(Luận văn thạc sĩ) đánh giá hiệu năng của mạng liên lạc hợp tác giữa các xe với lựa chọn chuyển tiếp tối ưu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VĂN HỒNG PHƯƠNG

ÐÁNH GIÁ HIỆU NANG CỦA MẠNG LIÊN LẠC HỢP TÁC
GIỮA CÁC XE VỚI LỰA CHỌN CHUYỂN TIẾP TỐI ƯU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 5 9 4 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VĂN HỒNG PHƢƠNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG LIÊN LẠC HỢP TÁC
GIỮA CÁC XE VỚI LỰA CHỌN CHUYỂN TIẾP TỐI ƢU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VĂN HỒNG PHƢƠNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG LIÊN LẠC HỢP TÁC
GIỮA CÁC XE VỚI LỰA CHỌN CHUYỂN TIẾP TỐI ƢU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203
Hƣớng dẫn khoa học:
TS PHẠM NGỌC SƠN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2018



LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: VĂN HỒNG PHƢƠNG
Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1989
Dƣơng

Giới tính: Nam
Nơi

Q qn: Phú Mỹ, Thủ Dầu Một, Bình Dƣơng

sinh:

Bình

Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Giảng viên trƣờng Đại
học Thủ Dầu Một
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 92, đƣờng An Mỹ - Phú Mỹ, phƣờng Phú
Mỹ, Tp.Thủ Dầu Một, Bình Dƣơng
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0937.884.112

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 03/2012

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TPHCM
Ngành học: Công nghệ điện tử viễn thông
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng công nghệ RFID vào
quản lý sinh viên
Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 19/02/2012, Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ

thuật TPHCM
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Phạm Hồng Liên
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 05/2016 đến 05/2018

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TPHCM

i


Ngành học: Kỹ thuật Điện tử
Tên luận văn: Đánh giá hiệu năng mạng liên lạc hợp tác giữa các xe với lựa
chọn trạm chuyển tiếp tối ƣu
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 05/05/2018, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật
TPHCM
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Phạm Ngọc Sơn
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, B1

III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Nơi công tác

Thời gian
02/2012 – 04/2014
04/2014 – nay

Công việc đảm nhiệm

Công ty TNHH Kim An Thành

Nhân viên kỹ thuật
Trợ lý khoa,

Đại học Thủ Dầu Một

Trợ giảng
IV. CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN hoặc ĐỊA PHƢƠNG
(Ký tên, đóng dấu)

Ngày

tháng năm 2018

Ngƣời khai ký tên

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 5 năm 2018
Học viên

Văn Hoàng Phƣơng

iii


LỜI CẢM ƠN
Luận văn đã hoàn thành đúng thời gian quy định và đạt được kết quả như
mong đợi. Để đạt được kết quả này, trƣớ c hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến thầy hướng dẫn, thầy Phạm Ngọc Sơn đã tận tình giúp đỡ tơi trong q
trình nghiên cứu và hồn thành đề tài.
Kế tiếp, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tác giả của một số bài báo khoa
học, các học viên, nghiên cứu sinh đang học tập trong và ngoài nƣớc đã tận tình
cung cấp tài liệu, giải thích và trao đổi các vấn đề liên quan đến đề tài.
Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên đã giúp đỡ,
góp ý cho tơi trong q trình nghiên cứu.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 5 năm 2018
Học viên

Văn Hoàng Phƣơng

iv


ABSTRACT
The vehicle communication system is the solution for building intelligent
transportation systems in the future. This essay researchs on inter-vehicle
communication based on cognitive radio networks with best relay section (RS)
methods in the double Rayleigh fading conditions. Relays are used decode-andforward relaying protocol and are selected according to a pre-determined policy to
enable communication between vehicles. Operation of coginitive cooperative
system is invesstigated for two fading scenarios: partial and full relay selection.
Each fading scenario is considered in two models:

i) all channels are double-Rayleigh distributed fadings;
ii) only the secondary source to secondary relays and secondary relays to
destination channels are modeled as double-Rayleigh distributions while channels
between the secondary transmitters and the primary user are modeled by the
Rayleigh distribution.
This essay considers exact and approximate expressions for the outage
probability performance. Then, using Monte Carlo simulations to check the
presented expressions. The perfect matching between analysis and simulation
results has confirmed the accuracy of the investigated mathematical expressions.
Key words – Cognitive Cooperative, Double Rayleigh, best relay section.

v


TĨM TẮT
Hệ thống truyền thơng liên lạc giữa các xe là một giải pháp để xây dựng hệ
thống giao thông thông minh trong tƣơng lai. Trong luận văn này, nghiên cứu hệ
thống truyền thông liên xe dựa trên truyền thông của mạng vô tuyến nhận thức với
sự lựa chọn chuyển tiếp (RS) tối ƣu trong môi trƣờng fading Double Rayleigh. Các
nút chuyển tiếp sử dụng giao thức chuyển tiếp giải mã và chuyển tiếp và các nút
đƣợc chọn theo một mơ hình đƣợc xác định trƣớc để cho phép giao tiếp giữa các
phƣơng tiện. Hoạt động của hệ thống nhận thức hợp tác đƣợc nghiên cứu để lựa
chọn chuyển tiếp một phần và toàn bộ với lựa chọn RS tốt nhất thứ K tốt nhất (RS)
cho cả hai mơ hình:
i) Tất cả các kênh đƣợc phân bố theo dạng Rayleigh đơi.
ii) Chỉ có nguồn thứ cấp để chuyển tiếp và chuyển tiếp đến các kênh đích phân
bố theo dạng Double Rayleigh, các kênh giữa các thiết bị phát thứ cấp và ngƣời sử
dụng chính đƣợc mơ phỏng bởi sự phân bố Rayleigh.
Luận văn sẽ nghiên cứu trình bày các biểu thức chính xác và gần đúng của hiệu
suất xác suất bị gián đoạn cho tất cả các mơ hình RS đƣợc nghiên cứu và hai mơ

đƣợc trình bày. Ngồi các kết quả phân tích, các kết quả đánh giá hiệu suất đƣợc
bằng phƣơng pháp mô phỏng Monte Carlo. Kết hợp hồn hảo giữa hai kết quả này
đã xác minh tính chính xác của phân tích tốn học đề xuất.
Từ khóa – nhận thức hợp tác, Double Rayleigh, lựa chọn chuyển tiếp tốt nhất

vi


MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
ABSTRACT ............................................................................................................... v
TÓM TẮT ................................................................................................................. vi
MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ ........................................................................................... x
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .................................................................................... xii
Chƣơng 1 .................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN ............................................................................................................ 1
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................. 1

1.2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ...................................................................... 2

1.3.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 3

1.4.

NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................................. 3

1.4.1.

Nhiệm vụ của đề tài .............................................................................. 3

1.4.2.

Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 4

1.5.

ĐĨNG GĨP CHÍNH CỦA LUẬN VĂN ................................................... 4

1.6.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 4

1.7.

BỐ CỤC ĐỀ TÀI ........................................................................................ 4

Chƣơng 2 .................................................................................................................... 6
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................. 6
2.1.

MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN XE CỘ ...................................................... 6

2.1.1.

Khái niệm mạng di động tùy biến xe cộ (VANETs) ............................ 6

2.1.2.

Kiến trúc và mô hình của VANET ....................................................... 6

2.2.

MẠNG V TUYẾN NHẬN THỨC .......................................................... 8

2.2.1.

Lý do ra đời của mạng vô tuyến nhận thức .......................................... 8

vii


2.2.2.

Khái niệm vô tuyến nhận thức ............................................................. 9

2.2.3.

Chức năng của mạng vơ tuyến nhận thức ............................................ 9

2.2.4.

Mơ hình mạng vơ tuyến nhận thức ..................................................... 11

2.2.5.

Cấu trúc của mạng vô tuyến nhận thức .............................................. 16

2.3.

TRUYỀN TH NG H P TÁC.................................................................. 16

2.3.1.

Mô hình truyền thơng hợp tác 1 chặng ............................................... 16

2.3.2.

Mơ hình truyền thông hợp tác 2 chặng ............................................... 17

2.3.3. Kỹ thuật xử lý tín hiệu tại các nút chuyển tiếp trong truyền thông hợp
tác 18
2.4.

KÊNH TRUYỀN V TUYẾN ................................................................. 18

2.4.1.

Kênh truyền theo phân bố Rayleigh ................................................... 19

2.4.2.

Kênh truyền Double Rayleigh ............................................................ 19

Chƣơng 3 .................................................................................................................. 20
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG LIÊN LẠC H P TÁC GI A CÁC XE VỚI
L A CHỌN TRẠM CHUYỂN TIẾP TỐI ƢU ....................................................... 20
3.1.

M HÌNH MẠNG LIÊN LẠC H P TÁC GI A CÁC XE .................... 20

3.1.1.

Mô hình hệ thống ............................................................................... 20

3.1.2.

Mơ hình kênh truyền .......................................................................... 23

3.2.

PH N TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG ........................... 24

3.2.1.

Định ngh a xác suất dừng ................................................................... 24

3.2.2.

Phƣơng pháp phân tích xác suất dừng ................................................ 25

3.3. M PHỎNG XÁC SUẤT DỪNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP MONTE
CARLO ................................................................................................................ 25
3.3.1.

Trƣờng hợp lựa chọn chuyển tiếp một phần (pRS) ............................ 25

3.3.2.

Trƣờng hợp lựa chọn chuyển tiếp toàn phần (fRS) ............................ 26

3.4.

M PHỎNG XÁC SUẤT DỪNG BẰNG PH N TÍCH LÝ THUYẾT .. 26

3.4.1.

Trƣờng hợp chuyển tiếp một phần (pRS) ........................................... 26

3.4.2.

Trƣờng hợp lựa chọn chuyển tiếp toàn phần (fRS) ............................ 30

Chƣơng 4 .................................................................................................................. 32
KẾT QUẢ M PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG ................................. 32

viii


4.1. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG TRONG CÁC TRƢỜNG H P
ĐÃ ĐỀ XUẤT ..................................................................................................... 35

4.2. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA SỐ LƢ NG NÚT CHUYỂN TIẾP
ĐỐI VỚI HIỆU NĂNG CỦA HỆ THỐNG. ....................................................... 36
4.3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁCH L A CHỌN CHUYỂN TIẾP
(VỊ TRÍ THỨ K) VÀ VỊ TRÍ CỦA NÚT SƠ CẤP P ĐỐI VỚI HIỆU NĂNG
CỦA MẠNG ........................................................................................................ 38
Chƣơng 5 .................................................................................................................. 41
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................................. 41
5.1.

KẾT LUẬN ............................................................................................... 41

5.2.

HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .............................................................. 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 43

ix


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1 – Mơ hình mạng VANETs .......................................................................... 7
Hình 2.2 - Minh họa hố phổ........................................................................................ 8
Hình 2.3 – Chu kỳ cảm nhận phổ tần ....................................................................... 11
Hình 2.4 – Mơ hình vơ tuyến nhận thức dạng nền ................................................... 13
Hình 2.5 – Mơ hình vơ tuyến nhận thức dạng đan xen ............................................ 15
Hình 2.6 - Mơ hình truyền thơng hợp tác 1 chặng ................................................... 17
Hình 2.7 - Mơ hình truyền thơng hợp tác 2 chặng ................................................... 17
Hình 3.1 – Hệ thống mạng liên xe nhận thức hợp tác .............................................. 22
Hình 4.1 – Lƣu đồ mơ phỏng xác suất dừng dùng Monte – Carlo trƣờng hợp chuyển

tiếp bán phần ............................................................................................................. 34
Hình 4.2 – Lƣu đồ mơ phỏng xác suất dừng dùng Monte – Carlo trƣờng hợp chuyển
tiếp bán phần ............................................................................................................. 35
Hình 4.3 - Xác suất dừng theo Q (dB) cho cả hai trƣờng hợp lựa chọn chuyển tiếp
trong cả hai mơ hình khi xP  0.5 , yP  0.5 ,  th  1 , M  3 , K  1 ...................... 36
Hình 4.4 - Xác suất dừng theo Q (dB) cho trƣờng hợp lựa chọn chuyển tiếp tồn
phần của mơ hình 1 khi xP  0.5 , yP  0.5 ,  th  1 , K  1 và các giá trị khác nhau
của M ........................................................................................................................ 38
Hình 4.5 - Xác suất dừng theo M cho trƣờng hợp lựa chọn chuyển tiếp tốt nhất pRS
của mơ hình 1 khi Q = 10 dB, K=1, xP  0.5 , yP  0.5 xR  0.5 và các giá trị khác
nhau của  th .............................................................................................................. 39
Hình 4.6 – Xác suất dừng theo Q của mơ hình 2 trong 2 trƣờng hợp lựa chọn
chuyển tiếp một phần và toàn phần khi xP  0.5 , yP  0.5 , xR  0.55 ,  th  1 ,

M  3 và K  1 và K  2 ...................................................................................... 40

x


Hình 4.7 – Xác suất dừng theo Q của mơ hình 2 trong 2 trƣờng hợp lựa chọn
chuyển tiếp một phần và toàn phần khi, xR  0.6 ,  th  0.5 , M  5 , K  3 và các
giá trị khác nhau của nút P ....................................................................................... 41

xi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 – So sánh 3 mô hình vơ tuyến nhận thức .................................................. 15

xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Mạng di động tùy biến xe

VANETs

Vehicular ad hoc networks

CCRN

Coginitive Cooperative Radio Network

Mạng vô tuyến hợp tác

CR

Coginitive Radio

Vô tuyến nhận thức

AF

Amplify-and-forward

DF

decode-and-forward

Giải mã và chuyển tiếp

OP

outage probability

Xác suất dừng

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

CDF

Cumulative distribution function

Hàm phân phối tích lũy

PDF

Probability density function

Hàm mật độ xác suất

pRS

Partial relay selection

fRS

Full relay seclection

cộ

Khuếch đại và chuyển
tiếp

Lựa chọn chuyển tiếp
một phần
Lựa chọn chuyển tiếp
toàn phần

xiii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, mạng di động tùy biến xe cộ (VANETs) đƣợc các
nhà nghiên cứu nhƣ là giải pháp để xây dựng hệ thống giao thông minh trong thời
đại cách mạng công nghiệp lần thứ 4 [1]. VANETs [1] là một hệ thống liên lạc giữa
các xe bằng cách trang bị một thiết bị thu/phát tín hiệu cho các xe khi tham gia giao
thơng. Các xe trong mạng sẽ trao đổi thông tin với các xe lân cận hoặc trạm truyền
tin trong hệ thống. Q trình truyền thơng tin liên lạc giữa các xe là thành phần quan
trọng để xây dựng hệ thống giao thông thông minh [2]. Tuy nhiên, hiện nay cấu trúc

cơ sở hạ tầng cho mạng VANETs rất ít, do đó, các nhà nghiên cứu lựa chọn công
nghệ vô tuyến nhận thức (CR) làm giải pháp lý tƣởng cho lớp vật lý [3] cho
VANETs.
CR cho phép các hệ thống vô tuyến mới có thể truy cập động (dynamically
access) hoặc sử dụng chung khoảng tần số đã đƣợc cấp phép nhƣng hoạt động của
hệ thống vô tuyến mới này không đƣợc gây ảnh hƣởng đến hoạt động của hệ thống
vô tuyến của ngƣời dùng đã đăng ký [3]. Hơn nữa, kết hợp giữa CR và chuyển tiếp
hợp tác tạo nên mạng nhận thức hợp tác (CCRN) - giải pháp hữu hiệu để tận dụng
tối ƣu hơn phổ tần vô tuyến [4]. CCRN có ba mơ hình cơ bản: dạng nền (underlay),
dạng chồng lặp (overlay), dạng đan xen (interweave) [5] và phƣơng thức truyền
thông hợp tác tại nút chuyển tiếp đƣợc xử lý bằng cách khuếch đại và chuyển tiếp
(AF) hoặc giải mã và chuyển tiếp (DF) [6]. Do đó, khi nghiên cứu về hiệu năng của
mạng CCRN nói chung hay hiệu năng truyền thơng của mạng VANETs nói chung,
chúng ta cần phải nghiên cứu lựa chọn một mơ hình CCRN cũng nhƣ kỹ thuật xử lý
tại nút chuyển tiếp phù hợp để hiệu năng mạng đạt tối ƣu nhất. Ngoài ra, khi đánh
giá hiệu năng mạng VANETs nói riêng hay mạng vơ tuyến nói chung, chúng ta cũng

1


cần phải nghiên cứu lựa chọn đƣợc mơ hình kênh truyền fading phù hợp vì mỗi loại
kênh truyền fading đặc trƣng cho một mơ hình thực tế khác nhau. Bên cạnh đó, vấn
đề lựa chọn đƣợc nút chuyển tiếp tối ƣu nhƣng vẫn đảm bảo chất lƣợng dịch vụ của
mạng cũng cần phải đƣợc nghiên cứu.
1.2.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu về hiệu năng mạng vô tuyến nhận thức nói chung hay mạng liên
lạc tùy biến xe cộ nói riêng, các nhà nghiên cứu thƣờng đánh giá hiệu năng mạng

thông qua sự xem xét ảnh hƣởng của kênh truyền vô tuyến [6], [7], giao thức truyền
thông chuyển tiếp [7], [8] cũng nhƣ phƣơng án lựa chọn chuyển tiếp tối ƣu [7], [9],
[10].
Chẳng hạn nhƣ [6] nghiên cứu đánh giá đƣợc hiệu năng của mạng vơ tuyến
sử dụng mơ hình kênh truyền Nakagami-m hay [7] nghiên cứu đƣợc đánh giá hiệu
năng mạng theo kênh truyền Rayleigh. Tuy nhiên, theo [11] mơ hình kênh truyền
Nakagami-m, Rayleigh cũng nhƣ các kênh truyền khác nhƣ Rice, Well-bull chỉ phù
hợp cho mạng liên lạc bao gồm các nút chuyển tiếp cố định, trong khi đó, mạng
VANETs lại bao gồm các nút chuyển tiếp di động. Do đó, [11] đã đề xuất mơ hình
kênh truyền Double – Rayleigh làm giải pháp cho mạng liên xe. [12] đã nghiên cứu
đánh giá đƣợc hiệu năng mạng liên lạc giữa các xe sử dụng Double – Rayleigh, tuy
nhiên, nghiên cứu này chỉ dừng lại ở việc phân tích xác suất dừng của mạng liên xe
cơ bản chƣa làm rõ đƣợc việc lựa chọn chuyển tiếp cho mạng có nhiều chuyển tiếp.
Việc lựa chọn giao thức truyền thông tại nút chuyển tiếp, [7] đã sử dụng giao
thức AF cho nút chuyển tiếp. Nghiên cứu này đã giải quyết đƣợc bài tốn cho nút
chuyển tiếp đối với các mạng có cơng suất phát hạn chế. Ngồi ra, nghiên cứu này
đã tìm ra thứ tự khác giữa hai hop của mạng thứ cập trong môi trƣờng fading tối
thiểu, điều này phù hợp truyền thống dual-hop dùng giao thức AF mà không chia sẻ
phổ tần. Hay nghiên cứu [8] đã nghiên cứu đƣợc việc sử dụng giao thức DF sẽ giải
quyết đƣợc bài tốn về nhiễu khi truyền thơng tin đồng thời cung cấp các kỹ thuật

2


phát hiện năng lƣợng hiệu quả hơn. Tuy nhiên nghiên cứu trên chỉ xem xét đánh giá
hiệu năng mạng dựa trên kênh truyền Rayleigh.
Với nghiên cứu lựa chọn nút chuyển tiếp, trong khi [7] đã nghiên cứu đƣợc
hiệu năng mạng với lựa chọn chuyển tiếp tốt nhất, [9]-[10] đã nghiên cứu đƣợc
phƣơng án lựa chọn chuyển tiếp thứ n cho mạng. Tuy nhiên các nghiên cứu này vẫn
chỉ nghiên cứu với mơ hình kênh truyền Rayleigh.

Tình hình nghiên cứu trong nƣớc cũng có nhiều đề tài đã thực hiện [13][14]
đã công bố. Các đề tài trên đã đánh giá hiệu năng mạng CCRN dƣới tác dụng của
phần cứng cũng nhƣ nhiễu đồng kênh trong truyền thông đa chặng. Tuy nhiên việc
đánh giá hiệu năng cũng tập trung vào môi trƣờng truyền fading Rayleigh.
1.3.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Trong luận văn này, tác giả sẽ nghiên cứu đánh giá hiệu năng mạng trên mơ
hình của kênh truyền Rayleigh và Double Rayleigh. Từ đó, chứng minh đƣợc mơ
hình kênh truyền Double Rayleigh là lựa chọn phù hợp cho mạng VANETs. Hơn
nữa, trong luận văn này, tác giả cũng nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của số lƣợng
nút chuyển tiếp nhằm đƣa ra phƣơng án lựa chọn nút chuyển tiếp tối ƣu nhất. Ngoài
ra, luận văn này, tác giả cũng nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của can nhiễu và các
yếu tố bên ngoài khác đối với hiệu năng mạng. Từ đó, đƣa ra đƣợc giải pháp tối ƣu
nhất để nâng cao hiệu năng mạng VANETs.
1.4.

NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
-

Làm rõ các khái niệm liên quan đến đề tài nhƣ: mạng di động tùy biến xe cộ,

vô tuyến nhận thức, truyền thông kết hợp, truyền thông kết hợp trong môi trƣờng vô
tuyến nhận thức, các giao thức truyền thông trong vô tuyến nhận thức;
-

Đánh giá hiệu năng mạng liên lạc hợp tác giữa các xe với lựa chọn nút

chuyển tiếp tốt nhất thơng qua việc phân tích tốn học và mơ phỏng xác suất dừng
theo phƣơng pháp Monte – Carlo sử dụng phần mềm Matlab.

3


1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong luận văn này, ngƣời thực hiện đề tài chỉ đánh giá hiệu năng mạng liên
lạc giữa các xe trong môi trƣờng kênh truyền fading Rayleigh và Double Rayleigh
dạng nền, sử dụng giao thức truyền thông là giải mã và chuyển tiếp với lựa chọn
chuyển tiếp tối ƣu.
1.5.

ĐĨNG GĨP CHÍNH CỦA LUẬN VĂN

Hầu hết các đề tài đánh giá hiệu năng của mạng nhận thức hợp tác của các tác
giả trƣớc tập trung vào các kênh truyền Nakagami-m, Weibull và Rician cũng nhƣ
chỉ tập trung vào việc lựa chọn chuyển tiếp tốt nhất. Tuy nhiên các kênh truyền này
không phù hợp cho việc nghiên cứu mạng VANETs bởi các trạm chuyển tiếp trong
mạng đều di động. Đóng góp chính của luận văn là chứng minh đƣợc kênh truyền
Double Rayleigh phù hợp cho mạng liên xe (mạng liên lạc mà các nút trong mạng là
di động). Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu đƣợc việc đánh giá lựa chọn các nút
chuyển tiếp tối nhất thứ K để khắc phục trƣờng hợp lựa chọn nút chuyển tiếp tối
nhất không thực hiện đƣợc khi kênh truyền bị quá tải.
1.6.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện đƣợc đề tài này, ngƣời thực hiện đề tài sử dụng một số phƣơng

pháp nghiên cứu sau:
-

Phƣơng pháp nghiên cứu và tổng hợp lý thuyết.

-

Phƣơng pháp mơ phỏng Monte Carlo và phân tích tốn học để đánh giá mơ
hình hệ thống.
1.7.

BỐ CỤC ĐỀ TÀI

Đề tài gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài nghiên cứu bao gồm đặt vấn đề,
đánh giá tình hình nghiên cứu của đề tài, mục tiêu đề tài, nhiệm vụ và giới hạn của
đề tài, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu cũng nhƣ những đóng góp chính của
đề tài.

4


Chƣơng 2: Trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nhƣ: khái niệm mạng
di động tùy biến xe cộ, khái niệm mạng vô tuyến nhận thức, mạng vô tuyến hợp tác,
các khái niệm liên quan đến môi trƣờng truyền (fading), kỹ thuật chuyển tiếp AF và
DF.
Chƣơng 3: Phân tích hiệu năng của mạng liên lạc hợp tác giữa các xe với lựa
chọn chuyển tiếp tối ƣu. Chƣơng này sẽ giới thiệu mơ hình đƣợc nghiên cứu, sơ đồ
giải thuật dùng để phân tích hiệu năng mạng.
Chƣơng 4: Trình bày kết quả mơ phỏng hiệu năng. Phân tích và đánh giá kết

quả đạt đƣợc.
Chƣơng 5: Trình bày kết quả và hƣớng phát triển đề tài.

5


Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN XE CỘ

2.1.1. Khái niệm mạng di động tùy biến xe cộ (VANETs)
VANETs là một trong những l nh vực nghiên cứu mới và hấp dẫn của mạng
di động ad hoc. Giao diện của VANETs có vài khía cạnh là của mạng ad hoc, của
công nghệ vô tuyến và di động để tạo thành các hệ thống giao thông thông minh
bằng cách liên lạc giữa xe với xe và giữa các xe với các trạm bên đƣờng[1]. Mục
tiêu chính của VANETs là giúp đỡ các phƣơng tiện thiết lập và duy trì một mạng
lƣới truyền thông không sử dụng bất kỳ trạm trung tâm hoặc bộ điều khiển nào. Một
trong những ứng dụng chính của VANETs là để truyền thơng tin trong các tình
huống khẩn cấp y tế quan trọng, các thơng tin về mật độ giao thơng, tình trạng kẹt
xe để giúp ngƣời lái xe lựa chọn đƣờng đi thích hợp. Tuy nhiên, khi nghiên cứu về
VANETs xuất hiện những thách thức và những vấn đề mới đặc biệt là việc thiếu cơ
sở hạ tầng trong VANETs nên trách nhiệm truyền thông phụ thuộc vào việc truyền
thông của các xe. Mỗi chiếc xe trở thành một phần của mạng lƣới và cũng quản lý
và kiểm sốt việc truyền thơng trên mạng này cùng với các yêu cầu về giao tiếp của
riêng mình. Hình 2.1 cho thấy một mơ hình VANETs điển hình [1].
2.1.2. Kiến trúc và mơ hình của VANET
Mặc dù VANETs là một phần của MANETs, tuy nhiên khơng có kiến trúc

hoặc kiểu topology cố định cho VANETs. VANET bao gồm các xe chuyển động
giao tiếp với nhau hoặc giao tiếp với các RSU gần đó, chính vì thế, các nút trong
VANETs không cố định nhƣ MANETs. Kiến trúc mạng là yếu tố rất quan trọng để
đánh giá hiệu năng truyền thông của xe. Tùy thuộc vào kịch bản truyền thơng mà
kiến trúc mạng có thể khác nhau. Phần lớn các nhà nghiên cứu chia kịch bản
VANET theo ba dạng [1]:
6


-

Một là, tất cả các phƣơng tiện giao tiếp với nhau thơng qua một số RSU. Khi
đó, kiến trúc mạng có thể giống với mạng cục bộ khơng dây (WLAN).

-

Hai là, các phƣơng tiện giao tiếp trực tiếp với nhau và không cần bất kỳ RSU
nào. Trƣờng hợp này, kiến trúc mạng có thể đƣợc phân loại là kiến trúc mạng
Ad-hoc.

-

Ba là, một số xe có thể liên lạc trực tiếp với nhau, trong khi những xe khác có
thể cần một số RSU để liên lạc. Khi đó mạng đƣợc gọi là mạng lai

Hình 2.1 – Mơ hình mạng VANETs
Mỗi kịch bản có những thách thức riêng, tuy nhiên để đảm bảo hiệu năng của
mạng thì ngữ cảnh cuối cùng đƣợc chọn sẽ bao gồm nhu cầu liên lạc cho tồn bộ
mơi trƣờng xe cộ.
Một trong những thuộc tính quan trọng nhất của mạng tùy biến di động

không dây là tính di động của các nút. Tính di động của các phƣơng tiện càng cao
làm cho mơ hình viễn thơng càng phức tạp. Khơng những thế, mơ hình di động cho
mơi trƣờng VANET cịn phụ thuộc vào sự di động của các xe nhƣ sự tăng tốc, giảm
tốc, thay đổi làn đƣờng và cách thức lái xe của ngƣời điều khiển. Do đó, mơ hình di

7


động của VANET phải bao gồm hành vi di chuyển các phƣơng tiện riêng lẻ và trong
nhóm để truyền tải gói tin khơng hiệu quả [1].
Các mơ hình di động trong VANET có thể đƣợc phân loại thành ba loại:
i) Lập mơ hình ngẫu nhiên hoặc ngẫu nhiên,
ii) Mơ hình hoá lƣu lƣợng truy cập hoặc lƣu lƣợng truy cập,
iii) Mơ phỏng dựa trên dấu vết.
Mặt khác, mơ hình di động cũng có thể dựa trên mức độ ngẫu nhiên trong mơ
hình mà bạn muốn. Mơ hình mạng cụ thể hơn cho các mạng ad-hoc có thể đƣợc thực
hiện bằng các cơng cụ tốn học và thống kê thích hợp [1]. Trong cách tiếp cận này,
một mạng vô tuyến đặc biệt – mạng vơ tuyến nhận thức - có thể đƣợc nghiên cứu
nhƣ là một giải pháp khi nghiên cứu về mơ hình truyền thơng xe cộ.
2.2.

MẠNG VƠ TUYẾN NHẬN THỨC

2.2.1. Lý do ra đời của mạng vô tuyến nhận thức
Các mạng thông tin vô tuyến hiện tại đang ứng dụng nhiều công nghệ hiện
đại để tối ƣu chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ khai thác một cách hiệu quả băng tần
đƣợc cấp phép [15]. Tuy nhiên, phổ tần của các mạng vô tuyến hiện nay vẫn chƣa
đƣợc khai thác một cách triệt để, vẫn cịn những hố phổ. Hình 2.2 là ví dụ minh họa.

Hình 2.2 - Minh họa hố phổ

Công nghệ vô tuyến nhận thức đƣợc thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả sử
dụng phổ tần, các ngƣời dùng phụ có khả năng sử dụng phổ chia sẻ mà không gây
8