Cải thiện lưu lượng giao thông sử dụng thuật toán virtual traffic light và giao thức định tuyến dymo trên nền omnet++

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------------

HUỲNH VĂN HỒNG

CẢI THIỆN LƯU LƯỢNG GIAO THƠNG SỬ DỤNG THUẬT
TOÁN VIRTUAL TRAFFIC LIGHT VÀ GIAO THỨC ĐỊNH
TUYẾN DYMO TRÊN NỀN OMNET++
Chuyên ngành:

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Mã số:

60 52 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2015


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ........... TS. Đỗ Hồng Tuấn ........................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ..............................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : .............................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . .15 . . tháng . .6 . . năm . . 2015. . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ....Chủ Tịch:.....................................

2. ....Thư ký:.............................................
3. ....Phản biện 1:..............................
4. ....Phản biện 2:.............................
5. ....Ủy Viên:.......................................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


`

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Huỳnh Văn Hoàng ..................................MSHV:13460528 ...............
Ngày, tháng, năm sinh:1989 ...................................................Nơi sinh: Bạc Liêu .............
Chuyên ngành:Kỹ thuật Viễn thông .......................................Mã số:60 52 02 08 .............
I. TÊN ĐỀ TÀI: Cải thiện lưu lượng giao thơng sử dụng thuật tốn Virtual Traffic
Light và giao thức định tuyến DYMO trên nền OMNeT++
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
 Nghiên cứu về mạng VANET
 Nghiên cứu các giao thức định tuyến trong mạng VANET
 Nghiên cứu thuật tốn Virtual Traffic Light

 Nghiên cứu cơng cụ mô phỏng OMNeT++ và công cụ mô phỏng giao thông
đường bộ SUMO
 Cài đặt và mơ phỏng thuật tốn Virtual Traffic Light trên phần mềm
OMNeT++ kết hợp với phần mềm SUMO
 Xây dựng thuật tốn tìm đường khơng bị ùn tắc giao thông dựa trên giao thức
định tuyến DYMO
 Rút ra kết luận, vấn đề tồn tại và hướng phát triển
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07-07-2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25-06-2015
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Đỗ Hồng Tuấn
Tp. HCM, ngày …. tháng …. năm 201….
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA……………


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi muốn gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy hướng dẫn luận văn của tôi
TS.Đỗ Hồng Tuấn. Thầy đã dẫn dắt, định hướng cho tôi cách tư duy và làm việc khoa
học. Đồng thời, thầy hướng tôi đến đề tài khoa học mới mẽ, tiếp cận với các cơng nghệ
hiện đại.
Ngồi ra, tơi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô trong bộ môn Viễn
Thông trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. Bởi trong suốt chương trình học Thạc Sĩ,
các thầy cơ đã tận tình giảng dạy, cung cấp rất nhiều kiến thức quý báu.
Cuối cùng, tôi vô vàn biết ơn đối với gia đình tơi, chính họ đã tạo cho tơi nhiều động
lực và cho tôi những điều kiện tốt nhất để có thể hồn thành đề tài nghiên cứu này.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2015
Huỳnh Văn Hồng

Tóm tắt
Ngày nay, kinh ết tế xã hội phát triển và dân số không ngừng tăng theo dẫn đến nhu
cầu đi lại ngày càng tăng cao. Trong khi đó, cơ sở hạ tầng đường xá không đáp ứng kịp
với tốc độ phát triển nên ùn tắc giao thông thường xuyên xảy ra, gây thiệt hại về nền
kinh tế và sức khỏe của con người.
Rất nhiều giải pháp được đưa ra để giải quyết bài tốn ùn tắc giao thơng. Tuy nhiên,
tăng lưu lượng giao thông dựa trên hệ thống cơ sở hạ tầng có sẵn là phương án khả thi
nhất xét về diện kinh tế. Hiện nay, giải pháp cho giao lộ có lưu lượng hai luồng chênh
lệch là thay đổi chu kỳ đèn xanh – đỏ để thích nghi với lưu lượng. Tuy nhiên, lưu
lượng tại giao lộ luôn thay đổi theo thời gian, địa điểm và các yếu tố ngẫu nhiên. Do
đó, phương pháp này chỉ thích ứng cho một thời điểm, địa điểm nhất định không phải
là giải pháp tối ưu.
Luận văn này sẽ giới thiệu thuật tốn Virtual Traffic Light (đèn giao thơng ảo) và thuật
tốn định tuyến DYMO để cải thiện lưu lượng giao thông. Cơng việc chính là lập trình,
cài đặt thuật tốn đèn giao thơng ảo và xây dựng mơ hình mơ phỏng trên nền
OMNeT++. Sau đó, đèn giao thơng truyền thống và đèn giao thông ảo sẽ được so sánh
đánh giá.


Abstract
Today, the socio-economic development and growing population that leads to more
demand for travel increases. Meanwhile, traffic infrastructure hasn’t been meeting the
need of growing development rate so traffic congestion often occur, affecting the
economy and human health.
There are many proposed solutions to solve the congestion problem. However,
increasing traffic flow based on the existing road infrastructure is the most viable
solution in terms of economics. Currenly, the solution to the traffic intersection has two
threaded difference is changing cycle of green-red to accommodate the traffic.

However, traffic flow is always changing with time, place and random factors.
Therefore, this method is only adapted for a moment, certain locations is not a optimal
solution.
This thesis will introduce algorithms Virtual Traffic Light and DYMO routing
algorithms to improve traffic flow. The main work is program, install the Virtual
Traffic Light algorithm and build the simulation model in OMNeT++. After that, the
traditional traffic lights and virtual traffic lights will be compared and evaluated.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi tên Huỳnh Văn Hồng, là học viên cao học chun ngành Kỹ Thuật Viễn Thơng,
Khóa 2013 tại trường Đại Học Bách Khoa TPHCM. Tôi xin cam đoan:
-

Công trình nghiên cứu này do chính tơi thực hiện.

-

Các tài liệu và trích dẫn trong luận văn đều được tha khảo từ các nguồn thực tế, uy
tín và độ chính xác cao.

-

Các số liệu và kết quả mô phỏng thực hiện một cách độc lập và hồn tồn trung
thực.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2015
Huỳnh Văn Hoàng


i

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU, LƯU ĐỒ .........................................................................vi
TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU – THUẬT NGỮ ............................................................vii
Chương I ......................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1

1.2

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ................................................................ 2

1.3

Phạm vi đề tài .................................................................................................... 4

Chương II ........................................................................................................................ 5
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................................... 5
2.1

Kiến thức chung.................................................................................................. 5

2.2

Kiến trúc hệ thống Car-to-X ............................................................................... 7

2.3

VANET và các ứng dụng đặc thù ................................................................... 9

2.3.1

Các ứng dụng an tồn cơng cộng ............................................................... 10

2.3.2

Quản lý mật độ lưu lượng giao thông .................................................... 12

2.3.2.1

Giám sát giao thông .......................................................................... 13

2.3.2.2

Hỗ trợ ở các giao lộ ........................................................................... 13

2.3.3
2.4

Ứng dụng giải trí ...................................................................................... 14

Khảo sát một số cơng nghệ viễn thông sử dụng trong VANET ................. 15


ii

2.4.1

WLAN-IEEE 802.11 ................................................................................ 15

2.4.2

WiMAX ..................................................................................................... 16

2.4.3

Bluetooth ................................................................................................... 17

2.4.4

ZigBee ....................................................................................................... 17

2.4.5

DSRC và 802.11p (WAVE) ..................................................................... 18

2.4.6

Cấp phát kênh và tần số .......................................................................... 21

2.4.7

Mạng di động (Cellualar Network) ........................................................ 23

2.4.8

Thông tin vệ tinh ...................................................................................... 24

2.4.9

Hệ thống dữ liệu vô tuyến và kênh thông tin giao thông ..................... 25

Chương III .................................................................................................................... 26
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG AD HOC ................................................................ 26
3.1

Giao thức định tuyến cổ điển ......................................................................... 26

3.1.1

Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết .................................................. 26

3.1.2

Định tuyến dựa trên vector khoảng cách................................................ 28

3.2

Giao thức định tuyến trong mạng VANET .................................................. 30

3.2.1

DYNAMIC SOURCE ROUTING (DSR) .............................................. 31

3.2.1.1

Định tuyến nguồn .............................................................................. 32

3.2.1.2

Khám phá tuyến (Route Discovery) ................................................ 33

3.2.3

Giao th
ức định tuyến DYMO ( Dynamic MANET On-Demand

Routing) ................................................................................................................. 44

3.3

3.2.3.1

Khám phá tuyến (Route Discovery) ................................................ 45

3.2.3.2

Duy trì tuyến (Route Maintanance) ................................................ 46

Thông số đánh giá giao thức mạng AD HOC .............................................. 47


iii

Chương IV .................................................................................................................... 49
THUẬT TỐN ĐÈN GIAO THƠNG ẢO ................................................................. 49

4.1

Thơng điệp truyền trong VTL ....................................................................... 49

4.2

Chi tiết thuật tốn VTL ................................................................................. 50

4.2.1

Nguyên lý hoạt động đèn giao thông ảo ................................................. 52

4.2.2

Máy trạng thái VTL ................................................................................ 55

Chương V ...................................................................................................................... 57
MÔ PHỎNG KẾT QUẢ .............................................................................................. 57
5.1

Giới thiệu chung về OMNeT++ ..................................................................... 57

5.1.1

Các thành phần chính của OMNeT++ ................................................... 57

5.1.2

Ứng dụng .................................................................................................. 58

5.1.3

Mơ hình trong OMNeT++ ....................................................................... 58

5.1.4

Xây dựng mơ hình mơ phỏng trong OMNeT++..................................... 60

5.1.5

Chạy các ứng dụng trong OMNeT++ .................................................... 64

5.2

Công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO ......................................... 67

5.3

Mơ phỏng kết hợp hai chiều .......................................................................... 68

5.4

Mơ hình mơ phỏng thuật tốn đèn giao thơng ảo ........................................ 72

Chương VI .................................................................................................................... 77
HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 79


iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Mơ hình C2C-CC ............................................................................................. 7
Hình 2.2: Các mơ hình phịng tránh va chạm (CCA) ..................................................... 11
Hình 2.3: Minh họa Abiding geocast ............................................................................. 12
Hình 2.4: Giải pháp lai cho việc truy cập Internet ......................................................... 15
Hình 2.5: Chuẩn DSRC .................................................................................................. 20
Hình 2.6: Cấp phát kênh tần số ...................................................................................... 23
Hình 3.1: Các giao thức định tuyến trong mạng VANET ............................................. 31
Hình 3.2. Mơ hình mạng Ad Hoc gồm 12 nút ............................................................... 35
Hình 3.3 Nút S phát gói tin RREQ đến các nút lân cận A, E, F .................................... 36
Hình 3.4 Nút A, F phát gói tin RREQ đến các nút F, B, A, K, G .................................. 36
Hình 3.5 Nút B, K, G phát gói tin RREQ đến các nút C, G, H, K ................................. 37
Hình 3.6 Nút H, C phát gói tin RREQ đến các nút láng giềng I, D, J ........................... 38
Hình 3.7 Nút D phát gói tin RREP về nút S theo đường đã khám phá ......................... 39
Hình 3.8 Minh họa cơ chế duy trì thơng tin định tuyến ................................................. 40
Hình 3.9. Các trường trong gói tin RREQ ..................................................................... 41
Hình 3.10 Các trường trong gói tin RREP ..................................................................... 43
Hình 3.11: Sự khác nhau giữa AODV và DYMO ......................................................... 45
Hình 4.1: Giao lộ với vòng LOA và LONR................................................................... 50
Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của VTL[8] .................................................................. 52
Hình 4.3: Máy trạng thái VTL ....................................................................................... 55
Hình 5.1 Các module đơn giản và kết hợp .................................................................... 59
Hình 5.2 Các kết nối...................................................................................................... 60
Hình 5.3: Lược đồ xây dựng và chạy chương trình mơ phỏng OMNeT++ ................... 65
Hình 5.4: Tổng quan của khung mơ phỏng được kết hợp.............................................. 69
Hình 5.5: Sơ đồ các bả tin trao đổi giữa các module của hai bộ mô phỏng .................. 71

v

Hình 5.6: Bản đồ khu vực giao lộ Nguyễn Thị Minh Khai-Nam Kỳ Khởi Nghĩa ........ 72
Hình 5.7: mơ hình thực hiện mơ phỏng thuật tốn VTL................................................ 74
Hình 5.8 Chương trình giải thuật thực hiện trên OMNeT++ ......................................... 76
Hình 5.9 Kết quả mơ phỏng giải thuật VTL và khơng có VTL ..................................... 76


vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU, LƯU ĐỒ
Bảng 3.1 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 1 ..................................... 36
Bảng 3.2 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 2 ..................................... 37
Bảng 3.3 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 3 ..................................... 37
Bảng 3.4 Thông tin lưu trữ trong Route Cache tại thời điểm 4 ..................................... 38
Bảng 4.1: Biến môi trường ............................................................................................. 51
Bảng 4.2: Các điều kiện hoạt động của VTL ................................................................. 52
Bảng 4.3: Mô tả các trạng thái ở giản đồ máy trạng thái VTL ...................................... 56
Lưu đồ 3.2 Cơ chế xử lý khám phá đường tại node của AODV .................................... 42
Lưu đồ 3.1: Cơ chế khám phá tuyến của tại node của DSR .......................................... 34
Lưu đồ 3.3 Cơ chế xử lý khám phá đường tại node của DYMO ................................... 46


vii

TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU – THUẬT NGỮ
Từ viết tắt
MANET

Tên đầy đủ

Từ viết tắt

Mobile Adhoc Networks

DSRC

Tên đầy đủ
Dedicated

Short

Range

Communications
VANET

Vehicular Adhoc Networks

AU

Application Unit

VTL

Virtual Traffic Lights

OBU

OnBoard Unit

C2C-CC

Car to Car Communication HS

Hotspot

Consortium
C2C

Car to Car

RSU

Road Side Unit

C2I

Car to Infrastructure

GSM

Global System for Mobile
Communications

C2X

Car to X

GPRS

general packet radio service

GPS

Global Positioning System

3G

3-Generation

CCA

Cooperative

Collision WIMAX

Avoidance
EWM

Worldwide

Interoperability

for Microwave Access

Emergency

warning IEEE

message

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

V2V

Vehicle to Vehicle

OFDM

V2I

Vehicle to Infratructure

CSMA/CA

Orthogonal
frequencydivision multiplexing
Carrier
sense
multiple
access

with

collision

avoidance
LAN

Local Area Network

WAVE

Wireless

Access

in

Vehicular Environments
WLAN

Wireless

Local

Area FCC

Network
MAN

Metropolitan Area Network

Federal

Communications

Commission

RFID

Radio-frequency


viii

identification
PAN

Personal Area Network

PER

Packet Error Rate

ETSI

European

PSDU

Physical Layer Service Data

Telecommunications

Unit

Standards Institute
CEPT

European

Conference

Postal

of ITS
and

intelligent

transportation

systems

Telecommunications
Administrations
AMPS

Advanced

Mobile

Phone CAR

Connectivity-aware routing

System
UMTS

Universal

Mobile RBDS

Radio

Broadcast

Data

Telecommunications System

System

UDLR

UniDirectional Link Routing TMC

Traffic Message Channel

RDS

Radio Data System

Line Of Activity

LONR

Line Of No Return

LOA


1

Chương I
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển tiến bộ khơng ngừng của xã hội thì nhu cầu đi lại,
giao thương hàng hóa, phục vụ nhu cầu sinh hoạt của con người ngày càng tăng cao.
Các loại hình và mạng lưới giao thơng ngày càng phát triển. Thế nhưng, quy hoạch đô
thị chưa theo kịp tốc độ phát triển, dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông ngày càng
ngiêm trọng gây ra nhiều vấn đề bức xúc cho xã hội như lãng phí thời gian, tiền bạc, ô
nhiễm môi trường làm mất cảnh quan đô thị và nhiều tệ nạn xã hội. Do đó, ùn tắc giao
thông gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người
dân đô thị. Với mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước văn minh, hiện đại thì việc
giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông là một đề tài cấp thiết và tất yếu.
Hiện nay, cải thiện lưu lượng giao thông để giảm ùn tắc là đề tài mang tính thời sự.
Rất nhiều giải pháp được đưa ra để tối ưu lưu lượng giao thơng tại các giao lộ. Trong
đó nổi bật nhất là đều chỉnh chu kỳ đèn đỏ của các đèn giao thơng truyền thống để
thích nghi với lưu lượng giao thông [1]. Phương pháp này dễ thực hiện và có tính kinh
tế cao vì khơngđịi hỏi phải tác động nhiều đến hệ thống đèn giao thơng có sẵn và
khơng tốn kinh phí đầu tư cho việc nghiên cứu triển khai một hệ thống mới. Trong bối
cảnh này, đều chỉnh chu kỳ thời gian đèn đỏ và đèn xanh của đèn giao thông truyền
thống tại các giao lộ là giải pháp hiệu quả nhất để tăng dòng lưu lượng xe lưu thông từ
hai hướng. Những chu kỳ thời gian được cài đặt dựa trên cơ sở dữ liệu về lưu lượng
giao thông ở từng thời điể khác nhau trong ngày được thu thập tại giao lộ.
Tuy nhiên, vì ưu
l lượn g giao thông liên ục

t thay đổi theo thời gian nên chúng ta
phải thay đổi các thông số này liên tục. Ngồi ra, việc chúng ta thay đổi thơng số này
tại một giao lộ kéo theo sự thay đổi lưu lượng của tồn tuyến. Vì vậy, ta phải đều chỉnh


2

thông số lại tất cả g iao lộ trên cùng tuyến được sao cho hợp lý tránh tình trạng lưu
lượng phân bổ không đều trên các đoạn đường ngăn cách bởi các giao lộ. Qua đó ta
thấy rằng rất khó để tối ưu lưu lượng giao thông như cách trên, giải pháp này chỉ mang
tính thích ứng tại từng thời điểm và địa điểm cụ thể chứ khơng mang tính chất tối ưu
lưu lượng giao thông.
Trong những năm gần đây, lĩnh vực thơng tin vơ tuyến phát triển nhanh chóng.
Hiện nay, có một cơng nghệ vơ tuyến đang được phát triển và dự kiến sẽ được ứng
dụng rộng rãi trong tương lai gần để cải thiện tình trạng ùn tắt và giảm thiểu tai nạn
giao thông. Công nghệ này xây dựng một mạng lưới không dây giữa các xe di động
được gọi là Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) [2]. Trong VANET các xe ợc
đư
trang bị khả năng giao tiếp với nhau và tự tổ chức kết hợp thành một mạng lưới. Công
nghệ VANET mở ra vô số khả năng hướng tới chia sẻ và khai thác thông tin trong môi
trường vô tuyến trên một khu vực địa lý rất linh hoạt.
Nhiều ứng dụng và ý tưởng dựa vào công nghệ VANET đã xuất hiện để cải thiện
tắc nghẽn và giảm thiểu tai nạn giao thông. Luận văn này sẽ giới thiệu một giao thức
được xây dựng cho trong VANET để cải thiện lưu lượng giao thông một cách tự động
và không cần hệ thống đèn xanh đèn đỏ truyền thống. Các xe tiếp cận giao lộ sẽ tự dàn
xếp và tổ chức với nhau dựa trên một giao thức Virtual Traffic Light (VTL) để hình
thành hệ thống đèn giao thơng ảo [2]. Hệ thống đèn giao thông ảo này này được tạo ra
trực tuyến và hoạt động như một máy trạng thái. Trong mơ hình thực tế, giao thức
được lập trình và cài đặt sẵn trên thiết bị phần cứng của tất cả các xe trong mạng lưới
VANET.

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Dựa trên ý tưởng thay thế các hệ thống trụ đèn báo hiệu tại nút giao thơng bằng
thuật tốn Virtual Traffic Light (VTL) thơng qua mạng VANET được tham khảo từ dự
án Distributed Virtual Traffic Light System (tháng 5 năm 2010)ủa
c nhóm tác giả Bồ


3

o Nha gm Alexandre Santos, Hugo Conceiỗóo, Hugo Mendes, Nuno Jordão. VTL
được tạo ra bởi một thuật toán phân phối đòi hỏi sự tham gia của các xe tại các luồng
khác nhau tại một giao lộ trong một khu vực được xác định cụ thể. Căn cứ vào từng
điều kiện giao thơng tại giao lộ đó ở từng thời điểm khác nhau, thuật toán VTL sẽ cho
ra các quyết định khác nhau hoặc xe được phép đi qua giao lộ hoặc dừng lại. Lưu
lượng lưu thơng trong mạng VANET có thể được tối ưu hóa tốt hơn do sự dàn xếp thời
gian thực và hợp lí của thuật tốn VTL tùy theo tình trạng ùn tắc tại khu vực giao lộ .
Năm 2012 đã có đề tài “ Tối ưu lưu lượng giao thông dựa trên giao thức Virtual Traffic
Light thông qua VANET” của tác giả Bành Trường Sơn là học viên Bộ môn kỹ thuật
điện tử Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM. Đề tài tập trung vào đánh giá khảo sát
nội dung sau:
-

Tiến hành cài đặt và mô phỏng thuật tốn VTL trên phần mềm mơ phỏng
Matlab với lưu lượng xe tại các giao lộ thay đổi theo thời gian một cách ngẫu
nhiên và chu kỳ thời gian tín hiệu đèn xanh đỏ được cài đặt trước.

-

So sánh số lượng xe nghẽn khi sử dụng đèn giao thông truyền thống và đèn giao
thơng ảo (VTL)

Cơng việc chính của luận văn là:
-

Nghiên cứu về mạng VANET

-

Nghiên cứu các giao thức định tuyến trong mạng VANET

-

Nghiên cứu thuật toán Virtual Traffic Light (VTL)

-

Nghiên cứu công cụ mô phỏng OMNeT++ và công cụ mô phỏng giao thông
đường bộ SUMO.

-

Cài đặt và mô phỏng thuật tốn VTL trên phần mềm mơ phỏng OMNeT++ kết
hợp với phần mềm SUMO nhằm tạo ra mơ hình mang tính thực tế và trực quan.

-

So sánh thời gian trung bình vượt qua giao lộ của xe khi sử dụng đèn giao thông
truyền thống và đèn giao thông ảo.

4

-

Xây dựng thuật tốn tìm đường khơng bị ùn tắt giao thông dựa trên giao thức
định tuyến DYMO

-

Rút ra kết luận,vấn đề tồn tại và hướng phát triển.

1.3 Phạm vi đề tài
Trong phạm vi của đề tài, chúng ta giả định rằng các thiết bị trong xe có hỗ trợ
mạng VANET, định vị GPS và giao thức VTL hoạt động ổn định.
Khi các đều kiện trên thỏa mãn, luận văn sẽ đi vào khảo sát và đánh giá kịch bản tại
giao lộ hai đường giao nhau trong thực tế, cụ thể là giao lộ Nguyễn Thị Minh Khai và
Nam Kỳ Khởi Nghĩa.


5

Chương II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mạng thông tin giao thông đang nhận được rất nhiều sự chú ý do hàng loạt các dịch vụ
mà nó có thể cung cấp. Rất nhiều cơng trình và nghiên cứu trên khắp thế giới đang
được tiến hành để định nghĩa các tiêu chuẩ n cho khả năng truyền tín hiệu trong giao
thơng. Chương này giới thiệu các nguyên tắc cơ bản và khái niệm của các mạ ng thông
tin giao thông, đặc biệt chú trọng đến các cơng trình đã và đang thực hiện cũng như kết
quả đạt được cho đến nay của châu Âu C2C-CC. Các đặc tính kĩ thuật , kiến trúc và

cơng nghệ đã được đề xuất bởi C2C-CC là cơ sở tài liệu tham khảo cho đề tài này.
2.1 Kiến thức chung
Trong những năm gần đây, có khá nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong lĩnh vực
Mobile Adhoc Networks (Manet). Phần lớn các nghiên cứu này đã tập trung vào phát
triển mạng lưới thông tin với các node mạng với khả năng di chuyển một cách ngẫu
nhiên. Các node này có thể là thiết bị di động được gắn với người hoặc phương tiện
giao thông, với khả năng thiết lập thơng tin liên lạc vơ tuyến trong một mơ hình được
phân cấp và tự tổ chức. Mỗi node trong mạng, có thể hoạt động như một điểm đầu cuối
hoặc như một điểm chuyển tiếp, cho phép truyền thông multihop và cung cấp việc tạo
ra các mạng tự phát với tùy ý cấu trúc liên kết. Bên cạnh các tính năng này, sự ra đời
của công nghệ truyền thông mới dẫn đến khả năng ứng dụng việc thông tin liên lạc
không dây trong lĩnh vực giao thông vận tải, cho phép sự hình thành một lớp mới của
các mạng khơng dây, đó là VANET. Các mạng này được hình thành một cách tự nhiên
giữa các phương tiện di chuyể n hay với các thiết bị cố định với khả năng thông tin vô
tuyến.


6

Sự kết hợp của công nghệ không dây tầm ngắn và mạng ad-hoc hình thành khả năng
truyền thơng C2C và C2I - được biết đến với khái niệm Car-to-X (C2X). Thường được
xem như là một yếu tố quan trọng của kiến trúc giao thông thông minh (ITS), VANET
cung cấp các giải pháp để cải thiện an toàn đường bộ và cho phép nhiều dịch vụ tiềm
năng tích hợp ngay trên phương tiện cung cấp cho người lái xe và hành khách cũng
như cho phép khả n ăng thông tin giữa các phương tiện di chuyển. Tầm quan trọng và
tiềm năng của VANETs là không cần phải bàn cãi nhiều bởi bằng chứng là sự quan
tâm đáng kể đối với lĩnh vực này từ cộng đồng nghiên cứu và ngành công nghiệp ơ tơ
cũng như từ các cơ quan chính phủ và các tổ chức tiêu chuẩn hóa. Trong bối cảnh này,
công nghệ “Dedicated Short Range Communications ( DSRC )” được ra đời ở Bắc
Mỹ, nơi mà vào năm 2003, phổ tần 75 MHz đã được sự chấp thuận của Ủy ban Truyền

thông Liên bang Mỹ ( FCC ) cho việc thông t in liên lạc trong giao thông. Mặt khác ,
lúc này ở châu Âu, C2C -CC đã được khởi xướng bởi các nhà sản xuất xe hơi, các tổ
chức nghiên cứu và một số đối tác với mục tiêu chính là làm tăng an tồn đường bộ và
tính hiệu quả trong giao thông. Nhiệm vụ của C2C-CC là chuẩn hóa giao diện và giao
thức truyền thơng khơng dây giữa các phương tiện giao thơng. Có một số dự án nghiên
cứu đã hoàn thành hoặc đang tiếp tục thực hiện sẽ được đề cập ở phần sau; mục đích là
tạo và thiết lập một tiêu chuẩn công nghiệp châu Âu mở rộng cho các hệ thống thông
tin liên lạc C2X. Ủy ban châu Âu đã cung cấp một băng tần duy nhất tồn châu Âu cho
phép truyền tín hiệu nhanh và đáng tin cậy giữa các xe , cũng như giữa xe và các thiết
bị hạ tầng được đặt dọc đường. Đó là phổ tần 30 MHz trong băng 5,9 GHz ẽs được
cấp phát cho các ứng dụng mới . Nó sẽ tạo điều kiện cho sự phát triển và cung cấp khả
năng thử nghiệm an toàn đường bộ liên quan đến các ứng dụng ở châu Âu bằng cách
cung cấp một phổ tần chung và lâu dài cho ngành công nghiệp ô tô và các nhà khai
thác đường bộ.


7

2.2 Kiến trúc hệ thống Car-to-X
Các phương tiện giao thông ngày nay là những hệ thống phức tạp với sự trang bị mạng
máy tính kiểm sốt các chức năng quan trọng nhất. Trong những năm qua, hệ thống
điều khiển xe ô tô đã chuyển từ tương tự sang kỹ thuật số và mạng thông tin giao thông
đang nổi lên với các hình thức trao đổi thơng tin In-Car, C2C và C2I, đang nhanh
chóng trở thành hiện thực. Với kịch bản tương lai, thơng tin thời gian thực có thể được
cung cấp cho xe qua các mạng không dây không đồng nhất để có được khả năng
chuyển hướng thơng minh hơn và cải thiện hiệu suất giao thông. Trong khi động lực
ban đầu cho thông tin giao thông là để thúc đẩy an toàn đường bộ, gần đây ngày càng
rõ ràng công nghệ này sẽ mở ra khả năng điều tiết giao thơng và cả cung cấp các ứng
dụng giải trí.

Hình 2.1: Mơ hình C2C-CC


8

In-Vehicle Domain liên quan đến mạng lưới nội bộ xe. Mỗi chiếc xe được trang bị một
thiết bị On-Board Unit (OBU) thực hiện giao tiếp với tài xế hoặc hành khách thông qua
thiết bị gọi là Application Unit (AU)
Ad-hoc Domain được hình thành từ một mạng lưới các xe trang bị OBU và node mạng
cố định đặt dọc trên con đường. Road-Side Unit (RSUs), OBUs và RSUs hình thành
mạng VANET, cho phép thơng tin liên lạc một cách tồn diện và khả năng tự tổ chức
mà không cần đến một đơn vị trung gian. Các OBU trực tiếp giao tiếp với nhau nếu tồn
tại kết nối không dây giữa chúng, hoặc thực hiện truyền thông multi-hop thông qua
việc sử dụng một giao thức định tuyến chuyên dụng.
Cuối cùng, trong miền cơ sở hạ tầng, các RSU có thể chỉ đơn giản là mở rộng phạm vi
vùng phủ VANET bằng cách hoạt động như một thực thể chuyển tiếp, hoặc được gắn
vào một mạng hạ tầng, do đó có thể được kết nối với internet. Các RSU cho phép các
OBU truy cập vào mạng hạ tầng, do đó các AU trên các phương tiện có thể trao đổi
thơng tin với nhau thông qua internet.

Hệ thống C2C-CC cơ bản bao gồm các thành phần:
• AU (Application Unit): Thiết bị dùng để chạy các ứng dụng sử dụng khả năng
kết nối của OBU. AU có thể được tích hợp sẵn trên phương tiện hoặc được gắn
trên OBU, và có thể linh động kết nối vào xe bởi tài xế hoặc hành khách. Hoặc


9

nó cũng có thể là các thiết bị như máy tính xách tay hoặc PDA. Một OBU cho
phép nhiều AU tích hợp vào nó.

• OBU (On-Board Unit): thực hiện các giao thức truyền thông và cung cấp dịch
vụ thông tin C2X đến các AU. OBU được trang bị ít nhất một thiết bị mạng
truyền thông không dây tầm ngắn dựa trên chuẩn IEEE 802.11p, và cũng có thể
được trang bị với các thiết bị mạng nhiều hơn từ các công nghệ khác nhau. Chức
năng chính của nó là kết nối vô tuyến , định tuyến ad-hoc địa lý, điều khiển
nghẽn mạng, hỗ trợ IP động…
• RSU (Road-Side Unit): là các nút cố định được đặt dọc theo đường giao thông,
đường cao tốc, hoặc tại các vị trí chuyên dụng như đèn tín hiệu giao thơng, nơi
đậu xe hoặc trạm xăng. Một RSU có khả năng giao tiếp với nhiều OBU. Được
trang bị ít nhất một thiết bị truyền thơng khơng dây tầm ngắn dựa trên chuẩn
IEEE 802.11p, và cũng có thể được trang bị các công nghệ mạng khác để cho
phép truyền thơng với một mạng hạ tầng. RSU có thể mở rộng phạm vi thông
tin liên lạc của miền Ad-hoc, có thể cung cấp kết nối internet hoặc có thể kết nối
với RSU khác trong việc chuyển tiếp thông tin.
2.3 VANET và các ứng dụng đặc thù
VANET sẽ không được triển khai thương mại trừ phi có những ứng dụng mang lại lợi
ích từ cơng nghệ này. Những nghiên cứu đầu tiên tập trung chủ yếu vào việc gia tăng
an tồn giao thơng. Với sự giúp đỡ của thơng tin giao thông, số vụ tai nạn sẽ giảm và
cuộc sống của con người sẽ được cứu.
Do đó, hai loại ứng dụng thu hút sự chú ý nhất trong thời gian vừa qua liên quan đến an
tồn cộng đồng, ví dụ, các ứng dụng tránh va chạm giao thông và phối hợp lưu thơng,
ở đó phương tiện phối hợp nhau để di chuyển một cách hợp lý. Một khối lượng công
việc đáng kể cũng đã được thực hiện trên các ứng dụng có liên quan quản lý giao


10

thơng, có thể giúp giảm bớt tình trạng tắc nghẽn và do đó làm giảm số vụ tai nạn, cũng
như giảm thời gian đi lại.
Nhiều ứng dụng khác cũng đã được đề xuất liên quan đến các mục đích khác ngồi

việc đảm bảo an tồn giao thơng. Khá nhiều các ứng dụng này trong số này có thể được
phân loại thuộc comfort application. Mục tiêu của các ứng dụng này là để cải thiện sự
thoải mái khi đi trên đường cho cả lái xe (ví dụ, thơng tin về các nhà hàng bên đườ ng)
và hành khách (ví dụ, truy cập Internet và hệ thống video theo yêu cầu).
2.3.1 Các ứng dụng an tồn cơng cộng
Các ứng dụng an tồn cơng cộng định hướng chủ yếu vào việc phịng tránh tai nạn và
dẫn đến hậu quả thiệt hại về người. Đặc điểm chính của loại ứng dụng này là dữ liệu
cần được quảng bá nhanh chóng và đáng tin cậy. Có hai loại chính của các ứng dụng
liên quan đến an tồn cơng cộng là hợp tác phịng tránh va chạm và thông điệp cảnh
báo khẩn cấp.
Trong ứng dụng hợp phịng tránh va chạm CCA (cooperative collision avoidance), mục
tiêu chính là phòng tránh va chạm, bao gồm cả va chạm dây chuyền trên đường cao tốc
và va chạm do xe đấu đầu trên các con đường nhỏ. Các phương tiện lưu thông sẽ tự
động dừng lại khi nhận được thông điệp có va chạm hoặc có cảm giác đã xảy ra tai nạn
khi các xe đi trước giảm tốc độ đột ngột. Rõ ràng các ứng dụng phòng tránh va chạm
yêu cầu rất nghiêm ngặt về thời gian thực, cả về độ tin cậy và độ trễ. Theo một số
nghiên cứu thì một ứng dụng tránh va chạm cần có độ trễ chỉ được tối đa là 100ms.