Đề tài “Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET” pot

Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghệ mạng không dây đã thực sự rất phát triển ở hầu hết các nước
trên thế giới. Những chiếc điện thoại đi động tiên tiến ra đời tương thích với các thế
hệ di động tiên tiến. Mô hình mạng MANET đã được triển khai và ứng dụng phổ biến
tại thị trường Việt Nam từ nhiều năm nay. Nó giúp cho các thiết bị di động có thể kết
nối với nhau mọi lúc mọi nơi dựa trên công nghệ truy cập của mạng Ad Hoc mà
không cần thiết phải triển khai cơ sở hạ tầng phức tạp. Tuy nhiên, không dừng ở đó,
thế giới đang tiến tới một công nghệ mới hơn, đó chính là mạng di động tùy biến
VANET. Với mạng di động tùy biến VANET, nhiều nước đã đưa vào hệ thống giao
thông thông minh. Mỗi chiếc xe chuyển động trên đường được coi như một node
mạng, chúng trao đổi thông tin với nhau theo các giao thức định tuyến của mạng Ad
Hoc nói chung và của mạng VANET nói riêng. Việc triển khai mạng VANET trong
hệ thống giao thông là rất thực tế và hữu dụng. Nhờ công nghệ này, tình trạng tắc
đường, tai nạn giao thông sẽ được kiểm soát. Việc thu phí đường cũng trở nên nhanh
gọn và dễ kiểm soát hơn mà không cần tốn nhân lực.
Với đồ án 9, em chọn đề tài “Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong
mạng VANET” để có cái nhìn tổng quát về mạng VANET và các giao thức định
tuyến trong mạng. Em cũng có sự so sánh giữa các giao thức trong mạng để có thể
chọn giao thức thích hợp cho từng kịch bản mô hình mạng.
Đồ án 9 gồm 3 chương
• Chương I: Tổng quan mạng về mạng không dây
• Chương II: Mạng VANET
• Chương III: Giao thức định tuyến trong mạng VANET
CHƯƠNG I
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 1
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Tổng quan về mạng không dây
1.1. Các mô hình mạng không dây
1.1.1. Giới thiệu về mạng không dây
Trong hơn 25 năm qua, sự phát triển của Internet cũng như các công nghệ không

dây đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của con người trên toàn thế giới. Hai nhân
tố này đã làm thay đổi cách con người liên lạc với nhau, cách họ làm việc, cách họ
hưởng thụ cuộc sống thông qua các loại hình giải trí mới.
Với sự ra đời của mạng thông tin di động tế bào, chúng ta đã chứng kiến sự tăng
vọt về nhu cầu dịch vụ không dây và di động. Chúng ta đã và đang chứng kiến sự phát
triển đến chóng mặt của mạng không dây. Năm 2002 đánh dấu thời điểm lịch sử của
mạng viễn thông với số thuê bao di động vượt qua số thuê bao cố định. Theo ITU,
tháng 9 năm 2005, số thuê bao di động trên thế giới đã vượt con số 2 tỷ. Theo thống
kê của GSA (Global mobile Suppliers Association) gần đây, con số này đã vượt 3 tỷ.
Tuy nhiên, lịch sử của mạng tế bào còn rất ngắn ngủi. Nó mới trải qua 3 thế hệ và ở
nhiều quốc gia nó vẫn còn đang ở thế hệ thứ 2.
Trong mạng thông tin di động tế bào, mỗi một thập kỷ chứng kiến một thế hệ
mạng mới. Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm 1980. Đó là thế hệ điện thoại
di động analog. Thế hệ thứ hai (2G) bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90.
Thế hệ thứ 2 là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ voice và cả data. Thế
hệ thứ 3 (3G) bắt đầu từ năm 2001 ở Nhật, đặc trung bởi dịch vụ thoại, dữ liệu và đa
phương tiện với tốc độ cao. Hệ thống tiền 4G, những viên đá tảng cho thế hệ 4G, hy
vọng sẽ được thương mại hóa vào thời gian tới tại Việt Nam.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 2
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Hình 1.1. Con đường phát triển của các công nghệ mạng tế bào
Trong 10 năm qua, công nghệ mạng không dây (vô tuyến) đã phát triển với tốc độ
chóng mặt. Có rất nhiều loại hình mạng, nhiều công nghệ, nhiều chuẩn vô tuyến đã và
đang được chuẩn hóa.
Ở Việt Nam, công nghệ mạng không dây gần gũi nhất với nhiều người đó là công
nghệ mạng thông tin di động tế bào. Tên thông dụng mà chúng ta thường gọi đó là
mạng GSM/CDMA hay UMTS/WCDMA/CDMA2000… Bên cạnh đó là mạng cục
bộ không dây WLAN sử dụng công nghệ Wifi 802.11 và các chuẩn khác nhau của
Wifi a/b/g/k/m… Hiện nay những chiếc điện thoại di động cũng được trang bị công
nghệ Bluetooth để truyền tải thông tin giữa các điện thoại di động hay giữa điện thoại

di động và máy tính với nhau.
1.1.2. Phân loại mạng không dây
Về cơ bản, mạng không dây có thể chia làm hai loại chính: thứ nhất là mạng hạ
tầng có các cổng kết nối hữu tuyến và cố định thường được gọi là các điểm truy cập.
Các thiết bị di động trong mạng kết nối và liên lạc với điểm truy cập gần nhất nằm
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 3
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
trong bán kính truyền thông của nó; thứ hai là mạng Adhoc, là một tập hợp các nút
mạng di động không dây nằm phân tán về mặt địa lý tạo thành một mạng tạm thời mà
không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn hay sự quản lý tập trung nào. Các
nút mạng liên hết với nhau qua môi trường vô tuyến mà không cần các bộ định tuyến
cố định vì vậy mỗi nút mạng phải đóng vai trò như một bộ định tuyến di động có
trang bị bộ thu phát không dây. Các bộ định tuyến tự do di chuyển một cách ngẫu
nhiên và tự tổ chức một cách tùy tiện vì vậy cấu hình không dây của mạng thay đổi
nhanh chóng và không thể đoán trước được. Mạng như vậy có thể hoạt động độc lập
hoặc kết nối với các mạng hạ tầng tạo thành mạng toàn cầu.
1.2. Mạng cơ sở hạ tầng
1.2.1. Giới thiệu chung về mạng cơ sở hạ tầng
Mạng cơ sở hạ tầng là mô hình mạng của mạng WLAN đã có bằng cách sử dụng
các Access Point, các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp
với các điểm truy cập. Điểm truy cập AP đóng vai trò vừa là cầu nối của WLAN với
các mạng khác, vừa là trung tâm điều khiển sự trao đổi thông tin trong mạng. Điểm
truy cập giúp truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong một vùng lớn. Phạm vi và
số thiết bị trong mạng cơ sở hạ tầng tùy thuộc vào chuẩn sử dụng và sản phẩm của các
nhà sản xuất. Trong mô hình mạng cơ sở hạ tầng có thể có nhiều AP để tạo ra một
mạng hoạt động trên phạm vi rộng hay chỉ có duy nhất một Access Point cho phạm vi
nhỏ như một căn nhà, một tòa nhà.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 4
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Hình 1.2. Mô hình mạng cơ sở hạ tầng

1.2.2. Đặc điểm của mạng cơ sở hạ tầng
• Tính cơ động: Đặc điểm khác biệt ràng và cũng là ưu điểm của mạng cơ sở hạ
tầng đó chính là tính cơ động. Các máy trạm (PDA, Laptop, PC,…) trong mạng
có thể di chuyển linh hoạt trong phạm vi vùng phủ sóng. Hơn thế nữa, nếu có
nhiều mạng, các máy trạm sẽ tự động chuyển kết nối khi đi từ mạng này sang
mạng khác. Điều này rất thuận tiện khi đi du lịch, công tác, hay khi di chuyển
tới sân bay vẫn có thể gửi nhận email hay bất cứ lúc nào khác trong khi ngồi
chờ tại sân bay, thuận lợi cho các doanh nghiệp là những người hay di chuyển
mà luôn cần có kết nối mạng.
• Cài đặt đơn giản và giá rẻ: Chi phí triển khai mạng cơ sở hạ tầng rẻ vì WLAN
không dùng cáp. Việc cài đặt cũng dễ dàng hơn, không bị ảnh hưởng bởi các
chướng ngại vật. Nhiều quốc gia đã khuyến nghị khi mở rộng hay nâng cấp
mạng nên tránh dùng cáp trong các tòa nhà. Với mạng WLAN người sử dụng
có thể di chuyển trong mạng với khoảng cách cho phép, nếu người sử dụng ra
khỏi phạm vi mạng, hệ thống của người sử dụng sẽ nhận biết mạng khác để đáp
ứng yêu cầu.
• Nhiễu: Do truyền thông qua môi trường sóng vì vậy sẽ có rủi ro nhiễu từ các
sản phẩm khác sử dụng chung một tần số.
• Bảo mật: Việc vô tình truyền dữ liệu ra khỏi mạng của công ty mà không thông
qua lớp vật lý điều khiển khiến người khác có thể nhận tín hiệu và truy cập
mạng trái phép. Tuy nhiên mạng WLAN có thể dùng mã truy cập mạng để
ngăn cản truy cập, việc sử dụng mã tùy thuộc vào mức độ bảo mật mà người
dùng yêu cầu. Ngoài ta người ta có thể sử dụng việc mã hóa dữ liệu cho vấn đề
bảo mật.
1.3. Mạng ADHOC
1.3.1. Giới thiệu chung về mạng Adhoc
Mạng Adhoc là một tập hợp các nút mạng di động không dây, nằm phân tán về
mặt địa lý tạo thành một mạng tạm thời mà không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng
mạng có sẵn hay quản lý tập trung nào. Mối thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 5

Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
khác trong mạng, các nút di động trao đổi trực tiếp với nhau thông qua một bộ biến
đổi vô tuyến. Về cơ bản, hai máy tính được thêm Card adapter vô tuyến có thể hình
thành một mạng độc lập khi chúng ở trong dải tần của nhau. Mô hình này thích hợp
cho việc kết nối một nhóm nhỏ các thiết bị và không cần giao tiếp với các hệ thống
mạng khác, như trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạm
thời. Các mạng hình thành theo nhu cầu như vậy không nhất thiết phải quản lý hay
thiết lập cấu hình từ trước. Nút di động có thể truy cập vào các tài nguyên của máy
khác mà không trải qua một máy trung tâm. Tuy nhiên, chúng có thể có những nhược
điểm vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều nghe được lẫn nhau.
Hình 1.3. Mô hình mạng Adhoc
Hai mô hình mạng Adhoc được đề xuất gần đây là MANET (Mobile Adhoc
Network) và VANET (Vehicular Adhoc Network).
1.3.2. Các đặc điểm của mạng Adhoc
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 6
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Tính di động: có thể truy cập dữ liệu khi đang di chuyển, nâng cao hiệu quả
truy suất dữ liệu.
• Tốc độ triển khai nhanh và dễ dàng: không gặp phải những vấn đề về lắp đặt
cáp mạng.
• Tính mềm dẻo: có thể thiết lập những nhóm mạng nhỏ một cách nhanh chóng,
việc mở rộng mạng là dễ dàng vì môi trường mạng sẵn có ở mọi nơi.
• Chi phí: chi phí có thể giảm khi sử dụng kỹ thuật không dây, thiết bị hoạt động
theo chuẩn 802.11 có thể dùng để tạo cầu nối không dây giữa hai tòa nhà; để
thiết lập một cầu nối không dây càn những chi phí ban đầu như thiết bị ngoài
trời, các điểm truy cập và những giao tiếp không dây.
• Mạng Adhoc bị giới hạn về khả năng của CPU, bộ nhớ, dung lượng pin và
băng thông. Khi năng lượng sử dụng bị giới hạn kéo theo thời gian về khả năng
truyền dẫn.
1.3.3. Ứng dụng của mạng Adhoc

Adhoc được ứng dụng cho hội thảo, ứng dụng trong quân sự. Nó cũng được sử
dụng trong trường hợp triển khai cơ sở hạ tầng mạng là khó khăn. Ví dụ như: khách
hàng có thể chia sẻ tệp tin dữ liệu ở sân bay, sinh viên trao đổi thông tin với nhau
trong tiết học,… Khi máy tính di động giao tiếp thông qua giao diện mạng LAN vô
tuyến, thì nhóm các máy tính đó hình thành mạng Adhoc, khi đó máy tính có thể truy
cập Internet, tài nguyên trên mạng như máy in, máy scan…
• Dịch vụ khẩn cấp: Bất kỳ đâu có trường hợp khẩn cấp xảy ra đều cần có sự kết
hợp các nhân viên cứu hộ. Giải pháp thông thường là dùng thiết bị không dây.
Tuy nhiên, khi cơ sở hạ tầng bị hỏng hoặc không còn hoạt động thì giải pháp là
gì? Adhoc chính là câu trả lời nhanh nhất và phù hợp nhất. Điều này có thể
không có ý nghĩa với khu vực tổn thất nhỏ, tuy nhiên với thảm họa thiên nhiên
có khu vực ảnh hưởng tàn phá rộng lớn, việc liên lạc rất quan trọng nên Adhoc
trở thành giải pháp hữu ích.
• Hội nghị: Trong hội nghị, hội thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoặc
với các hội nghị khác. Đây là một nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 7
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
về thông tin như hiện nay, khi mà giải pháp home network chưa thật sự sẵn
sàng.
• Mạng gia đình: Việc sử dụng kỹ thuật của mạng Adhoc cho phép chúng tự cấu
hình và hình thành mạng, hơn nữa, nếu ta có nhu cầu sử dụng máy tính ở công
sở, trường học thì khối lượng thông tin quản lý mạng giảm xuống rõ rệt.
• Mạng cá nhân: Ở thời đại thông tin thì một ngời cần mang theo nhiều công cụ
hỗ trợ cho công việc (điện thoại, máy tính,…) khi chúng được liên kết với nhau
hình thành mạng cá nhân PAN thì rõ ràng mang lại nhiều tiện ích hơn cho
người sử dụng PAN là mạng di động do con người không thể ngồi yên một chỗ,
tuy nhiên khi kết nối với mạng PAN khác cần trợ giúp cả Adhoc.
• Hệ thống nhúng: Ngày càng có nhiều máy móc cần kết nối với những vật xung
quanh kéo theo nhu cầu của mạng Adhoc. Nó có thể là đồ chơi có khả năng kết
nối mạng, tương tác được với home network để tìm kiếm dữ liệu trên internet

hoặc có thể kết nối với điện thoại, có thể điều chỉnh volume của TV khi có
cuộc gọi đến… đáp ứng nhiều nhu cầu của người sử dụng.
• Mạng cảm biến: Mạng cảm biến không dây là một ứng dụng điển hình của
Adhoc. Hiện nay đã có những quan tâm đáng kể cho sự phát triển kiểu mạng
này, chủ yếu là trong quân sự, công an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địa
lý… Các bộ cảm biến có kích thước nhỏ nhưng khả năng truyền thông và lưu
trữ tương đối tốt. Trong quân sự đa số dùng những máy móc hiện đại nhưng
kích cỡ gần như hạt bụi nên đối phương rất khó phát hiện và phá hủy chúng.
Trong lĩnh vực y tế, các bộ cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêu
chuẩn về sự sống. Trong công nghệ thực phẩm, kỹ thuật nhịp cảm biến được áp
dụng để giám sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản phẩm không đạt yêu
cầu nên tăng mức thỏa mãn cho khách hàng. Trong nông nghiệp, các bộ cảm
biến có thể giúp xác định chất lượng đất trồng và độ ẩm, chúng cũng có thể
phát hiện các hợp chất khác.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 8
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
CHƯƠNG II
Mạng VANET
2.1. Tổng quan về mạng VANET
Mạng VANET (Vehicular Ad Hoc Network) là một công nghệ sử dụng các xe di
chuyển như các nút trong một mạng để tạo nên một mạng di động. VANET biến mỗi
xe tham gia giao thông thành một router hay một nút không dây, cho phép các xe này
có thể kết nối với các xe khác trong phạm vi bán kính từ 100 đến 300 mét, từ đó tạo
nên một mạng với vùng phủ sóng rộng. Do các xe có thể đi ra khỏi vùng phủ sóng và
thoát khỏi mạng, trong khi những xe khác có thể tham gia, kết nối với các phương tiện
khác trên một mạng Internet di động được tạo nên. Trong thực tế, hệ thống đầu tiên
được tích hợp công nghệ này là các xe của cảnh sát và lính cứu hỏa nhằm liên lạc trao
đổi thông tin với nhau phục vụ cho công tác cứu hộ, đảm bảo an ninh trật tự.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 9
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET

Hình 2.1. Mô hình mạng VANET
Thông tin trao đổi trong mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tình
trạng kẹt xe, thông tin về tai nạn giao thông, các tình huống nguy hiểm cần tránh và cả
những dịch vụ thông thường như đa phương tiện, Internet,… Các xe sẽ liên lạc với
nhau (Car-to-Car Communication hay M2M (Machine-to-Machiner Comnunication)
để chia sẻ thông tin lẫn nhau.
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 phương tiện giao thông sẽ cung
cấp kết nối mạng Adhoc cho các hành khách. Mạng này hướng đến hoạt động mà
không cần cấu trúc hạ tầng cho phép các liên lạc đơn giản. Mỗi thiết bị hoạt động
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. Xét trường hợp xảy ra ca trạm
giữa các phương tiện trên đường, các tín hiệu cảnh báo sễ được gửi đi thông qua mạng
VANET tới các phương tiện tham gia giao thông, cùng với các công cụ tiện ích để
giúp đỡ việc giải quyết sự cố, đảm bảo an toàn cho các phương tiện khác. Người tham
gia giao thông cũng có thể kết nối Internet thông qua mạng VANET, thậm chí có thể
sử dụng các dịch vụ đa phương tiện như trao đổi thông tin hình ảnh, video, gọi điện
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 10
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
video. Ngoài ra, thông qua mạng VANET, các phương tiện tham gia giao thông có thể
tự động thanh toán các cước phí như phí gửi xe, phí cầu đường,…
Đặc điểm của mạng VANET cũng giống với công nghệ hoạt động của mạng
MANET đó là: quá trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp và chia sẻ đường
truyền vô tuyến.
Tuy nhiên điểm khác biệt chính của VANET và MANET là ở chỗ: các node mạng
(xe cộ) di chuyển với tốc độ cao và không xác định khi truyền tín hiệu cho nhau.
Vấn đề đặt ra là chúng ta cần tìm hiểu, đánh giá giao thức định tuyến cho mạng
VANET dựa trên kiến trúc mạng MANET để phù hợp với tính di động của các node
mạng trong mạng VANET.
VANET là một mạng có những đặc tính riêng, cơ bản nhất là nó không yêu cầu cơ

sở hạ tầng như các hệ thống vô tuyến khác: không cần Base Station như những hệ
thống di động khác nhau (GSM CDMA, 3G); không cần bộ Access Point để hỗ trợ
cho Wifi và Wimax. Về yếu tố khoảng cách, VANET có thể khắc phục được giới hạn
của truyền dẫn sóng vô tuyến nhờ vào các nút trung gian. Tuy nhiên, do giao tiếp mà
không cần cơ sở hạ tầng, lại dùng biến đổi định tuyến qua nhiều tầng nên rất nhiều
khả năng bị “nghe trộm” hoặc là thông tin truyền đi có thể bị sai lệch. Trong mạng
việc truyền tin tức giao thông giữa các xe với nhau là rất quan trọng, điều đó có thể có
tác dụng tốt (nếu như thông tin được truyền đi phản ánh đứng tình hình giao thông
hoặc các sự cô trên giao lộ) nhưng cũng có thể gây ra những tác động nguy hiểm khôn
lường (nếu như thông tin do một xe truyền đi là không chính xác hoặc sai lệch). Sở dĩ
như vậy vì khi thiết kế mạng này, thường thì các thông tin sẽ được phát quảng bá và
được trung chuyển qua nhiều nút điều đó gây ra ảnh hưởng như “phản ứng dây
truyền”.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 11
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Hình 2.2. Hệ thống VANET
Các đặc điểm của mạng VANET
• Các node mạng di chuyển với tốc độ cao: Nếu hai xe di chuyển ngược chiều
với tốc độ 25m/s (90km/h) và phạm vi truyền dẫn khoảng 250m thì kết nối giữa
hai xe chỉ kéo dài khoảng 5s.
• Thường xuyên ngắt kết nối mạng: Như giả thiết nêu trên thì sau 5s hai chiếc xe
đã ngắt kết nối với nhau, để đảm bảo kết nối thông suốt thì chúng ta phải thiết
lập liên kết khác với xe gần đó. Trong các trường hợp ngắt kết nối như vậy, đặc
biệt trong khu vực mật độ xe thấp thì thường xuyên xảy ra việc ngắt kết nối
mạng, giải pháp là phải có các node mạng chuyển tiếp.
• Mô hình chuyển động và dự đoán: Chúng ta cần các thông tin về vị trí các node
và sự chuyển động của chúng, rất khó để đoán chuyển động của các xe. Để kiến
trúc mạng hoạt động hiệu quả chúng ta cần phải nghiên cứu mô hình chuyển
động và dự đoán chuyển động từ trước.
• Môi trường truyền thông tin: Mô hình các node (xe) chuyển động trên hệ thống

đường cao tốc, chuyển động một chiều điều này là dễ dự đoán được nhưng cấu
trúc đường phố, mật độ xe, tòa nhà, cây cối lại gây ra cản trở quá trình truyền
thông tin.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 12
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Hạn chế trễ cứng: Các vấn đề an toàn (tai nạn, phanh xe,…) của node mạng
phải thông báo đến các node mạng liên quan. Điều này đơn giản không thể thỏa
hiệp với trễ dữ liệu cứng trong vấn đề này. Do đó tốc độ dữ liệu cao không là
vấn đề quan trọng cho VANET như việc khắc phục các vấn đề về hạn chế sự
chậm của trễ cứng.
• Tương tác với onboard cảm biến: Cảm biến này sẽ giúp cung cấp các vị trí nút
và chuyển động của các node để sử dụng cho liên kết truyền thông hiệu quả và
mục đích định tuyến.
2.2. Các thách thức của mạng VANET
VANET là một ví dụ cụ thể của mạng MANET, MANET có cơ sở hạ tầng cố định
và dựa trên các nút ban đầu để hình thành định tuyến và các chức năng quản lý mạng.
Tuy nhiên, mạng xe cộ hoạt động khác hơn sơ với mạng MANET thông thường. Các
hạn chế về di động, tốc độ cao tạo nên điểm đặc biệt của VANET. Những đặc điểm
này có ý nghĩa quan trọng trong thông tin liên lạc giữa các xe.
• Vận tốc nút
Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của tính di động trong VANET là vận
tốc nút thay đổi liên tục. Trong trường hợp này, các nút biểu thị cho các xe hoặc các
thiết bị bên đường (RSU). Vận tốc nút có thể biến đổi từ 0 (cho các RSU đặt cố định,
hoặc các xe đang đứng yên, tắc đường) cho đến mức xe chuyển đông 200 km/h. Đặc
biệt, điều này gây ra thách thức lớn cho thông tin liên lạc. Trong trường hợp vận tốc
nút cao, cửa sổ liên lạc wireless sẽ rất ngắn do phạm vi truyền tương đối nhỏ (khoảng
vài trăm mét). Ví dụ, hai ô tô chuyển động ngược chiều nhau với vận tốc
90km/h=25m/s, giả định khả năng truyền của mỗi nút là 300m thì chúng có thể chỉ
giao tiếp trong 2s.
Hơn nữa, các máy thu phát còn gặp phải các hiện tượng như hiệu ứng Droppler.

Trong việc xem xét các vấn đề liên quan đến phương tiện truyền thông, việc sử dụng
các giao thức định tuyến dự trên topo mạng không phù hợp (do cấu trúc mạng thay
đổi nhanh và khi xe chuyển động với tốc độ cao thì có thể thất bại), ngay cả khi có
đầy đủ các thiết lập. Tuy nhiên, khi các nút chuyển động chậm, nghĩa là topo mạng ổn
định, nhưng mật độ xe cộ lại cao, các kết quả khả thi hơn.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 13
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Mô hình chuyển động
VANET được đặc trưng bởi số nút di động (tức là theo tốc độ xe ô tô). Tính di
động có thể ảnh hưởng ít hay nhiều dựa vào cấu trúc đường phố (đường phố nhỏ,
đường cao tốc). Các xe không chuyển động lộn xộn, mà nó được xác định trước,
thường theo hai hướng. Thông thường có 3 loại đường:
- Đường thành phố: Trong thành phố, mật độ xe cao, có nhiều đường nhỏ, nhưng
cũng có nhiều đường lớn. Nút giao thông phân cách thành nhiều phần. Thông
thường có nhiều tòa nhà bên đường nên truyền Adhoc có thể bị hạn chế.
- Đường nông thôn: Những đường ở nông thôn thông thường lớn hơn ở thành
phố, ít các nút giao thông, ít các nhà cao tầng hơn thành phố. Điều kiện giao
thông thường không cho phép hình thành một mạng lưới vì ít xe trên đường.
- Đường cao tốc: Đường cao tốc hình thành một con đường nhiều làn xe, trong
đó có phân đoạn rất lớn xác định lối ra của đường. Ở đây lưu lượng truy cập tốc
độ cao. Một nút có thể nhanh chóng vào hoặc thoát ra khỏi mạng trong khoảng
thời gian rất ngắn nên dẫn đến mạng phân vùng và thay đổi liên kết.
• Mật độ nút cao
Ngoài tốc độ và mô hình di chuyển, mật độ nút cũng là một phần quan trọng của
mạng xe cộ. Trong một mạng, số lượng các xe trong khoảng hàng chục, thậm chí hàng
trăm. Nếu chúng ta bị kẹt xe trên đường cao tốc với 4 làn xe, mỗi xê cách nhau
khoảng 20 mét và khoảng vô tuyến là 300 mét, về mặt lý thuyết mỗi xe sẽ có 120 xe
trong phạm vi truyền dẫn của mình.
Trong trường hợp mật độ rất thấp, không thể ngay lập tức mà có thể truyền tải
được các bản tin. Trong trường hợp này, có thể lưu trữ, chuyển tiếp thông tin khi xe

gặp nhau.
2.3. Cấu trúc hệ thống mạng VANET
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 14
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Hình 2.3. Cấu trúc hệ thống mạng VANET
Một kiến trúc hệ thống mạng VANET bao gồm các domain và nhiều thành phần
riêng rẽ như Hình 2.3. Hình 2.3 cho thấy 3 domain (gồm trong xe, Adhoc, cơ sở hạ
tầng) và các thành phần riêng rẽ (đơn vị ứng dụng, đơn vị trên xe và đơn vị bên
đường).
• Trong xe: Bao gồm một OBU và nhiều AU bên trong một chiếc xe. AU thực
hiện một tập hợp các ứng dụng sử dụng khả năng giao tiếp của OBU. Một OBU được
trang bị một thiết bị truyền thông (tầm ngắn) cho an toàn, có khả năng lựa chọn các
thiết bị liên lạc (giao tiếp an toàn và không an toàn). Sự khác biệt giữa AU và OBU là
logic, chúng cũng có thể trong cùng một đơn vị vật lý.
• Adhoc: Miền Adhoc bao gồm các loại xe được trang bị OBU và trên đường có
các RSU để hình thành mạng VANET. OBU hình thành một mạng lưới cho phép giao
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 15
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
tiếp giữa các nút. Nếu tồn tại kết nối không dây OBU trực tiếp giao tiếp, sử dụng đa
hop để chuyển tiếp dữ liệu.
• Cơ sở hạ tầng: Cơ sở hạ tầng bao gồm RSU và các điểm nóng không dây (HT),
các xe có thể truy cập cho các ứng dụng an toàn và không an toàn. RSU truy cập
Internet thường được thiết lập bởi các quản trị viên và các cơ quan khác. Hai loại truy
nhập cơ sở hạ tầng, RSU và HT, tương ứng với các loại ứng dụng khác nhau. Không
phải RSU, cũng không phải HT truy cập Internet, mà OBU có thể giao tiếp với mạng
di động (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA, WiMax, 4G) được tích hợp ở OBU, đặc biệt
là các ứng dụng an toàn.
On – Board Unit (OBU)
OBU được đặt trên xe để đáp ứng giao tiếp V2V và V2I. Nó cũng cung cấp dịch
vụ truyền thông AU và chuyển tiếp dữ liệu thay cho OBU khác trong mạng Adhoc.

Một OBU được trang bị ít nhất một giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên công nghệ
802.11p. Thiết bị mạng được sử dụng để gửi, nhận và chuyển tiếp các dữ liệu liên
quan trong mạng Adhoc. Một OBU có thể trang bị nhiều thiết bị mạng, ví dụ: truyền
không an toàn, dựa trên công nghệ vô tuyến khác theo tiêu chuẩn IEEE 802.11a/b/g/n.
Các chức năng OBU và thủ tục bao gồm truy cập vô tuyến không dây, định tuyến dựa
vào vị trí địa lý, điều khiển tắc nghẽn mạng, chuyển dữ liệu an ninh quan trọng…
Road – Side Unit (RSU)
RSU là một thiết bị vật lý có các vị trí cố định trên đường hoặc các vị trí chuyên
dụng như trạm xăng, bãi đỗ xe, nhà hàng. Một RSU được trang bị ít nhất một thiết bị
mạng giao tiếp không dâynm tầm ngắn dựa trên IEEE 802.11p. Một RSU cũng có thể
được trang bị các thiết bị mạng khác để cho phép liên lạc với một mạng lưới cơ sở hạ
tầng. Tổng quan về RSU như sau:
o Mở rộng phạm vi giao tiếp của mạng Adhoc có nghĩa là phân phối lại thông
tin để các OBU cùng với RSU có thể chuyển tiếp, phân phối thông tin an
toàn.
o Chạy các ứng dụng an toàn, chẳng hạn như cảnh báo cho V2I (cảnh báo cầu
thấp, công trường thi công,…) và hoạt động như nguồn và nhận.
o Cung cấp kết nối Internet cho OBU.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 16
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Hình 2.4. RSU mở rộng khoảng giao tiếp
Hình 2.5. RSU như là một nguồn thông tin
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 17
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Hình 2.6. RSU cung cấp dịch vụ Internet để OBU truy cập
CHƯƠNG III
Giao thức định tuyến trong mạng VANET
3.1. Yêu cầu của các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Trong mạng VANET, mọi nút mạng đều có khả năng di chuyển nên sẽ không có
một nút mạng nào cố định để điều khiển chức năng mạng trung tâm. Do đó, vấn đề

được quan tâm đặc biệt là làm thế nào để các nút mạng “bắt tay nhau” và duy trì được
quá trình truyền thông mà không lãng phí tài nguyên mạng. Đã có nhiều đề xuất và
giải pháp định tuyến được đưa ra cho mạng VANET. Các giao thức đó đều tập trung
vào giải quyết những hạn chế đặc biệt của mạng này, đó là vấn đề băng thông thấp, tỷ
lệ lỗi cao, năng lượng và khả năng tính toán của thiết bị thấp.
Một số yêu cầu đối với các giao thức định tuyến trong mạng VANET:
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 18
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Hoạt động phân tán: Giao thức cần hoạt động phân tán, không phụ thuộc vào
nút mạng điều khiển tập trung.
• Đường định tuyến hở: Để nâng cao chất lượng hoạt động, 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 CPU.
• Hoạt động dựa trên yêu cầu: Mục đích chính để tối thiểu hóa phần thông tin
điều khiển trong mạng, giao thức định tuyến chỉ tìm đường khi cần thiết và
không quảng bá liên tục.
• Hỗ trợ các liên kết một chiều: Kết hợp với các liên kết hai chiều làm tăng chất
lượng của giao thức định tuyến.
• Bảo mật: Sử dụng các phương pháp bảo mật cho mạng không dây để đảm bảo
an toàn cho thông tin trong quá trình truyền dẫn.
• Bảo toàn năng lượng: Các thiết bị trong mạng VANET thường sử dụng pin rất
giới hạn về mặt năng lượng, nên cần có chế độ chờ (standby) để tiết kiệm năng
lượng.
• Nhiều đường định tuyến: Nhằm giảm sự tác động do thay đổi về topo 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 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…
3.2. Các tham số đánh giá chất lượng

Một số tham số đánh giá chất lượng mạng VANET:
• Tỷ lệ gói nhận được tối ưu: Là tỷ lệ lớn nhất giữa số gói được nhận bởi nút
mạng đích và số gói được gửi đi từ lớp ứng dụng.
• Phần tải thông tin định tuyến tối ưu: Là tỷ lệ phần tải nhỏ nhất dành cho thông
tin định tuyến.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 19
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Trễ từ đầu cuối đến đầu cuối tối ưu: Là thời gian ngắn nhất mà gói tin truyền
trên mạng từ nút mạng nguồn đến nút mạng đích.
• Thông lượng từ đầu cuối đến đầu cuối tối ưu: Là khối lượng thông tin lớn nhất
truyền trên đường truyền trong một đơn vị thời gian (Kbps).
• Đường truyền dẫn tối ưu: Là đường truyền dẫn ngắn nhất giữa hai nút mạng.
• Tải của mạng tối ưu: Là tải thực sự lớn nhất mà mạng đáp ứng, thể hiện qua
các thông số: kích thước gói tin, số lượng kết nối, tốc độ gửi gói tin.
• Kích cỡ mạng tối ưu: Được thể hiện qua số lượng nút mạng, kích thước vùng
mô phỏng lớn nhất có thể.
3.3. Phân loại giao thức định tuyến trong mạng Adhoc
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 20
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Giao thức định tuyến trong mạng di động Adhoc có thể được chia thành các loại
sau:
• Định tuyến dựa trên topo mạng (topology – based): Các gói dữ liệu được định
tuyến bằng cách sử dụng thông tin topo mạng. Dựa trên thông tin về topo
mạng, người ta chia thành các loại:
o Proactive: Duy trì các tuyến trước khi luồng dữ liệu nào được gửi, như
giao thức DSDV, OSPF, OLSR.
o Reactive: Thực hiện việc tìm đường chỉ khi một kết nối được thiết lập,
như giao thức DSR, AODV.
o Hybrid: Phối hợp định tuyến Proactive khu vực và định tuyến Reactive
toàn bộ để tăng phạm vi, như được đề xuất trong giao thức ZRP, TORA.

• Định tuyến dựa trên vị trí (position – based): Các gói dữ liệu được định tuyến
theo vị trí của các bên giao tiếp. Thông tin vị trí này được tạo bởi dịch vụ định
vị (location service).
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 21
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Giao thức định tuyến Proactive: Giao thức định tuyến Proactive là giao thức
hoạt động dựa trên bảng định tuyến, trong đó các nút mạng sẽ duy trì một bảng
định tuyến để nhận biết thông tin của các nút còn lại, do đó các nút sẽ biết được
kiến trúc tổng thể của mạng. Các giao thức định tuyến proactive sử dụng
phương pháp tràn lụt (flooding) để quảng bá thông tin tới các thiết bị. Phương
pháp này cho phép thời gian thiết lập đường nhanh dựa trên các tham số gửi tới
thiết bị sẵn sàng cho kết nối. Tuy nhiên, việc lưu lượng thông tin tiêu đề tăng
lên chính là nhược điểm của phương pháp này. Định tuyến proactive được chia
thành hai loại chính là Link State và Distance Vector. Giao thức định tuyến liên
kết tối ưu OLSR (Optimized Link State Routing) và giao thức định tuyến
vector khoảng cách tuần tự đích DSDV (Dynamic Destination – Sequenced
Distance – Vector Routing) là hai ví dụ của giao thức định tuyến Proactive.
• Giao thức định tuyến reactive: Giao thức định tuyến reactive là giao thức định
tuyến dựa theo yêu cầu, tức là đường đi được xác định khi các nút có nhu cầu
truyền gói tin. Phương pháp này hạn chế thông tin tiêu đề chọn đường, nhưng
nhược điểm cơ bản là gây trễ lớn cho các khung truyền dẫn đầu tiên cũng như
thời gian chọn đường dẫn chậm. Hai giao thức reactive điển hình là giao thức
vector khoảng cách theo yêu cầu AODV (On – Demand Vector Routing) và
giao thức định tuyến nguồn động DSR (Dynamic Source Routing). Một khi xảy
ra lỗi tại nút, các giao thức định tuyến thường khôi phục đường dẫn bằng
phương pháp lập tuyến mới. Hầu hết các tiếp cận hiện nay đều sử dụng thông
tin phản hồi tới các thiết bị nguồn nhằm khởi tạo tuyến mới, vì vậy lưu lượng
bản tin là rất lớn và tăng lên rất nhanh khi kích thước mạng lớn, nhất là đối với
các giao thức định tuyến proactive. Khi kích thước mạng tăng lên cũng đồng
nghĩa với suy giảm hiệu năng mạng do hiện tượng trễ của thủ tục định tuyến và

truyền khung đầu tiên tăng lên rất lớn nếu sử dụng giao thức định tuyến
reactive.
• Giao thức định tuyến Hybrid: Giao thức hybrid là giao thức lai giữa hai loại
giao thức trên, tiêu biểu là giao thức ZRP (Zone Routing Protocol) và TORA
(Temporally Ordered Routing Alogrithm). Vì giao thức lai giữa hai loại giao
thức trên nên những giao thức thuộc loại Hybrid có thể khắc phục những nhược
điểm của hai loại giao thức trên.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 22
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Giao thức định tuyến dựa trên vị trí: Khi sử dụng các giao thức định tuyến dựa
trên topo, chi phí truyền thông phụ thuộc vào tốc độ thay đổi cấu trúc mạng.
Trong một mạng VANET gồm phần lớn các nút mạng di chuyển với tốc độ
nhanh, tốc độ thay đổi topo mạng thường cao, dẫn tới chi phí truyền thông lớn
để đảm bảo thông tin định tuyến ở các nút mạng luôn được cập nhật.
Trái với giao thức định tuyến dựa trên topo mạng, các nút mạng có thể tự xác định
vị trí của nó cũng như vị trí của các nút khác trong mạng khi chúng sử dụng giao thức
định tuyến dựa trên vị trí. Công việc này được thực hiện dựa trên công nghệ định vị
(positioning servive). Có thể kể ra một vài dịch vụ dựa trên công nghệ định vị vệ tinh
như GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) hay Galileo (Châu Âu) trong đó trễ lan truyền tín
hiệu của các sóng vệ tinh được sử dụng để tính các vị trí tuyệt đối với độ chính xác cỡ
mét. Bên cạnh đó những dịch vụ định vị không yêu cầu cơ sở hạ tầng, ví dụ như thuật
toán định vị SPA (Self – Positioning Algorithm) tính toán khoảng cách giữa các nút
sử dụng trễ lan truyền của tín hiệu vô tuyến. Sau đó SPA sẽ thiết lập một hệ tọa độ
mạng tương ứng dựa trên các thông tin về khoảng cách. Để xác định vị trí của các nút
trong mạng, một nút có thể sử dụng dịch vụ định vị này.
Ý tưởng cơ bản của định tuyến dựa trên vị trí là truyền gói dữ liệu tới vị trí đã
được biết trước của nút mục tiêu. Nếu thông tin vị trí đủ chính xác, nút mục tiêu sẽ
nằm trong vị trí của khoảng vô tuyến tại vị trí biết trước đó và nhận được gói dữ liệu,
các quyết định định tuyến vị trí dựa trên vị trí của mục tiêu từ chính vị trí của nút
chuyển tiếp và định tuyến các nút hàng xóm của nó. Một vài ví dụ dựa trên vị trí là

giao thức định tuyến GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) và giao thức định
tuyến GPCR (Greedy Perimeter Coordinate Routing).
3.4. Giao thức định tuyến DSDV
DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) là giao thức chủ yếu dựa
trên thuật toán Distance vector được xây dựng bởi C.Perkins và P.Bhagwat năm 1994.
Giao thức này được xây dựng dựa trên tiêu chí giữ nguyên sự đơn giản của giải thuật
Bellman-Ford với một chút cải tiến.
Cải tiến mới của DSDV là sử dụng kỹ thuật đánh số Sequence Number. Kỹ thuật
này dùng để nhận ra con đường đi không còn giá trị trong quá trình cập nhật bảng
định tuyến, do đó có thể tránh được vòng lặp trong quá trình định tuyến. Mỗi nút sẽ
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 23
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
tăng Sequence Number khi gửi thông tin về bảng định tuyến của nó cho các nút khác
trong mạng.
Cơ chế trong DSDV:
• Quản lý bảng định tuyến
o Mỗi nút luôn duy trì một bảng định tuyến đến tất cả các nút khác trong
mạng.
o Thông tin của một entry trong bảng định tuyến bao gồm:
- Địa chỉ của nút đích
- Số hop đến đích (hop – count)
- Next hop
- Số Sequence Number của nút đích
o Một ví dụ về bảng định tuyến
Destination Next hop Metric Seq.No Install Time Stable Data
A A 0 A – 864 001000 Ptr – A
B B 1 B – 470 001200 Ptr – B
C B 3 C – 920 001500 Ptr – C
D B 4 D - 502 001200 Ptr – D
Bảng 1: Ví dụ bảng định tuyến

Để đảm bảo cho bảng định tuyến luôn phù hợp với những thay đổi trong mạng thì
các nút phải thường xuyên cập nhật bảng định tuyến theo một khoảng thời gian nhất
định hoặc khi mạng có sự thay đổi. Do đó, các nút phải quảng bá thông tin định tuyến
của nó cho các nút mạng bằng cách phát quảng bá những thay đổi trong bảng định
tuyến của nó. Khi nhận gói tin cập nhật bảng định tuyến, nó sẽ kiểm tra số Sequence
Number của gói tin cập nhật, nếu số Sequence Number trong gói tin cập nhật lớn hơn
hoặc bằng với số Sequence Number trong bảng định tuyến và có số hop – count nhỏ
hơn thì nút đó sẽ cập nhật thông tin đó vào bảng định tuyến.
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 24
Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET
• Cách thức cập nhật bảng định tuyến
o Bảng định tuyến cập nhật theo hai cách:
- Cập nhật toàn bộ bảng định tuyến cho các nút hàng xóm và có thể
truyền trong nhiều gói, gọi là full – dump.
- Cập nhật các phần thay đổi trong bảng định tuyến của nó cho các
nút láng giềng và các thông tin thay đổi đó chỉ được gửi đi trong
một gói.
o Cập nhật này gọi là Incremental – update.
o Đối với mạng Adhoc tương đối ổn định, thì kiểu cập nhật incremental-
update sẽ thường được sử dụng để hạn chế lưu lượng truyền trên mạng.
Trong khi đó, full – dump sẽ được sử dụng trong mạng ít có sự ổn định.
• Quản lý sự thay đổi của Topology
o Khi một nút di chuyển từ nơi này đến nơi khác thì các liên kết của nó với
các nút hàng xóm có thể không có hiệu lực. Khi các nút phát hiện rằng
liên kết đến next – hop của nó không còn tồn tại, thì đường đi thông qua
next – hop đó lập tức sẽ có hop – count là ∞ và số sequence number
được tăng lên một. Sau đó nút sẽ phát quảng bá thông tin đó cho tất cả
các nút trong mạng và các nút sẽ cập nhật lại bảng định tuyến của mình.
3.5. Giao thức định tuyến DSR
DSR (Dynamic Source Routing) là giao thức định tuyến đơn giản và hiệu quả

được thiết kế riêng cho mạng MANET. DSR cho phép mạng tự động tổ chức và cấu
hình mà không cần đến sự quản trị hoặc cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng.
Giao thức định tuyến DSR bao gồm hai cơ chế cơ bản: Route Discovery và Route
Maintenance, nhờ hai cơ chế này mà các nút có thể tìm và duy trì các nút của các
đường đi đến các nút trong mạng.
Một đặc tính nổi bật khác của DSR là nó sử dụng kỹ thuật định tuyến Source
Routing, khi bên gửi sẽ biết toàn bộ thông tin đường đi đến đích, điều này giúp cho
việc định tuyến trên mạng không bị hiện tượng vòng lặp (loop) làm tăng hiệu năng
SVTH: Nguyễn Mạnh Bằng - 509102004 25