Giao thức SIP và các ứng dụng đa phương tiện liên quan qua mạng VANET

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Đào Mạnh Tuấn

GIAO THỨC SIP VÀ CÁC ỨNG DỤNG ĐA PHƯƠNG TIỆN
LIÊN QUAN QUA MẠNG VANET

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Đỗ Trọng Tuấn

Hà Nội - 2013


Mục Lục
Mở Đầu ........................................................................................................................... 3
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .............................................................................11
Chương I: Tổng Quan .................................................................................................13
1.1. Các mơ hình mạng khơng dây ......................................................................13
1.1.1. Khái niệm về mạng không dây ............................................................... 13
1.1.2. Khái niệm về mạng adhoc.......................................................................14
1.1.3. Khái niệm về mạng hạ tầng ....................................................................17
1.1.4. Tìm hiểu về mạng MANET ....................................................................18
1.1.5. Tìm hiểu về mạng VANET .....................................................................20
1.2. Môi trường nghiên cứu ..................................................................................24

1.2.1. Hệ điều hành linux ..................................................................................24
1.2.2. Công cụ mô phỏng NS-3 .........................................................................25
1.3. Tổng kết ..........................................................................................................27
Chương 2: Giao thức định tuyến trong mạng VANET ...........................................28
2.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến ............................................................... 28
2.1.1. Chức năng của định tuyến.......................................................................28
2.1.2. Yêu cầu đối với các giao thức định tuyến trong mạng Adhoc ...............30
2.1.3. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng Adhoc ......................... 31
2.2. Giao thức định tuyến DSDV .........................................................................34
2.3. Giao thức định tuyến DSR ............................................................................36
2.4. Giao thức định tuyến AODV ........................................................................38
2.5. Giao thức định tuyến GPSR..........................................................................42
2.5.1. Giới thiệu giao thức .................................................................................42
2.5.2. Cấu trúc của giao thức.............................................................................45
2.5.3. Định dạng gói dữ liệu GPSR ...................................................................48
2.5.4. Ưu và nhược điểm ....................................................................................50
2.6. Kết luận ...........................................................................................................50
1


Chương 3: Giao thức SIP trong mạng VANET ........................................................ 51
3.1. Tổng quang về giao thức SIP ........................................................................52
3.1.1. Lịch sử của SIP ........................................................................................ 53
3.1.2. Các chức năng của SIP ...........................................................................54
3.1.3. Thành phần của SIP ................................................................................55
3.1.4. Các lệnh trong SIP ...................................................................................58
3.1.5. Ví dụ về một phiên SIP ............................................................................58
3.1.6. Định dạng bản tin SIP .............................................................................60
3.2. Truyền thông sử dụng giao thức SIP trong mạng VANET ....................... 63
3.2.1. Các vấn đề khi sử dụng giao thức SIP trong mạng VANET .................63

3.2.2. Nhắc lại về giao thức định tuyến ............................................................. 67
3.2.3. Cách tiếp cận LCA ...................................................................................67
3.2.4. Cách tiếp cận TCA ...................................................................................70
3.2.5. So sánh LCA và TCA ...............................................................................80
3.3. Kết Luận .........................................................................................................81
Chương 4: Ứng dụng đa phương tiện liên quang đến mạng VANET và mô phỏng
.......................................................................................................................................82
4.1. Mô hình và thơng số trong kịch bản mơ phỏng ..........................................82
4.2. Mô phỏng mạng VANET trên đường cao tốc bằng công cụ NS3 ..............83
4.3. Các thành phần thiết kế, sau đó bao gồm 5 thành phần chính .................83
4.4. Kết luận ...........................................................................................................89
Kết luận và hướng nghiên cứu ...................................................................................90
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................91

2


Danh Mục Hình vẽ

Hình1.1: Mơ hình mạng kwhơng dây ............................................................................14
Hình 1.2: Mơ hình mạng adhoc .....................................................................................17
Hình 1.3 : Mạng WLAN ................................................................................................ 18
Hình 1.4: Mơ hình mạng VANET .................................................................................21
Hình 1.5: Ví dụ về việc thông báo nguy hiểm do một xe đột nhiên bị tai nạn..............23
Hình 2.2: Phân loại giao thức định tuyến trong mạng Adhoc .......................................32
Hình 2.3 Định tuyến Greedy ......................................................................................... 42
Hình 2.4: Nhược điểm của thuật tốn chuyển tiếp Greedy ...........................................43
Hình 2.5: Giới thiệu về giao thức định tuyến GPSR .....................................................45
Hình 2.6: sơ đồ khối GPSR ........................................................................................... 45
Hình 2.7: sơ đồ liên kết .................................................................................................46

Hình 2.8: định dạng gói dữ liệu GPSR ..........................................................................48
Hình 2.9: định dạng header trong gói tin GPSR............................................................ 49
Hình 3.1: Hoạt động của Proxy server ..........................................................................57
Hình 3.2: Hoạt động của redirect server ........................................................................57
Hình 3.3: lược đồ một phiên SIP ...................................................................................59
Hình 3.4: Ví dụ về bản tin u cầu SIP .........................................................................61
Hình 3.5: ví dụ về một bản tin phản hồi SIP .................................................................62
Hình 3.6: Mạng Adhoc ở chế độ cách ly .......................................................................64
Hình 3.7: Mạng Adhoc ở chế độ đồng quy ...................................................................65
Hình 3.8 : Lược đồ chức năng của LCA và TCA.......................................................... 66
Hình3.9: Định dạng bản tin SIPRREQ ..........................................................................68
Hình 3.10: ví dụ về LCA ............................................................................................... 69
Hình 3.11: Định dạng bản tin SIPRREP .......................................................................69
Hình 3.12: Định dạng bản tin HELLO ..........................................................................72
Hình 3. 13 Định dạng bảng các nút liền kề ...................................................................73
Hình 3.14: thuật tốn lựa chọn Head Cluster ................................................................ 74
Hình 3.15 : Ví dụ về thuật tốn lựa chọn head cluster ..................................................74
Hình 3.16: Định dạng của bảng các cluster liền kề ....................................................... 76
Hình 3.17: giao thức hình thành các cluster phân tán ...................................................77
Hình 3.18: Một ví dụ về tìm định tuyến bản tin SIP .....................................................79
Hình 4.1: mơ hình các lớp của các thành phần chính trong thiết kế ............................. 84
Hình 4.2: Một phân đoạn ngắn của đường cao tốc ........................................................ 86
Hình 4.3: Thời gian thực trôi qua trong 1 phút của mơ phỏng giao thơng dày đặc (
trung bình 180 xe / 1km) ............................................................................................... 87
3


Hình 4.4: Sự dịch chuyển của một chiếc xe và tốc độ trong một bước mô phỏng duy
nhất với các giá trị deltaT khác nhau .............................................................................87
Hình 4.5:So sánh giữa kết quả mật độ trung bình của code trong NS3 và java applet

cho dòng lưu lượng khác nhau và tốc độ mong muốn khác nhau .................................88
Hình 4.6: Trung bình sự khác biệt trong vị trí (m) và tốc độ trung bình (m/s) giữa NS3
và java applet .................................................................................................................88
Hình 4.7: Đường cao tốc 1000m với hai làn xe mỗi chiều. tại thời điểm 2 phút 40 giây,
xe cảnh sát đã dừng tại làn đường bên cạnh chiếc xe bị hỏng tại thời điểm 20s, gây ra
tắc nghẽn sau đó ............................................................................................................89

4


Danh Mục Bảng Biểu
Bảng 1.1: so sánh các lớp của NS2 và NS3 ..................................................................27
Bảng 3. 1 Các thuật ngữ trong thuật toán checkClusterhead .......................................73
Bảng 3.2: So sánh cách tiếp cận LCA và TCA ............................................................. 80

5


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
MANET
AP
WLAN
VANET
IEEE
CPU
PDA
QoS
OLSR
DSDV

AODV
DSR
ZRP
TORA
GPS
GPSR
UTM

GPSRLAMA
NS2
IP
TCL
OTcl
NAM
VBR
CBR
MAC

Thuật ngữ tiếng anh
Mobile Ad-hoc Network
Access Point
Wireless Local Area Network
Vehicular Ad-Hoc Network
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Control Processing Unit
Personal Digital Assistant
Quality of service
Optimized Link State Routing
Dynamic DestinationSequenced Distance-Vector

Routing
On-demand Distance
Vector Routing
Dynamic Source Routing
Zone Routing Protocol
Temporally Ordered Routing
Algorithm
Global Positioning System
Greedy Perimeter
Stateless Routing
Universal Transverse
Mercator coordinate system
Greedy
Perimeter
GPSR –Load Aware –
Mobility Aware
Network Simulator 2
Internet Protocol
Tool Command Language
Object oriented extension of
Tcl
Network
Animator

Thuật ngữ tiếng việt
Mạng ad-hoc không dây
Điểm truy cập
Mạng cục bộ không dây
Mạng xe cộ bất định
Học Viện kỹ nghệ Điện và Điện

Tử
Đơn vị xử lý trung tâm
Thiết bị số hỗ trợ cá nhân
Chất lượng dịch vụ
Giao thức định tuyến trạng thái
liên kết tối ưu
Giao thức định tuyến
vector khoảng cách tuần
tự đích
Giao
thức định tuyến vector
khoảng cách theo yêu cầu
Định tuyến nguồn động
Giao thức định tuyến vùng
Thuật toán định tuyến
theo thứ tự thời gian
Hệ thống định vị toàn cầu
Định tuyến theo khoảng cách
Hệ thống tọa độ tồn cầu
Thuật tốn háu ăn
Thuật tốn đường biên
Định tuyến theo khoảng cách,
hiệu năng băng thông và sự di
chuyến trình mơ phỏng mạng
Chương
Giao thức liên mạng
Ngơn ngữ thông dịch
Đối tượng mở rộng của TCL
Giao diện mô phỏng
Tốc độ bit không đổi

Điều khiển truy cập thiết bị
Chuyển tiếp

Constant bit rate
Media Access Control
Forwarding
6


UDP
TCP
RTP
FTP
CBQ
GPRS

IETF
UAC
UAS
SIP
AOR
SIP-URI

LCA
TCA

Multi-hop
Relay
User Datagram Protocol
Transmission Control Protocol

Real-time Transport Protocol
File Transfer Protocol
Class-based queueing
General packet radio service
Route discovery
Route maintenance
Internet Engineering Task Force
User Agent Client
User Agent Server
Session Initiation Protocol
Address-of-record
Client
Server
Loosely-Coupled Approach
Tighthle-Coupled Approach
Flooding
Cluster

7

Kết nối đa chặng
Truyền qua nút trung gian
Giao thức lược đồ người dùng
Giao thức điều khiển truyền vận
Giao thức truyền thời gian thực
Giao thức truyền tập tin
Hàng đợi dựa trên lớp
Dịch vụ vơ tuyến gói chung
Tìm định tuyến
Duy trì định tuyến

Lực lượng quản lý kỹ thuật
Internet
Máy
trạm người sử dụng
Máy chủ người sử dụng
Giao thức khởi tạo phiên
Địa chỉ của bản ghi
Địa chỉ của người dùng SIP
Máy trạm
Máy chủ
Tiếp cận kết hợp lỏng lẻo
Tiếp cận kết hợp chặt chẽ
Tràn lụt
Nhóm


Mở Đầu
Qua những năm gần đây, sự phát triển về mặt kỹ thuật trên toàn thế giới đang
diễn ra mạnh mẽ, trong đó có cả nước ta. Sự phát triển này nhằm đáp ứng nhu cầu
của con người về nhiều mặt, một trong số đó là nhu cầu thơng tin liên lạc giữa mọi
người ở mọi lúc, mọi nơi. Bên cạnh đó, sự bùng nổ của các thiết bị thơng minh
cầm tay mở với giá thành rẻ, khả năng tự tính tốn đồng thời có thể kết nối khơng
dây với nhau mở ra một trang mới trong lĩnh vực viễn thơng. Đó là sự xuất hiện
của mạng khơng dây.
Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng cũng như công nghệ của các thiết
bị di động kéo theo nhu cầu của người sử dụng công nghệ không dây ngày càng cao và
đa dạng. Vì vậy để đáp ứng được xu thế đó, mạng thơng tin khơng dây ngày nay phải
gánh vác trọng trách lớn hơn là giải quyết vấn đề lưu lượng đa phương tiện, tốc độ cao,
chất lượng ngày càng phải tốt hơn.
Kết nối mạng không dây đang ngày càng trở nên phổ biến và dễ dàng giúp

cho việc truyền thơng trở nên nhanh chóng và thuận tiện. Mạng Ad-hoc là một mạng
sử dụng các giao tiếp không dây phân tán giữa nhiều điểm truy cập khác nhau
mà không cần tới bất cứ một cơ sở hạ tầng cố định nào. Bất cứ thiết bị cầm tay và
cố định nào như điện thoại di động, laptop, máy nhắn tin, các trạm vơ tuyến cơ sở
... đều có thể là một kênh thông tin trong mạng Ad-hoc tạo thành mạng toàn cầu,
rộng khắp mọi nơi. Các thiế bị này có thể mang trên người (wearable computer), tích
hợp vào các đối tượng di chuyển (xe cộ, tàu thuyền,..) hoặc đặt cố định ở các điểm
khiến cho việc truyền thơng có thể diễn ra ở mọi lúc, mọi nơi. Một trong những mơ
hình cụ thể của mạng Ad-hoc là mạng VANET (Vehicular Ad-hoc Network), ở đó
mỗi phương tiện tham gia giao thơng (được thích hiện một thiết bị có khả năng kết
nối không dây) trở thành một nút của mạng.
Những nghiên cứu gần đây đã hiện thực hóa việc thơng tin trong mạng Adhoc, tuy vậy có rất ít nghiên cứu trình bày việc triển khai các ứng dụng thời gian

8


thực trong mạng phân tán này. Do tính thời sự của thông tin, các ứng dụng thời gian
thực ngày càng trở nên quan trọng với xã hội loài người. Chúng ta đã quen với
những cuộc gọi voice hay video, với những hội nghị trực tuyến qua mạng Internet.
Để thực hiện được các ứng dụng này, chúng ta không thể không nhắc tới giao thức
chìa khóa SIP. SIP được phát triển bởi tổ chứ IETF trong vài năm trở lại đây, và nó
đã chứng tỏ được vai trị nền tảng để xây dựng nên các ứng dụng thời gian thực.
Đứng trước sự phát triển của mạng Ad-hoc bên cạnh sự thành công của
giao thức SIP trong mạng Internet truyền thống, nhiệm vụ mới được đặt ra với các
nhà nghiên cứu là kết hợp chúng lại với nhau. Thử tưởng tượng rằng khi bạn đang
lái xe trên đường, bạn có thể thực hiện cuộc gọi video với người thân của mình, có
thể tham gia một phiên họp trực tuyến, hoặc có thể chia sẻ những hình ảnh hoặc
video của mình với bạn bè. Tất cả những điều đó sẽ trở thành hiện thực, nếu chúng
ta có thể triển khai giao thức SIP trong mạng Ad-hoc.
Từ những hiệu quả to lớn như vậy, em đã nghiên cứu và tìm hiểu về giao thức

SIP, về mạng Adhoc, và các cách tiếp cận để giao thức SIP có thể hoạt động trong
mơi trường mạng Ad-hoc. Em cũng sẽ trình bày về đánh giá chất lượng dịch vụ đa
phương tiện (cụ thể là đánh giá chất lượng quá trình truyền video thời gian thực)
qua mạng VANET. Tất cả điều này được thực hiện trong đồ án:
" Giao thức SIP và các ứng dụng đa phương tiện liên quan qua mạng
VANET"
Để có thể hồn thành được đồ án tốt nghiệp này, em đã được học hỏi những kiến
thức quý báu từ các Thầy, Cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời
gian học tập tại đây. Em vô cùng biết ơn sự dạy dỗ của các Thầy Cô trong thời gian học
tập này.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn của mình tới thầy Đỗ Trọng Tuấn - bộ môn Kỹ Thuật
Thông Tin - Viện Điện Tử Viễn Thông - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, người đã
định hướng cho những nghiên cứu của em, người trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo em
hoàn thành đồ án này.
9


Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, tới bố mẹ, chị gái đã là nền tảng,
là người ln theo sát, chăm sóc động viên cho con trong suốt cuộc đời này.
Thành quả của con đạt được ngày hôm nay không thể thiếu công ơn sinh thành và
dạy dỗ của gia đình.
Hà Nội, năm 2013
Học viên thực hiện
Đào Mạnh Tuấn

10


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Giao thức SIP và các ứng dụng đa phương tiện liên quan qua mạng

VANET
Tác giả luận văn: Đào Mạnh Tuấn

Khóa: CH2010B

Người hướng dẫn: TS. Đỗ Trọng Tuấn
Các đặc trưng của một mạng Ad-hoc nói chung và mạng VANET nói riêng:
Khơng có hạ tầng cố định; Topo mạng thay đổi khơng thể dự đốn vì sự di
chuyển của các nút; Các kết nối khơng dây có băng thơng thấp, tỉ số lỗi cao và thiếu
đồng bộ; Các nút có thể là các thiết bị cầm tay, giới hạn về khoảng vô tuyến và
khả năng tính tốn.
Giao thức định tuyến trong mạng Ad-hoc được chia thành hai loại: định
tuyến dựa trên topo mạng và định tuyến dựa trên thơng tin vị trí. Giao thức định
tuyến dựa trên topo mạng được chia làm hai loại chính, định tuyến proactive và
định tuyến reactive. Giao thức proactive thường có chi phí cao và tốc độ hội tụ thấp.
Trong khi đó các giao thức reactive có thể gây ra hiện tượng “broadcast storm” do
các luồng fooding và thường có trễ rất lớn.
Trong mạng Ad-hoc, giao thức SIP được thực hiện theo hai cách tiếp cận,
cách tiếp cận liên kết lỏng lẻo (LCA) và cách tiếp cận liên kết chặt (TCA). Cách tiếp
cận liên kết lỏng lẻo thực hiện tương tự như cơ chế của giao thức định tuyến
AODV. Cách tiếp cận liên kết chặt tích hợp giao thức SIP với giao thức định tuyến
dựa trên cluster.

11


Luận văn gồm 5 phần:
Chương 1: Tổng quang
Trình bày các khái niệm về mơ hình mạng và mơi trường nghiên cứu.
Chương 2: Giao thức định tuyến trong mạng VANET

Giới thiệu về khái niệm, chức năng của các giao thức định tuyến.
Chương 3: Giao thức SIP trong mạng VANET
Trình bày cách thực hiện SIP trong mạng VANET
Chương 4: Ứng dụng đa phương tiện liên quang mạng VANET và mô
phỏng
Kết luận và hướng nghiên cứu

12


Chương I: Tổng Quan
1.1.

Các mơ hình mạng khơng dây

1.1.1.

Khái niệm về mạng không dây

Mạng không dây là một mạng được thiết lập bằng cách sử dụng tần số sóng
vơ tuyến để truyền thơng giữa các máy tính và các thiết bị mạng khác. Mạng không
dây được bắt đầu thử nghiệm từ năm 1894 do Guglielmo Marconi . Cho tới năm
1899 Marconi đã thực hiện gửi một bức điện qua kênh đào Anh mà không sử dụng
bất kỳ loại dây nào. Đến tận bây giờ trải qua nhiều cải tiến về công nghê, mạng
không dây đã thu hút được n h i ề u sự chú ý và phát triển ngày càng mạnh mẽ,
trở nên rất quan trọng trong sự phát triển của lồi người. So với mạng có dây
truyền thống, mạng khơng dây có những đặc trưng riêng:


Khơng giống như sự cố định trong mạng có dây , sự gắn kết trong mạng

không dây thay đổi liên tục dưới tác động của các yếu tố năng lượng, độ nhạy của thiết
bị thu, sự ảnh hưởng của môi trường nhiễu và fading.


Mạng di động có tỉ lệ lỗi cao và bị giới hạn về mặt băng thông cũng như

năng lượng.


Các node có thể di chuyển ra khỏi mạng hoặc đi vào trong mạng làm

cho mơ hình mạng thay đổi, điều này ít khi xảy ra trong mạng có dây.


Tính ổn định trong chất lượng thu tín hiệu của mạng khơng dây là kém

hơn.

13


Hình1.1: Mơ hình mạng khơng dây
Do tính chất phụ thuộc vào các thiết bị hạ tầng cố định, mạng không dây có thể
được chia thành hai mơ hình chính:


Mơ hình mạng hạ tầng (Infrastructure-based network.



Mơ hình mạng adhoc
1.1.2.

Khái niệm về mạng adhoc

Ad hoc networks là điểm biên cuối cùng của thông tin không dây (thông tin vô
tuyến). Công nghệ này cho phép các nodes (điểm nối) mạng truyền trực tiếp với nhau
sử dụng bộ thu phát không dây (wireless transceiver) mà không cần bất cứ một cơ sở
hạ tầng cố định nào. Đây là một đặc tính riêng biệt của ad hoc network so với các
mạng không dây truyền thống như các mạng chia ô (cellular networks) và mạng
WLAN, trong đó các nodes (ví dụ như các th bao điện thoại di động) giao tiếp với
nhau thông qua các trạm vô tuyến cơ sở (wired radio antennae).
Trong một mạng Ad-hoc các nút di chuyển tự do, đồng thời khơng có các AP
cố định kết nối với nhau tạo nên mạng xương sống nên topo mạng có thể bị thay
đổi một cách nhanh chóng và ko thể dự đốn được. Hơn nữa các nút trong mạng
14


Ad- hoc bị giới hạn phạm vi truyền (khoảng vô tuyến) làm cho một số nút ko thể
giao tiếp trực tiếp với một nút khác. Vì thế các nút mạng phải đóng vai trị như các
router để tạo nên một mạng hoàn chỉnh.
Ad hoc networks được mong đợi sẽ làm cách mạng hóa thơng tin khơng dây
trong một vài năm tới bằng việc bổ sung thêm vào các mơ hình mạng truyền thống
(như Internet, cellular networks, truyền thông vệ tinh – satellite communication).
Mạng Ad hoc cũng có thể được xem như những bản sao công nghệ của những khái
niệm máy tính thường gặp. Bằng việc khám phá cơng nghệ mạng không dây Ad hoc,
những thiết bị cầm tay đủ chủng loại (như điện thoại di động, PDAs, máy tính xách
tay, máy nhắn tin “pager”…..) và các thiết bị cố định (như các trạm vô tuyến cơ sỡ,
các điểm truy cập Internet khơng dây, … ) có thể được kết nối với nhau, tạo thành

mạng toàn cầu, khắp mọi nơi.
Trong tương lai, cơng nghệ mạng Ad hoc có thể sẽ là lựa chọn rất hữu ích. Ví
dụ, hãy xem tình huống sau. Một cơn động đất khủng khiếp đã tàn phá thành phố của
chúng ta, trong đó có hầu hết các cơ sở hạ tầng viễn thông (như các đường điện thoại,
trạm vô tuyến cơ sở …). Nhiều đội cứu hộ ( như lính cứu hỏa, cảnh sát, bác sĩ, các tình
nguyện viên …) đang nỗ lực để cứu mọi người khỏi cơn động đất và chữa trị cho
những người bị thương. Để hỗ trợ tốt hơn cho đội cứu hộ, các hoạt động cứu hộ của họ
phải được hợp tác với nhau. Rõ ràng là 1 hoạt động hợp tác như thế chỉ đạt được thành
quả khi đội cứu hộ có thể giao tiếp, thơng tin với nhau, cả với đồng nghiệp của mình (
ví dụ 1 cảnh sát với 1 cảnh sát khác) và cả với thành viên của đội cứu hộ khác (ví dụ 1
lính cứu hỏa yêu cầu sự trợ giúp từ 1 bác sĩ).
Với những công nghệ hiện có, những nỗ lực của đội cứu hộ sẽ rất khó thành
cơng khi những cơ sở hạ tầng viễn thơng cố định bì tàn phá nặng nề. Thậm chí những
thành viên của đội cứu hộ này được trang bị máy vô tuyến cầm tay (walkie-talkie) hay
các thiết bị tương tự khác trong trường hợp không thể truy cập được với các điểm cố
định, chỉ những kết nối giữa những thành viên của đội cứu hộ đứng gần nhau mới thực
hiện được. Vì vậy, một trong những ưu tiên trong việc quản lý và không chế thảm họa

15


ngày nay là cài đặt lại các cơ sở hạ tầng viễn thơng nhanh nhất có thể, bằng cách sửa
chữa các thiết bị, kết cấu hư hỏng hay triển khai các thiết bị viễn thơng tạm thời (ví dụ
như vans được trang bị angten radio).
Khó khăn này có thể được giải quyết đáng kể nếu chúng ta áp dụng những công
nghệ dựa vào mạng Ad hoc : bằng cách sử dụng các giao tiếp không dây phân tán giữa
nhiều điểm truy cập khác nhau, thậm chí các đội cứu hộ ở cách xa nhau cũng có thể
liên lạc với nhau hay liên lạc với các thành viên đội cứu hộ khác ở khoảng giữa như
hoạt động của một trạm chuyển tiếp. Vì khu vực xảy ra thảm họa sẽ tập trung nhiều
đội cứu hộ, nên các liên lạc trong phạm vi thành phố (hay thậm chí là phạm vi cả

nước) có thể thực hiện được, cho phép các nỗ lực cứu hộ được hợp tác thành công mà
không cần thiết lập lại các cơ sở viễn thông cố định.
Đặc điểm của mạng adhoc:


Mỗi máy chủ khơng chỉ đóng vai trị là một hệ thống cuối cùng mà còn

hoạt động như một hệ thống trung gian


Mọi nút mạng đều có khả năng di động.



Topo mạng thay đổi theo thời gian.



Các nút di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn



Băng thông trong thông tin vô tuyến hẹp.



Chất lượng kênh luôn thay đổi.



Khơng có thực thể tập trung , nói cách khác là mạng phân bố.

16


Hình 1.2: Mơ hình mạng adhoc
Hai mơ hình mạng Ad-hoc được đề xuất trong thời gian gần đây là :


Mô hình mạng MANET (Mobile Ad-hoc Network).



Mơ hình mạng VANET (Vehicular Ad- hoc Network).
1.1.3.

Khái niệm về mạng hạ tầng

Trong mạng hạ tầng có các điểm truy cập AP (Access Point) cố định đóng
vai trị là các điểm truy cập cho các nút di động trong phạm vi phủ sóng của nó. Các
AP được kết nối với nhau hình thành nên một xương sống (backbone) cho một
mạng hạ tầng. Một số ví dụ cho mạng này là mạng di động tế bào (cellular) và mạng
WLAN.

17


1.1.4.

Hình 1.3 : Mạng WLAN

Tìm hiểu về mạng MANET

Ta cần hiểu MANET là từ viết tắt của cụm từ Mobile Adhoc Network (mạng di
động tùy biến không dây.
Mạng MANET (Mobile Ad-hoc Network) là một tập hợp của những nút
mạng không dây, những nút này có thể được thiết lập tại bất kỳ thời điểm nào và
tại bất cứ nới nào. Mạng MANET không dựa trên bất kỳ cơ sở hạ tầng nào. Nó là
một hệ thống tự trị mag máy chủ di động được kết nối bằng đường vô tuyến và
có thể di chuyển tự do, thường hoạt động như một router.
Mobile:


Hình trạng mạng có thể thay đổi được



Các nút mạng có thể di chuyển linh động.

Adhoc:


Hình trạng mạng được thiết lập tùy ý.



Không hạ tầng mạng, không server, không access point.

Network:


Tất cả các node mạng đều có chức năng và hoạt động như một router.

Hiện có rất nhiều ứng dụng được triển khai trong môi trường mạng adhoc như
: ứng dụng trong mạng sensor (sensor network) - Phân bố các sensor trên một cánh
đồng, một thành phố, ... để thu thập dữ liệu (nhiệt độ, thời tiết độ ẩm,...) gửi về trung
18


tâm, home network - người dùng có thể điều khiển các thiết bị trong nhà của mình
khi đang di chuyển trên đường...
Các đặc trưng của mạng MANET:


Thiết bị tự trị đầu cuối (Automonous Teminal): Trong mạng MANET,

mỗi thiết bị di động đầu cuối là một nút tự trị. Nó có thể mang chức năng của host
và router. Bên cạnh khả năng xử lý cơ bản của một host, các nút di động này có
thể chuyển đổi chức năng như một router. Vì vậy thiết bị đầu cuối và chuyển mạch
khơng thể phân biệt được trong mạng MANET.


Hoạt động phân tán (Distributed operation): Vì khơng có hạ tầng

mạng cho việc kiểm soát hoạt động của mạng, nên việc kiểm soát và quản lý
hoạt động của mạng được phân tán cho các thiết bị đầu cuối. Các nút trong
mạng MANET đòi hỏi phải có sự phối hợp với nhau. Khi cần thiết các nút hoạt
động như một relay để thự hiện chức năng của mình (như bảo mật và định
tuyến).


Định tuyến đa đường: Thuật tốn định tuyến khơng dây cơ bản có

thể định tuyến một chặng và nhiều chặng dựa vào các thuộc tính liên kết khác
nhau và giao thức định tuyến. Khi truyền các gói dữ liệu từ một nguồn của nó
đến một đích trong phạm vi của mạng, các gói dữ liệu sẽ được chuyển tiếp qua
một hoặc nhiều nút trung gian.


Cấu hình động (dynamic network topology): vì các nút là di động,

nên cấu trúc mạng có thể thay đổi nhanh và không biết trước được đồng thời các
kết nối giữa các nút mạng có thể thay đổi theo thời gian. MANET sẽ thích ứng
tuyến và điều kiện lan truyền. Các nút di động trong mạng thiết lập định tuyến
động với nhau trong khi chúng di chuyển, hình thành mạng riêng của trung
trong một phạm vi không gian. Hơn nữa, một nút mạng trong mạng MANET
không chỉ hoạt động trong nội bộ mạng, mà cịn có thể u cầu truy nhập vào
một mạng cố địng công cộng (như mạng Internet).


Dao động về dung lượng liên kết (Fluctuating link capacity): Bản chất

tỷ lệ lỗi bít cao của mạng khơng dây cần được quan tâm trong mạng MANET.
Truyền thông từ đầu cuối này tới đầu cuối kia có thể trải qua nhiều nút trung
19


gian. Tín hiệu nhận được ở đầu cuối chịu ảnh hưởng của nhiễu, hiệu ứng đa
đường, giao thoa khiến băng thơng của nó thấp hơn so với mạng có dây. Trong một
vài trường hợp, kết nối giữa hai đầu cuối có thể qua nhiều liên kết khơng dây và
các liên kết này có thể khơng đồng nhất.



Tối ưu hóa cho thiết bị đầu cuối (light-weight terminals): Trong hầu hết

các trường hợp, các nút trong mạng MANET là các thiết bị giới hạn về tốc độ xử
lý của CPU, về bộ nhớ cũng như về năng lượng. Do đó, phải có các thuật toán và cơ
chế tối ưu với tài nguyên của mạng.
1.1.5.

Tìm hiểu về mạng VANET

VANET thoạt

nghe

rất

giống

với

MANET (Mobile

Ad

Hoc

Network). VANET cũng là một người anh em của MANET và đang hướng hẹn sẽ gặt
hái được nhiều thành công.
VANET là mạng trong đó các xe (vehicule) sẽ được trang bị thiết bị thu/phát,

chúng sẽ trở thành các node như trong mạng ad-hoc. Các xe sẽ liên lạc với nhau (Carto-Car Communication, hay M2M (machine-to-machine communication) để chia sẽ
thông tin lẫn nhau. Thông tin về traffic, về tình trạng kẹt xe, thơng tin về tai nạn giao
thông, nguy hiểm cần tránh.... Một chiếc xe cũng có thể trở thành một relay node để
chuyển tải thông tin cho xe khác, v.v..
Mạng VANET (Vehicular Ad-Hoc Network) là một công nghệ sử dụng các xe
di chuyển như các nút trong một mạng để tạo nên một mạng di động. VANET
biến mỗi xe tham gia giao thông thành một router hay một nút không dây, cho phép
các xe này có thể kết nối với các xe khác trong phạm vi bán kính từ 100 tới 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 thốt khỏi mạng, trong khi những xe khác có thể tham gia, kết nối với
các phương tiện khác nên một mạng Internet di động được tạo nên. Trong thực tế,
hệ thống đầu tiên được tích hợp cơng 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.

20


Dịch vụ trên mơ hình mạng này ngày càng nhiều, nhất là nó liên quan đến hệ
thống định vị GPS, liên quan đến nganhg giao thông công chánh để quản lý và điều
hành giao thông, liên quan đến lĩnh vực cảnh sát giao thông, liên quan đến ngành dự
báo thời tiết,...và dĩ nhiên là đem lại một khía cạnh mới cho những công ty sản xuất
ôtô để ngày càng hướng đến những chiếc xe intelligent.

Hình 1.4: Mơ hình mạng VANET
Thơng tin trao đổi trong mạng VANET bao gồm thông tin về lưu
lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, thơng tin về tai nạn giao thơng, các tình huống
nguy hiểm cần tránh và cả những dịch vụ thông thường như dịch vụ đa phương tiện,
Internet…

21


Mục đích chính của VANET là cung cấp sự an toàn và thoải mái cho
hành khách. Các thiết bị điện tử đặc biệt được đặt bên trong các phương tiện giao
thông sẽ cung cấp kết nối mạng Ad-hoc cho các hành khác. Mạng này hướng đến
hoạt động mà không cần cấu trúc hạ tầng cho phép các liên lạc đơn giản. Mỗi
thiết bị hoạt động trong mạng VANET sẽ là một nút trong mạng có thể trực tiếp
gửi nhận hoặc làm trung gian trong các phiên kết nối thông qua mạng không dây.
Xét trường hợp xảy ra 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 xự cố, đảm bảo
an toàn cho các phương tiện khác. Người tham gia giao thơng cũng có thể kết nối
Internet thơng qua mạng VANET, thậm chí có thể sử dụng các dịch vụ đa phương
tiện như trao đổi hình ảnh, video, gọi điện video. Ngồi ra, thơng qua mạng
VANET, các phương tiện tham gia giao thơng có thể tự động thanh tốn các cước
phí như phí gửi xe, phí cầu đường…
VANET cũng tương đối giống MANET nhưng về chi tiết thì khác nhau, như
tốc độ di chuyển của các nút nhanh hơn, nhưng định hướng di chuyển theo một mơ
hình (như về phương, hướng…). Sự tương tác với các thiết bị bên đường tương đối
chính xác, và các phương tiện xe cộ bị hạn chế trong một vùng di chuyển ví dụ như
các xe tải đường dài chạy trên đường cao tốc.

22


Hình 1.5: Ví dụ về việc thơng báo nguy hiểm do một xe đột nhiên bị tai
nạn
VANET là mạng có những đặc tính riêng, cơ bản nhất là nó chả yêu cầu cơ sở
hạ tầng như các hệ thống vô tuyến khác: không cần Base Station như những hệ thống

di động khác(GSM, CDMA, 3G); chả cần bộ Access Point để hỗ trợ cho Wifi
hay Wimax.
Về yếu tố khoảng cách, VANET có thể khắc phục được giới hạn của truyền dẫn sóng
vơ

tuyến

nhờ

vào

các

nút

trung

gian.

Tuy nhiên, do giao tiếp mà khơng cần cơ sở hạ tầng, lại dùng biến đổi định tuyến qua
nhiều tầng nên rất nhiều khả năng bị 'nghe trộm' hoặc là thơng tin truyền đi có thể bị
sai lệch.
Trong mạng, việc truyền tin tức giao thông giữa các xe với nhau là rất quan
trọng, điều đó có thể có tác dụng tốt (nếu như thông tin được truyền đi phản ánh đúng
tình hình giao thơng hoặc các sự cố trên giao lộ) nhưng cũng có thể gây ra những tác
động nguy hiểm khôn lường(nếu như thông tin do 1 xe truyền đi là khơng chính xác
hoặc là bị sai lệch). Sở dĩ như vậy vì khi thiết kế mạng này, thường thì các thơng tin sẽ

23

được phát quảng bá và được trung chuyển qua nhiều nút , gây ra ảnh hưởng kiểu như
"phản ứng dây truyền".
1.2.

Môi trường nghiên cứu

1.2.1.

Hệ điều hành linux

Linux là tên gọi của một hệ điều hành máy tính và cũng là tên hạt nhân của hệ
điều hành. Nó có lẽ là một ví dụ nổi tiếng nhất của phần mềm tự do và của việc phát
triển mã nguồn mở.
Phiên bản Linux đầu tiên do Linus Torvalds viết vào năm 1991, lúc ông còn là
một sinh viên của Đại học Helsinki tại Phần Lan. Ơng làm việc một cách hăng say
trong vịng 3 năm liên tục và cho ra đời phiên bản Linux 1.0 vào năm 1994. Bộ phận
chủ yếu này được phát triển và tung ra trên thị trường dưới bản quyền GNU General
Public License. Do đó mà bất cứ ai cũng có thể tải và xem mã nguồn của Linux.
Một cách chính xác, thuật ngữ "Linux" được sử dụng để chỉ Nhân Linux, nhưng
tên này được sử dụng một cách rộng rãi để miêu tả tổng thể một hệ điều hành giống
Unix (còn được biết đến dưới tên GNU/Linux) được tạo ra bởi việc đóng gói nhân
Linux cùng với các thư viện và công cụGNU, cũng như là các bản phân phối Linux.
Thực tế thì đó là tập hợp một số lượng lớn các phần mềm như máy chủ web, các ngơn
ngữ lập trình, các hệ quản trị cơ sở dữ liệu, các môi trường làm việc
desktop như GNOME và KDE, và các ứng dụng thích hợp cho cơng việc văn phòng
nhưOpenOfficehay LibreOffice.
Khởi đầu, Linux được phát triển cho dòng vi xử lý 386, hiện tại hệ điều hành
này hỗ trợ một số lượng lớn các kiến trúc vi xử lý, và được sử dụng trong nhiều ứng
dụng khác nhau từ máy tính cá nhân cho tới các siêu máy tính và các thiết bị

nhúng như là các máy điện thoại di động.
Ban đầu, Linux được phát triển và sử dụng bởi những người say mê. Tuy nhiên,
hiện nay Linux đã có được sự hỗ trợ bởi các cơng ty lớn nhưIBM và Hewlett-Packard,
đồng thời nó cũng bắt kịp được các phiên bản Unix độc quyền và thậm chí là một
thách thức đối với sự thống trị của Microsoft Windows trong một số lĩnh vực. Sở dĩ
Linux đạt được những thành cơng một cách nhanh chóng là nhờ vào các đặc tính nổi
24