MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................vi
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................1
ABSTRACT ..........................................................................................................3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET VÀ GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN TRÊN MẠNG ........................................................................................ 6
1.1 Khái niệm về mạng Adhoc .......................................................................... 6
1.1.1.

Một số đặc điểdm chính của mạng Adhoc......................................... 6

1.1.2.

Ứng dụng mạng Adhoc ...................................................................... 7

1.2 Giới thiệu mạng VANET ............................................................................. 8
1.3 Các thành phần chính trong mạng VANET................................................. 9
1.4 Phân loại các giao thức định tuyến ............................................................ 11
1.4.1

Vai trò của định tuyến...................................................................... 11

1.4.2

Những thách thức chọn giao thức định tuyến .................................. 12

1.4.3

Giao thức định tuyến dựa vào topology .......................................... 13

1.4.4

Giao thức định tuyến dựa vào vị trí (location) ................................ 17

1.5 Những vấn đề hiện tại của mạng adhoc ..................................................... 19
1.6 Một số vấn đề của lớp MAC trong mạng Adhoc....................................... 21
1.7 Kết luận chương ......................................................................................... 24
CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ OFDMA VÀ ĐỀ XUẤT LỚP MAC CHO
MẠNG VANET ..................................................................................................25
2.1 Công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA ........... 25
2.2 Nguyên lý cơ bản của công nghệ OFDMA ............................................... 30
2.2.1

Hai chế độ làm việc cơ bản của hệ thống OFDMA ......................... 31

2.2.2

Ưu điểm của công nghệ OFDMA .................................................... 32

2.3 Các phương pháp cấp phát kênh ................................................................ 32
i


2.3.1

Phương pháp cấp phát cố định OFDM-FDMA ............................... 32

2.3.2


Cấp phát ngẫu nhiên OFDM-FDM .................................................. 33

2.4 Đề xuất lớp MAC cho Adhoc dựa vào công nghệ OFDMA ..................... 34
2.4.1

Giải quyết vấn đề node ẩn và node hiện thông qua cơ chế báo bận 34

2.4.2

Đề xuất phương pháp giải quyết vấn đề .......................................... 35

2.4.3

Cơ chế cấp phát kênh dựa trên tín hiệu báo bận .............................. 36

2.4.4

Đề xuất kiến trúc lớp MAC dựa vào công nghệ OFDMA .............. 37

2.5 Kết luận chương ......................................................................................... 48
CHƢƠNG 3: GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN KẾT HỢP VỚI LỚP MAC ĐỀ
XUẤT CHO MẠNG VANET............................................................................49
3.1 Đặc điểm mô hình kết hợp các lớp trong mạng ......................................... 49
3.2 Node chuyển tiếp (nexthop) trong mạng đa chặng .................................... 50
3.3 Mô hình giải thuật kết hợp trong mô phỏng mạng VANET đa chặng ...... 52
3.4 Kết luận chương ......................................................................................... 54
CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH KỊCH BẢN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỊNH
TUYẾN TRONG MẠNG VANET ...................................................................55
4.1 Kịch bản Adhoc đơn giản .......................................................................... 55

4.1.1

Mô hình kịch bản 1 .......................................................................... 55

4.1.2

Mô hình kịch bản 2 .......................................................................... 57

4.2 Kịch bản mạng Adhoc đa chặng ................................................................ 60
4.2.1

Mô hình kịch bản ............................................................................. 60

4.3 Kết luận chương ......................................................................................... 63
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU ............................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO: ................................................................................65

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi, Nguyễn Danh Thắng xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra
trong luận văn dựa trên các kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu thực sự
của riêng tôi, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu của người nào ở bất kỳ
nơi nào khác. Nội dung trong luận văn có tham khảo và sử dụng một số thông
tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong danh mục các tài liệu
tham khảo.

Nguyễn Danh Thắng


iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Định tuyến theo yêu cầu về

AODV

Adhoc On Demand Distance Vector

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu trắng (nhiễu cộng)

BER

Bit Error Ratio

Tỷ lệ bit lỗi

BS

Base Station

Trạm thu phát gốc

CCI


Co-Channel Interference

Nhiễu đồng kênh

CDMA

Code Division Multiple Access

CP

Cyclic Prefix

CSI

Channel State Information

FDD

Frequency Division Duplex

DSA

Dynamic Subcariers Allocation

FDM

Frequency Division Multiplexing

FFT


Fast Fourier Transform

Chuyển đổi Furier nhanh

GI

Guard Interval

Khoảng bảo vệ

HIPER

High Performance Local Area

Mạng cục bộ chất lượng cao

LAN/2

Network type 2

kiểu 2

Institute of Electrical and Electronic

Viện của các kỹ sư điện và

Engineers

điện tử


ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu xuyên kí tự

ICI

Inter-Channel Interference

Nhiễu xuyên kênh

MIMO

Multiple Input Multiple Output

MMSE

Minimum Mean Square Error

IEEE

khoảng cách

Đa truy nhập phân chia theo
mã
Tiền tố lặp
Thông tin trạng thái của kênh
truyền


iv

Song công phân chia theo tần
số
Cấp phát kênh động
Ghép kênh phân chia theo tần
số

Hệ thống nhiều đầu vào nhiều
đầu ra
Trung bình bình phương tối
thiểu


Mobile Station

Trạm di động

Orthoganal Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo tần

Multiplexing

số trực giao

Orthoganal Frequency Division

Đa truy nhập phân chia theo


Multiple Access

tần số trực giao

QAM

Quadrature amplitude modulation

Điều chế biên độ cầu phương

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

Signal to Interference-plus-Noise

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm cộng

Ratio

nhiễu

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm


TDD

Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multiple Access

UL/DL

Up Link

Đường lên/Đường xuống

WiFi

Wireless Fidelity

Mạng không dây chuẩn 802.11

MS
OFDM
OFDMA

SNIR

WiMax

Song công phân chia theo thời

gian

Worldwide Interoperability for
Microwave Access

Đa truy cập phân chia theo thời
gian

Khả năng khai thác liên mạng
trên toàn cầu đối với truy cập
vi ba

RTS/CTS

Request To Send/ Clear To Send

Yêu cầu gửi/yêu cầu xóa

GPSR

Greedy Perimeter Stateless Routing

Giao thưc định tuyến GPSR

DSDV

Destination Sequenced Distance
Vector Protocol

Giao thưc định tuyến DSDV


RSU

Road Side Unit

Thiết bị ven đường

OBU

Onboad Unit

Thiết bị trên xe

QoS

Qualtity of Service

Chất lượng dịch vụ

MANET

Mobile Ad-hoc Network

Mạng adhoc di động

Tx/Rx

Transmiter/ Receiver

Bộ phát/ Bộ thu


v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình mạng Adhoc ............................................................................ 6
Hình 1.2 Mô hình mạng VANET.......................................................................... 9
Hình 1.3 Mô hình đầu cuối mạng VANET ......................................................... 10
Hình 1.4 IEEE ad-hoc Mode ............................................................................... 11
Hình 1.5 IEEE ad-hoc mode khi triển khai định tuyến ....................................... 12
Hình 1.6 Các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc ..................................... 14
Hình 1.7 Thuật toán mô phỏng giao thức AODV trong Matlab ......................... 16
Hình 1.8 Mô phỏng đơn giản định tuyến các node sử dung AODV ................... 17
Hình 1.9 Minh họa cách chọn khoảng cách từ nguồn-nexthop .......................... 18
Hình 1.10 Vấn đề node ẩn (The hidden terminal problem) ................................ 21
Hình 1.11 Vấn đề node hiện (The exposed node problem) ................................ 23
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thông tin chung ........................................................... 25
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống thông tin sử dụng điều chế OFDM ............................. 28
Hình 2.3 Dải băng tần sử dụng trong OFDMA................................................... 29
Hình 2.4 Cấp phát dữ liệu đến các user .............................................................. 29
Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ thống OFDMA .............................................................. 30
Hình 2.6 Hai chế độ làm việc cơ bản của hệ thống OFDMA ............................. 31
Hình 2.7 Phương pháp OFDM-FDMA thông thường ........................................ 33
Hình 2.8 Cấp phát kênh dựa vào tín hiệu báo bận phát ra từ máy thu ................ 35
Hình 2.9 Vấn đề về nhiễu CCI trong các hệ thống OFDMA/TDD .................... 35
Hình 2.10 Công suất âm bận thu được tại máy phát ........................................... 37
Hình 2.11 Cấu trúc khung lớp MAC ................................................................... 38
Hình 2.12 Thuật toán DSA ................................................................................. 42
Hình 2.13 Phỏng tạo theo phương pháp Monte Carlo tần số Doppler................ 44
Hình 3.1 Minh họa mạng Adhoc đa chặng hop-by-hop...................................... 50

vi


Hình 3.2 Giải thuật kết hợp định tuyến và DSA MAC cho VANET multihop .. 53
Hình 4.1 Kịch bản mạng Adhoc đơn giản ........................................................... 55
Hình 4.2 Kết quả với mức ngưỡng khác nhau .................................................... 56
Hình 4.3 Mô hình kịch bản tính toán thông lượng trong mạng Adhoc............... 57
Hình 4.4 Mô hình kịch bản phối cảnh và mô hình toán học ............................... 58
Hình 4.5 Thông lượng kết nối giữa OBU1-RSU1 và OBU2-RSU2 ..................... 59
Hình 4.6 Mô hình kịch bản đa chặng .................................................................. 61
Hình 4.7 Thông lượng mạng phụ thuộc số nodes ............................................... 61
Hình 4.8 Mô hình kịch bản đa chặng .................................................................. 62
Hình 4.9 Kết quả mô phỏng thông lượng trong mạng Adhoc đa chặng ............. 63

vii


LỜI NÓI ĐẦU
Xuất phát từ những yêu cầu từ thực tế trong quá trình nghiên cứu và phát
triển với xu thế phát triển mạnh mẽ về công nghệ thông tin liên lạc và viễn
thông. Thông tin liên lạc được mở rộng với những lĩnh vực mạng di động tùy
biến trong xe cộ (Verhical Adhoc Network-VANET), đây là một lĩnh vực đang
được các nước phát triển nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhằm mang lại hiệu
quả trong việc điều khiển, kiểm soát trong ngành giao thông. Để đạt được hiệu
quả cao trong hệ thống mạng, giao thức định tuyến có vai trò tiên quyết trong
một mạng Adhoc.
Đặc biệt tác giả đi sâu nghiên cứu cho mạng VANET, kết hợp sử dụng
phương pháp cấp phát kênh động (DSA) dựa trên nền công nghệ OFDMA hoạt
động ở chế độ (TDD) với việc định tuyến xuyên tầng MAC-NET. Phương pháp
này cho phép mạng tái sử dụng toàn bộ tần số, tăng dụng lượng mạng đồng thời

giảm nhiễu đồng kênh (CCI), giải quyết vấn đề node ẩn, node hiện trong mạng
WLAN cũng như mạng Adhoc.
Các kết quả hướng nghiên cứu trong phần này liên quan đến tính toán
thông lượng mạng, tính toán các tham số liên quan…theo thuật toán đã đề xuất
với mô hình kịch bản đưa ra cho mạng đơn node và multihop.
Trong quá trình thực hiện luận văn này, mặc dù đã rất cố gắng nhưng
chắc chắn không thể tránh được những thiếu xót do nhận thức chưa đúng về một
nội dung nào đó, nên em rất mong muốn được sự chỉ dẫn của các thày cô.

1


Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Hà Duyên Trung, PGS. TS
Nguyễn Văn Đức là những người đã trực tiếp hướng dẫn và góp ý sửa chữa, tận tình
chỉ bảo để em có thể hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy.
Đồng thời cũng cho tôi nói lời cảm ơn đến cha mẹ tôi và những người
thân của tôi đã luôn sát cánh động viên, quan tâm, ủng hộ tôi trong suốt quá trình
học tập và làm luận văn này. Nhằm tạo những điều kiện thuận lợi cho tôi học tập
tu dưỡng phấn đấu để mà có thể thành người có ích cho xã hội.
Xin chân thành cảm ơn!!!

Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2015
Học viên
NGUYỄN DANH THẮNG

2


ABSTRACT
In the master thesis, I have focused on research basic problems related to

IEEE 802.11 standard, main problems such as hidden node, exposed node,
congestion… Since then, I have given method to research and solution, proposed
algorithms and simulation based on MATLAB programming. Method Dynamic
Sub-carrier Assignment (DSA) decentralized based on technology Orthogonal
Frequency Division Multiple Access (OFDMA) applied widely for Cellular
network and research for Adhoc network. Method decentralized dynamic sub Carrier assignment given to resolve hidden node, exposed node problems and
improve throughput network in multiple access control (MAC layer). The
method of research developed from algorithms decentralized for Cellular
network, decentralize research model for Adhoc network, calculate parameters
relating to throughput and improve throughput network more than different
methods

3


GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá các giải thuật định tuyến trong mạng VANET
Nội dung luận văn được chia thành 5 chương:
 Chƣơng 1. Tổng quan về mạng VANET và giao thức định tuyến
trên mạng Adhoc đa chặng.
Trong chương này tác giả giới thiệu khái niệm về mạng Adhoc và những
đặc điểm chính, ưu nhược điểm của nó. Các ứng dụng trong cuộc sống của mạng
Adhoc, một loại biến thể của Adhoc đó là mạng VANET là mạng Adhoc được
nghiên cứu dành cho giao thông, các phương tiện xe cộ. Tiếp theo đó tác giả
trình bày những giao thức định tuyến được sử dụng, ưu nhược điểm của từng
giao thức đó. Cuối chương tác giả nêu những vấn đề hiện tại của mạng Adhoc và
đi sâu phân tích vấn đề trong lớp MAC.
 Chƣơng 2: Tổng quan về công nghệ OFDMA và đề xuất lớp MAC
cho mạng VANET.
Trong chương này tác giả giới thiệu chung về công nghệ OFDM cũng như

OFDMA, đây là một công nghệ mới và hiện được sử dụng rất rộng rãi trong viễn
thông. Tác giả cũng trình bày những ưu nhược điểm cũng như việc cấp phát
kênh sử dụng công nghệ OFDM. Ở chương này tác giả tập chung chủ yếu phân
tích và đề xuất lớp MAC cho mạng Adhoc dựa vào công nghệ OFDMA.
 Chƣơng 3: Mô hình xuyên tầng và đề xuất giao thức xuyên tầng
MAC - NET trong mạng adhoc đa chặng.
Trong chương này giới thiệu mô hình xuyên tầng và tác giả đề xuất giao
thức xuyên tầng lớp MAC và NET trong mạng adhoc đa chặng. Tác giả đi sâu
nghiên cứu giao thức xuyên lớp, các maxtrix liên kết giữa các node và so sánh
giao. Thức định tuyến dữ liệu truyền thống.

4


 Chƣơng 4: Mô phỏng kịch bản và đánh giá kết quả định tuyến cho
mạng VANET
Trong chương này tác giả xây dựng kịch bản mô phỏng và đánh giá kết quả
định tuyến cho mạng VANET. Từng bước mô phỏng, đánh giá với kịch bản đơn
giản và các kịch bản mở rộng cho các node trong mạng có thể truyền thông trao
đổi multihop.
 Chƣơng 5: Kết luận chung
Nội dung Chƣơng 5 tổng kết lại mục đích của luận văn và những đóng góp
của tác giả, các hướng nghiên cứu mở rộng.

5


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET VÀ GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN TRÊN MẠNG
1.1


Khái niệm về mạng Adhoc

AP

Inter-vehice
communications
AP

Vehice to
roadside
communications
AP

Services

Hình 1.1 Mô hình mạng Adhoc
Mô hình mạng Adhoc là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây, là
mạng tập hợp các node di động hoặc bán di động và không có cơ sở hạ tầng sẵn
có. Công nghệ này cho phép các nodes mạng (node - thiết bị mạng) truyền thông
trực tiếp với nhau qua bộ thu phát không dây (wireless) mà không cần bất cứ
một cơ sở hạ tầng cố định nào. Đây là một đặc tính riêng biệt của Adhoc so với
các mạng không dây truyền thống như các mạng cell (cellular networks) và
mạng không dây cục bộ (WLAN), trong đó các nodes giao tiếp với nhau thông
qua các trạm vô tuyến cơ sở. Hơn nữa, mạng Adhoc có thể hoạt động độc lập.
1.1.1.
-

Một số đặc điểm chính của mạng Adhoc
Mỗi thiết bị tham gia trong mạng không chỉ đóng vai trò là một node đầu

cuối mà còn hoạt động như một hệ thống trung gian.

-

Mọi nodes mạng đều có khả năng di động.

-

Các node di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn.

-

Tôpô mạng thay đổi theo thời gian do sự di động của các nodes hoặc do
địa hình, thời tiết, vật cản …
6


-

Băng thông trong mạng hẹp.

-

Chất lượng kênh luôn thay đổi.

-

Không có thực thể tập trung, nói cách khác là mạng phân bố.

1.1.2.


Ứng dụng mạng Adhoc
Trong tương lai, Adhoc sẽ được ứng rộng rất rộng rãi trong tất cả các lĩnh

vực của đời sống (kinh tế, khoa học kĩ thuật, quân sự).
Trong lĩnh vực kinh tế, Adhoc sẽ được ứng dụng trong việc quản lý cây trồng,
vật nuôi, phục vụ cho công tác nghiên cứu các giống cây trồng – vật nuôi mới
nhằm tăng năng suất và rút ngắn thời gian chăm sóc.
Với đà hiện đại hóa của chung của thế giới, trong nông nghiệp cũng sẽ
được trang bị hiện đại và sản xuất tự động, hiện đại. Các cách đồng, các nông
trường rộng lớn, sản xuất tập trung đã và đang xuất hiện. Việc quản lý trên một
phạm vi rộng như vậy, và nhất là công tác đi kiểm tra, khảo sát, nghiên cứu của
nhân viên trên khu vực rộng lớn sẽ gặp khó khăn về khoảng cách cũng như cơ sở
hạ tầng hỗ trợ việc thông tin liên lạc. Việc lắp đặt một hệ thống cơ sở hạ tầng cố
định phục vụ cho trao đổi thông tin sẽ mất chi phí lớn, bên cạnh đó là chi phí về
bảo trì sửa chữa, và nếu hệ thống có trục trặc thì công tác của nhân viên sẽ bị
gián đoạn. Vì vậy lựa chọn Adhoc ứng dụng vào là rất thực tế. Các thiết bị đặt
tại cánh đồng kết hợp cùng các thiết bị của nhân viên, đồng thời có thể với các
thiết bị cố định của mạng truyền thống (LAN, WLAN, Internet) đem lại một
mang kết nối tin cậy, nhanh chóng mà không tốn kém quá nhiều.
Lĩnh vực giao thông: mạng Adhoc có thể ứng dụng rất nhiều trong việc
liên lạc giữa các phương tiện tham gia giao thông, trong việc tìm đường đi ngắn
nhất. … Các thiết bị nhúng đặt trên ô tô, xe máy, đặt cố định trên đường, kết hợp
với các thiết bị di động cầm tay (PDA, mobile, laptop) tạo nên mạng Adhoc giao
thông trải khắp các con đường. Người tham gia giao thông có thể nói chuyện với
nhau, thông tin về tình hình ách tắc giao thông, về các sự cố tại từng tuyến
đường hoặc đơn giản là chuyển tiếp thông tin từ các trạm quan sát bên đường về
trung tâm phục vụ cho việc thống kê, phân luồng.

7



Lĩnh vực cứu hộ: với đặc điểm có thể thiết lập ở những nơi có địa hình
phức tạp và không cần cơ sở hạ tầng có sẵn, ứng dụng của mạng Adhoc trong
những trường hợp cứu hộ, cứu nạn khẩn cấp là rất cần thiết. Các nhân viên cứu
hộ liên lạc với nhau qua các thiết bị nhúng gắn sẵn trên người, thông qua các
thiết bị di động khác hoặc qua các trạm đặt cố định triên hiện trường, mang lại
hình ảnh và tin tức liên tục về diễn biến tại mọi nơi trên hiện trường.
Lĩnh vực thương mại: mạng Adhoc có thể cho phép truy cập trực tiếp và
nhanh chóng tới cơ sở dữ liệu của các hệ thống bán hàng hay thực hiện các giao
dịch…
Lĩnh vực giáo dục: chúng ta có thể xây dựng các lớp học ảo hay các
phòng hội thảo trực tuyến, xây dựng mạng lưới thông tin trong nội bộ trường cho
các học sinh – sinh viên với các cán bộ giáo viên. Nhằm mục đích thông báo tình
hình học tập, trao đổi tài liệu hoặc quản lý việc đi học đúng giờ của học sinh –
sinh viên...
Lĩnh vực quân sự: ứng dụng trong việc tác chiến quân sự, liên lạc khi
đang tác chiến, tìm kiếm cứu hộ cho các chiến sĩ, rà phá bom mìn …
Ngoài ra còn có thể ứng dụng trong công tác khảo sát - thăm dò địa chất,
công tác bản đồ, công tác khảo cổ… [1].
1.2

Giới thiệu mạng VANET
VANET (Vehicular Ad-hoc Network, còn gọi là mạng xe cộ) là hệ thống

mạng được tạo thành từ các phương tiện xe cộ lưu thông trên đường mà không
cần triển khai cơ sở hạ tầng. Mỗi node mạng được được trang bị thiết bị thu/phát
để có thể liên lạc, chia sẻ và trao đổi thông tin lẫn nhau. Thông tin trao đổi trong
mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, tai nạn
giao thông, nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ

đa phương tiện, Internet...
Ngoài ra, mạng VANET còn có thể cung cấp liên lạc giữa các xe cộ ở gần nhau
và với các thiết bị cố định RSU (Road Side Unit) được gắn ở bên đường hoặc
liên kết với hệ thống mạng cố định thông qua RSU.
8


Mục đích chính của VANET là cung cấp sự an toàn và thoải mái cho hành
khách. Các thiết bị điện tử đặc biệt được đặt bên trong các thiết bị sẽ cung cấp
kết nối mạng Ad-hoc cho các hành khách. Mạng này hướng đến hoạt động mà
không cần cấu trúc hạ tầng với sự liên lạc đơn giản. Mỗi thiết bị hoạt động trong
mạng VANET có thể đóng vai trò là node mạng đầu cuối hoặc node trung gian
trong các phiên kết nối thông qua mạng không dây. Khi có cảnh báo va chạm,
các tín hiệu cảnh báo và các công cụ tiện ích để giúp đỡ việc chọn đường tốt
nhất. Các kết nối đa phương tiện và Internet đều được tự động, tất cả đều do thiết
bị không dây trong xe thực hiện. Thậm chí có thể tự động thanh toán các cước
phí như lệ phí gửi xe, thuế đi qua cầu.
RSU: thiết bị ven
đường
RSU 1

OBU

OBU: thiết bị
đặt trên xe

RSU to vehicle
communications

OBU


OBU

Inter-vehicle
communications
OBU

RSU 2

OBU

Services

Hình 1.2 Mô hình mạng VANET
VANET cũng mang những đặc điểm chung của mạng Adhoc nhưng về chi
tiết thì khác nhau, như tốc độ di chuyển các node nhanh hơn, nhưng xe cộ thì
định hướng di chuyển theo một mẫu tổ chức. Sự tương tác với các thiết bị bên
đường khá chính xác, các xe cộ hầu hết có 1 vùng di chuyển ví dụ như các xe tải
đường dài chạy trên cao tốc.
1.3

Các thành phần chính trong mạng VANET

Các node mạng trong mạng VANET gồm có:

9


 OBU (on board unit): Các OBU trang bị trên phương tiện giao thông để
thực hiện những chức năng của 1 phương tiện di chuyển

 RSU (road side unit): Các RSU đóng vai trò là node chuyển tiếp thông tin
từ OBU về server, đồng thời cũng đóng vai trò truyền các thông tin tại node
đó tới các OBU nếu cần
 Server: Đóng vai trò lưu trữ và quản lý tuyến đường, server có thể cung cấp
những thông tin mà người dùng mong muốn về vị trí một xe nào đó hay tình
hình tuyến đường. Điều này sẽ tạo điều kiện cho người quản lý tuyến đường
quản lý và điều phối hoạt động của tuyến đường đó dễ dàng hơn.

user
INTERNET

Server

RSU

Hình 1.3 Mô hình đầu cuối mạng VANET
Server được kết nối mạng Internet và được đăng kí một địa chỉ xác định,
chẳng hạn bằng một tên miền. Các RSU sẽ truyền các bản tin vị trí của các
phương tiện về địa chỉ này và dữ liệu được lưu trong cơ sở dữ liệu của máy
server. Server cũng sẽ có một website giao tiếp với cơ sở dữ liệu này, cho phép
nhà quản lý cũng như người dùng theo dõi được từ xa vị trí của tất cả các
phương tiện di chuyển trong mạng.
Ngoài ra kết hợp với những giao thức định tuyến, báo hiệu mạng VANET
cũng cho phép truyền cả những thông tin cảnh báo hướng dẫn đến từng người
điều khiển phương tiện như tình trạng tắc đường, nguy hiểm, các hướng dẫn chỉ
đường,…[2]

10



 Các giải pháp cần nghiên cứu:
 Tiết kiệm năng lượng
 Sử dụng tài nguyên băng thông hợp lí
 Định tuyến tìm đường tối ưu
 Bảo mật trong mạng
 Hỗ trợ QoS.
1.4

Phân loại các giao thức định tuyến
Hiện nay giao thức định tuyến chia thành 2 loại gồm: giao thức định tuyến

dựa vào vị trí (location) và giao thức định tuyến dựa vào topology.
Giao thức dựa vào việc xác định vị trí (location) nổi bật lên là phương
pháp định tuyến LAR (Location Aided Routing), ở đó thông tin về vị trí vật lý
cũng như vị trí địa lý cần được cung cấp của những node trong mạng.
1.4.1 Vai trò của định tuyến
Khi triển khai mạng Ad-hoc với cơ chế mặc định là chúng ta chạy ở mode
IEEE ad-hoc, việc kết nối trực tiếp giữa các thiết bị sẽ không gặp khó khăn gì.
Vấn đề nảy sinh là khi ta có mạng với nhiều node và có các kết nối node nguồn
đến node đích thông qua một node trung gian chứ không phải kết nối trực tiếp.
Chuẩn IEEE mode ad-hoc không hỗ trợ việc kết nối đa chặng như trên, nhưng
kết hợp với giao thức định tuyến có thể thực hiện được các kết nối đa chặng.
Hình vẽ dưới đây sẽ thể hiện sự khác nhau giữa IEEE ad-hoc mode với việc kết
hợp sử dụng thêm phần mềm định tuyến.

Không có khả năng truyền qua nhiều nút trung gian

Hệ nhúng 1

Hệ nhúng 2


Hình 1.4 IEEE ad-hoc Mode

11

Hệ nhúng 3


Triển khai định tuyến hỗ ttrợ truyền đa chặng

Hệ nhúng 2

Hệ nhúng 1

Hệ nhúng 3

Hình 1.5 IEEE ad-hoc mode khi triển khai định tuyến
1.4.2 Những thách thức chọn giao thức định tuyến
Trong mạng Ad-hoc, mọi node đều có khả năng di chuyển nên không có
một node mạng cố định nào thực hiện chức năng điều khiển trung tâm. Do đó
làm thế nào để các node mạng “bắt tay nhau” và duy trì được quá trình truyền
thông mà không lãng phí tài nguyên mạng là một vấn đề cần đặc biệt quan tâm.
Để giải quyết vấn đề trên, đã có nhiều đề xuất về giải pháp định tuyến cho
mạng di động tuỳ biến. Các giao thức như thế phải giải quyết những hạn chế đặc
biệt của mạng này, trong đó bao gồm các vấn đề như tiêu thụ công suất lớn, băng
thông thấp và tỷ lệ lỗi cao.
Một số yêu cầu đối với các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc:
 Hoạt động phân tán: Giao thức cần hoạt động phân tán, không phụ thuộc
vào node mạng điều khiển tập trung.
 Đường định tuyến hở: Để nâng cao chất lượng hoạt động, thì giao thức

định tuyến cần đảm bảo đường định tuyến cung cấp là đường mở, điều này
sẽ làm giảm lãng phí băng thông và năng lượng tiêu thụ của CPU.
 Hỗ trợ các liên kết một chiều: Kết hợp với các liên kết hai chiều làm tăng
chất lượng hoạt động của giao thức định tuyến.
 Bảo mật: Sử dụng các phương pháp bảo mật cho mạng không dây để đảm
bảo an toàn thông tin trong quá trình định tuyến.

12


 Nhiều đường định tuyến: Nhằm giảm tác động cho số lần thay đổi về cấu
trúc mạng và khi nhiều đường định tuyến bị nghẽn. Một đường định tuyến
có sẵn sẽ giúp cho việc kết nối trở lại mà không cần phải định tuyến tìm
đường khác.
 Hỗ trợ QoS: Có nhiều loại QoS cần được sự hỗ trợ của các giao thức định
tuyến, nó phụ thuộc vào mục đích của mạng, chẳng hạn sự hỗ trợ thời gian
thực …
Mạng VANET có đặc trưng là các thiết bị di chuyển với tốc độ cao hơn
nhiều tốc độ người đi bộ, cho nên băng thông mạng suy giảm rõ rệt. Trước thách
thức như vậy, giao thức định tuyến trong mạng VANET phải có 1 số đặc điểm là
giảm thiểu các gói tin truyền trong mạng và tốc độ định tuyến nhanh.
1.4.3 Giao thức định tuyến dựa vào topology
Đối với loại giao thức trên cơ sở của topology, đây là loại giao thức được
nghiên cứu và dùng phổ biến trong đó lại phân loại gồm phương pháp Reactive
và Proactive. Phương pháp sử dụng thông tin về kết nối để chuyển tiếp các
packets giữa các node trong mạng. Giao thức đáng chú ý trong loại này là
AODV, GPSR và DSDV.
Với những đặc điểm như những thách thức trên thì giao thức proactive
không phù hợp do các thông tin về định tuyến được gửi định kì sẽ trở lên lãng
phí và tốn băng thông. Bởi vậy giao thức thuộc loại reactive hoặc hybrid thường

lựa chọn nghiên cứu và ứng dụng trong mạng VANET [3].

13


Các giao thức định
tuyến

Reactive

Proactive

Link state

OLSR

OSPF

Distance vector

DSR

DSDV

Hybrid

AODV

ZRP


TORA

GPSR

Hình 1.6 Các giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc
Như hình vẽ trên chỉ ra cho thế hiện tại có rất nhiều giao thức định tuyến
có thể triển khai trong mạng VANET nhưng vẫn chưa có giao thức nào chiếm ưu
thế. Một số giao thức định tuyến đáng chú ý trong mạng VANET như:
 DSDV (Destination Sequenced Distance Vector Protocol):
Là giao thức proactive, định tuyến theo bảng. Hiệu quả tốt nhất khi các
node di động với tốc độ thấp, Overhead gần như là hằng số bất chấp tốc độ di
chuyển hay lưu luợng tải. Giao thức định tuyến vector khoảng cách tuần tự đích.
 Thuộc loại Proactive
 Định tuyến theo bảng
 Quảng bá bằng cách flooding
 Hiệu quả khi node di chuyển với tốc độ thấp
 Overhead xấp xỉ hằng số
 AODV (Adhoc On Demand Distance Vector):
Là giao thức reactive, định tuyến theo yêu cầu. Hiệu quả tốt ở tất cả các tốc
độ di chuyển của node, overhead vẫn chưa được tối ưu. Giao thức định tuyến
vector khoảng cách theo yêu cầu.
 Thuộc Reactive
 Định tuyến theo yêu cầu
 Hoạt động ở các node với tốc độ khác nhau
14


 Overhead nhỏ nhưng chưa tối ưu
 GPSR (Greedy perimeter stateless routing):
Là giao thức định tuyến khoảng cách với thuật toán định tuyến là Greedy.

 Thuộc Reactive
 Là giao thức định tuyến khoảng cách với thuật toán định tuyến là
Greedy
 Cơ chế tìm đường nhanh chóng và thuật toán đơn giản.
Trong luận văn này không đi sâu vào phân tích các tham số như tỉ lệ mất
gói, độ trễ, overhead… giữa các thuật toán định tuyến, vấn đề này được mô
phỏng bằng những công cụ mạnh hơn như Ns2 hay Opnet…
Trong giới hạn nghiên cứu, chỉ xin đưa ra kịch bản mô phỏng đơn giản cho
các node trong mạng với việc triển khai thuật toán AODV. Thuật toán định
tuyến AODV như đã nói ở trên là thuật toán định tuyến vector theo yêu cầu
Adhoc On Demand Distance Vector (AODV) được sử dụng trong mạng Adhoc.
Nó gồm cả 2 cơ chế unicast và multicast routing. AODV là một giao thức thuộc
nhóm Reactive routing, nghĩa là nó chỉ thiết lập tuyến khi có nhu cầu cho tuyến
đường đó.
Dưới đây xin đưa ra thuật toán và kết quả mô phỏng cho 10 node sử dụng
AODV. Kịch bản chỉ thiết lập cho các node tĩnh kết quả ứng với các tham số tiêu
chuẩn mỗi node khác nhau, thuật toán sẽ tìm ra đường tối ưu nhất [4].

15


Thiết lập kết nối

-Xác định vị trí giữa các node
-Hiển thị vị trí nodes

Xác định vị trí giữa node đíchnguồn
Yes
No


Khoảng cách nguồn-đích
Tìm đích dùng AODV Protocol

Quảng bá bản tin RREQ đến các node hàng
xóm
Thiết lập tuyến liên kết trung gian

Kết nối trực tiếp
nguồn-đích

-Lưu thông tin về các nodes
-Xác định độ tin cậy mỗi node

Bad

Kiểm tra trust từng node
nhận được RREQ

Good

Chọn node có trust để gửi bản tin
RREP

Không chọn node
có trust thấp

Thiết lập tuyến kết nối giữa các
node đó

Kết nối nguồn - đích trao đổi
Data
Node đích gửi bản tin ACK về
nguồn

Kết nối tiếp tục ?

Stop

Hình 1.7 Thuật toán mô phỏng giao thức AODV trong Matlab

16


7

10

4

9

9

8

5

7
61

3

5

10

4

6

3
2

1

2

2

3
4
5
6
7
8
Scenario for Ad Hoc network with AODV

8

9

10

Hình 1.8 Mô phỏng đơn giản định tuyến các node sử dung AODV
Kết quả chỉ ra việc định tuyến giữa node nguồn Node 1 và node đích Node
10 dựa vào quá trình tìm đường gửi bản tin RREQ (blue) và định tuyến tìm
đường nhận bản tin RREP (green). Cơ chế thực hiện tìm đường và tạo kết nối
định tuyến dựa vào tính toán các tham số được chọn trên mỗi kết nối giữa các
node với nhau, mà được gọi là tham số Trust đảm bảo cho các kết nối giữa các
hop là ngắn nhất và tối ưu nhất. Việc chọn các node trung gian sẽ thay đổi khi
Trust trên mỗi node thay đổi [5].
1.4.4 Giao thức định tuyến dựa vào vị trí (location)
Giao thức định tuyến dựa vào vị trí đóng vai trò hết sức quan trọng trong
mang VANET đa chặng do đặc điểm các node mạng có tính linh động cao. Việc
lựa chọn ra một node trung gian (next-hop) để chuyển tiếp bản tin từ nguồn tới
đích sẽ quyết định hiệu quả của việc định tuyến. Trong giới hạn nghiên cứu này,
tác giả đề xuất sử dụng phương pháp chọn ra node next-hop nhằm mục đích
chuyển tiếp gói tin từ nguồn đến đích một cách hiệu quả nhất.

17




Phƣơng pháp lựa chọn node chuyển tiếp nexthop
Trong một mạng phi tuyến VANET dày đặc, điển hình là mạng giao

thông, số các phương tiện di chuyển và dừng lại là rất lớn, khoảng cách giữa
các phương tiện là nhỏ và bề mặt đường không đổi. Tuy nhiên định tuyến dựa

vào vị trí trong một kịch bản ở thành phố thực sự là một thách thức lớn vì xu thế
phân bổ không đều và thường xuyên của các node phương tiện, tính chất thay
đổi nhanh và việc bắt tay kết nối rất khó khăn. Hơn nữa, mạng adhoc đô thị có
tính chất lớn và dày đặc nên có nhiều kết nối từ nguồn tới đích, do vậy giao
thức để chọn vị trí có đường ngắn nhất thường được ưu tiên vì có số hop nhỏ
thay vì chọn cách để đạt dung lượng lớn nhất.
Phương pháp này cân nhắc cả về khoảng cách chuyển tiếp và chất lượng
đường truyền để chọn ra node next-hop. Trong phương pháp này, node chuyển
tiếp được chọn là node có khoảng cách lớn nhất được ấn định trước trong số các
node lân cận hàng xóm của nó.

Hình 1.9 Minh họa cách chọn khoảng cách từ nguồn-nexthop
Trên hình 1.9 trên, S và D lần lượt là node nguồn và đích, N là next-hop và
C là node gần với D nhất. Gọi Dnax là khoảng cách chuyển tiếp lớn nhất giữa
node chuyển tiếp (node nguồn) và node next-hop. Theo phương pháp này thì
node lân cận với một môi trường nhận tốt và gần với node đích nhất được chọn
là node next-hop. Như hình vẽ node nguồn S nhận N là next-hop của nó chứ
không phải node C. Tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp chuyển tiếp greedy thì
node C lại được chọn là node next-hop vì nó là node lân cận gần nhất với node
đích thỏa mãn trong vùng phủ của S.
18