BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HOÀNG VĂN DƢỠNG

TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN GIỮA CÁC XE CỘ DI
CHUYỂN VỚI TỐC ĐỘ CAO SỬ DỤNG SÓNG VÔ TUYẾN TẦM GẦN
CHUYÊN DỤNG DSRC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM VĂN TIẾN

Hà Nội – 10/2016


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iv
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ .............................. v
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................... vi
DANH SÁCH HÌNH ẢNH .............................................................................. ix
MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... xi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................................... 3
1.1 Giới thiệu chung về Mạng xe cộ VANET – Vehicular Ad hoc Network.3
1.1.1 Mạng Ad-hoc. ................................................................................... 3

1.1.2 Mạng VNET...................................................................................... 7
1.2 Giới thiệu về công nghệ DSRC. ............................................................ 14
1.2.1 Khái niệm DSRC. ........................................................................... 14
1.2.2 Chuẩn 802.11p ............................................................................... 15
1.2.3 Lớp vật lý của chuẩn 802.11p ......................................................... 16
1.2.4 Đánh giá công nghệ vô tuyến DSRC. ............................................. 17
1.2.5 Tín hiệu vô tuyến của công nghệ DSRC......................................... 18
1.2.6 Phía phát DSRC .............................................................................. 19
1.2.7 Phía thu DSRC ................................................................................ 22
1.2.8 Các ứng dụng thực tiễn có thể áp dụng của công nghệ DSRC. ...... 24
1.3 Kết luận chƣơng. ................................................................................... 25

i


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƢƠNG 2.

MÔ HÌNH MẠNG AD-HOC VANET ỨNG DỤNG

TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN BẰNG SÓNG TẦM GẦN CHUYÊN
DỤNG DSRC…………… ....................................................................................... 26
2.1 Mô hình mạng Ad-hoc VANET ............................................................ 26
2.1.1 Những mô hình hệ thống mạng trong VANET. .............................. 27
2.1.2 Các giao thức định tuyến trong mạng VANET (Routing) .............. 32
2.1.3 Phát triển hệ thống. ......................................................................... 39
2.1.4 An toàn hệ thống trong mạng VANET ........................................... 41
2.2. Ứng dụng Multimedia dùng công nghệ DSRC trong VANET. ........... 46
2.2.1. Thiết bị đặt trên các phƣơng tiện (OBU – Onboard Unit) ............... 47

2.2.2. Hệ thống truyền thông đa phƣơng tiện trên OBU............................ 48
2.3.

Kết luận chƣơng ................................................................................ 52

CHƢƠNG 3.TRIỂN KHAI THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.. 53
3.1 Kịch bản thí nghiệm ............................................................................... 53
3.2 Triển khai thí nghiệm ............................................................................ 54
3.2.1 Thí nghiệm: Xây dựng mạng .......................................................... 54
3.2.2 Thí nghiệm: Truyền thông đa phƣơng tiện giữa hai giao diện mạng
khác nhau. ........................................................................................................... 59
3.2.3 Thí nghiệm: Triển khai Network Coding theo topo chữ X............. 60
3.2.4 Thí nghiệm: Triển khai truyền thông đa chặng, áp dụng Network
Coding ................................................................................................................ 61
3.3 Đánh giá kết quả thí nghiệm ................................................................. 62
3.4 Kết luận chƣơng .................................................................................... 65
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...................... 66
Kết luận chung............................................................................................... 66
ii


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1. Những kết quả đạt đƣợc ....................................................................... 66
2. Những mặt còn hạn chế ....................................................................... 66
3. Hƣớng phát triển đề tài ........................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 68

iii



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là sự nghiên cứu và tìm hiểu thực sự của tôi và
là một phần trong khuôn khổ dự án nghiên cứu của Embedded Networking Lab –
P411, C9 đại học Bách Khoa Hà Nội, nội dung đƣợc thực hiện dựa trên sự kế thừa
kết quả nghiên cứu của phòng Lab và đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học
của TS. Phạm Văn Tiến. Những đánh giá, nhận xét của cá nhân đƣợc đƣa ra từ
những nghiên cứu lý thuyết và thực hành thực tiễn.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và tham khảo
có dẫn chứng cụ thể.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Học viên

Hoàng Văn Dƣỡng

iv


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Văn Dƣỡng
Đề tài luận văn: Truyền thông đa phƣơng tiện giữa các xe cộ di chuyển với tốc
độ cao sử dụng sóng vô tuyến tầm gần chuyên dụng DSRC.
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã số HV

: CB140240

Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28/10/2016 với
các nội dung sau:
-

Luận văn đã chỉnh sửa và thay thế các hình vẽ chƣa rõ ràng, bảng chữ cái
viết tắt theo thứ tự ABC trong nội dung.

-

Luận văn đã bổ xung các tài liệu tham khảo đầy đủ.

-

Luận văn đã chỉnh sửa lại cách trình bày theo đúng hình thức quy định

Giảng viên hƣớng dẫn

Ngày ….. Tháng ..... năm 2016
(Ký ghi rõ họ tên)
Tác giả luận văn

TS. Phạm Văn Tiến

Hoàng Văn Dƣỡng


CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Hàn Huy Dũng

v


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa Tiếng Anh
Ad hoc On Demand Distance
Vector

Nghĩa Tiếng Việt
Giao thức định tuyến khoảng
cách vector theo yêu cầu.

AP

Access Point

Điểm truy cập

AWGN

Additive White Gaussian Noise


Nhiễu âm Gaussian trắng
cộng sinh

BPSK
BSS
CCH

Binary Phase-Shift Keying
Basic Service Set
Channel-Check Handler
Carrier Sense Multiple Access with

Điều chế pha nhị phân
Bộ dịch vụ cơ bản
Bộ điều khiển kiểm tra kênh
Cơ chế đa truy cập tránh

DSR

Collision Avoidance
Clear-to-Send(Signal)
Destination-Sequenced DistanceVector
Dedicated Short Range
Communications
Dynamic Source Routing

DSSS

Direct-sequence spread spectrum


xung đột
Tín hiệu sẵn sàng để truyền
Giao thức định tuyến tối ƣu
khoảng cách vector.
Truyền thông tầm gần
chuyên dụng
Định tuyến nguồn động.
Công nghệ trải phổ chuỗi

AODV

CSMA/CA
CTS
DSDV
DSRC

EDCA
FCC
FDD
FEC
FHSS

Enhanced Distributed Channel
Access
Federal Communications
Commission
Frequency Division Duplex
Forward Error Correcting
Frequence Hopping Spread
Spectrum


GPRS

General Packet Radio Service

GPSR

Greedy Perimeter Stateless Routing
Global System for Mobile
Communications

GSM

vi

trực tiếp
Truy cập kênh phân phối mở
rộng
Ủy ban truyền thông liên
bang
Ghép tần số song công
Sửa lỗi trƣớc khi truyền
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần
Dịch vụ vô tuyến gói tổng
hợp
Định tuyến theo khoảng cách
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

IEEE

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

Viện nghiên cứu kỹ thuật điện
và điện tử.

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi ngƣợc Fourier
nhanh

ITS

Intelligent Transport System

MAC

Media Access Control

minh.
Lớp truy câ ̣p môi trƣờng.

M2M
OBU


Machine – to – Machine
On Board-Unit

Giao tiếp máy - với máy
Máy tính nhúng.

OFDM

Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing

PDA

Personal Digital Assistant

Kỹ thuật ghép kênh theo tần
số trực giao
Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá

PHYS

Physical

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

QPSK


Quadrature Phase Shift Keying

QoS

Quality of Service

RSU
RTS

Road Side Unit
Realtime Systems

SIP

Session Initiation Protocol

SME
SRB
TLS

V2V
VANET

Station Management Entity
Secure Ring Broadcasting
Transport Layer Security
Universal Mobile
Telecommunications Systems
Vehicle-to-Vehicle
Vehicular Ad Hoc Networks


VoIP

Voice over Internet Protocol

UMTS

vii

Hê ̣ thố ng giao thông thông

nhân
Vật lý
Điều chế biên độ cầu
phƣơng
Điều chế pha cầu phƣơng
(điều chế pha vuông góc)
Chất lƣợng dịch vụ
Thiết bị thu phát bên đƣờng
Hệ thống thời gian thực
Giao thức khởi tạo phiên
(Giao thức báo hiệu)
Trạm quản lý
Phát thanh quảng bá an toàn
Bảo vệ lớp truyền tải
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
Xe – tới - Xe
Mạng xe cộ bất định
Truyền âm thanh qua Internet

IP.


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

WAVE

Wireless Access in Vehicular
Environments

Môi trƣờng truy cập di động
trên xe cộ

WLAN

Wireless Local Area Network

Mạng cục bộ không dây

viii


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mô hình mạng không dây Ad-hoc ..............................................................4
Hình 1.2: Mạng Ad-hoc điển hình ..............................................................................5
Hình 1.3: Mô tả mạng VANET ...................................................................................7
Hình 1.4: Mô tả sự trao đổi thông tin giữa các xe trong mạng VANET ....................8
Hình 1.5: Cảnh báo va chạm giữa các xe khi cùng tham gia giao thông với nhau. ..9

Hình 1.6: Mô tả va chạm head-on. ...........................................................................10
Hình 1.7: Mô tả va chạm rear-end. ..........................................................................10
Hình 1.8: ứng dụng trong giao thông. ......................................................................12
Hình 1.9: Ứng dụng trong quân sự ..........................................................................13
Hình 1.10: Ứng dụng thông tin vệ tinh.....................................................................13
Hình 1.11: Phân chia kênh cho DSRC. ....................................................................19
Hình 1.12: Cấu trúc chuỗi tín hiệu của hệ thống DSRC. .........................................19
Hình 1.13: Cấu trúc phía phát của hệ thống DSRC ................................................20
Hình 1.14: Cấu trúc phía phát của hệ thống DSRC .................................................20
Hình 1.15: Bộ trộn Interleaving của DSRC .............................................................21
Hình 1.16: Cấu trúc phía thu của hệ thống DSRC ...................................................22
Hình 1.17: Hệ thống thu phí điện tử tự động trên đường cao tốc ............................24
Hình 1.18: Cảnh báo tắc nghẽn giao thông. ............................................................25
Hình 2.1: Mô hình hệ thống mạng trong VANET.....................................................27
Hình 2.2: Minh họa hệ thống mạng sử dụng VANET. .............................................28
Hình 2.3: Mô tả chi tiết về mô hình của hệ thống. ...................................................28
Hình 2.4: Hệ thống giao tiếp 2 chiều .......................................................................29
Hình 2.5: Chế độ giao tiếp dựa vào vị trí.................................................................30
Hình 2.6: Chế độ giao tiếp Multi-hop dựa vào vị trí. ..............................................32
Hình 2.7: Trao đổi dữ liệu trong mô hình V2V ........................................................41
Hình 2.8: Hình minh họa ..........................................................................................44
Hình 2.9: OBU – Onboard Unit ...............................................................................47
Hình 2.10: Phần mềm Linphone ...............................................................................49

ix


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 3.1: Máy tính nhúng OBU ...............................................................................54

Hình 3.2: Máy tính nhúng PandaBoard OMAP4 .....................................................54
Hình 3.3: Hạ nhân hệ điều hành Ubuntu. ................................................................55
Hình 3.4: Thay đổi tần số hoạt động của các thiết bị OBU .....................................55
Hình 3.5: Thêm giao diện mạng cho Gateway .........................................................56
Hình 3.6: Hai giao diện mạng tại Gateway .............................................................56
Hình 3.7: Tường lửa khi chưa thay đổi luật .............................................................57
Hình 3.8: Tường lửa sau khi thay đổi luật ...............................................................57
Hình 3.9: Bảng định tuyến trước khi can thiệp ........................................................58
Hình 3.10: Bảng định tuyến sau khi can thiệp .........................................................58
Hình 3.11: Lệnh ping từ smartphone sang thiết bị OBU .........................................58
Hình 3.12: Lệnh ping từ máy tính nhúng OBU sang smartphonne ..........................59
Hình 3.13: Giao diện chính phần mềm truyền thông đa phương tiện......................59
Hình 3.14: Giao diện nhận cuộc gọi đến từ máy tính nhúng (OBU) .......................60
Hình 3.15: Mô hình mạng Topo chữ X .....................................................................60
Hình 3.16: Định tuyến động .....................................................................................61
Hình 3.17: Hình ảnh thí nghiệm ngoài phòng lab. ..................................................61
Hình 3.19: Số lượng gói tin chuyển qua gateway. ...................................................62
Hình 3.20: Thông lượng thí nghiệm 1 ......................................................................63
Hình 3.21: Thông lượng thí nghiệm 2 ......................................................................63
Hình 3.22: Thông lượng thí nghiệm 3 ......................................................................63
Hình 3.23: Thông số PSNR thí nghiệm 1 .................................................................64
Hình 3.24: Thông số PSNR thí nghiệm 2 .................................................................64

x


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Kiến trúc layer VANET ........................................................................ 10

Bảng 1.2: Các tiêu chuẩn IEEE quy định cho Wireless LAN. ............................... 15
Bảng 1.3: Bảng so sánh hai chuẩn 802.11a và 802.11p ở lớp vật lý. ................... 17
Bảng1.4: Khối điều khiển DSRC. .......................................................................... 18

xi


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỞ ĐẦU
Ngày nay với xu thế phát triển mạnh mẽ về công nghệ thông tin, điện tử viễn
thông kết hợp với sự đa dạng và phong phú về phƣơng tiện kỹ thuật đã tạo nên
những hình thái phát triển mới nhằm phục vụ cho đời sống con ngƣời. Việc trao đổi
thông tin cả về dữ liệu, âm thanh, hình ảnh cũng nhƣ video ngày càng nhiều với yêu
cầu chính xác, độ rõ nét cao nên thông tin liên lạc đƣợc mở rộng với những lĩnh vực
mới có nhiều hứa hẹn cho sự phát triển.
Trong một vài thập niên trở lại đây ngành công nghiệp phát triển, một trong
các ngành đó phát triển nhất là giao thông vận tải, từ khi ra đời nó đã khẳng định
đƣợc vị trí của mình trong cuộc sống con ngƣời, nó giúp con ngƣời tiết kiệm rất
nhiều thời gian và sức lực. Tuy nhiên cũng phải kể đến vấn đề tai nạn giao thông
xảy ra liên tục mà một trong những nguyên nhân lớn là sự chủ quan của các tài xế
và ngƣời đi đƣờng. Để giải quyết đƣợc vấn đề này cần có một hệ thống đƣợc tích
hợp sẵn trên các xe tham gia giao thông, các thiết bị này phải hoạt động một cách tự
động và có thể liên lạc đƣợc với nhau để hỗ trợ tài xế một cách tốt nhất. Dựa vào
các ý tƣởng trên hệ thống mạng ad-hoc xe cộ thông minh (VANET-vehicular adhoc network) sử dụng sóng tầm gần chuyên dụng DSRC ra đời, nó là một lĩnh vực
đang đƣợc các nƣớc phát triển nghiên cứu và đƣa vào sử dụng nhằm đem lại những
hiệu quả trong việc truyền thông đa phƣơng tiện trao đổi thông tin giữa các xe hơi
với nhau trên đƣờng cao tốc, nội đô,… cũng nhƣ việc cảnh báo va chạm, thông báo
sớm cho các xe cộ biết tình trạng giao thông và hệ thống mạng đã đƣợc triển khai
thử nghiệm ở một số nƣớc nhƣ Mỹ, Singapore, Nhật Bản, Hàn Quốc, ... Ở Việt

Nam tuy đề tài này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu do khoa học kỹ thuật chƣa
phát triển, trang thiết bị còn thiếu thốn, nguồn đầu tƣ còn ít tuy nhiên nó cũng đã
đƣợc triển khai thử nghiệm ở lĩnh vực thu phí tự động trên đƣờng cao tốc và nó cho
thấy trong tƣơng lai sẽ là bƣớc đi đầu tiên của ngành xe cộ thông minh của thế giới
và chúng ta sẽ không khỏi phủ nhận ứng dụng thiết thực của nó nhƣ thế nào đối với
đời sống con ngƣời. Do vậy từ những tiềm năng to lớn đó, em quyết định chọn
hƣớng đề tài

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

1

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

“Truyền thông đa phƣơng tiện giữa các xe cộ di chuyển với tốc độ cao sử
dụng sóng vô tuyến tầm gần chuyên dụng DSRC” dựa trên nền mạng ad-hoc
VANET là mạng sử dụng kết nối không dây mà không cần tới bất kì một cơ sở hạ
tầng cố định nào làm đề tài luận văn của mình.
Luận văn đƣợc thực hiện dƣới sự định hƣớng và hƣớng dẫn của TS. Phạm Văn
Tiến, cùng phối hợp với nhóm Network Coding gồm các bạn Trần Văn Phú, Hoàng
Mạnh Hùng - sinh viên Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách khoa Hà Nội thực
hiện. Tuy nhiên mặc dù đã cố gắng nhƣng không tránh khỏi những thiếu sót cũng
nhƣ còn những nhiệm vụ chƣa đạt đƣợc. Vì vậy em rất mong nhận đƣợc các ý kiến
đóng góp của các thầy các cô.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS.Phạm Văn Tiến. Thầy là
ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, chỉ bảo, góp ý kiến, cũng nhƣ đã tạo điều kiện cho em
có môi trƣờng để thực hiện luân văn. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các

thầy, các cô Viện đào tạo sau đại học, viện điện tử viễn thông trƣờng đại học Bách
Khoa Hà Nội, Cũng nhƣ các thành viên phòng lab411 đã giúp đỡ em thực hiện hoàn
thành luận văn này.
Nội dung nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này là một phần của đề tài
cấp Bộ: “Nghiên cứu giải pháp phân phối nội dung đa phương tiện trên mạng di
động lưới hỗn hợp sử dụng lý thuyết mã mạng và truyền thông cơ hội”. Mã số:
B2013.0143 do TS. Phạm Văn Tiến chủ nhiệm.

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

2

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƢƠNG 1.

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Nhƣ chúng ta đã biết ngày nay công nghệ di động ngày càng phát triển và
tích hợp vào nhiều các thiết bị nhằm đáp ứng đƣợc nhu cầu trao đổi thông tin, kết
nối liên lạc ở bất kỳ đâu, hay đang di chuyển trên các tuyến đƣờng giao thông nên
đã thúc đẩy việc nghiên cứu phát triển mô hình mạng đặc thù và công nghệ chuyên
dụng riêng để thực hiện đƣợc kết nối. Ad hoc VANET là một mạng nhƣ vậy vì nó
sử dụng liên kết giữa sóng tầm gần chuyên dụng DSRC và chuẩn IEEE802.11p có
thể đáp ứng đƣợc những nhu cầu nhƣ kết nối liên lạc, trao đổi bằng văn bản, trao
đổi bằng hình ảnh, video, âm thanh trên các thiết bị cụ thể ở đây là trên các xe cộ
mà không cần một hệ thống mạng cố định cụ thể nào. Trong chƣơng đầu tiên này

chúng ta sẽ đi nghiên cứu tổng quan về mạng xe cộ VANET – Vehicular Ad hoc
Network và giới thiệu về công nghệ sóng tầm gần chuyên dụng DSRC (Dedicated
Short Range Communications) giúp chúng ta hiểu đƣợc về mạng đặc thù và công
nghệ chuyên dụng này nhƣ thế nào.
1.1 Giới thiệu chung về Mạng xe cộ VANET – Vehicular Ad hoc Network.
1.1.1 Mạng Ad-hoc.
1.1.1.1 Khái niệm và một số đặc điểm chung của mạng Ad Hoc
Mạng Ad Hoc là mạng bao gồm các thiết bị di động (máy tính có hỗ trợ card
mạng không dây) các thiết bị PDA hay các điện thoại thông minh (smart phone) tập
trung lại trong một không gian nhỏ để hình thành lên kết nối ngang hàng (peer-topeer) giữa chúng. Các thiết bị này có thể trao đổi thông tin trực tiếp với nhau, không
cần phải thông qua máy chủ (server) quản trị mạng [4],[8].
Mạng Ad Hoc là mạng mà các nút trong mạng có thể tự thiết lập, tự tổ chức
và tự thích nghi khi có một nút mới gia nhập mạng, các nút trong mạng cần có cơ
chế phát hiện nút mới gia nhập mạng, thông tin về nút mới sẽ đƣợc cập nhật vào
bảng định tuyến của các nút hàng xóm và gửi đi [2]. Khi có một nút ra khỏi mạng,
thông tin về nút đó sẽ đƣợc xóa khỏi bảng định tuyến và hiệu chỉnh lại tuyến,
...Mạng Ad Hoc có nhiều loại thiết bị khác nhau tham gia mạng lên các nút
mạng không những phát hiện đƣợc khả năng kết nối của các thiết bị, mà còn phải

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

3

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

phát hiện ra đƣợc loại thiết bị và các đặc tính tƣơng ứng của các loại thiết bị đó (vì
các thiết bị khác nhau sẽ có các đặc tính khác nhau ví dụ nhƣ: khả năng tính toán,

lƣu trữ hay truyền dữ liệu trong mạng,...) [8].
Mạng Ad hoc đƣợc coi nhƣ mạng ngang hàng không dây, trong mạng không
có máy chủ. Các thiết bị vừa là máy khách, vừa làm nhiệm vụ của router và
vừa làm máy chủ [4],[1].
Vấn đề sử dụng và duy trì năng lƣợng cho các nút mạng của mạng Ad hoc là
vấn đề đáng quan tâm vì các nút mạng trong mạng Ad hoc thƣờng dùng pin
để duy trì sự hoạt động của mình [1].
Tính bảo mật trong truyền thông của mạng Ad hoc là không cao do
truyền thông trong không gian sử dụng sóng vô tuyến (radio) nên khó kiểm
soát và dễ bị tấn công hơn so với mạng có dây rất nhiều.
Việc thiết lập các mạng Ad hoc có thể thực hiện nhanh chóng và dễ dàng lên
chúng thƣờng đƣợc thiết lập để truyền thông tin với nhau mà không cần phải sử
dụng một thiết bị hay kỹ năng đặc biệt nào. Vì vậy mạng Ad hoc rất thích hợp cho
việc truyền thông tin giữa các nút trong các hội nghị thƣơng mại hoặc trong các
nhóm làm việc tạm thời. Tuy nhiên chúng có thể có những nhƣợc điểm về vùng phủ
sóng bị giới hạn, mọi ngƣời sử dụng đều phải nằm trong vùng có thể “nghe” đƣợc
lẫn nhau [1].

Máy tính xách tay
Máy tính xách tay
Máy tính cảm ứng

Hình 1.1: Mô hình mạng không dây Ad-hoc

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

4

2014B-KTVT



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1.1.1.2 Một số mạng Ad hoc điển hình

Hình 1.2: Mạng Ad-hoc điển hình [7],[21].
Hình 1.2 trên mô tả một mạng Ad hoc đơn giản gồm có 7 nút, các nút mạng
đƣợc ký hiệu từ N1 đến N7. Nhìn vào hình vẽ chúng ta có thể dễ dàng thấy đƣợc: ở
thời điểm t1, các liên kết từ N1 đến N2, N1 đến N4, N2 đến N3, N4 đến N5, N3 đến
N7, N2 đến N6 và N6 đến N7 là những liên kết mạnh (good link), còn các liên kết
từ N4 đến N1, N6 đến N2, N5 đến N4 và N7 đến N3 là những những liên kết yếu
(weak link). Nhƣ vậy ở đây một đặc điểm của mạng Ad Hoc đã đƣợc thể hiện rõ.
Đó là liên kết giữa 2 nút mạng của mạng có thể không giống nhau dù có chung
điểm đầu và điểm cuối. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là hiện tƣợng liên kết hai chiều
không đối xứng. Liên kết từ N4 đến N5 là liên kết mạnh nhƣng liên kết từ N5 đến
N4 lại là liên kết yếu. Điều này là do vị trí an-ten của 2 nút mạng khác nhau, hoặc
do năng lƣợng phát của các nút mạng trong mạng là khác nhau... Tƣơng tự chúng ta
cũng có thể thấy N3 có thể nhận tín hiệu từ N2 là một liên kết mạnh nhƣng mà N2
lại không thu đƣợc tín hiệu từ N3 [19],[21].
Sang đến thời điểm t2, lúc này topo mạng đã thay đổi do các nút di
chuyển đến các vị trí khác nhau do đó các liên kết giữa các nút mạng cũng thay đổi
theo. Lúc này, Ni chỉ có liên kết mạnh với N2, liên kết với N4 lại là liên kết yếu và
Ni không còn thu đƣợc tín hiệu từ N4. Liên kết từ N2 đến NS và Nó lại là liên kết
mạnh. Lúc này, N2 cũng có thể thu đƣợc tín hiệu từ NS mặc dù đó là liên kết yếu.
Điều này ở thời điểm ti là không có [7],[21].
Mặt khác chúng ta cũng có thể thấy hai nút mạng nằm trong vùng phủ sóng
của nhau có thể truyền thông trực tiếp cho nhau. Ví dụ nhƣ trong thời điểm ti, việc

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240


5

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

truyền thông giữa hai nút mạng Ni và N4 là trực tiếp với nhau. Tuy nhiên ngay cả
khi không nằm trong vùng phủ sóng của nhau thì giữa các nút mạng vẫn hoàn toàn
có thể thực hiện việc truyền thông với nhau thông qua các nút mạng trung gian. Ví
dụ Ni có thể thực hiện truyền dữ liệu cho Nl thông qua nút mạng trung gian N2 và
NS, còn Nó có thể truyền dữ liệu cho Ni thông qua nút mạng N2.
1.1.1.3 Các ứng dụng của mạng Ad hoc
Đáp ứng nhu cầu truyền thông mang tính chất tạm thời: Ở tại địa điểm trong
một khoảng thời gian nhất định, giống nhƣ trong một lớp học, một cuộc hội thảo
hay một cuộc họp, ... việc thiết lập một mạng mang tính chất tạm thời để truyền
thông với nhau chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn. Nếu chúng ta thiết lập
một mạng có cơ sở hạ tầng, dù là mạng không dây vẫn rất tốn kém tiền bạc cũng
nhƣ nhân lực, vật lực, thời gian. Do đó, mạng Ad hoc đƣợc coi là giải pháp tốt nhất
cho những tình huống nhƣ thế này [4],[8].
Hỗ trợ khi xảy ra các thiên tai, hỏa hoạn và dịch họa: Khi xảy ra các thiên tai
nhƣ hỏa hoạn, động đất, cháy rừng ở một nơi nào đó, cơ sở hạ tầng ở đó nhƣ đƣờng
dây, các máy trạm, máy chủ, ... có thể bị phá hủy dẫn đến hệ thống mạng bị tê liệt là
hoàn toàn khó tránh

khỏi. Vì thế, việc thiết lập nhanh chóng một mạng cần thời

gian ngắn mà lại có độ tin cậy cao và không cần cơ sở hạ tầng để đáp ứng truyền
thông, nhằm giúp khắc phục, giảm tổn thất sau thiên tai, hỏa hoạn là cần thiết. Khi
đó mạng Ad hoc là một lựa chọn p hù hợp nhất cho những tình huống nhƣ vậy.

Đáp ứng truyền thông tại những nơi xa trung tâm, các vùng sâu, vùng xa: Tại
những nơi xa trung tâm thành phố, nơi có dân cƣ thƣa thớt nhƣ ở vùng sâu, vùng xa,
việc thiết lập các hệ thống mạng có cơ sở hạ tầng là rất khó khăn và tốn kém. Vậy ở
những nơi này, giải pháp đƣợc đƣa ra là sử dụng các mạng vệ tinh hoặc mạng Ad
Hoc.
Tính hiệu quả: Trong một số ứng dụng nào đó, nếu sử dụng dịch vụ mạng có
cơ sở hạ tầng có thể không có hiệu quả cao bằng việc dùng mạng Ad hoc. Ví dụ nhƣ
với một mạng có cơ sở hạ tầng, do đƣợc điều khiển bởi một điểm truy cập mạng lên
các nút mạng muốn truyền thông với nhau đều phải thông qua nó. Ngay cả khi hai

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

6

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

nút mạng ở gần nhau, chúng cũng không thể trực tiếp truyền thông với nhau mà
phải chu yển tiếp qua một điểm truy cập trung tâm(Acess Point). Điều đó gây ra
một sự lãng phí thời gian và băng thông mạng. Trong khi đó, nếu sử dụng mạng
Ad-Hoc việc truyền thông giữa hai nút mạng đó lại trở lên vô cùng dễ dàng và
nhanh chóng. Hai nút mạng gần nhau có thể truyền thông trực tiếp với nhau mà
không cần phải thông qua thiết bị trung gian nào khác.
1.1.2 Mạng VNET.
1.1.2.1 Khái niệm mạng VANET.
VANET – Vehicular ad-hoc netwok (mạng di động trong xe hơi) là một phần
đặc biệt của Mobile Ad-hoc network. Nó là một hệ thống mà trong đó khi các xe
tham gia giao thông sẽ đƣợc trang bị một thiết bị thu/phát các tín hiệu của các xe lân

cận hay nhƣ các thiết bị không dây giữa các xe với nhau, các trạm cố định trên các
tuyến đƣờng tạo thành một mạng, mọi giao tiếp đƣợc thực hiện trong mạng, lúc này
chúng sẽ trở thành các nút mạng nhƣ mạng Ad-hoc. Các xe sẽ liên lạc với nhau
(Car-to-Car communication, hay M2M) hệ thống sẽ giúp xe hơi có thể liên lạc với
nhau để chia sẻ thông tin lẫn nhau nhƣ: Thông tin về giao thông, tình trạng kẹt xe,
tắc đƣờng, những tai nạn phía trƣớc hay những cảnh báo về nguy hiểm từ đó có thể
trở thành một Relay node để truyền tải thông tin cho các xe khác. Hay nó chính là
mạng giữa các xe cộ với nhau [2],[24].

Hình 1.3: Mô tả mạng VANET [16],[24].

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

7

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1.3 mô tả mạng VANET có thể cung cấp sự an toàn và thoải mái cho
ngƣời tham gia điều khiển phƣơng tiện giao thông. Các thiết bị điện tử đặc biệt
đƣợc đặt bên trong các phƣơng tiện giao thông sẽ cung cấp kết nối mạng Ad-hoc
cho ngƣời tham gia giao thông. Mạng này hƣớng đến hoạt động mà không cần cấu
trúc hạ tầng, cho phép liên lạc đơn giản. Mỗi thiết bị trong mạng VANET sẽ là một
nút mạng có thể trực tiếp gửi nhận hoặc làm trung gian trong các phiên kết nối
thông qua mạng không dây [2].
VANET sử dụng các công nghệ tiên tiến khi sử dụng hệ thống mạng không
dây để kết nối với nhau. Những công nghệ này giúp ích rất nhiều trong quá trình
phát triển đặc biệt là mạng tùy biến trong xe hơi. Những công nghệ này thì đƣợc

chia làm 2 nhóm chính trong đó có những mạng lƣới sử dụng công nghệ có diện
tích bao phủ lớn nhƣ GSM, GPRS hoặc UMTS có băng thông vừa phải, ngoài ra
còn sử dụng những công nghệ có diện tích nhỏ nhƣ WLAN với băng thông lớn [25].
VANET sử dụng nhiều kiểu công nghệ di dộng nhƣ WiFi IEEE 802.11,
WiMAX IEEE 802.16, Bluetooth, IRA, ZigBee,... để dễ dàng trong việc trao đổi, sự
chính xác hiệu quả về thông tin giữa các xe với nhau Hình 1.4.
TRẠM CƠ SỞ
BÊN ĐƢỜNG

TÌNH TRẠNG
KHẨN CẤP

TRUYỀN
THÔNG GIỮA
CÁC XE CỘ
TRUYỀN THÔNG
GIỮA CÁC XE CỘ
TỚI TRẠM

Hình 1.4: Mô tả sự trao đổi thông tin giữa các xe trong mạng VANET [17]
Trong trƣờng hợp nếu xảy ra va chạm giữa các phƣơng tiện trên đƣờng, các tín
hiệu cảnh báo sẽ đƣợc gửi đi thông qua mạng VANET tới các phƣơng tiện tham gia
giao thông, cùng với các công cụ tiện ích để giúp đỡ việc giải quyết sự cố, đảm bảo

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

8

2014B-KTVT



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

an toàn cho các phƣơng tiện khác. Hoặc có thể trao đổi thông tin về tình trạng giao
thông giữa các xe với nhau để đƣa ra lộ trình phù hợp nhất.

Hình 1.5: Mô tả cảnh báo va chạm giữa các xe khi cùng tham gia giao thông [18].
1.1.2.2 Các loại va chạm trong thực tế.
Thực tế các vụ tai nạn xảy ra quá nhiều và hậu quả của nó rất khó lƣờng chủ
yếu xảy ra là do các tài xế chủ quan dẫn đến sự va chạm giữa các xe. Theo nhƣ
phân tích thì chúng ta có thể phân loại một số va chạm thƣờng gặp sau:
- Va chạm head-on (va chạm đầu với các loại phƣơng tiện khác)
- Va chạm Rear-end (va chạm sau với các loại xe khác)
- Va chạm side (va chạm mặt với các loại xe khác)
- Va chạm với các đối tƣợng cố định ( ví dụ nhƣ với một cây, ngôi nhà)
- Va chạm với xe đạp
- Va chạm với ngƣời đi bộ
- Va chạm với động vật
- Rollovers (không đủ tốc độ trong đƣờng cong)
Khi nghiên cứu một số loại va chạm thì ta thấy mỗi loại va chạm thƣờng có
mỗi đặc điểm riêng:
- Va chạm head-on: Thƣờng thấy trong một tình huống vƣợt. Đây là va chạm
nguy hiểm nhất do tốc độ giữa các xe là rất cao Hình 1.6.

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

9

2014B-KTVT



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1.6: Mô tả Va chạm head-on.
- Va chạm rear-end: Thƣờng thấy trên đƣờng cao tốc. Đây là loại va chạm từ
phía sau nên yêu cầu lái xe phải luôn giữ khoảng cách với xe trƣớc nó. Trong
hình chiếc xe phía trƣớc cũng nên theo dõi xe phía sau (giao tiếp V2V). Va
chạm rear-end đƣợc minh họa nhƣ Hình 1.7 sau:

Hình 1.7: Mô tả Va chạm rear-end.
1.1.2.3 Kiến trúc layer.
Vanet đƣợc chia thành 4 lớp, mỗi lớp có các chức năng khác nhau phục vụ cho
một mục địch nhất định.
Bảng 1.1: Kiến trúc lớp mạng VANET [8]:
Lớp Vật lý (Physical)
Lớp MAC
Lớp định tuyến (Routing)
Lớp chế độ truyền thông (Communication
regimes)

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

10

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Trong Bảng1.1 trên là các lớp của mạng VANET, và đƣợc trình bày cụ thể:

- Lớp Vật lý (Physical): Để truyền tin nhắn trong mạng lƣới xe với dải tần số
dành riêng nhằm tránh sự xung đột tín hiệu của một số thiết bị khác.
- Lớp giao thức MAC: Một giao thức xử lý các thông điệp truyền đi và cố gắng
tránh va chạm tin nhắn (gửi tất cả các thông tin xe đƣợc sử dụng trong các ứng
dụng). Bao gồm một tập hợp các quy tắc, để cho một nút biết khi nào để truyền tải
tin tức và khi nào không. Tin này có một khoảng thời gian tồn tại và trong khoảng
thời gian tồn tại, gói tin đƣợc truyền đi và truyền lại. Sau đó, thông báo bị hủy. Giao
thức MAC đƣợc sử dụng để chống lại sự va chạm vấn đề ở ngƣời nhận. Các thiết kế
của giao thức có mục tiêu để đạt đƣợc nhận độ tin cậy cao và độ trễ thấp. Ban đầu,
ngƣời khởi xƣớng (xe X) lựa chọn của nó đáp trả (xe Y). Trong các kênh kiểm soát,
bắt tay bắt đầu từ ngƣời gửi bằng cách gửi một đoạn ngắn RTS gói tin đến ngƣời
nhận dự định. Sau đó, ngƣời nhận trả lời với một CTS, trong khi ngƣời gửi bắt đầu
truyền dữ liệu sau khi nhận đƣợc gói tin CTS. Mục tiêu của bắt tay RTS-CTS là để
thông báo cho hàng xóm của ngƣời gửi và ngƣời nhận cả hai là cũng nhƣ để ngăn
ngừa việc gửi dữ liệu cho ngƣời nhận trƣớc khi nó đƣợc sẵn sàng. CSMA/CA, nó
chỉ làm giảm sự xung đột. Sau khi bắt tay, ngƣời khởi xƣớng sẽ gửi các thông tin
thực tế và chờ xác nhận từ ngƣời trả lời để xác nhận.
- Lớp định tuyến (Routing): Để di chuyển một gói dữ liệu từ nguồn tới đích một
cách chính xác và an toàn.
- Lớp chế độ truyền thông (Communication regimes): Truyền thông tin
broadcast đến các xe trong vùng nhận dạng.
1.1.2.4 Hệ thống tự trị của VANET.
- Hệ thống tự trị có chức năng: Thƣờng xuyên nhận đƣợc đèn hiệu từ các xe
xung quanh trong phạm vi truyền dẫn. Ngoài các thông tin liên lạc không dây còn
phát hiện đối tƣợng bằng radar dựa trên cảm biến [22],[25].
- Kết hợp - hợp tác - hỗ trợ lẫn nhau: Cung cấp một sự an toàn hơn, tự động
hơn cho một chiếc xe tham gia vào dòng chảy giao thông. Nó cho phép xe tham gia
truy cập thông tin mà không làm gián đoạn dòng chảy của lƣu lƣợng. Nó giúp loại

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240


11

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

bỏ sự hiểu lầm trong điều khiển bằng cách cho phép các phƣơng tiện quyết định
cách tham gia dựa trên việc trao đổi thông tin (vận tốc hay vị trí) giữa các xe => đây
là một hệ thống tự động đáng tin cậy, ứng dụng này giúp cải thiện hệ thống giao
thông để trở nên an toàn hơn.
- Cảnh báo ngƣời lái xe nếu có một vụ va chạm với một chiếc xe phía trƣớc,
bên cạnh có thể xảy ra.
- Hỗ trợ lái xe thay đổi làn đƣờng: Cảnh báo ngƣời lái xe trong trƣờng hợp
ngƣời đó muốn thay đổi làn đƣờng của xe [25].
- Cảnh báo lái xe đi sai đƣờng: Là một hệ thống nhận dạng xe khác lái xe sai
đƣờng và cảnh báo ngƣời lái xe có vụ va chạm có thể xảy ra….
1.1.2.5 Các ứng dụng trong thực tiễn và hiệu quả của VANET.
Một ứng dụng mạng trong xe hơi đòi hỏi giao tiếp không dây sử dụng công
nghệ của mạng di động, Hiện nay có nhiều công nghệ trong mạng di dộng nhƣ
Wireless LAN, mạng di động, mạng tùy biến. Tùy theo yêu cầu của ứng dụng
chúng ta có thể tùy chọn những công nghệ khác nhau để phù hợp với hệ thống.
a. Ứng dụng an toàn trong giao thông:
Với việc sử dụng hệ thống trên việc bảo đảm an toàn trong giao thông có thể
đƣợc thực hiện khá triệt để khi hệ thống sẽ cung cấp cho những vấn đề xảy ra trong
quá trình tham gia giao thông nhƣ sự chuyển hƣớng đi lại của một thành viên trong
hệ thống, những làn xe đang chạy hay những tai nạn phía trƣớc sẽ đƣợc thông tin
đến toàn bộ các xe trong hệ thống giúp các xe có thể xử lí một cách hiệu quả. Dƣới
đây là minh họa sử dụng trong giao thông:


Hình 1.8: Minh họa ứng dụng trong giao thông.

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

12

2014B-KTVT


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Ứng dụng trong khoa học kỹ thuật quân sự đƣợc minh họa nhƣ Hình 1.9 sau:
Cấu trúc mạng lƣới truyền về

Mạng ad-hoc hoặc Ngƣời dùng
di động

Hình 1.9: Minh họa Ứng dụng trong quân sự
Trong hình trên các thiết bị đƣợc gắn trên các loại xe quân sự khác nhau có thể
trao đổi thông tin liên lạc và truyền thông tin liên lạc tới từng chiến sĩ.
- Ứng dụng truyền thông tin qua vệ tinh đƣợc minh họa Hình 1.10 sau:
Vệ tinh GPS

Nhà cao tầng và đƣờng

Vệ tinh

Hình 1.10: Minh họa Ứng dụng thông tin vệ tinh.
Trong đó các xe có thể trao đổi thông tin với nhau và nhận tín hiệu từ vệ tinh

khi đang di chuyển trên các tuyến đƣờng.
b. Hiệu quả của Vanet:
Từ những thông tin trên chúng ta có thể thấy đƣợc hiệu quả của nó cực kì to
lớn nếu nó giải quyết đƣợc những vấn đề trên.
- Hiệu quả về tài nguyên, nhiên liệu và các vấn đề liên quan đến tắc nghẽn
giao thông.
- Ứng dụng hiệu quả nguồn lực.
- Giảm ô nhiễm và bảo vệ môi trƣờng.
- Giảm tắc nghẽn giao thông.

Hoàng Văn Dƣỡng CB140240

13

2014B-KTVT