Giao thức định tuyến theo mô hình lưu lượng xe cộ sử dụng trong mạng VANET

Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... i
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. iv
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................ v
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET ......................................................... 2
1.1. MẠNG VANET ................................................................................................... 2
1.1.1. Sơ lược về mạng không dây ........................................................................... 2
1.1.2. Đặc điểm của mạng VANET .......................................................................... 3
1.1.3. Các thách thức đối với mạng VANET............................................................ 6
1.1.4. Cấu trúc, chức năng và các thành phần trong mạng VANET. ....................... 8
1.2. MỘT SỐ THÁCH THỨC TRONG MẠNG VANET ........................................ 10
1.2.1. Những thách thức về định tuyến ................................................................... 10
1.2.2. Những thách thức về chuyển gói .................................................................. 11
1.3. NHỮNG TIÊU CHÍ THIẾT KẾ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VANET ........ 12
1.3.1. Phương diện truyền dẫn ................................................................................ 12
1.3.2. Khả năng định tuyến ..................................................................................... 12
1.3.3. Chất lượng dịch vụ........................................................................................ 13
1.3.4. Mức độ bảo mật ............................................................................................ 13
1.4. KẾT LUẬN ......................................................................................................... 14
CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN TRONG MẠNG VANET ............................................................................... 15
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................ 15
2.2.1. Định tuyến trong mạng MANET .................................................................. 15
2.2.2. Định tuyến trong mạng VANET................................................................... 16
2.2. ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN TÔ PÔ .................................................................. 17
2.2.1. Định tuyến chủ động ..................................................................................... 18

2.2.2. Giao thức định tuyến thụ động ..................................................................... 19
2.2.3. Định tuyến lai ghép ....................................................................................... 21
2.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN CỦA MẠNG VANET ................................................................................. 21
Bùi Tiến Đức – D13VT8

ii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

2.3.1. Kiến trúc đường phố ..................................................................................... 22
2.3.2. Cơ chế điều khiển giao thông ....................................................................... 22
2.3.3. Tốc độ trung bình .......................................................................................... 23
2.3.4. Mật độ nút ..................................................................................................... 23
2.4. MÔ HÌNH HÓA ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ LƯU LƯỢNG GIAO
THÔNG ...................................................................................................................... 24
2.5. KẾT LUẬN ......................................................................................................... 30
CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MÔ HÌNH LƯU LƯỢNG XE
CỘ SỬ DỤNG TRONG MẠNG VANET .................................................................... 31
3.1. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MÔ HÌNH LƯU LƯỢNG XE CỘ RBVT31
3.1.1. Động cơ thúc đẩy .......................................................................................... 31
3.3.2. Giao thức định tuyến RBVT ......................................................................... 34
3.3.3. RBVT-R: Giao thức định tuyến RPVT thụ động ......................................... 35
3.3.4. RBVT-P: Giao thức định tuyến RBVT chủ động......................................... 40
3.4. THAM KHẢO ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO THỨC RBVT ....................... 41
3.4.1. Phương pháp đánh giá .................................................................................. 41
3.4.2. Tham số đánh giá .......................................................................................... 42

3.4.3. Thiếp lập mô phỏng ...................................................................................... 43
3.4.4. Kết quả mô phỏng ......................................................................................... 45
3.5. KẾT LUẬN ......................................................................................................... 52
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 54

Bùi Tiến Đức – D13VT8

iii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây mạng hạ tầng và mạng Ad-hoc ....................... 3
Hình 1.2: Mô hình mạng VANET ................................................................................... 4
Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET .................................................................... 8
Hình 1.4 : RSU mở rộng khoảng giao tiếp .................................................................... 10
Hình 1.5: RSU như một nguồn thông tin ...................................................................... 10
Hình 2.1: Phân loại giao thức định tuyến dựa trên tô pô ............................................... 18
Hình 2.2: Kịch bản giao lộ có đèn giao thông ............................................................... 24
Hình 2.3: Mật độ lưu lượng được xác định là số xe trong khoảng 40m trên đoạn đường
3 làn tới một giao lộ (chu kỳ = 100 giây). ..................................................................... 26
Hình 3.1: Các vấn đề với phương pháp định tuyến truyền thống trong mạng VANET 33
Hình 3.2: Giải pháp được sử dụng trong giao thức RBVT ........................................... 34
Hình 3.3: Quá trình hình thành tuyến đường trong RBVT-R ....................................... 37
Hình 3.4: Bản đồ thành phố được sử dụng trong kịch bản mô phỏng .......................... 43
Hình 3.5: Tỷ lệ chuyển gói thành công cho các giao thức RBVT-R, RBVT-P, AODV,

OLSR, GPSR và GSR trong mạng có mật độ nút khác nhau ........................................ 48
Hình 3.6: Độ trễ trung bình của các giao thức RBVT-R, RBVT-P, AODV, OLSR,
GPSR và GSR trong mạng có 15 luồng và mật độ các nút khác nhau .......................... 50
Hình 3.7: Độ dài đường dẫn và tỷ lệ chuyển gói với số lượng luồng CBR thay đổi .... 52

Bùi Tiến Đức – D13VT8

iv


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục thuật ngữ viết tắt

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết
tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

VANET

Vehicle Ad hoc Network

Mạng xe cộ tùy biến không
dây

V2V

Vehicle to Vehicle Communication

Kết nối giữa xe với xe

V2I

Vehicle to Road Intrastructure

Kết nối giữa xe với cơ sở hạ
tầng

M2M

Machine-to-Machiner Communication

Kết nối giữa các cơ sở hạ tầng

MANET Mobile Ad-hoc Network

Mạng tùy biến di động

AU

Application Unit

Khối ứng dụng

OLSR

Optimized Link State Routing

OBU

On Board Unit

Giao thức định tuyến trạng thái
liên kết tối ưu
Khối trên đường

RSU

Road Side Unit

Khối phía rìa đường

HS

Hot Spot

Điểm nóng

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

AODV

Ad hoc on-demand Distance Vector

Giao thức định tuyến vectơ
khoảng cách theo yêu cầu

RREQ

Route Request

Yêu cầu tuyến

RERR

Route Error

Tuyến bị lỗi

RREP

Route Response

Trả lời tuyến

WAVE

Wireless Access in the Vehicular
Environment

Bùi Tiến Đức – D13VT8

Truy cập không dây trong môi
trường xe cộ

v


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với xu thế phát triển mạnh mẽ về công nghệ thông tin, điện tử viễn
thông kết hợp với sự đa dạng phong phú về phương tiện kỹ thuật đã tạo nên những
hình thái phát triển mới nhằm phục vụ đời sống con người. Mạng di động tùy biến
VANET hay còn gọi là mạng xe cộ bất định VANET cũng là một lĩnh vực đang được
các nước phát triển nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhằm đưa lại hiệu quả, những điểm
nhấn mới trong bước phát triển của xe cộ.
Trong mạng xe cộ bất định VANET, mỗi chiếc xe chuyển động trên đường
được coi là một nút mạng. Các nút mạng này đều có khả năng di chuyển và trao đổi
thông tin với nhau theo các giao thức định tuyến của mạng Ad Hoc nói chung và mạng
VANET nói riêng. Chính vì thế khi mật độ nút thay đổi sẽ dẫn đến những thay đổi ảnh
hưởng trực tiếp lên giao thức định tuyến trong mạng VANET ví dụ như: Vấn đề băng
thông thấp, tỷ lệ lỗi cao, năng lượng và khả năng tính toán của thiết bị sẽ bị giảm đi,...
Do đó trên thế giới nói chung cũng như tại Việt Nam nói riêng, vài năm trở lại
đây đã có một số bài báo, công trình nghiên cứu về khả năng ứng dụng mạng VANET
vào thực tế, cũng như các giao thức được sử dụng trong mạng này. Ngoài các nghiên
cứu để đảm bảo sự ổn định của mạng lưới, các ảnh hưởng của mật độ nút mạng lên
giao thức định tuyến trong VANET cũng được đề cập đến rất nhiều. Đề tài: “Giao thức
định tuyến theo mô hình lưu lượng xe cộ sử dụng trong mạng VANET” cung cấp một

cái nhìn tổng quan về cấu trúc, hoạt động của mạng VANET, đi sâu vào giao thức định
tuyến dựa theo mô hình lưu lượng xe cộ (RBVT) trong VANET để giải quyết các vấn
đề về mật độ lưu lượng xe cộ.
Đề tài gồm có 3 phần:
• CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET
• CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN GIAO THỨC
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
• CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MÔ HÌNH
LƯU LƯỢNG XE CỘ SỬ DỤNG TRONG MẠNG VANET

Bùi Tiến Đức – D13VT8

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET
1.1. MẠNG VANET
1.1.1. Sơ lược về mạng không dây
Mạng máy tính từ lâu đã trở thành một thành phần không thể thiếu đối với
nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, từ các hệ thống mạng cục bộ dùng để chia sẻ tài
nguyên trong đơn vị đến hệ thống mạng toàn cầu như Internet. Các hệ thống mạng hữu
tuyến và vô tuyến đang ngày càng phát triển và phát huy vai trò của mình.
Mạng không dây là mạng không dùng dây cáp cho các kết nối mà sử dụng sóng
radio trong không gian để kết nối các máy tính với nhau.
Mặc dù mạng không dây đã xuất hiện từ nhiều thập niên nhưng cho đến những
năm gần đây, với sự bùng nổ của các thiết bị chuyển động thì nhu cầu nghiên cứu và

phát triển các hệ thống mạng không dây ngày càng trở nên cấp thiết. Nhiều công nghệ
phần cứng, chuẩn vô tuyến và các giao thức lần lượt ra đời và đang được tiếp tục
nghiên cứu, phát triển.
Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ các thiết bị chuyển động nên
không bị ràng buộc cố định về địa lý như trong mạng hữu tuyến. Ngoài ra ta còn có thể
dễ dàng bổ sung hay thay thế các thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình
toàn bộ tô pô của mạng. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của mạng không dây là tốc độ
truyền chưa cao so với mạng hữu tuyến. Bên cạnh đó, khả năng bị nhiễu và mất gói tin
cũng là vấn đề đáng quan tâm.
Về cơ bản, mạng không dây có thể chia làm hai loại chính: thứ nhất là mạng hạ
tầng có các cổng kết nối hữu tuyến và cố định thường được gọi là các điểm truy cập.
Các thiết bị chuyển động trong mạng kết nối và liên lạc với điểm truy cập gần nhất
nằm trong bán kính truyền thông của nó; thứ hai là mạng Ad-hoc, là một tập hợp các
nút mạng chuyển động không dây nằm phân tán về mặt địa lý tạo thành một mạng tạm
thời mà không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn hay sự quản lý tập trung
nào.

Bùi Tiến Đức – D13VT8

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây mạng hạ tầng và mạng Ad-hoc
1.1.2. Đặc điểm của mạng VANET
Mạng VANET - Vehicular Ad Hoc Network là mạng xe cộ tùy biến không dây,
một phần đặc biệt của mạng tùy biến không dây. VANET cung cấp trao đổi không dây

giữa xe với xe và xe với thiết bị lề đường. Thông tin liên lạc giữa các xe được sử dụng
cho sự an toàn, thoải mái và và giải trí tốt để cung cấp cho hành khách một hành trình
thoải mái.
Mạng VANET sử dụng các xe di chuyển như các nút trong một mạng để tạo
nên một mạng chuyển động. VANET biến mỗi xe tham gia giao thông thành một
router hay một nút không dây, cho phép các xe này có thể kết nối với các xe khác
trong phạm vi bán kính từ 100 đến 300 mét, từ đó tạo nên một mạng với vùng phủ
sóng rộng. Do các xe có thể đi ra khỏi vùng phủ sóng và thoát khỏi mạng, trong khi
những xe khác có thể tham gia, kết nối với các phương tiện khác trên một mạng
Internet chuyển động được tạo nên. Trong thực tế, hệ thống đầu tiên được tích hợp
Bùi Tiến Đức – D13VT8

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

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.

Hình 1.2: Mô hình mạng VANET
Xe có thể giao tiếp trực tiếp với các loại xe khác để hình thành hệ thống truyền
thông giữa xe với xe (V2V) hoặc giao tiếp với thiết bị cố định bên cạnh đường, gọi tắt
là đơn vị bên đường (RSU) tạo thành hệ thống thông tin liên lạc giữa xe với cơ sở hạ
tầng (V2I).
Thông tin trao đổi trong mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ,
tình trạng kẹt xe, thông tin về tai nạn giao thông, các tình huống nguy hiểm cần tránh
và cả những dịch vụ thông thường như đa phương tiện, Internet,… Các xe sẽ liên lạc

với

nhau

(Car-to-Car

Communication

hay

M2M

(Machine-to-Machiner

Comnunication) để chia sẻ thông tin lẫn nhau.
Đặc điểm của mạng VANET cũng giống với công nghệ hoạt động của mạng
Ad-hoc MANET đó là: quá trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp và sử dụng
đường truyền vô tuyến. Tuy nhiên điểm khác biệt chính của VANET và MANET là ở

Bùi Tiến Đức – D13VT8

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

chỗ: các nút mạng (xe cộ) di chuyển với tốc độ cao và không xác định khi truyền tín
hiệu cho nhau.

VANET có những đặc tính riêng của mình khi so sánh với các loại MANETs,
những đặc tính riêng của VANET bao gồm:
➢ Khả năng dự đoán chuyển động: VANET khác với các loại mạng tùy biến di
động. Trong đó, các nút di chuyển một cách ngẫu nhiên trong giới hạn bởi cấu
trúc, bố trí đường bộ và yêu cầu phải tuân theo vạch dấu hiệu và đèn giao thông
và để tương ứng với xe khác. Dẫn đến hướng chuyển động nằm trong khả năng
thực hiện được.
➢ Khả năng tính toán cao: Bởi vì các nút trong VANET là xe, chúng được trang
bị đủ số lượng cảm biến và các tài nguyên tính toán như: bộ vi xử lý, dung
lượng bộ nhớ lớn, công nghệ tiên tiến và ăng-ten hệ thống định vị toàn cầu
(GPS). Những tài nguyên này tăng khả năng tính toán của các nút, giúp đạt
được truyền thông không dây đáng tin cậy và có được thông tin chính xác liên
quan đến vị trí hiện tại, tốc độ và hướng của phương tiện.
➢ Cung cấp lái xe an toàn, cải thiện sự tiện nghi và nâng cao hiệu quả giao
thông: VANET cung cấp thông tin liên lạc trực tiếp giữa các phương tiện di
chuyển, do đó cho phép tập hợp các ứng dụng, yêu cầu liên lạc trực tiếp giữa
các nút được áp dụng qua mạng. Ứng dụng này có thể cung cấp cho lái xe
những chỉ dẫn với thông điệp cảnh báo về tai nạn, hoặc về sự cố đột ngột. Hơn
nữa, có thể bổ sung các ứng dụng được áp dụng thông qua kiểu mạng này để cải
thiện sự thoải mái của hành khách và hiệu quả giao thông bằng cách phổ biến
thông tin về thời tiết, lưu lượng giao thông và các điểm thông tin quan tâm
(trạm xăng dầu, trung tâm mua sắm và thức ăn nhanh).
➢ Không hạn chế năng lượng: Năng lượng trong VANET không phải là một
thách thức quan trọng như trong MANETs, vì xe có khả năng cung cấp điện
liên tục cho tuổi thọ pin dài.
➢ Mật độ mạng khác biệt: Mật độ mạng trong VANET khác nhau tùy thuộc vào
mật độ giao thông, có thể rất cao trong trường hợp có một ách tắc giao thông,
hoặc rất thấp trong trường hợp giao thông ngoại thành, nông thôn.
Bùi Tiến Đức – D13VT8

5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

➢ Mạng quy mô lớn: Quy mô mạng lưới có thể là lớn ở các khu vực đô thị đông
đúc như trung tâm thành phố, đường cao tốc và ở lối vào của các thành phố lớn.
➢ Thay đổi nhanh chóng trong cấu trúc liên kết mạng: Tốc độ di chuyển là cao,
đặc biệt là đường cao tốc dẫn đến những thay đổi nhanh chóng trong cấu trúc
liên kết mạng. Hơn nữa, hành vi lái xe bị ảnh hưởng bởi các dữ liệu nhận được
từ mạng, gây ra những thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng. Thời gian sử dụng
liên kết giữa các xe bị ảnh hưởng bởi đặc điểm của thông tin vô tuyến và sự
chuyển động của phương tiện. Thời gian sử dụng liên kết giữa các phương tiện
di chuyển theo hướng ngược nhau là rất ngắn so với trường hợp các phương
tiện di chuyển theo cùng một hướng. Những thay đổi nhanh chóng trong kết nối
gây ra đường kính hiệu quả của mạng là nhỏ, trong khi nhiều liên kết bị ngắt kết
nối trước khi chúng có thể được sử dụng.
1.1.3. Các thách thức đối với mạng VANET
Một số vấn đề đã phát sinh khi cố gắng cung cấp một giải pháp cải tiến khả
năng điều khiển của chủ phương tiện, với mục tiêu giảm trường hợp tử vong do tai nạn
giao thông. Để thực hiện các yêu cầu đó, việc triển khai VANET thực sự cần thiết.
Nhiều yếu tố có tác động lớn vào việc đạt được mục tiêu đó cần phải xem xét, tiêu
biểu như các ứng dụng an toàn và các ứng dụng không an toàn. Những yếu tố đó là rất
quan trọng để xác định những thách thức trong mạng VANET. Những thách thức đó
như sau:
Tín hiệu yếu dần: Vật cản trở thành trở ngại lớn trong việc giao tiếp giữa hai
xe. Đó là một trong những thách thức ảnh hưởng đến hiệu quả của VANET. Những
vật cản này có thể là các xe khác hoặc các tòa nhà phân bố dọc theo những con đường,

đặc biệt là ở các thành phố. Tác động của chúng là ngăn chặn các tín hiệu từ nguồn tới
đích hoặc làm yếu chúng.
Giới hạn băng thông: Một vấn đề quan trọng trong VANET là không có một
điều phối viên trung tâm điều khiển các thông tin liên lạc giữa các nút có trách nhiệm
quản lý các hoạt động tranh chấp băng thông. Vì vậy nó cần phải sử dụng băng thông
sẵn có một cách hiệu quả. Xác suất khá cao việc tắc nghẽn kênh có thể xảy ra do phạm
vi giới hạn của tần số băng thông (10 - 20 MHz) cho các ứng dụng VANET, đặc biệt
Bùi Tiến Đức – D13VT8

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

là trong môi trường mật độ cao. Việc sử dụng hợp lý băng thông có tác động làm giảm
thời gian trễ để quảng bá thông báo. Nếu một chiếc xe cần gửi một tin nhắn mà không
tìm thấy cơ hội để truyền, nó phải chờ đợi một thời gian để có thể truyền, gây ra ảnh
hưởng là tăng độ trễ, đặc biệt ở khu vực đô thị với sự gia tăng của nhiều ứng dụng
VANET.
Kết nối: Do tính chuyển động cao và thay đổi nhanh chóng của cấu trúc liên
kết, dẫn đến việc thường xuyên phân mảnh của mạng lưới. Thời gian tồn tại của các
liên kết cần kéo dài càng lâu càng tốt. Việc này có thể được thực hiện bằng cách tăng
công suất truyền nhưng dẫn đến hao phí. Theo đó, kết nối được coi là một vấn đề quan
trọng trong VANET, mặc dù nhiều nghiên cứu trong MANET đã tập trung vào giải
quyết vấn đề này. Tuy nhiên, nó vẫn chiếm một phần lớn trong các nỗ lực tập trung
hướng tới sự phát triển VANET.
Vùng hiệu quả nhỏ: Do đường kính hiệu quả của một mạng VANET là nhỏ,
dẫn đến kết nối yếu trong thông tin liên lạc giữa các nút. Do đó, việc duy trì hoàn

chỉnh cấu trúc liên kết toàn bộ mạng là không thể thực hiện cho một nút.
An ninh và sự riêng tư: Thiết lập sự cân bằng hợp lý giữa an ninh và sự riêng
tư là một trong những thách thức chính trong VANET. Việc nhận được thông tin đáng
tin cậy từ một nguồn là quan trọng đối với một nút. Tuy nhiên, thông tin đáng tin cậy
này có thể vi phạm các nhu cầu riêng tư của nguồn đó.
Giao thức định tuyến: Do khả năng chuyển động cao của các Nút và cấu trúc
liên kết nhanh chóng thay đổi, nên việc thiết kế một giao thức định tuyến hiệu quả mà
có thể cung cấp một gói tin trong một thời gian tối thiểu được coi là một thách thức
quan trọng trong VANET. Vì thế, nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào thiết kế một
giao thức định tuyến thích hợp cho môi trường có mật độ xe cao với khoảng cách giữa
chúng là rất gần. Thiết kế một giao thức định tuyến hiệu quả có tác động cải thiện
nhiều yếu tố, yêu cầu đầu tiên là tăng cường độ tin cậy của hệ thống bằng cách tận
dụng tỷ lệ chuyển gói, thứ hai là giảm mức độ can thiệp gây ra bởi các tòa nhà cao
trong môi trường thành phố, yếu tố thứ ba là yêu cầu khả năng mở rộng tốt để tránh
xung đột và yếu tố nữa là cung cấp gói tin trong thời gian ngắn nhất có thể, đặc biệt là
trong các tình huống khẩn cấp, yếu tố này được coi là một yếu tố rất quan trọng.
Bùi Tiến Đức – D13VT8

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

1.1.4. Cấu trúc, chức năng và các thành phần trong mạng VANET.

Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET
Kiến trúc một hệ thống mạng VANET bao gồm các Domain và nhiều thành
phần riêng rẽ như hình 1.3. Hình 1.3 cho thấy 3 Domain (gồm trong xe, Adhoc, cơ sở

hạ tầng) và các thành phần riêng rẽ (đơn vị ứng dụng, đơn vị trên xe và đơn vị bên
đường).
➢ Trong xe: Bao gồm một OBU và nhiều AU bên trong một chiếc xe. AU thực
hiện một tập hợp các ứng dụng sử dụng khả năng giao tiếp của OBU. Một OBU
được trang bị một thiết bị truyền thông (tầm ngắn) cho an toàn, có khả năng lựa
chọn các thiết bị liên lạc (giao tiếp an toàn và không an toàn). Sự khác biệt giữa
AU và OBU là logic, chúng cũng có thể trong cùng một đơn vị vật lý.
➢ Adhoc: Miền Adhoc bao gồm các loại xe được trang bị OBU và trên đường có
các RSU để hình thành mạng VANET. OBU hình thành một mạng lưới cho
phép giao tiếp giữa các Nút. Nếu tồn tại kết nối không dây OBU trực tiếp giao
tiếp, sử dụng đa bước nhảy 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
Bùi Tiến Đức – D13VT8

8


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

khác nhau. Không phải RSU, cũng không phải HT truy cập Internet, mà OBU
có thể giao tiếp với mạng chuyển động (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA,
WiMax, 4G) được tích hợp ở OBU, đặc biệt là các ứng dụng an toàn.
On – Board Unit (OBU)
OBU được đặt trên xe để đáp ứng giao tiếp V2V và V2I. Nó cũng cung cấp
dịch vụ truyền thông AU và chuyển tiếp dữ liệu thay cho OBU khác trong mạng

Adhoc. Một OBU được trang bị ít nhất một giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên
công nghệ 802.11p. Thiết bị mạng được sử dụng để gửi, nhận và chuyển tiếp các dữ
liệu liên quan trong mạng Adhoc. Một OBU có thể trang bị nhiều thiết bị mạng, ví dụ:
truyền không an toàn, dựa trên công nghệ vô tuyến khác theo tiêu chuẩn IEEE
802.11a/b/g/n. Các chức năng OBU và thủ tục bao gồm truy cập vô tuyến không dây,
định tuyến dựa vào vị trí địa lý, điều khiển tắc nghẽn mạng, chuyển dữ liệu an ninh
quan trọng…
Road – Side Unit (RSU)
RSU là một thiết bị vật lý có các vị trí cố định trên đường hoặc các vị trí chuyên
dụng như trạm xăng, bãi đỗ xe, nhà hàng. Một RSU được trang bị ít nhất một thiết bị
mạng giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên IEEE 802.11p. Một RSU cũng có thể
được trang bị các thiết bị mạng khác để cho phép liên lạc với một mạng lưới cơ sở hạ
tầng. Tổng quan về RSU như sau:
o Mở rộng phạm vi giao tiếp của mạng Adhoc có nghĩa là phân phối lại thông
tin để các OBU cùng với RSU có thể chuyển tiếp, phân phối thông tin an
toàn.
o Chạy các ứng dụng an toàn, chẳng hạn như cảnh báo cho V2I (cảnh báo cầu
thấp, công trường thi công,…) và hoạt động như nguồn và nhận.
o Cung cấp kết nối Internet cho OBU.

Bùi Tiến Đức – D13VT8

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

Hình 1.4 : RSU mở rộng khoảng giao tiếp

Hình 1.5: RSU như một nguồn thông tin
1.2. MỘT SỐ THÁCH THỨC TRONG MẠNG VANET
1.2.1. Những thách thức về định tuyến
Những phân tích về các giao thức định tuyến truyền thống cho mạng MANET
cho thấy rằng hiệu suất của chúng là kém khi sử dụng trong mạng VANET. Vấn đề
chính với các giao thức này trong môi trường mạng VANET là sự không ổn định của
tuyến đường dẫn đến việc mất gói tin, tăng chi phí từ việc cập nhật tuyến đường, tỷ lệ
chuyển gói thành công thấp và độ trễ truyền cao.
Cách tiếp cận định tuyến được thay thế bởi các bổ sung đặc trưng nhất là giao thức
định tuyến theo địa lý (ví dụ: giao thức GPSR sẽ thực hiện việc chuyển tiếp dữ liệu từ
việc nhận biết các nút; giao thức sẽ không thành lập tuyến đường đi nhưng sẽ sử dụng
vị trí của đích và vị trí của các nút lân cận để chuyển tiếp dữ liệu. Bất kỳ nút nào đảm
bảo tiến độ về đích thì có thể được sử dụng cho chuyển tiếp. Tuy nhiên, nó sẽ làm tăng
nguy cơ mất gói tại các ngõ cụt vì không có sự xem xét đến kiến trúc đường phố. Câu
Bùi Tiến Đức – D13VT8

10


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

hỏi đặt ra là liệu việc tích hợp các tính năng của VANET như: Tô pô, lưu lượng giao
thông trong thời gian thực, sự hiện diện của các tòa nhà, v.v trong việc thiết kế giao
thức định tuyến sẽ đạt được hiệu suất tốt hơn hay không?. Và nếu có, cách tốt nhất để
tích hợp chúng là gì?
1.2.2. Những thách thức về chuyển gói
Các đặc tính của mạng VANET cũng ảnh hưởng đến việc chuyển gói thành

công. Ba thách thức chuyển gói chính đã được xác định là: Việc lựa chọn bước nhảy
tiếp theo, quy tắc xếp hàng đợi và khoảng thời gian truyền.
Các giao thức định tuyến như DSR hoặc GPSR sẽ duy trì danh sách các nút láng giềng
để sử dụng xác định bước nhảy tiếp theo. Nếu danh sách các nút không chính xác,
bước nhảy tốt nhất có thể bị bỏ qua, hoặc thậm chí tệ hơn, một nút xe đã ra khỏi phạm
vi truyền tải có thể được chọn. Việc duy trì danh sách cập nhật đòi hỏi thường xuyên
phải quảng bá bản tin "Hello". Tuy nhiên, việc quảng bá quá nhiều sẽ dẫn đến một
tổng chi phí cho việc truyền tải lớn. Do đó, câu hỏi đặt ra là làm thế nào để sử dụng
các vị trí nút chính xác trong việc lựa chọn bước nhảy tiếp theo mà không phải mất
quá nhiều chi phí. Mạng xe cộ tùy biến không dây thường gặp tắc nghẽn nhanh hơn
những mạng có dây được thiết kế tốt, dẫn đến việc chậm trễ từ đầu đến đầu cuối cao
và sự không ổn định ngay cả đối với lưu lượng truy cập vừa phải. Điều này tác động
đặc biệt đến độ chính xác về độ trễ về: Lưu lượng giao thông hoặc kiểm soát tai nạn.
Việc lựa chọn quy tắc xếp hàng đợi đã ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dữ liệu trong
mạng IP có dây, trong đó TCP được chứng minh là hoạt động tốt hơn khi tắc nghẽn vì
khi đó các bộ định tuyến sử dụng thuật toán FIFO với Frontdrop thay vì FIFO với
Taildrop hoặc RED. Câu hỏi sau đó là liệu các mạng ad hoc có thể đạt được độ trễ đầu
cuối tốt hơn và ổn định hơn với quy xếp hàng đợi khác nhau hay không?
Thách thức cuối cùng về chuyển gói được đề cập đến là việc khai thác thông tin về
khoảng thời gian định tuyến tại các tuyến đường để cải thiện hiệu suất của giao thức
RBVT. Thông thường, một nút trong mạng xe cộ tùy biến không dây sẽ cố gắng thiết
lập một tuyến đường để truyền đến đích khi mà đích đến không tới được. Các lần
khác, tuyến đường được thiết lập chỉ bị phá vỡ một vài giây sau đó do việc chuyển
động của các nút. Sau đó, các câu hỏi là: Thông tin giao thông xe cộ có thể được sử
Bùi Tiến Đức – D13VT8

11


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

dụng để ước tính chính xác độ dài của khoảng thời gian kết nối/ngắt kết nối giữa các
nút trong VANET? Các ước tính này có thể được sử dụng để tối ưu hóa việc lựa chọn
tuyến và chuyển dữ liệu?
1.3. NHỮNG TIÊU CHÍ THIẾT KẾ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VANET
VANET là một loại mạng Ad-hoc rất riêng biệt với rất nhiều các thách thức nên
các yêu cầu về thiết kế các ứng dụng VANET bao hàm cả hệ thống truyền thông là vấn
đề rất phức tạp. Khi phân tích những yêu cầu ứng dụng của mạng VANET, ta thấy
rằng tùy thuộc vào loại đường, mật độ xe cộ, tốc độ của các phương tiện nên các yêu
cầu truyền thông sẽ khác nhau. Lưu lượng truyền thông trong thành phố thì dày hơn so
với trên quốc lộ và mật độ xe cộ sẽ khác nhau khi so với quốc lộ, ở thành phố hay các
con đường vùng nông thôn.
Vì vậy ta xem xét đặc điểm của VANET theo bốn khía cạnh kỹ thuật chính: Sự truyền
dẫn, khả năng định tuyến, chất lượng dịch vụ và mức độ an ninh để sử dụng giao thức
định tuyến phù hợp.
1.3.1. Phương diện truyền dẫn
Tiêu chuẩn truyền thông cho truyền thông giữa xe với xe và giữa xe với hạ tầng
cơ sở là DSRC (Dedicated Short Range Communication: Truyền thông phạm vi ngắn
chuyên dụng), hỗ trợ Wireless Access in the Vehicular Environment (WAVE) – Truy
cập không dây trong môi trường xe cộ. WAVE cho phép trao đổi dữ liệu giữa các thiết
bị của xe trong môi trường truyền thay đổi liên tục, các nút có thể đạt tốc độ 200km/h
và khoảng cách giữa chúng từ 5 đến 500m.
Dải dự trữ của phổ vô tuyến điện được chia thành 7 kênh rộng 10MHz. Kênh Ch178
đã được dành cho sự quản lý giao thức. Kênh Ch172 và Ch184 được dành cho các ứng
dụng tránh sự cố và truyền thông tin cậy công cộng. Phần còn lại (kênh Ch174, Ch176,
Ch180 và Ch182) được sử dụng cho cả các thiết kế an toàn và không an toàn.
1.3.2. Khả năng định tuyến
VANET thừa hưởng các đặc tính giống như MANET. Do di động cao, tô pô

thay đổi thường xuyên và thời gian tồn tại ngắn là những đặc điểm của mạng gây trở
Bùi Tiến Đức – D13VT8

12


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

ngại cho các quyết định định tuyến. Một số yếu tố khác như hệ thống đường xá và môi
trường khác nhau như thành phố và đường cao tốc làm cho việc định tuyến trở nên khó
khăn hơn trong VANET. Trái ngược với định tuyến dựa trên tô pô của MANET,
VANET sử dụng thông tin vị trí của các Nút tham gia trong mạng để đưa ra các quyết
định định tuyến bởi vì mạng thường phân vùng, các giao thức định tuyến chủ động
không kịp đáp ứng do sự thay đổi nhanh của tô pô mạng và thậm chí còn không kịp
hội tụ trong quá trình trao đổi thông tin trạng thái.
Việc định tuyến còn phải xem xét tính di động của các nút khi xe dừng (0 km/h) đến
khi chạy hơn 140 km/h trên quốc lộ. Do đó, định tuyến không thể dựa trên địa chỉ
nhóm như trong các mạng Ad-hoc thông thường mà phải dựa vào vị trí các nút để xác
định việc truyền gói tin. Công nghệ geocast, broadcast và multicast có thể được áp
dụng cho mạng V2V. Đề xuất dùng geocast trong các giao thức giới hạn vùng đích
liên quan tới độ an toàn; dùng broadcast trong giao thức với việc cập nhật liên tục
thông tin giữa các nút hàng xóm và unicast cho các giao thức còn lại.
1.3.3. Chất lượng dịch vụ
Trong giao thông đường bộ, khi một sự việc khẩn cấp xảy ra, số phương tiện
tiếp cận tai nạn có thể tăng đột ngột. Nếu các thông báo về tai nạn này được quảng bá
tới mọi xe thì sẽ dẫn đến tắc nghẽn kênh. Đề xuất dưới đây cung cấp giới hạn thời gian
để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các nhóm các giao thức khác nhau. Nhóm đầu tiên
không có bất kỳ giới hạn về thời gian đáp ứng vì chúng không cần các thông báo hồi

đáp. Độ trễ truyền tối đa được đề xuất là 250 ms với độ rung pha lớn nhất là 100 và
một băng thông 52 Mbps. Đề xuất với nhóm giao thức thứ hai là thời gian đáp ứng 2-5
giây, 400 ms cho trễ truyền và băng thông 24-32 Kbps, còn độ rung pha của chúng thì
không xét. Cuối cùng, các nhóm còn lại thì thời gian đáp ứng tối đa là 1s nhưng độ trễ
có thể lên đến 200 ms và chỉ cần băng thông 1 Kbps vì các thông báo ngắn và các ký
tự đơn giản.
1.3.4. Mức độ bảo mật
Trong trường hợp trạng thái nguy hiểm của mạng VANET được cảnh báo lên
tất cả các xe thì có thể gây ra sự phiền toái cho những người sử dụng khác. Vì thế các
yêu cầu về bảo mật của VANET như: Kiểm soát truy cập, việc nhận thông báo, sự bảo
Bùi Tiến Đức – D13VT8

13


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan về mạng Vanet

mật thông điệp, sự riêng tư và ẩn danh và việc xác định chi phí,… được đưa ra. Có các
nhóm giao thức chỉ yêu cầu kiểm soát truy nhập và một vài cấp độ bảo mật đối với
thông điệp luồng lên với khóa đối xứng. Giờ cần mở rộng thêm yêu cầu về xác thực
thông điệp và tính toàn vẹn cho nhóm này. Thực tế hai yêu cầu trên cũng được đề xuất
cho các nhóm còn lại. Có các nhóm yêu cầu cao về bảo mật thông điệp và việc xác
định chi phí.
1.4. KẾT LUẬN
Chương đã đưa ra tổng quan về mạng VANET với các đặc điểm và các thách
với mạng VANET đặc biệt là các thách thức về: Định tuyến và chuyển gói. Qua đó sẽ
đưa ra các tiêu chí để thiết kế ứng dụng trong mạng VANET phù hợp với giao thức
định tuyến trong mạng VANET. Các tiêu chí này cần được xem xét và cân nhắc kỹ khi

tiến hành phân tích các kết quả mô phỏng hiệu suất mạng. Đó là phương tiện truyền
dẫn ảnh hưởng đến khả năng định tuyến, chất lượng dịch vụ cũng như mức độ bảo
mật. Điều này là rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến bởi
vì mỗi giao thức khác nhau thì có hiệu suất mạnh yếu khác nhau trong các tô pô khác
nhau. Ví dụ, với những vùng mạng yêu cầu bảo mật không cao hay chất lượng không
cần quá tốt thì sẽ cho ta kết quả rất khác so với khi thực hiện tại các vùng mạng yêu
cầu bảo mật tốt, một chất lượng dịch vụ thật tốt thì phải có những giao thức đảm bảo
những

Bùi Tiến Đức – D13VT8

điều

kiện

đó.

14


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Phần này trình bày các kiến thức liên quan về định tuyến trong mạng MANET,
định tuyến trong mạng VANET, các phương pháp nhằm giảm độ trễ trong các mạng

Ad hoc và phân bố thời lượng đường đi trong mạng Ad hoc.
2.2.1. Định tuyến trong mạng MANET
Định tuyến là một chủ đề nghiên cứu chính trong mạng MANET. DSDV và
DSR là các giao thức tập trung vào tô pô của mạng để lựa chọn con đường truyền
thông đầu cuối. DSDV là một giao thức chủ động có thể hoạt động tốt trong tô pô có
kích thước nhỏ nhưng chưa phù hợp với các tô pô lớn và tính di động cao dothông tin
tuyến đường được cập nhật thường xuyên. RBVT-P cũng là giao thức chủ động,
nhưng khác với DSDV nó không bị ràng buộc bởi các đơn lẻ. RBVT-P xây dựng một
cái nhìn theo thời gian thực về lưu lượng xe cộ trên đường. DSR là một giao thức định
tuyến dựa trên nguồn để tạo ra các tuyến đường theo yêu cầu. RBVT-R cũng là giao
thức tạo ra các tuyến đường theo yêu cầu, nhưng hai giao thức khác nhau trong việc
biểu diễn các tuyến đường. Trong DSR, tuyến đường là các chuỗi các nút, do đó có thể
dẫn đến việc phá vỡ lộ trình thường xuyên trong VANET. Trong khi đó RBVT-R,
tuyến đường là chuỗi các nút giao lộ nơi xác định các đoạn đường được nối vào. Để
cải thiện các giao thức sử dụng nút trung tâm truyền thống mà không xem xét tô pô,
một số giao thức cho VANET đã khai thác thực tế là chuyển động của xe bị hạn chế
trên đường để dự đoán chu kỳ hoạt động của các tuyến đường và sửa chữa các tuyến
đường trước khi chúng bị phá vỡ hoặc giảm số lượng các tuyến đường bị phá vỡ bằng
cách lựa chọn tuyến đường có các nút hàng xóm di chuyển theo cùng một hướng và
với một tốc độ tương đối nhỏ. Định tuyến RBVT-R khác với các giao thức này, các
tuyến đường định tuyến được dựa trên các thông tin trên đường với các thành phần
chính của chúng là các nút giao thông nơi mà đường định tuyến đi từ nguồn đến đích.

Bùi Tiến Đức – D13VT8

15


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

2.2.2. Định tuyến trong mạng VANET
Các khái niệm chính về định tuyến dựa trên nút trong mạng cảm biến đã được
điều chỉnh để phù hợp cho môi trường mạng xe cộ. Các giao thức định tuyến GSR và
SAR tích hợp các tô pô trong định tuyến sử dụng những khái niệm này. Trong các giao
thức này, một nguồn tính đường đi ngắn nhất từ vị trí hiện tại đến đích. Tương tự như
giao thức RBVT, chúng tập hợp danh sách giao lộ xác định đường dẫn từ nguồn đến
đích trong phần đầu của mỗi gói tin được gửi bởi nguồn. Tuy nhiên, không xem xét
lưu lượng xe cộ theo thời gian thực do đó các danh sách đó có thể bao gồm những con
đường trống hoặc những con đường có phân vùng mạng riêng. Để giảm bớt vấn đề
này, giao thức A-STAR dựa trên chỉnh sửa của giao thức GSR bằng cách ưu tiên cho
đường phố được phục vụ bởi xe buýt chuyển tuyến mỗi lần một giao lộ mới sẽ được
thêm vào tuyến đường nguồn. Giao thức CAR mới được đưa ra cho thấy các đường
dẫn được kết nối giữa các cặp nguồn và đích và xem xét lưu lượng truy cập theo thời
gian thực. CAR sử dụng mục "guards" để thêm vào bản tin "hello" để phản ánh chuyển
động của các nút nguồn và đích trên các đường dẫn. Giao thức Gytar thì không lưu trữ
các tuyến đường giao lộ đầy đủ trong các gói dữ liệu. Thay vào đó lựa chọn giao lộ
tiếp theo được thực hiện tự động và mỗi lần chọn đoạn đường tiếp theo sẽ phải làm cân
bằng tốt nhất về mật độ đường và chiều dài đường.
Các giao thức MDDV và VADD sử dụng chuyển tiếp nhất thời để chuyển dữ
liệu từ nguồn đến đích. Giao thức VADD sử dụng lịch sử lưu lượng dữ liệu truy cập để
xác định tuyến đường tốt nhất đến đích. Giao thức MDDV thì xem xét điều kiện giao
thông đường bộ cũng như số làn xe trên mỗi đoạn đường để chọn tuyến đường tốt nhất
trên tô pô đường để chuyển tiếp dữ liệu. Trong cả hai giao thức, khi không có xe được
tìm thấy dọc theo tuyến đường chuyển tiếp, một cách tiếp cận “Carryand-forward”
được sử dụng. Nút phương tiện không thể truyền tải được gói dữ liệu sẽ phải lưu trữ
nó cho đến khi nó tìm thấy một nút thay thế thích hợp hơn. Các giao thức này phù hợp
với các ứng dụng chậm trễ, tức là các ứng dụng mà người dùng có thể chịu được một

mức độ chậm trễ nhất định (lên đến một phút trở lên), miễn là dữ liệu cuối cùng đã
đến. Các giao thức RBVT thì khác, nó sẽ cung cấp hỗ trợ cho các ứng dụng không bị
chậm trễ. Các giao thức RBVT yêu cầu phải có một đường dẫn kết thúc tồn tại để cho
Bùi Tiến Đức – D13VT8

16


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

dữ liệu truyền đến đích. Với việc lưu lượng xe cộ rất thưa thớt ở giai đoạn đầu của việc
triển khai công nghệ không dây trong xe (trong khi nhiều xe không có giao diện vô
tuyến), các giải pháp chuyển tiếp nhất thời như vậy sẽ cần thiết cho việc truyền thông
giữa xe với xe.
Lưu ý rằng các phép đo thực tế với các máy thu GPS thương mại cho thấy có
sai sót trong việc báo cáo vị trí GPS trong môi trường đô thị. Bởi vì các giao thức
RBVT theo dõi đường dẫn của các đoạn đường nên chúng có khả năng chống lại việc
sai vị trí của các nút với khoảng cách một vài mét. Sự tích hợp của hệ thống định
hướng quán tính với các máy thu GPS sẽ cải thiện việc phát hiện và xử lý lỗi vị trí
GPS
2.2. ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN TÔ PÔ
Một số giao thức định tuyến VANET đã sử dụng cách tiếp cận định tuyến dựa
trên tô pô. Định tuyến dựa trên tôpô các giao thức sử dụng thông tin liên kết trong
mạng để gửi các gói dữ liệu từ nguồn tới đích. Cách tiếp cận định tuyến dựa trên tô pô
có thể được phân loại thành ba nhóm:
➢ Định tuyến chủ động
➢ Định tuyến thụ động

➢ Định tuyến lai ghép

Bùi Tiến Đức – D13VT8

17


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

Hình 2.1: Phân loại giao thức định tuyến dựa trên tô pô
2.2.1. Định tuyến chủ động
Các giao thức định tuyến chủ động chủ yếu dựa trên các thuật toán tính đường
đi ngắn nhất. Các giao thức sẽ giữ thông tin của tất cả các nút kết nối dưới dạng các
bảng vì các giao thức này được dựa trên bảng. Hơn nữa, các bảng này cũng được chia
sẻ với hàng xóm của nó. Bất cứ khi nào có sự thay đổi xảy ra trong tô pô mạng, mỗi
nút đều cập nhật bảng định tuyến của nó. Chiến lược được thực hiện trong các thuật
toán chủ động là định tuyến theo trạng thái liên kết (ví dụ: OLSR) và định tuyến vector
khoảng cách (ví dụ: DSDV). Các cách thức hoạt động của các giao thức định tuyến
chủ động như sau:
Destination Sequence Distance Vector Routing (DSDV) sử dụng thuật toán
định tuyến đường đi ngắn nhất của Distance Vector, nó cung cấp đường dẫn đơn miễn
phí đến đích. DSDV gửi hai loại gói tin "full dump" và "incremental". Trong các gói
tin “full dump”, tất cả các thông tin định tuyến được gửi khi có sự gia tăng của xe cộ
thì chỉ bảng cập nhật được gửi. Nó làm giảm băng thông sử dụng bằng cách chỉ gửi
Bùi Tiến Đức – D13VT8

18

Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

các bảng cập nhật thay vì thông tin định tuyến đầy đủ. Việc gia tăng của xe cộ vẫn làm
tăng chi phí trong mạng, bởi vì các bảng cập nhật này phải thường xuyên gửi đi sẽ làm
cho nó không phù hợp cho mạng có quy mô lớn. Tối ưu hóa định tuyến trạng thái liên
kết (OLSR) duy trì thông tin định tuyến bằng cách gửi thông tin trạng thái liên kết. Sau
mỗi thay đổi trong cấu trúc liên kết, mỗi nút gửi các bảng cập nhật tới các nút lựa
chọn. Bằng cách đó, mỗi nút trong mạng chỉ nhận được cập nhật một lần. Các gói
không được chọn thì không thể truyền lại bản cập nhật; nó chỉ có thể đọc thông tin cập
nhật.
Source-Tree Adaptive Routing (STAR) là một giao thức trạng thái liên kết
khác. Trong STAR, các tuyến đường ưa thích đến được mọi đích được lưu trong mỗi
nút. Nó làm giảm chi phí trên mạng bằng cách loại bỏ các bản cập nhật định kỳ.
Không cần gửi bản cập nhật trừ khi bất kỳ sự kiện nào xảy ra. Giao thức này có thể
phù hợp với các mạng quy mô lớn nhưng cần nhiều bộ nhớ và kỹ thuật vì nó phải duy
trì các cây lớn cho toàn bộ mạng.
Các giao thức định tuyến chủ động có thể không phù hợp với các nút có tính di
động cao bởi vì định tuyến theo vector khoảng cách mất nhiều băng thông để chia sẻ
thông tin định tuyến với hàng xóm. Hơn nữa, kích thước của bảng cũng khá lớn trong
các mạng có quy mô lớn và trong trường hợp định tuyến theo trạng thái liên kết cần
rất nhiều bộ nhớ và kỹ thuật để đáp ứng được yêu cầu. Như trong VANET, các nút
(xe) có tính di động cao và di chuyển với tốc độ cao thì định tuyến chủ động là không
thích hợp .Các giao thức định tuyến chủ động có thể thất bại trong mạng VANET do
tiêu thụ nhiều hơn băng thông và thông tin bảng rất lớn.
2.2.2. Giao thức định tuyến thụ động

“Giao thức định tuyến theo yêu cầu” "hoặc “Giao thức định tuyến thụ động”
được thiết kế để khắc phục những chi phí được tạo ra bởi các giao thức định tuyến chủ
động. Điều này được khắc phục bằng cách duy trì chỉ những tuyến đường đang hoạt
động. Các tuyến đường được thiết lập và duy trì đối với các nút đang được sử dụng để
gửi các gói dữ liệu từ nguồn đến đích. Khám phá tuyến đường trong định tuyến thụ
động có thể được thực hiện bằng cách gửi RREQ (Route Request) từ một nút khi nó
Bùi Tiến Đức – D13VT8

19


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

yêu cầu thành lập tuyến đường để gửi dữ liệu đến một đích đến cụ thể. Sau khi gửi
RREQ, nút đợi chờ đợi cho RREP (Route Reply) và nếu nó không nhận được RREP
trong thời gian của bộ timer, nút nguồn sẽ hiểu rằng một trong hai trường hợp sau:
Tuyến đường không tồn tại hoặc tuyến đường đã hết hạn. Khi RREQ chuyển đến đích
cụ thể và nút nguồn nhận được RREP, tiếp đến sẽ quảng bá thông tin sẽ được chuyển
tiếp đến nút nguồn để đảm bảo rằng tuyến đường đã có sẵn để truyền thông. Định
tuyến thụ động có thể được phân loại như là định tuyến nguồn hoặc định tuyến hopby-hop. Trong định tuyến nguồn thông tin tuyến đường hoàn chỉnh từ nguồn đến đích
được bao gồm trong các gói dữ liệu. Khi các gói dữ liệu này được chuyển tiếp tới các
nút trung gian khác trong mạng, mỗi nút sẽ lấy thông tin tuyến đường từ gói dữ liệu và
lưu trữ nó trong phần đầu của gói dữ liệu chuyển đi của mình. Kết quả là, mỗi nút
trung gian không cần phải cập nhật tất cả các thông tin tuyến đường để gửi gói tin đến
đích. Hạn chế chính của định tuyến nguồn là nó có thể không phù hợp với các mạng
quy mô lớn, số lượng các nút cao và tính di động của các nút cao như VANET. Lý do
đầu tiên là do số lượng nút lớn hơn trong quy mô mạng Ad hoc do đó có thể dẫn đến

tuyến đường bị hỏng cao. Lý do thứ hai là số lượng các nút trung gian ngày càng tăng,
do đó tải mạng chứa thông tin tuyến đường trong phần đầu của mỗi nút cũng có thể
tăng lên.
Định tuyến theo kiểu Hop-by-hop hoạt động tốt hơn so với định tuyến theo
nguồn như mỗi gói dữ liệu trong nó có chứa hop tiếp theo và địa chỉ đích. Do đó các
nút trung gian từ nguồn đến đích sẽ chứa thông tin bảng định tuyến để gửi dữ liệu đến
một đích đến cụ thể. Điều này khá hữu ích cho việc chấp nhận thay đổi đột ngột trong
cấu trúc liên kết mạng. Vì vậy khi tô pô thay đổi các nút nhận được thông tin bảng
định tuyến tươi và lựa chọn các tuyến mới phù hợp. Kết quả là các tuyến đường đã
chọn này bây giờ được sử dụng để gửi gói dữ liệu đến đích. Các giao thức định tuyến
này liên tục cập nhật thông tin định tuyến của nó và cập nhật thông tin về các nút lân
cận. Do đó định tuyến thụ động này có thể được áp dụng trong các mạng Ad hoc có
tính di động cao như VANET. Nhiều giao thức định tuyến thụ động đã được đề xuất
cho đến nay như: AODV và DSR. Hơn nữa, chúng tôi kiểm tra tính phù hợp của các
giao thức này cho mạng VANET.
Bùi Tiến Đức – D13VT8

20


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
giao thức đinh tuyến trong mạng Vanet

2.2.3. Định tuyến lai ghép
Định tuyến lai ghép sẽ kết hợp các đặc tính của cả giao thức định tuyến chủ
động và thụ động để làm cho việc định tuyến có thể mở rộng và hiệu quả hơn. Hầu hết
các giao thức định tuyến lai ghép là dựa trên vùng; nó có nghĩa là các nút được chia
thành các khu vực khác nhau để làm cho việc khám phá và bảo trì tuyến đường trở nên

đáng tin cậy hơn cho MANET. Haas và Pearlman đề xuất một giao thức định tuyến lai
ghép và đặt tên nó là ZRP (Zone routing protocol). ZRP giới hạn phạm vi của các
phương pháp định tuyến chủ động đến các nút lân cận cục bộ, tuy nhiên ZRP sử dụng
định tuyến thụ động để tìm kiếm các nút mong muốn bằng cách truy vấn các nút mạng
chọn lọc thay thế cho việc gửi truy vấn đến tất cả các nút trong mạng. ZRP sử dụng
định tuyến "Intrazone" và "Interzone" để cung cấp phát hiện tuyến đường linh hoạt và
bảo trì tuyến đường trong nhiều môi trường đặc biệt. Định tuyến “Interzone” thực hiện
phát hiện các tuyến đường thông qua giao thức định tuyến thụ động, trong khi đó định
tuyến “Intrazone” dựa trên định tuyến chủ động để duy trì thông tin tuyến đường được
cập nhật tại phạm vi khu vực định tuyến của riêng mình. Đặc điểm chung của ZRP là
nó làm giảm tải do kết nối mạng gây ra bằng cách chủ động định tuyến và nó cũng xử
lý độ trễ của mạng được gây ra bởi các giao thức định tuyến chủ động và thực hiện
khám phá tuyến đường hiệu quả hơn.
Hạn chế của ZRP là nó không được thiết kế cho các môi trường mà các hành vi
của nút là luôn thay đổi nhanh chóng trong tô pô như VANET. Nói cách khác, chúng
ta có thể nói giao thức định tuyến này được thiết kế đặc biệt cho các mạng mà các nút
di động không phải là rất cao và kích thước mạng là phụ thuộc vào số lượng hạn chế
của các nút.
2.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN CỦA MẠNG VANET
Mạng VANET có một số đặc điểm nhất định, đòi hỏi những yêu cầu mới về
giao thức định tuyến. Trong đó đặc điểm quan trọng nhất là tô pô động do sự di động
của các nút. Sự thay đổi đột ngột số lượng các nút cũng như các nút sẽ thay đổi vị trí
khá thường xuyên, có nghĩa là chúng ta cần một giao thức định tuyến nhanh chóng
Bùi Tiến Đức – D13VT8

21