặc các tòa nhà phân bố dọc theo những con đường,
đặc biệt là ở các thành phố. Tác động của chúng là ngăn chặn các tín hiệu từ nguồn tới
đích hoặc làm yếu chúng.
Giới hạn băng thông: Một vấn đề quan trọng trong VANET là không có một điều
phối viên trung tâm điều khiển các thông tin liên lạc giữa các nút, và trong đó có trách
nhiệm quản lý các hoạt động tranh chấp băng thông. Vì vậy nó cần phải sử dụng băng
thông sẵn có một cách hiệu quả. Xác suất khá cao mà tắc nghẽn kênh có thể xảy ra do
phạm vi giới hạn của tần số băng thông (10 - 20 MHz) cho các ứng dụng VANET, đặc
biệt là trong môi trường mật độ cao. Việc sử dụng hợp lý băng thông có tác động làm
giảm thời gian trễ để quảng bá thông báo. Nếu một chiếc xe cần gửi một tin nhắn mà
không tìm thấy cơ hội để truyền, nó phải chờ đợi một thời gian để có thể truyền, gây ra
ảnh hưởng là tăng độ trễ, đặc biệt ở khu vực đô thị với sự gia tăng nhiều ứng dụng
VANET.
Kết nối: Do tính chuyển động cao và thay đổi nhanh chóng của cấu trúc liên kết,
dẫn đến sự phân mảnh thường xuyên của mạng lưới. Thời gian tồn tại của các liên kết
cần kéo dài càng lâu càng tốt. Việc này có thể được thực hiện bằng cách tăng công suất
truyền. Nhưng có thể dẫn đến hao phí. Theo đó, kết nối được coi là một vấn đề quan
trọng trong VANET, mặc dù nhiều nghiên cứu trong Manet đã tập trung vào giải quyết
vấn đề này. Tuy nhiên, nó vẫn chiếm một phần lớn trong các nỗ lực tập trung hướng tới
sự phát triển VANET.
Vùng hiệu quả nhỏ: Do đường kính của một mạng VANET hiệu quả nhỏ, dẫn
đến kết nối yếu trong thông tin liên lạc giữa các nút. Do đó, việc duy trì hoàn chỉnh cấu
trúc liên kết toàn bộ mạng là không thể thực hiện cho một nút.
An ninh và sự riêng tư: Thiết lập một sự cân bằng hợp lý giữa an ninh và sự riêng
tư là một trong những thách thức chính trong VANET. Việc nhận được thông tin đáng tin
Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 11


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

cậy từ một nguồn là quan trọng đối với một nút. Tuy nhiên, thông tin đáng tin cậy này có
thể vi phạm các nhu cầu riêng tư của nguồn đó.
Giao thức định tuyến: Do khả năng chuyển động cao của các nút và cấu trúc liên
kết nhanh chóng thay đổi, nên việc thiết kế một giao thức định tuyến hiệu quả mà có thể
cung cấp một gói tin trong một thời gian tối thiểu được coi là một thách thức quan trọng
trong VANET. Hơn nữa, nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào thiết kế một giao thức
định tuyến thích hợp cho môi trường có mật độ xe cao với khoảng cách giữa chúng là rất
gần. Thiết kế một giao thức định tuyến hiệu quả có tác động cải thiện nhiều yếu tố, yêu
cầu đầu tiên là tăng cường độ tin cậy của hệ thống bằng cách tận dụng tỷ lệ phân phối các
gói tin, thứ hai là giảm mức độ can thiệp gây ra bởi các tòa nhà cao trong môi trường
thành phố, yếu tố thứ ba là yêu cầu khả năng mở rộng tốt để tránh xung và yếu tố nữa là
có thể cung cấp một gói tin trong thời gian ngắn nhất có thể, đặc biệt là trong các tình
huống khẩn cấp, yếu tố này được coi là một yếu tố rất quan trọng.
1.1.4 Cấu trúc, chức năng và các thành phần trong mạng VANET.

Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET
Kiến trúc một hệ thống mạng VANET bao gồm các Domain và nhiều thành phần
riêng rẽ như Hình 1.3. Hình 1.3 cho thấy 3 Domain (gồm trong xe, Adhoc, cơ sở hạ tầng)
và các thành phần riêng rẽ (đơn vị ứng dụng, đơn vị trên xe và đơn vị bên đường).
 Trong xe: Bao gồm một OBU và nhiều AU bên trong một chiếc xe. AU thực hiện
một tập hợp các ứng dụng sử dụng khả năng giao tiếp của OBU. Một OBU được
trang bị một thiết bị truyền thông (tầm ngắn) cho an toàn, có khả năng lựa chọn
Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 12


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

các thiết bị liên lạc (giao tiếp an toàn và không an toàn). Sự khác biệt giữa AU và
OBU là logic, chúng cũng có thể trong cùng một đơn vị vật lý.
 Adhoc: Miền Adhoc bao gồm các loại xe được trang bị OBU và trên đường có các
RSU để hình thành mạng VANET. OBU hình thành một mạng lưới cho phép giao
tiếp giữa các nút. Nếu tồn tại kết nối không dây OBU trực tiếp giao tiếp, sử dụng
đa hop để chuyển tiếp dữ liệu.
 Cơ sở hạ tầng: Cơ sở hạ tầng bao gồm RSU và các điểm nóng không dây (HT),
các xe có thể truy cập cho các ứng dụng an toàn và không an toàn. RSU truy cập
Internet thường được thiết lập bởi các quản trị viên và các cơ quan khác. Hai loại
truy nhập cơ sở hạ tầng, RSU và HT, tương ứng với các loại ứng dụng khác nhau.
Không phải RSU, cũng không phải HT truy cập Internet, mà OBU có thể giao tiếp
với mạng chuyển động (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA, WiMax, 4G) được tích
hợp ở OBU, đặc biệt là các ứng dụng an toàn.
On – Board Unit (OBU)
OBU được đặt trên xe để đáp ứng giao tiếp V2V và V2I. Nó cũng cung cấp dịch
vụ truyền thông AU và chuyển tiếp dữ liệu thay cho OBU khác trong mạng Adhoc. Một
OBU được trang bị ít nhất một giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên công nghệ
802.11p. Thiết bị mạng được sử dụng để gửi, nhận và chuyển tiếp các dữ liệu liên quan
trong mạng Adhoc. Một OBU có thể trang bị nhiều thiết bị mạng, ví dụ: truyền không an
toàn, dựa trên công nghệ vô tuyến khác theo tiêu chuẩn IEEE 802.11a/b/g/n. Các chức
năng OBU và thủ tục bao gồm truy cập vô tuyến không dây, định tuyến dựa vào vị trí địa
lý, điều khiển tắc nghẽn mạng, chuyển dữ liệu an ninh quan trọng…

Road – Side Unit (RSU)
RSU là một thiết bị vật lý có các vị trí cố định trên đường hoặc các vị trí chuyên
dụng như trạm xăng, bãi đỗ xe, nhà hàng. Một RSU được trang bị ít nhất một thiết bị
mạng giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên IEEE 802.11p. Một RSU cũng có thể được
trang bị các thiết bị mạng khác để cho phép liên lạc với một mạng lưới cơ sở hạ tầng.
Tổng quan về RSU như sau:
o Mở rộng phạm vi giao tiếp của mạng Adhoc có nghĩa là phân phối lại thông tin
để các OBU cùng với RSU có thể chuyển tiếp, phân phối thông tin an toàn.
o Chạy các ứng dụng an toàn, chẳng hạn như cảnh báo cho V2I (cảnh báo cầu
thấp, công trường thi công,…) và hoạt động như nguồn và nhận.
o Cung cấp kết nối Internet cho OBU.
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 13


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

Hình 1.4: RSU mở rộng khoảng giao tiếp

Hình 1.5: RSU như một nguồn thông tin
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính chuyển động trong VANET
Mô hình chuyển động của các nút trong mạng VANET ảnh hưởng đến khả năng
định tuyến, bảo dưỡng, đồng bộ và cơ chế sao lưu dữ liệu. Tại bất kỳ thời điểm nào,
mạng VANET cũng tồn tại nút tĩnh (không chuyển động) và nút động (di chuyển). Các
nút tĩnh làm giảm sự thay đổi cấu trúc liên kết trong mạng và quá trình định tuyến ổn
Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 14


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

định hơn, có tác dụng như các điểm chuyển tiếp cho các gói tin đến và đi đến các nút lân
cận. Mặt khác, các nút động được mang vào hệ thống một cách ngẫu nhiên dẫn tới việc
thường xuyên phải cập nhật định tuyến và thậm chí còn làm mất mát các gói tin.
1.2.1. Giao diện đường phố
Việc bố trí các tuyến đường có tác dụng giới hạn sự chuyển động của các nút
mạng, lựa chọn được các tuyến đường tốt nhất. Sự chuyển động được giới hạn này giúp
ta xác định, phân bố không gian và liên kết cho các nút mạng. Trong ảnh hưởng này, nhấn
mạnh tầm quan trọng của yếu tố phạm vi truyền dẫn của các nút, bởi vì việc bố trí các
tuyến đường có thể dẫn tới việc các xe đi trên các tuyến đường song song cách xa nhau
có thể cho ra khỏi phạm vi giao tiếp. Các tuyến đường có thể có một hay nhiều làn xe,
một chiều hoặc hai chiều.
1.2.2. Kích thước vùng
Khu vực đô thị thường được chia thành các vùng với diện tích khác nhau và được
bao quanh bởi các tuyến đường. Các tuyến đường ở khu vực đô thị, khu trung tâm thì
thường nhỏ hơn các tuyến đường ở các vùng nông thôn. Kích thước vùng mạng cũng phụ
thuộc nhiều vào mật độ nút mạng tại khu vực đó, được xác định lần lượt dựa trên tần xuất
mỗi lần xe dừng lại. Ngoài ra nó cũng xác định xem liệu tại các nút giao thông lân cận có
thể bắt được tín hiệu radio từ các nút khác hay không. Nếu khối liên kết mạng lớn, nút
giao thông phân cách thành nhiều phần và phân vùng mạng, kết quả là hiệu suất trao đổi
thông tin bị suy giảm.
1.2.3. Cơ chế điều khiển giao thông
Cơ chế điều khiển giao thông thường được sử dụng tại các nơi đường giao nhau là
dừng lại hoặc đi tiếp theo chỉ dẫn của tín hiệu đèn. Khi có đèn đỏ thì các xe phải dừng lại

trong một khoảng thời gian ngắn khoảng tầm vài chục giây cho đến khi đèn chuyển xanh
thì mới được đi tiếp. Điều này dẫn đến việc các xe xếp thành hang dài nối đuôi nhau, vì
vậy làm giảm tốc độ lưu thông của chúng. Hơn thế nữa, còn gián tiếp làm giảm tính
chuyển động trong mạng khi có thêm nhiều các nút tĩnh hơn và sự thay đổi định tuyến
xảy ra với tốc độ chậm hơn. Mặt khác, việc hình thành các cụm xe cũng có thể gây ra ảnh
hưởng xấu đến hiệu suất truyền tin của mạng với việc gia tăng sự chiếm dụng các kênh
sóng và tăng phân vùng mạng.
1.2.4. Chuyển động xe cộ phụ thuộc lẫn nhau
Mỗi xe khi di chuyển trên đường thì không thể không để ý đến những hạn chế vật
lý gây ra bởi cấu trúc đường phố và các xe ở gần đó. Mỗi chuyển động của xe bất kỳ thì
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 15


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương I

đều ảnh hưởng tới sự chuyển động của các xe xung quanh nó. Chẳng hạn, một chiếc xe
muốn duy trì khoảng cách an toàn tối thiểu với xe phía trước thì phải tăng hoặc giảm tốc
độ hoặc chuyển làn đường để tránh ùn tắc giao thông.
1.2.5. Tốc độ trung bình
Tốc độ của xe sẽ quyết định đến sự thay đổi vị trí của nó nhiều hay ít, qua đó cũng
quyết định tốc độ thay đổi cấu trúc topo mạng. Giới hạn tốc độ tối đa cho phép trên mỗi
con đường sẽ xác định tốc độ di chuyển trung bình của xe và mức độ thường xuyên cập
nhật các tuyến đường hiện hành đang sửa chữa hoặc các tuyến đường mới được đưa vào
hoạt động. Ngoài ra, việc các xe tăng hoặc giảm tốc độ và cấu trúc của đường đi cũng ảnh
hưởng tới tốc độ trung bình của xe, chẳng hạn như nếu một tuyến đường có ít các nút
giao thông ( ngã ba, ngã tư, nơi giao nhau của các tuyến đường…) thì đồng nghĩa là các

xe có thể di chuyển với một tốc độ cao hơn trong một khoảng thời gian dài hơn việc phải
di chuyển trên những tuyến đường ngắn, nhiều nút giao nhau.
1.3 Kết luận
Phần này đề cập tới các yếu tố trong mô hình chuyển động của mạng VANET và
những ảnh hưởng của chúng. Các yếu tố này cần được xem xét và cân nhắc khi tiến hành
phân tích các kết quả mô phỏng hiệu suất mạng. Trước hết, là sự rằng buộc với các tuyến
phố hiện hành, việc bố trí các tuyến đường có tác dụng giới hạn sự chuyển động của các
nút mạng, lựa chọn được các tuyến đường tốt nhất. Điều này là rất quan trọng trong việc
xây dựng topo mạng bởi vì mỗi mô hình mạng chuyển động khác nhau thì có hiệu suất
mạnh yếu khác nhau. Ví dụ, với những vùng mạng nhỏ thì sẽ cho ta kết quả rất khác so
với khi thực hiện tại các vùng mạng lớn, tại đó phạm vi truyền dẫn của các nút không đủ
để thực hiện một mạng hợp lý.
Vì vậy, các yếu tố này phải được tính toãn kĩ lưỡng khi bắt tay vào xây dựng mô
hình chuyển động xe cộ trong mạng VANET, và khi thực hiện mô phỏng một mạng thì
cần phải xem xét và đặt nó trong bối cảnh của các cấu trúc liên kết mà tại đó mô phỏng
được tiến hành.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 16


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG MẠNG MANET ÁP DỤNG
CHO MẠNG VANET

2.1 Các mô hình chuyển động trong mạng MANET

Mô hình chuyển động được thiết kế để mô tả cách di chuyển của người điều khiển
chuyển động và vị trí của họ, sự thay đổi vận tốc và gia tốc theo thời gian. Các mô hình
chuyển động đóng một vai trò quan trọng trong việc áp dụng thực tế để khảo sát và đánh
giá giao thức định tuyến. Việc sử dụng những kịch bản thực tế, sự quan sát và những kết
luận được rút ra từ những nghiên cứu mô phỏng để đánh giá giao thức định tuyến không
bị nhầm lẫn.
Một số mô hình chuyển động thực tế đặc trưng cho mạng MANET sau:
1. Mô hình chuyển động bước ngẫu nhiên: Trong mô hình này có khá nhiều biến thể
đây là một mô hình chuyển động đơn giản dựa trên sự ngẫu nhiên của chiều
chuyển động và vận tốc.
2. Mô hình chuyển động điểm định hướng ngẫu nhiên: Đặc điểm mô hình này các nút
di chuyển ngẫu nhiên và mỗi khi thay đổi đích đến và tốc độ thì sẽ bị tạm dừng
trong một khoảng thời gian.
3. Mô hình chuyển động điều khiển ngẫu nhiên: mô hình các xe di chuyển đến vùng
biên của mô phỏng trước khi đổi chiều chuyển động và vận tốc.
4. Mô hình chuyển động mô phỏng một vùng không giới hạn: mô hình mà chuyển đổi
một vùng mô phỏng 2D hình chữ nhật vào trong vùng mô phỏng hình xuyến. Các
xe sẽ đi theo hình xuyến vì vậy không giới hạn về điểm đích.
5. Mô hình chuyển động Gauss-Markov: Một mô hình mà sử dụng thông số điều
chỉnh để thay đổi mức độ ngẫu nhiên trong mô hình chuyển động.
6. Một phiên bản theo xác suất của mô hình chuyển động bước ngẫu nhiên: sử dụng
một tập hợp các xác suất để xác định vị trí tiếp theo.
7. Mô hình chuyển động trong khu vực thành phố: khu vực mô phỏng mà tượng
trưng cho các tuyến đường trong thành phố. Ví dụ như các mô hình SSM, TLM…
Trong phần tiếp theo trong chương II sẽ mô tả mô hình chuyển động đầu tiên và
đang là những mô hình được sử dụng rộng rãi trong các mô phỏng của MANET.
2.2 Những mô hình chuyển động dựa trên sự ngẫu nhiên
Trong những mô hình chuyển động dựa trên sự ngẫu nhiên, các nút chuyển động
di chuyển một cách tự do mà không có những sự hạn chế. Cụ thể, các điểm đến, tốc độ và
chiều chuyển động đều được lựa chọn ngẫu nhiên và độc lập với các nút khác.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 17


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

Mô hình chuyển động điểm định hướng ngẫu nhiên trong đó các nút di chuyển độc
lập tới các đích đến được lựa chọn một cách ngẫu nhiên với một tốc độ ngẫu nhiên. Ngay
sau đó, nó đã trở thành một mô hình chuyển động “Chuẩn” để đánh giá các giao thức
định tuyến MANET, bởi vì sự đơn giản và tiện lợi.
Trong mô hình chuyển động điểm định hướng ngẫu nhiên, một nút bắt đầu từ một
vị trí khởi đầu và di chuyển hướng tới một điểm đích được chọn ngẫu nhiên trên vùng mô
phỏng với tốc độ không đổi. Tốc độ chuyển động được chọn ngẫu nhiên và quỹ đạo di
chuyển là một đường thẳng. Khi nó đi đến đích, nó tạm dừng một khoảng thời gian và
sau đó sẽ chọn một điểm đích đến khác cùng với một tốc độ ngẫu nhiên khác và di
chuyển đến đó. Quá trình này được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình mô phỏng. Sự đơn
giản của mô hình chuyển động điểm định hướng ngẫu nhiên có thể là một lý do để nó
được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng.
Ban đầu mô hình bước ngẫu nhiên được đề xuất để mô phỏng sự chuyển động của
các hạt trong vật lý vì những chuyển động này là không thể dự đoán được, trong đó các
nút di chuyển một cách bất ngờ. Mô hình bước ngẫu nhiên có nét tương đồng với mô
hình điểm chuyển động định hướng ngẫu nhiên bởi vì sự chuyển động của các nút có tính
ngẫu nhiên mạnh trong cả hai mô hình. Chúng ta có thể nghĩ rằng mô hình bước chuyển
động ngẫu nhiên là đặc trưng của mô hình điểm chuyển động định hướng ngẫu nhiên với
thời gian dừng lại là 0.
Tuy nhiên, trong mô hình bước ngẫu nhiên, các nút thay đổi tốc độ chuyển động
và hướng di chuyển ở mỗi khoảng thời gian nghỉ. Đối với các khoảng thời gian t mới, các

nút sẽ là ngẫu nhiên và không được thông báo việc chọn chiều chuyển động mới θ ( t ) của
nó trong khoảng (0, 2π ] . Theo cách tương tự, tốc độ mới v ( t ) tuân theo phân bố đều hoặc
phân bố Gaussian trong đoạn [ 0,Vmax ] .Do đó, trong thời gian t, các nút di chuyển với

vector vận tốc ( v ( t ) cos θ ( t ) , v ( t ) sin θ ( t ) ) . Nếu nút di chuyển theo các quy định trên và
đạt đến giới hạn của phạm vi mô phỏng, các nút sẽ di chuyển quay lại phạm vi mô phỏng
với các góc θ ( t ) hoặc π − θ ( t ) tương ứng.
Mô hình bước ngẫu nhiên là một quá trình chuyển động không nhớ thông tin về
tình trạng trước đó, và không sử dụng cho quyết định chuyển động trong tương lai.
Đó là để nói, vận tốc hiện tại là độc lập với vận tốc trước đó và ngược lại. Tuy
nhiên, có thể thấy rằng mô hình này không phải là các trường hợp thường thấy của các
nút chuyển động trong đời sống thực tế.
2.3 Những mô hình chuyển động xe cộ thực tế
Các mô hình chuyển động xe cộ được chia ra thành hai loại là vi mô hoặc vĩ mô:
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 18


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

• Khi tập trung vào một điểm vĩ mô, các yếu tố liên quan như những tuyến đường,
những con phố, ngã ba ngã tư, tín hiệu đèn giao thông cũng như hệ thống biển báo
hiệu đều được xem xét. Ngoài ra, các vấn đề về trạng thái giao thông như mật độ
giao thông, lưu lượng giao thông, và sự phân bố xe ban đầu cũng được xác định.
• Các sự tiếp cận vi mô tập trung vào sự chuyển động của mỗi xe riêng lẻ và cách
xử lý của nó với những khía cạnh khác.
Tuy vậy, cách tiếp cận vi mô và vĩ mô này dùng để phân tích một mô hình chuyển

động nhiều hơn là một mô tả chính thức.
Một cách khác việc xem xét và đánh giá các mô hình chuyển động là để xác định
hai vấn đề chính: những hạn chế chuyển động và trạng thái giao thông. Những hạn chế
chuyển động mô tả mỗi chiếc xe di chuyển như thế nào (nó là mức độ liên quan đến
chuyển động tự do) và thường thu được từ bản đồ. Trong vĩ mô, hạn chế chuyển động là
các tuyến phố hoặc các tòa nhà, nhưng trong vi mô, các ràng buộc được mô hình hóa bởi
các xe lân cận, người đi bộ hay hạn chế do sự bố trí đa dạng của các tuyến đường hoặc
thậm chí do các hành vi và thói quen điều khiển.
Một mô hình chuyển động thực tế phải bao gồm:
1. Những bản đồ mô phỏng phải tương đối chính xác so với thực tế: vì những bản đồ
như vậy sẽ đảm bảo cấu trúc, sự phân bố những con đường, làn đường khác nhau
với vận tốc có liên quan.
2. Sự thay đổi vận tốc: trong mô hình chuyển động thực tế có nhiều ảnh hưởng tới sự
tăng và giảm tốc độ đều đặn do nhiều yếu tố khác nhau. Sự tăng và giảm tốc là đặc
trưng trong mô hình thực tế.
3. Thời gian mô phỏng: Mật độ giao thông trong ngày là khác nhau tại khác thời
điểm khác nhau. Chẳng hạn như ở giờ cao điểm như đầu giờ sang hoặc xế chiều,
chắc chắn mật độ tham gia giao thông sẽ rất cao, thời gian để tới đích sẽ lâu hơn
và ngược lại ở các giờ thấp điểm thì các tuyến đường sẽ trở nên thông thoáng và
mật độ phương tiện lưu thông lúc đó sẽ dễ chịu hơn rất nhiều, tương ứng với thời
gian đến đích sẽ nhanh hơn. Do đó, thời gian thực hiện mô phỏng cần khác nhau
để đảm bảo thu được kết quả tốt nhất.
4. Sự phân bố của các phương tiện: Nó có thể được thấy trong đời sống thực tế, vị trí
ban đầu của những xe không được phân bố đều trong khu vực mô phỏng, đặc biệt
tại những địa điểm thu hút. Trên thực tế, thiết lập thời gian cũng phụ thuộc vào
mật độ của xe tại những nơi đặc biệt thu hút, chẳng hạn như những tòa nhà, những
văn phòng hay những trung tâm mua sắm được yêu thích.
5. Hành vi điều khiển: Những người lái xe tương tác với môi trường xung quanh,
không chỉ quan tâm tới những ảnh hưởng cố định trên đường như hệ thống đèn tín
Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 19


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

hiệu giao thông, hệ thống biển báo hiệu, sự phân chia làn đường, sự giao nhau của
các tuyến phố mà còn để ý tới những trở ngại ngẫu nhiên khác như chuyển động
của những xe lân cận và người đi bộ qua đường. Theo đó, trong mô hình chuyển
độn, các phương tiện cần có sự tương tác lẫn nhau về các yếu tố như: sự vượt xe,
tai nạn giao thông hoặc tình trạng tắc nghẽn giao thông tại các tuyến đường,, hay
đôi khi là sự xuất hiện của các vật thể lạ trên đường.
2.4 Các mô hình chuyển động trong VANET
Khi tính chuyển động lần đầu tiên được đưa vào trong mô phỏng của các mạng
không dây, một số mô hình để tạo ra các mẫu chuyển động của các nút đã được đề xuất.
Các mô hình điểm tham chiếu ngẫu nhiên, mô hình chuyển động bước ngẫu nhiên, mô
hình tham chiếu nhóm, mô hình chế độ nút theo dõi, mô hình Gauss-Markov, chỉ để dẫn
chứng những mô hình được biết đến nhiều nhất, tất cả các mô hình này có liên quan bởi
các đại lượng ngẫu nhiên chuyển động với tốc độ tuyến tính, không đổi trong phạm vi
ranh giới vùng mô phỏng, hơn nữa là việc thay đổi thời gian chuyển động, khả năng tăng
tốc và giảm tốc của các nút. Tiêu biểu, mô hình điểm tham chiếu ngẫu nhiên đã được áp
dụng thành công. Tuy nhiên, bản chất của mô hình chuyển động như vậy là tạo ra các mô
hình chuyển động với một số chuyển động không giống trong giao thông thực tế. Việc sử
dụng mạng VANET vào bất kỳ mô hình nào nói trên sẽ tạo ra kết quả hoàn toàn vô ích.
Do đó, việc nghiên cứu đi sâu vào việc tìm kiếm các mô hình thực tế hơn.

Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 20


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

Hình 2.1: Ký hiệu lưu lượng xe cộ
2.4.1 Kí hiệu
Theo kịch bản giao thông xe cộ mô tả trong hình 2.1, chúng ta định nghĩa i là
chiếc xe đang được xét tại thời điểm hiện tại. Tại một thời điểm xác định t, chiếc xe đang
ở vị trí

(t), và chuyển động với tốc độ

nó có thể được biểu diễn là

, có nghĩa là khả năng tăng tốc tức thời của

. Chỉ số i-1 và i + 1 xác định xe ở phía sau và trước đối

với xe i, chúng nằm ở vị trí

và

và chuyển động với tốc độ

và

tương ứng tại thời điểm t. Khoảng cách từ đuôi xe phía trước tới mũi xe phía sau

hay giữa xe i và i + 1 được xác định là

. Chỉ số j-1 và j+1 xác định xe phía sau và

trước đối với xe i, trong hai làn đường khác nhau, xem xét việc thay đổi làn đường.
Những chiếc xe này ở tại các vị trí
và

và

và chuyển động với tốc độ

tương ứng. Ngoài ra, chúng ta biểu thị các thông số đầu vào để mô tả di

chuyển của xe bằng các ký hiệu phù hợp trong các mô hình khác nhau. Các kí hiệu được
sử dụng được liệt kê trong bảng 2.1.

Các tham số

Kí hiệu

Gia tốc

a

Giảm tốc

b

Thời gian phản ứng người điều khiển

Bước nhảy thời gian
Tốc độ lớn nhất
Tốc độ nhỏ nhất
Thời gian tiến triển an toàn

T

Bảng 2.1: Danh sách các tham số

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 21


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

2.4.2 Các mô hình ngẫu nhiên
Các mô hình ngẫu nhiên là tất cả những mô hình mô tả tính chuyển động mà hạn
chế chuyển động ngẫu nhiên của các nút trên đồ thị. Các đồ thị đại diện cho một topo
đường, và sự dịch chuyển là ngẫu nhiên với xe riêng lẻ hoặc một nhóm xe, chúng đi theo
con đường bình thường trên đồ thị, thường di chuyển với tốc độ được chọn ngẫu nhiên.
Mô hình ngẫu nhiên là những mô hình mô tả về chuyển động xe cộ đơn giản được sử
dụng trong nghiên cứu về mạng xe cộ VANETs, chúng không xem xét bất kỳ kết quả lý
thuyết giao thông xe cộ nào. Các khía cạnh cơ bản như sự tương tác xe với xe (car-to-car)
và mô hình giao nhau không được xem xét hoặc chỉ giải quyết một cách đơn giản, kết
quả là không thể tạo ra được kịch bản chuyển động thực tế. Mô hình ngẫu nhiên thường
được sử dụng để so sánh với mô hình chuyển động ngẫu nhiên đầy đủ, ví dụ như các mô
hình mà không làm hạn chế sự di chuyển ngẫu nhiên của các nút trên một đồ thị, chẳng

hạn như là mô hình bước ngẫu nhiên hoặc mô hình điểm tham chiếu ngẫu nhiên. Tuy
nhiên, các mô hình như vậy hầu như không xác nhận tính thực tế của mô hình ngẫu
nhiên.
Mô hình chuyển động trong khu vực thành phố làm hạn chế các nút di chuyển trên
một topo đường lưới, nơi mà tất cả các cạnh được coi là hai chiều, đơn làn. Các xe lựa
chọn ngẫu nhiên một trong những điểm giao nhau làm điểm đến trên lưới và di chuyển về
phía nó với tốc độ không đổi, trên một trục tọa độ hai chiều gồm một trục ngang và một
trục thẳng đứng. Tốc độ phụ thuộc vào tuyến đường mà xe đang đi, tốc độ cao và tốc độ
thấp sẽ được tính tới cho phù hợp. Tương tác xe với xe (car-to-car) được bỏ qua khi tất cả
các xe lân cận di chuyển cùng một tốc độ.

Hình 2.2: Mô hình chuyển động trong khu vực thành phố
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 22


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

Mô hình đường cao tốc tiêu biểu cho một số đường cao tốc hai chiều với nhiều làn
xe. Một mô hình đường cao tốc và một mô hình chuyển động đô thị Manhattan để kiểm
tra các hiệu ứng khác nhau mô tả chuyển động dựa trên một vài các chỉ số về hiệu suất
mạng. Chuyển động của mỗi xe được giới hạn trong làn đường nó đang di chuyển, và áp
dụng theo các quy tắc về tốc độ, với một xe i bất kì:
.

1.
2. Nếu


;

3. Nếu

thì

4. Nếu

- ;

Trong đó: SD là khoảng cách an toàn tối thiểu giữa hai xe và

là một biến ngẫu

nhiên phân bố đều trong khoảng [-1, 1]. Quy tắc đầu tiên cho biết việc thêm một số ngẫu
nhiên cho việc cập nhật tốc độ của các xe, đó là đầu tiên lựa chọn tốc độ thống nhất phân
bố trong khoảng [

]. Quy tắc thứ hai đưa ra một yêu cầu về khoảng cách an

toàn tối thiểu giữa các xe. Mỗi chiếc xe bắt đầu chuyển động ở đầu của một làn đường,
và kết thúc chuyển động khi nó đi đến cuối của làn đường. Sau đó, một chuyển động mới
trên một làn đường được lựa chọn ngẫu nhiên và bắt đầu lại quá trình trên.

Hình 2.3: Mô hình đường cao tốc
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 23



Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

Mô hình chuyển động Manhattan có dạng lưới, tương tự như mô hình chuyển
động trong một khu vực thành phố trong phần trước. Khác với mô hình khu vực thành
phố, các mô hình Manhattan sử dụng một phương pháp tiếp cận theo xác suất trong việc
lựa chọn hướng các nút di chuyển, vì ở mỗi ngã tư, một chiếc xe chọn tiếp tục đi thẳng
với xác suất 0,5 và rẽ trái hoặc phải với xác suất 0,25 trong mỗi trường hợp. Việc quản lý
tốc độ cũng giống trong mô hình cao tốc, nhờ đó nó có tính thực tế hơn đối với các mô
hình phần thành phố, nơi mà tất cả xe đi trên cùng làn đường có vận tốc giống hệt nhau.

Hình 2.4: Mô hình Mahattan
Mô hình hoá phương tiện giao thông với sự vận động ngẫu nhiên của các nút trên
topo. Các nút chọn một điểm ngẫu nhiên trên đồ thị như là điểm đến của chúng và tính
toán con đường ngắn nhất để đến đích. Các chuỗi thu được từ tính chi phí đi trên mỗi con
đường giới hạn tốc độ của nó và số lượng xe đã di chuyển trên đó, đây là một cách để tái
tạo xu hướng thế giới thực của các trình điều khiển để tránh những con đường đông đúc.

Tốc độ của một nút được thiết lập là một hằng số có giá trị trong khoảng [ −vmax , + vmax ] ,
trong đó vmax là giới hạn tốc độ của xe trên tuyến đường đang lưu thông. Tất cả các tuyến
đường được coi là hai chiều và đơn làn, và không có sự tương tác giữa xe với xe (car-tocar).
Mô hình chuyển động dấu vết thực, có nguồn gốc từ mô hình dấu vết ảo. Các mô
hình dấu vết ảo gắn các nút di chuyển trên một đồ thị, mà đỉnh được gọi là trạm chuyển
đổi, và có cạnh được định nghĩa theo dấu vết ảo. Các cạnh có độ dài bằng với khoảng
cách giữa các trạm chuyển đổi kết nối chúng, và chiều rộng được định nghĩa bởi người
dùng. Vì vậy, chúng có thể được biểu diễn dưới dạng hình chữ nhật. Các nút di chuyển
Báo cáo nghiên cứu khoa học


Page 24


Tìm hiểu mô hình chuyển động trong mạng VANET

Chương III

theo nhóm, theo mô hình tham chiếu nhóm (RPGM), trong đó xác định một hướng đi
chung cho các nhóm, và sau đó thêm một số ngẫu nhiên để chuyển động của các nút
trong nhóm tuân theo một hướng chung.
Nhóm các nút được phép di chuyển theo mô hình điểm tham chiếu ngẫu nhiên từ
một trạm chuyển đổi sang một trạm chuyển đổi khác chỉ trong các dấu vết ảo, và chỉ nghe
theo sự chỉ đạo của các trạm chuyển tiếp. Tại các trạm chuyển tiếp các nút có thể rời khỏi
nhóm hiện tại của chúng và tham gia các nhóm khác. Các mô hình dấu vết thực áp dụng
mô hình dấu vết ảo cho topo thực. Các đường giao nhau được ánh xạ vào các trạm
chuyển tiếp và các con đường thực thành hai con đường ảo, mà có chiều rộng được cho
cố định. Ý tưởng cơ sở của mô hình dấu vết thực là để tái tạo các phân nhóm của xe xảy
ra tại nút giao nhau và quảng bá trên các tuyến đường. Tuy nhiên, chiến lược được lựa
chọn không dựa trên bất kỳ kết quả lý thuyết giao thông nào, cũng như không được xác
nhận bởi các mô hình khác hoặc dữ liệu thế giới thực. Hơn nữa, vì đây là mô hình chuyển
động dựa trên cơ sở mô hình chuyển động RPGM nên các mô hình là ngẫu nhiên và
không được xem xét sự tương tác giữa xe với xe.
2.4.3 Mô hình luồng giao thông
Mô hình luồng giao thông liên quan đến 3 yếu tố cơ bản: tốc độ v(x,t), mật độ
p(x,t) và lưu lượng tham gia q(x,t). Các yếu tố này đều là một hàm của không gian x và
thời gian t, là giá trị trung bình trên một chặng đường đủ lớn. Kể từ khi vấn đề lưu lượng
xe cộ tham gia giao thông được quan tâm đến, thì các mô hình mô phỏng vĩ mô được giới
thiệu rộng rãi hơn. Các phương trình cơ bản xuất phát từ ý tưởng đó, xây dựng một đoạn
đường, số lượng xe có thể thay đổi do các xe vào và ra khỏi các giao lộ. Điều này dẫn
đến các phương trình liên tục sau đây:


∂ρ
∂ρ
=−
∂t
∂x

(1.1)

Theo đó, mật độ trên một vùng diện tích dx biến đổi, trong một khoảng thời gian
nhỏ dt, theo các lưu lượng tham gia giao thông tương ứng. Giả sử vận tốc là hàm của mật
độ:

∂ρ d
∂ρ
+
ρυ ( ρ ) )
(
∂t d ρ
∂x

(1.2)

Mô hình luồng giao thông có thể quản lý một số lượng lớn xe cộ. Điều này tạo nên
sự hứng thú cho các nhà phân tích cấp cao nghiên cứu về tình trạng giao thông. Tuy
nhiên, họ không thể mô hình hóa mỗi chiếc xe một cách độc lập. Các nghiên cứu trong
VANETs chủ yếu dựa trên mô phỏng, với tốc độ xử lý phần cứng nhanh, khắc phục được
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Page 25