SO SÁNH GIAO THỨC TRUY cập đa KÊNH CONTENTION BASED CHO MẠNG VANET (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/39

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SO SÁNH GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA
KÊNH CONTENTION-BASED CHO
MẠNG VANET

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/39

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC

Access Category

ACK

ACKnowledgement

AIFS

Arbitrary Inter Frame Space

CCH

Control CHannel

CCHI

Control Channel Interval

CIM

Channel Information Map

CP

Contention Period

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance

CTS

Clear To Send

CW

Contention Window

DC - MAC

Dynamic - Cooperative MAC

DCF

Distributed Coordination Function

DIFS

DCF InterFrame Space

EDCA

Enhanced Distributed Channel Access

EmgSlot

Emergency Slot

FIM

Frame Information Map

GPS

Global Positioning System

IoT

Internet of Things

ITS

Intelligent Transportation System

LAN

Local Area Network

MAC

Media Access Control

MANET

Mobile Adhoc NETwork

MF

Multihop Forwarder

NAV

Network Allocation Vector

OH

One Hop

PCF

Point Coordination Function

PDR

Packet Delivery Ratio

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/39

QoS

Quality of Service

RES

Reservation

RSU

Road Side Unit

RTS

Request To Send

SCH

Service CHannel

SCHI

Service Channel Interval

SerSlot

Service Slot

SI

Sync Interval

SIFS

Short InterFrame Space

TC

Transmission Cycle

TDMA

Time Division Multiple Access

TH

Two Hop

VANET

Vehicular Adhoc NETwork

VF

Virtual Frame

WAVE

Wireless Access in Vehicular Environment

WSA

WAVE Service Announcement

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/39

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Lời nói đầu
Ngày nay, các hệ thống giao thông thông minh (Intelligent Transportation System ITS) đều hướng đến việc sử dụng mạng truyền thông để quản lý giao thông hiệu quả
hơn, tăng độ an toàn cho người tham gia giao thông, và cung cấp các dịch vụ tiện
ích và giải trí cho người dùng trong lúc tham gia giao thông như dịch vụ bản đồ,
hướng dẫn đường đi, khả năng truy cập internet, xem video hay nghe nhạc trực
tuyến… Mạng di động tùy biến giao thông (Vehicle Adhoc NETwork – VANET)
được thiết kế cho ITS dựa trên nguyên lý của mạng di động tùy biến (Mobile Adhoc

NETwork – MANET). So với MANET, các phương tiện tham gia giao thông (gọi là
node) trong mạng VANET có độ di dộng rất cao, dẫn đến cấu hình mạng thay đổi
liên tục.
Đối với truyền thông không dây, bộ chuẩn IEEE 802.11 sử dụng nhiều kênh truyền
ở lớp vật lý: IEEE 802.11b và IEEE 802.11g quy định ba kênh truyền không bị
chồng lấn về băng tần cho việc truyền dẫn không dây, IEEE 802.11a dùng mười hai
kênh truyền khác nhau. Tuy nhiên, giao thức truy cập kênh truyền (Media Access
Control – MAC) lại chỉ thiết kế cơ chế truy cập đơn kênh. Phát triển dựa trên
nguyên lý của giao thức MAC cho mạng MANET, chuẩn IEEE 1609.4 đưa ra cơ
chế truy cập đa kênh dành cho mạng VANET. Cơ chế truy cập của IEEE 1609.4 tuy
được thiết kế cho đa kênh truyền nhưng vẫn còn nhiều hạn chế về mặt sử dụng băng
thông hiệu quả và vấn đề xung đột đồng bộ (synchronized collision problem) khi có
nhiều node cùng tranh chấp truy cập kênh truyền tại một thời điểm. Vì vậy, việc
thiết kế các giao thức MAC cho mạng VANET trở thành một trong những xu hướng
nghiên cứu hiện hành trên thế giới với yêu cầu về cơ chế truy cập hiệu quả, đảm bảo
khả năng truy cập và sử dụng kênh truyền một cách đồng đều nhất cho các node
tham gia mạng.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/39

Trong luận văn này, giao thức VCI với cơ chế điều chỉnh linh hoạt tỷ lệ độ dài giữa
CCH và SCH một cách linh động giải quyết vấn đề xung đột đồng bộ và sử dụng
băng thông kênh truyền một cách hiệu quả.
1.2

Cấu trúc đồ án tốt nghiệp

Cấu trúc Đồ án tốt nghiệp được trình bày như sau:
•
•
•
•

Chương 1: Giới thiệu đề tài.
Chương 2: Giới thiệu về mạng VANET.
Chương 3: Giao thức MAC.
Chương 4: Giới thiệu giao thức IEEE 1609.4 & Variable

Control channel Interval (VCI).
•
Chương 5: Đánh giá giao thức IEEE 1609.4 & giao thức
Variable Control channel Interval (VCI)
•
Chương 6: Kết luận.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/39

CHƯƠNG 2.
2.1

GIỚI THIỆU VỀ MẠNG VANET

Mạng Ad- hoc

Mạng Ad-hoc được hình thành bởi các nút di động có khả năng phát hiện ra sự có
mặt của các nút khác và tự định dạng để tạo nên mạng.
Trong mạng Ad-hoc không tồn tại khái niệm quản lý tập trung, nó đảm bảo mạng sẽ
không bị sập vì trường hợp nút mạng di chuyển ra ngoài khoảng truyền dẫn của nút
mạng khác vì nó trao đổi thông tin bằng phương pháp truyền gói tin qua nhiều bước
(Multi-hop), đồng thời mạng sẽ tự cấu hình lại.
Ví dụ như nếu nút mạng rời khỏi mạng sẽ gây ra sự cố mất liên kết, nút mạng bị ảnh
hưởng có thể yêu cầu đường định tuyến mới và vấn đề sẽ được giải quyết. Như vậy
điều này chỉ gây trễ trên mạng mà không ảnh hưởng đến người sử dụng vì mạng
Ad-hoc vấn hoạt động bình thường.
2.2

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( Bộ định tuyến) hay một nút không
dây, cho phép các xe này có thể kết nối với các xe khác trong phạm vi bán kính từ
100m tới 300m, 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 chiếc xe khác có thể
tham gia, kết nối với các phương tiện khác nên một mạng Internet di động được tạo
nên.
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
những dịch vụ đa phương tiện, Internet…
Mục đích:
-

Cung cấp sự an toàn và thoải mái cho người tham gia điều khiển phương

tiện giao thông. Các thiết bị điện tử đặc biệt được đặt bên trong các phương tiện

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/39

giao thông sẽ cung cấp kết nối mạng Ad-hoc cho người tham gia giao thông. Mạng
này hướng đến hoạt động mà không cần cấu trúc hạ tầng, cho phép liên lạc đơn
giản. Mỗi thiết bị trong mạng VANET sẽ là một nút mạng có thể trực tiếp gửi nhận
hoặc làm trung gian trong các phiên kết nối thông qua mạng không dây.

Hình 2-1 Mô hình mạng VANET [1]

Xét ví dụ cụ thể như nếu xảy ra va chạm giữa các phương tiện trên đường, các tín
hiệu cảnh báo sẽ 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. Hoặc có thể trao đổi thông tin về tình trạng giao
thông giữa các xe với nhau để đưa ra lộ trình phù hợp nhất.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/39

Hình 2-2 Cảnh báo nguy hiểm cho các phương tiện giao thông với nhau [1]

2.3 Những hệ thống trong mạng VANET
2.3.1

Hệ thống giao tiếp hai chiều

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/39

Chế độ này cho phép kết nối giữa hai xe để trao đổi thông tin hai chiều với nhau.

Hình 2-3 Giao tiếp hai chiều [1]

Thực hiện chế độ hai chiều gồm 4 giai đoạn:
-

Giai đoạn phát hiện.

-

Giai đoạn kết nối.

-

Giai đoạn trao đổi dữ liệu.

-

Giai đoạn kết thúc.

Xét hai xe trao đổi thông tin như trên hình. Điều kiện để 2 xe giao tiếp hai chiều với
nhau:
-

Xe X (Initiator) cần phải:

+ Thực hiện các giai đoạn phát hiện.
+ Xác định và lựa chọn một chiếc xe phù hợp.
+ Gửi yêu cầu kết nối đến xe Y(Responder).

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/39

+ Thực hiện một giao tiếp hai chiều giữa hai xe để trao đổi tin nhắn vào các thời
điểm thích hợp
-

Xe Y(Responder) cần phải:

+ Trả lời tất cả các yêu cầu kết nối.
+ Xác thực và kiểm tra sự thật của các tin nhắn từ xe khác.
+ Thực hiện một giao tiếp hai chiều giữa hai xe để trao đổi tin nhắn vào một thời
điểm thích hợp.
Như vậy các Iniator cũng như các Responder có thể đóng kết nối bất cứ lúc nào. Do

sự trao đổi thông tin hai chiều có một số nhược điểm như phải chờ đợi sự chấp nhận
sau khi thông tin được gửi đi nên sự chậm trễ có thể xảy ra và có thể chậm hơn nữa
nếu thông tin phải chuyển đến nhiều xe.
2.3.2

Chế độ giao tiếp dựa vào vị trí

Hình 2-4 Giao tiếp dụa vào vị trí [1]

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/39

Thông tin đồng thời chỉ lây lan với một nhóm xe ở một khu vực địa lý xác định như
Geocast. Các thông tin được phổ biến duy nhất trong mạng lưới của xe hoặc các
đơn vị bên lề đường – xem như một chiếc xe cố định.
Chế độ này thực hiện qua hai giai đoạn:
-

Discovery là giai đoạn mà một trong những đơn vi xe bên lề đường quyết

định gửi thông tic cho xe khác trong một khu vực cụ thể.
-

Update là giai đoạn mà người tham gia cung cấp thông tin được gắn với các

mong muốn của từng khu vực. Khi những chiếc xe nhận được thông tin thì tiến
hành kiểm tra và quyết định giữ nó hay loại bỏ cho phù hợp.

Xét hình vẽ trên:
Xe X( Receiver) cần phải:
+ Có được tin nhắn từ người gửi.
+ Giãi mã các thông báo.
+ Kiểm tra sự đúng đắn của các tin nhắn.
Xe Y( Sender) cần phải:
+ Có được những thông tin( vị trí, vận tốc hoặc các thông tin lưu trữ khác).
+ Gói thông tin dữ liệu vào trong tin nhắn.
+ Sử dụng một cơ chế Geocast để gửi tin nhắn cho các xe xung quanh.
Như vậy chế độ này có ưu điểm là truyền tải thông tin trong một khu vực cụ thể, có
khả năng cung cấp các thông tin rất nhanh đến một số lượng xe lớn, giảm tải mạng
và tiết kiệm thời gian cho phổ biến thông tin.
Nhược điểm của chế độ là chỉ truyền thông tin một cách có nghĩa là không có tương
tác với bên kia và không có xác nhận rằng thông tin đã truyền đến thành công chưa.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/39

2.3.3

Chế độ giao tiếp multi-hop dựa vào vị trí

Hình 2-5 Giao tiếp multi-hop [1]

Nhu cầu về thông tin trong một chuỗi xe, từ xe này đến xe khác cần phải nhiều
bước nhảy mới đến đích. Để làm được điều này thì một thuật toán định tuyến là các
xe phải tìm ngay một Hop bên cạnh.

Trong chế độ định tuyến đòi hỏi có một cơ chế định vị trí của mỗi xe tham gia. Có
hai định tuyến một là xác định vị trí các điểm đến, hai là chọn một trong các xe
“hàng xóm” để kế tiếp thông tin.
2.4 Yêu cầu của các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Trong mạng VANET, mọi nút mạng đều có khả năng di chuyển nên nó sẽ không có
một nút nào cố định để điều khiển chức năng mạng trung tâm. Do đó, vấn đề mà
được quan tâm đặc biệt là làm sao để các nút mạng “bắt tay nhau” và duy trì được
quá trình truyền thông mà vẫn không lãng phí tài nguyên mạng. Đã có nhiều đề xuất
và giải pháp định tuyến đã được đưa ra cho mạng VANET. Các giao thức đó đều tập
trung vào giải quyết các hạn chế đặc biệt của mạng này, đó là về băng thông thấp, tỷ
lệ lỗi cao, năng lượng và khả năng tính toán thiết bị thấp.
Một số yêu cầu đối với các giao thức định tuyến trong mạng VANET:
• Hoạt động phân tán: Giao thức cần hoạt động phân tán, không phụ thuộc nút
mạng điều khiển tập trung.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/39

• Đường định tuyến hở: Để nâng cao chất lượng hoạt động, giao thức định
tuyến cần đảm bảo được đường định tuyến cung cấp là đường mở, điều này
sẽ làm giảm lãng phí băng thông và năng lượng tiêu thụ của CPU.
• Hoạt động dựa trên yêu cầu: Mục đích chính để tối thiểu hóa phần thông tin
điều khiển trong mạng là 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 giao thức định tuyến.
• Bảo mật: Sử dụng các phương pháp bảo mật cho mạng không dây để đảm

bảo an toàn của 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 để tiết kiệm năng
lượng.
• Nhiều đường định tuyến: Nhằm giảm sự tác động do thay đổi topo mạng và
khi nhiều đường định tuyến bị nghẽn. Một đường định tuyến có sẵn sẽ giúp
ích cho việc kết nối trở lại mà không cần định tuyến tìm đường khác.
• Hỗ trợ QoS: 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…
2.5 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.
• 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).

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/39

• 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.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/39

CHƯƠNG 3.

GIAO THỨC MAC

3.1 Giới thiệu giao thức MAC
MAC - Media access control thường được dùng như là một từ đồng nghĩa với giao
thức đa truy nhập (multiple access protocol), do tầng con MAC cung cấp giao thức
và các cơ chế điều khiển cần thiết cho một phương pháp truy nhập kênh nhất định.
Giao thức MAC được phân ra thành 2 loại: giao thức MAC có tranh chấp giữa các
node khi truy cập kênh truyền (contention – based protocols) và giao thức MAC
không tranh chấp kênh truyền (contention – free protocols).
- Trong các giao thức có tranh chấp kênh truyền, các node sẽ cạnh tranh để
truy cập kênh truyền khi có dữ liệu muốn truyền. Truy cập kênh truyền dựa trên cơ
chế cảm nhận sóng mang tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance – CSMA/CA). Nếu nhiều node đều cảm biến được kênh truyền đang rỗi
và truyền dữ liệu cùng lúc sẽ dẫn đến va chạm ở đích đến giữa các gói dữ liệu được
truyền. Các giao thức dựa trên cơ sở này không đảm bảo được việc truyền dữ liệu
thành công. Trong các ứng dụng thực tế, những giao thức loại này thường có tỷ lệ
mất gói dữ liệu cao và độ trễ truyền rất lớn .
- Ngược lại, trong các giao thức không tranh chấp kênh truyền, việc truy cập
kênh truyền được thực hiện dựa trên cơ chế mà tại một thời điểm chỉ cho phép một

node sử dụng kênh truyền.
Một chủ đề chung cho tất cả các thủ tục này là đặt một “chế độ ngủ” của radio với
năng lượng thấp theo chu kỳ hoặc vào bất cứ lúc nào có thể thực hiện được khi 1
node không nhận hoặc không truyền.
3.2 Giao thức MAC cho mạng tùy biến không dây
Chuẩn IEEE 802.11 chỉ rõ cơ chế truy cập kênh tryền và sử dụng kênh truyền ở lớp
vật lý cho mạng LAN không dây. Chuẩn này bao gồm giao thức truy cập dựa vào cơ
chế tranh chấp kênh truyền (Distributed Coordination Function – DCF) và giao thức
dựa trên cơ chế hỏi dò nếu các node trong mạng có thông tin cần truyền (Point

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/39

Coordination Function – PCF), trong đó DCF sử dụng khi không yêu cầu đến chất
lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) còn PCF sử dụng cho mạng có yêu cầu về
QoS. Phần này chỉ trình bày về IEEE 802.11 DCF.
IEEE 802.11 DCF hoạt động dựa vào cơ chế lắng nghe kênh truyền trước khi tham
gia tranh chấp (CSMA). Chi tiết về cơ chế được minh họa ở Hình 1.1, trong đó một
node bất kỳ khi có gói tin sẵn sàng để truyền sẽ lắng nghe kênh truyền. Nếu nghe
kênh truyền rỗi trong một khoảng thời gian liên khung trong DCF (DCF InterFrame
Space – DIFS), node đó sẽ bắt đầu quá trình backoff. Thời gian backoff (giá trị
backoff) được chọn theo phân bố đều trong khoảng cửa sổ tranh chấp (Contention
Window – CW). Ban đầu, CW được đặt ở giá trị CWmin, sau mỗi lần truyền thất
bại, giá trị CW tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt CWmax. Bộ đếm thời gian backoff
sẽ giảm đi một sau mỗi khe thời gian mà node cảm biến được kênh truyền rỗi. Khi
bộ đếm về đến không thì node sẽ bắt đầu gửi gói tin yêu cầu truyền (Request To
Send – RTS). Trong quá trình backoff, bộ đếm sẽ dừng nếu node cảm biến được

kênh truyền bận, và bộ đếm sẽ tiếp tục đếm lùi từ giá trị dừng trước đó khi node
cảm biến được kênh truyền rỗi lâu hơn một khoảng DIFS. Sau khi nhận được gói tin
RTS thành công, node nhận gửi gói tin xác nhận yêu cầu truyền (Clear To Send –
CTS), theo sau là gói dữ liệu (DATA) và gói tin xác nhận dữ liệu
(ACKnowledgement – ACK). Các node lân cận nghe được các gói tin trên sẽ cài đặt
vector trì hoãn cảm biến kênh truyền (Network Allocation Vector – NAV).

Hình 3-6 Cơ chế hoạt động của IEEE 802.11 DCF [2]

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/39

Nếu node gửi không nhận được CTS sau một khoảng thời gian thì node sẽ cài đặt
bộ đếm thử lại (retry counter) tăng lên một. Khi biến đếm thử lại đạt giới hạn thử lại
(retry limit) thì node gửi loại bỏ gói tin đó ra khỏi buffer. Các gói tin được truyền
cách nhau một khoảng thời gian liên khung ngắn (Short InterFrame Space – SIFS).

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/39

CHƯƠNG 4.
GIỚI THIỆU GIAO THỨC IEEE 1609.4 VÀ
VARIABLE CONTROL CHANNEL INTERVAL
4.1 Giao thức IEEE 1609.4

Mạng VANET sử dụng chuẩn IEEE 802.11p cho lớp MAC. Do mạng VANET có
đặc điểm độ di động rất cao đưa đến cấu hình mạng thay đổi liên lục, vì vậy ngoài
chuẩn IEEE 802.11p, chuẩn IEEE 1609.4 được phát triển sử dụng trên nền IEEE
802.11p hỗ trợ MAC đa kênh trong mạng VANET.
Chuẩn IEEE 802.11p hoạt động ở 5.9 GHz, và lớp vật lý tương tự như chuẩn IEEE
802.11a. Chuẩn IEEE 802.11p hỗ trợ việc truyền thông tin với tốc độ từ 3 Mbps đến
27 Mbps payload trên băng thông 10 MHz. Chuẩn này đưa ra mục tiêu hỗ trợ phạm
vi truyền lên đến 1000 m với vận tốc đi chuyển tương đối của các phương tiện có
thể đạt 30 m/s. Lớp MAC sử dụng giao thức truy cập kênh truyền theo kiểu phân
tán nâng cao (Enhanced Distributed Channel Access – EDCA). EDCA định nghĩa 4
đối tượng truy cập kênh truyền (Access Category – AC) với độ ưu tiên khác nhau.
Mỗi luồng AC hoạt động như một trạm DCF độc lập sử dụng hàm EDCA để tranh
chấp truy cập kênh truyền. Thứ tự ưu tiên giữa các AC được nhận biết bằng cách sử
dụng khoảng liên khung tùy ý (Arbitrary Inter Frame Space – AIFS). Mỗi AC sử
dụng các thông số: hệ số AIFS (AIFS Number – AIFSN), CWmin và CWmax khác
nhau. Trong đó, BK là các đối tượng thuộc loại background (Background traffic –
BK), BE là các đối tượng thuộc loại cố gắng truyền tốt nhất (Best Effort traffic –
BE), VI là các đối tượng truyền video (Video traffic – VI) và VO là các đối tượng
truyền thoại (Voice traffic – VO).
Trong IEEE 802.11p, tại mỗi node có 4 luồng AC hoạt động như 4 trạm độc lập.
Nếu luồng ACx (với x là chỉ số của mỗi luồng, x = 1, 2, 3, 4) có gói dữ liệu sẵn sàng
trong buffer và kênh truyền được cảm biến rỗi trong khoảng thời gian AIFS[x] thì
bộ đếm thời gian backoff sẽ được kiểm tra. Nếu giá trị của bộ đếm thời gian backoff
khác 0 thì hàm EDCA sẽ giảm giá trị của bộ đếm, ngược lại hàm EDCA sẽ cho phép

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/39

truyền gói tin dữ liệu. Do tại mỗi node có 4 luồng AC nên sẽ có xác suất xảy ra va
chạm gói tin khi có nhiều hơn một AC truyền dữ liệu cùng một thời điểm. Để tránh
việc va chạm này, bên trong mỗi node sẽ có một hàm làm nhiệm vụ hẹn thời gian
bằng cách gán giá trị cơ hội truyền dữ liệu (Transmission Opportunity – TXOP) cho
luồng AC được ưu tiên nhất.
Bộ chuẩn IEEE 1609 được đưa ra dành cho việc truy cập không dây trong môi
trường giao thông (Wireless Access in Vehicular Environment – WAVE). Bộ chuẩn
này gồm các chuẩn được sử dụng ở các lớp khác nhau như minh họa trong Hình 41, trong đó chuẩn IEEE 1609.4 đưa ra cơ chế truy cập đa kênh truyền.

Hình 4-7 Chức năng của bộ chuẩn IEEE 1609 [3]

Về việc phân chia thời gian của chuẩn IEEE 1609.4, chuẩn này còn định nghĩa thêm
khoảng bảo vệ (guard interval) phục vụ cho việc chuyển giữa các kênh hoặc sai lệch
thời gian đồng bộ giữa các thiết bị. Thời gian trong chuẩn IEEE 1609.4 được minh
họa như Hình 4-2. Trong khoảng bảo vệ, các node không được bắt đầu truyền dữ
liệu. Nếu việc truyền dữ liệu vẫn đang diễn ra khi đến khoảng bảo vệ mới thì sẽ có
cơ chế chọn hủy việc truyền dữ liệu.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/39

Hình 4-8 Phân chia thời gian trong chuẩn IEEE 1609.4 [2]

Hình 4-9 MAC đa kênh của VANET - IEEE 1609.4 [3]

Truy cập không dây trong môi trường Vehicular (WAVE) được thiết kế cho ITS trên

băng tần 5,9 GHz với gia đình tiêu chuẩn IEEE 802.11p và IEEE 1609. Tiêu chuẩn
IEEE 802.11p được đặt cho cả lớp vật lý (PHY) và điều khiển truy cập trung bình
(MAC) của Giao tiếp tầm ngắn chuyên dụng. IEEE 1609.4 là tiêu chuẩn của hoạt
động đa kênh cho WAVE MAC. Như được hiển thị trong Hình 1, mỗi Khoảng thời
gian đồng bộ hóa (SI) 100 ms phân bổ 50 ms cho Khoảng thời gian kênh điều khiển
(CCHI) và 50 ms cho khoảng thời gian kênh dịch vụ (SCHI). Lược đồ này tương tự
như một số đề xuất MAC đa kênh trong Mạng không dây Ad hoc với khoảng thời
gian kiểm soát và khoảng thời gian dữ liệu. Các nút phát các gói khẩn cấp (EMG)
hoặc truyền các gói WSA để đàm phán các SCH về CCH trong CCHI. Sau đó, các
nút chuyển sang các SCH đã đàm phán để truyền tin nhắn không an toàn của họ.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/39

Hình 4-10 Quy trình bắt tay cho gói tin dịch vụ [2]

Cơ chế truy cập kênh truyền của chuẩn IEEE 1609.4 (alternating scheme) như sau:
•

Tất cả các node lắng nghe kênh CCH và nếu node nào có gói tin khẩn hoặc tin dịch
vụ cần truyền sẽ backoff theo quy trình backoff của DCF. Gói tin khẩn và các gói tin
bắt tay cho việc truyền gói dịch vụ chỉ được phát trong khoảng CCHI trên kênh CCH

(Hình 4-3).
• Trong khoảng SCHI, các node liên quan sẽ chuyển qua kênh SCH định trước để
truyền gói tin dịch vụ.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/39

Hình 4-11 Chuẩn IEEE 1609.4 alternating scheme [2]

4.2

Giao thức VCI

Dựa trên dự thảo tiêu chuẩn mới nhất của IEEE 802.11p và IEEE 1609.4 đã đề xuất
một sơ đồ điều khiển truy cập đa kênh (VCI) CCH có thể thay đổi, có thể điều chỉnh
linh hoạt tỷ lệ độ dài giữa CCH và SCH.
Sơ đồ MAC đa kênh của VCI để giúp IEEE 1609.4 cung cấp các gói an toàn theo
thời gian thực và cung cấp các dịch vụ nhạy cảm thông lượng trong VANET bằng
cách sử dụng cơ chế phối hợp đa kênh và có thể điều chỉnh tỷ lệ giữa khoảng CCH
và khoảng SCH theo điều kiện mạng.
Trong MAC VCI được đề xuất, cơ chế đồng bộ hóa thời gian UTC được kế thừa từ
IEEE 1609.4. Các nút WAVE không chỉ truyền thông tin an toàn và gói WSA trên
CCH mà còn thực hiện đo lường và thống kê để điều phối kênh. Khoảng CCH được
chia thành khoảng an toàn và khoảng WSA. Như được hiển thị trong Hình 4.3, một
khoảng CCH mới bắt đầu từ khoảng an toàn, trong đó các nút WAVE truyền thông
tin an toàn và phát các gói VCI. Trong khoảng thời gian WSA, các nhà cung cấp
dịch vụ phát các gói WSA và cõng với thông tin dịch vụ và danh tính của các SCH
sẽ được sử dụng. Các nút cần dịch vụ có thể tùy chọn đáp ứng gói WSA với xác
nhận (ACK). Hơn nữa, người dùng dịch vụ có thể chủ động gửi yêu cầu gói dịch vụ

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/39

(RFS) để thỏa thuận với nhà cung cấp dịch vụ. Sau khi kết thúc khoảng CCH, các
nút điều chỉnh các SCH nhất định để truyền các gói dịch vụ.

Hình 4-12 Sơ đồ MAC đa kênh của VCI [3]

Xem xét các kỹ thuật truy cập đa kênh phối hợp được nêu trong IEEE 1609.4,
chúng ta có thể tìm thấy một giới hạn, tức là, tỷ lệ giữa khoảng CCH và khoảng
SCH là một giá trị tăng. Tuy nhiên, trong điều kiện hệ thống thay đổi linh hoạt, các
khoảng CCH và SCH bị hạn chế không thể cung cấp băng thông để cung cấp cả gói
an toàn / gói điều khiển và luồng ứng dụng. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đề
xuất một sơ đồ VCI có thể điều chỉnh tỷ lệ giữa khoảng CCH và khoảng SCH theo
điều kiện mạng. Như được hiển thị trong Hình 4-6, ở đầu khoảng CCH, gói VCI
castsa rộng RSU chứa độ dài của khoảng CCH tới các nút trong phạm vi phủ sóng
vô tuyến của nó. Vì mục đích phân phối đáng tin cậy, mỗi gói VCI sẽ được phát ít
nhất hai lần. Trong điều kiện nặng hoặc bị tắc nghẽn, các gói VCI có thể không
được nghe thấy bởi một số nút. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi thêm một
trường đại diện cho thông tin khoảng CCH mới nhất vào các gói WSA / RFS. Các
nút thu được khoảng CCH mới nhất của chu kỳ đồng bộ hóa hiện tại sẽ giúp điều
này xảy ra khi chúng gửi các gói WSA / RFS, trong khi các nút khác sẽ tạo ra 0.
Ngoài ra, khoảng thời gian CCH dài nhất định sẽ đảm bảo truyền các gói an toàn
thành công , cũng như các gói WSA trong phạm vi bảo hiểm của RSU. Để cải thiện
việc sử dụng kênh SCH, khoảng thời gian của CCH phải được tối ưu hóa để đạt

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/39

được trường hợp lý tưởng, tức là, số lượng đặt phòng thành công bằng với số lượng
các gói được truyền trên tất cả các SCH trong miền RSU. Khoảng CCH được tối ưu
hóa được tính toán bởi RSU, cần thu thập môi trường xung quanh hiện tại, trong khi
làm tắc nghẽn số lượng nút trong phạm vi bảo hiểm của chúng. Tuy nhiên, các
khoảng CCH được công bố bởi các RSU khác nhau có thể thay đổi. Trong trường
hợp này, các nút nhận các giá trị khác nhau của khoảng CCH nên áp dụng khoảng
CCH dài nhất để đảm bảo truyền thông tin an toàn. Mặt khác, khi một nút có xu
hướng giao tiếp với một nút khác trong RSU lân cận có khoảng CCH khác, cặp nút
này sẽ chọn khoảng CCH dài hơn. Quá trình mà một nút chọn khoảng CCH thích
hợp của nó được trình bày trong Thuật toán 1.
Thuật toán 1. Quy trình chọn khoảng CCH
// Được thực hiện bởi các nút ở đầu khoảng CCH
// CIcurr: Khoảng CCH của chu trình đồng bộ hóa hiện tại
// CIprev: Khoảng CCH của chu kỳ đồng bộ hóa trước đó
// CIwsa_f: CCH đã công bố trong WSA / RFS / frame
// CIvci_f: Khoảng CCH được công bố trong khung VCI
// Đặt khoảng CCH mặc định
if CIprev not equal zero then
CIcurr = CIprev
else CIcurr = 50ms
end if
// Cập nhật khoảng CCH khi nhận khung VCI
if receive a VCI frame then
if it is the first time receiving a VCI frame then
Update the CIcurr
else if CIcurr < CIvci_f then

CIcurr = CIvci_f
end if
end if

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/39

// Cập nhật khoảng CCH khi nhận khung WSA / RFS / ACK
if receive a WSA/RFS/ACK frame then
if have not yet received a VCI frame then
Update the CIcurr
else if the WSA/RFS/ACK frame is from the node will connect to
then
// Under different RSUs
if CIcurr < CIwsa_f then
CIcurr = CIwsa_f
end if
end if
end if
Ngoài ra, khi không phát hiện được RSU, các nút trong một bước nhảy sẽ chọn một
nhà lãnh đạo để thực hiện truyền phát gói VCI. Cơ chế ID nhỏ nhất là một chiến
lược lựa chọn nhà lãnh đạo đơn giản nhưng hiệu quả. Ngoài ra, chỉ các nút đóng vai
trò là nhà cung cấp dịch vụ mới có thể phát gói VCI. Vì các gói WSA được các nhà
cung cấp dịch vụ phát trong khoảng thời gian WSA chứa thông tin nhận dạng bộ
dịch vụ cơ bản (BSSID), nhà cung cấp dịch vụ có BSSID nhỏ nhất sẽ truyền gói
VCI. Ngoài ra, khi RSU hoặc nút được chọn đóng vai trò là RSU tính toán khoảng
CCH thích hợp, nó phải xác định khoảng thời gian an toàn phải là bao lâu. Khoảng

thời gian an toàn được liên kết với số lượng nút và môi trường xung quanh hiện tại.
Khi số lượng nút tăng lên, cần có khoảng thời gian an toàn dài hơn, trong khi khi tai
nạn xảy ra hoặc trong các trường hợp khẩn cấp khác, số lượng thông báo an toàn
cần có được truyền cũng tăng. Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng tần suất gửi tin
nhắn an toàn để biểu thị mức độ của số lượng tin nhắn an toàn được truyền do tai
nạn xảy ra và các trường hợp khẩn cấp khác.
Như vậy MAC VCI có thể giúp MAC 1609.4 tăng cường đáng kể thông lượng bão
hòa của SCH và giảm độ trễ truyền của các gói dịch vụ trong khi vẫn duy trì việc
truyền thông tin an toàn quan trọng trên CCH.

So sánh giao thức truy cập đa kênh mạng VANET