NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
Ngày nay, một số lượng lớn các loại xe ô tô tham gia giao thông đã làm tăng lên sự quan tâm trong việc phát triển các kỹ thuật truyền thông dành cho các phương tiện xe cộ. Trong khía cạnh này, một vài dịch vụ di động mới và hiệu quả kinh tế và các ứng dụng cho các mạng giao thông đã được đặt dưới sự nghiên cứu, đặt nền tảng cho hệ thông vận tải thông minh (Intelligent Transportation Systems – ITS). ITS đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu cuốn hút trong nhiều năm. Nhiều công nghệ đã được đề xuất cho ITS nhằm mục đích tăng sự an toàn trên các tuyến đường và vận tải hiệu quả và cung cấp kết nối Internet không dây ở khắp mọi nơi. Thêm vào đó là các ý nghĩa truyền thông khác, chẳng hạn các tài xế có thể nhanh chóng cập nhập thông tin giao thông nổi bậc về các tuyến đường với chi phí thấp. Với những lý do này, truyền thông vô tuyến dành cho phương tiện giao thông đã trở thành một công nghệ rất quan trọng.
Các mạng thông tin vô tuyến được chia thành hai dạng là các mạng có cơ sở hạ tầng và các mạng Ad-hoc. Hầu hết các mạng thông tin vô tuyến ngày nay là mạng có cơ sở hạ tầng, bao gồm các mạng thông tin di động và mạng LAN không dây. Trong một mạng thông tin vô tuyến có cơ sở hạ tầng, các trạm gốc sẽ quản lý các thiết bị đầu cuối di chuyển trong phạm vi vùng phủ của chúng. Mặt khác, các mạng di động Ah-hoc (Mobile Ad-hoc Networks – MANETs) được sử dụng và quản lý mà không có một cơ sở hạ tầng được thiết lập trước. Thực tế, trong mạng MANET, các thiết bị đầu cuối liên lạc trực tiếp với các thiết bị khác mà không thông qua một thiết bị quản lý trung tâm.
Các mạng MANET hiện tại đang nhận được sự quan tâm đặc biệt trong cả lĩnh vực công nghiệp và giáo dục. Chúng là thành phần quan trọng của các mạng thế hệ kế tiếp. Trong khi MANETs ban đầu được thiết kế cho mục đích quân sự, thì hiện nay các lợi ích trong các kỹ thuật vô tuyến, như mạng khu vực cá nhân (Personal Area Network – PAN) (ví dụ. Bluetooth 802.15.1, ZigBee) và mạng LAN không dây (802.11), đã mang đến một sự thay thế trong việc sử dụng MANETs. Chúng cho phép hỗ trợ một phạm vi rộng của các ứng dụng thương mại mới trên MANETs. Bên cạnh các kỹ thuật đã kể trên, truyền thông khoảng cách ngắn (Dedicated Short Range Communications – DSRC) đã làm cho việc thông tin liên phương tiện (Inter-Vehicular Communications – IVC) và thông tin phương tiện – tuyến đường (Road-Vehicle Communications – RVC) trở nên khả thi trong các mạng MANET. Điều này đã khai sinh một dạng mới của mạng MANET được biết đến như là mạng Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs).
Mạng VANET là một trường hợp đặc biệt của MANET. Chúng giống với mạng MANET với sơ đồ mạng (topology) biến đổi nhanh vì sự di chuyển ở tốc độ cao của các phương tiện. Tuy nhiên, không giống như MANET, tính di động của các phương tiện trong VANET bị ràng buộc chung bởi các tuyến đường được định trước. Vận tốc của phương tiện cũng được ràng buộc theo các giới hạn tốc độ, mức độ tắc nghẽn trên tuyến đường, và các cơ chế điều khiển lưu lượng (như đèn giao thông). Thêm vào đó, các phương tiện giao thông có thể được trang bị thiết bị phát sóng khoảng cách xa hơn, nguồn năng lượng có khả năng phục hồi, và khả năng lưu trữ cao hơn. Do đó, công suất xử lý và khả năng lưu trữ không phải là vấn đề trong mạng VANET như trong mạng MANET.
Cùng với sự phát triển hiện tại trong lĩnh vực VANET, một số lượng các ứng dụng cho việc bố trí phương tiện đã được đưa ra. Các ứng dụng VANET bao gồm các hệ thống an toàn hoạt động trên xe để hỗ trợ các tài xế trong việc tránh va chạm và điều phối họ tại các điểm nóng như tại các giao lộ hay các lối vào đường cao tốc. Các hệ thống an toàn có thể phổ biến thông tin tuyến đường một cách thông minh, như các sự cố, tắc nghẽn lưu lượng thời gian thực, việc thu phí đường cao tốc, hay điều kiện mặt đường đến các phương tiện trong lân cận vị trí được đề cập. Điều này giúp tránh việc các phương tiện bị dồn ứ và theo đó cải thiện hiệu suất sử dụng các tuyến đường. Bên cạnh các ứng dụng an toàn đã được đề cập, việc truyền thông liên phương tiện IVC có thể được sử dụng để cung cấp các ứng dụng tiện ích, chẳng hạn như thông tin thời tiết, vị trí các trạm xăng hay nhà hàng, và các ứng dụng truyền thông tương tác như truy cập Internet, tải nhạc, và phân phối nội dung. Với những ứng dụng thiết thực và tính cấp thiết để triển khai các ứng dụng đó vào hệ thống giao thông hiện nay nên em đã chọn thực hiện đề tài này.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu, nghiên cứu về mạng không dây và mạng VANET
- Nghiên cứu sâu về các giao thức định tuyến trong mạng VANET. Xác định các giá trị cần so sánh trong mạng VANET.
- Mô phỏng so sánh và đánh giá một số giao thức định tuyến trong mạng VANET thông qua NS2.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
- Mạng VANET
- Giao thức định tuyến
- Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu giao thức định tuyến trong mạng VANET
- So sánh đánh giá các giao thức định tuyến
- Phần mềm mô phỏng NS2
- Phần mềm hổ trợ mô phỏng MOVE và SUMO
- Phương pháp lý thuyết
- Các tài liệu về mạng không dây và mạng VANET
- Các tài liệu liên quan đến giao thức định tuyến trong mạng VANET
- Phân tích so sánh và đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng VANET
- Tìm hiểu, nghiên cứu các phần mềm hổ trợ mô phỏng: MOVE, SUMO, NS2
- Phương pháp thực nghiệm
- Mô phỏng so sánh và đánh giá các giao thức định tuyến bằng NS2
- So sánh, đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng VANET
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Thực hiện nghiên cứu tổng quan về mạng VANET, tìm hiểu chuyên sâu hơn về các giao thức định tuyến trong mạng VANET.
- Nghiên cứu một cách chi tiết về môi trường mạng, các mô hình chuyển động đặc trưng. Thực nghiệm so sánh và đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng VANET bằng NS2.
- So sánh, đánh giá thực tiễn các giao thức định tuyến trong mạng VANET nhằm có những cải tiến hơn nữa để nâng cao hiệu năng mạng.
6. Bố cục của luận văn
Luận văn được tổ chức thành ba chương như sau:
Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về mạng không dây và mạng VANET
Chương 2. Nghiên cứu các giao thức định tuyến trong mạng VANET
Chương 3. Thực nghiệm so sánh và đánh giá kết quả DSR, AODV, AOMDV và GPSR trong mạng VANET
TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY VÀ MẠNG VANET
1.1. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI KHÔNG DÂY
1.1.1. Giới thiệu
1.1.2. Phân loại mạng không dây
a. Phân loại theo định dạng và kiến trúc mạng
b. Phân loại theo phạm vi bao phủ truyền thông
c. Phân loại theo công nghệ truy cập đường truyền
d. Phân loại theo các ứng dụng mạng
1.2. MẠNG KHÔNG DÂY ĐẶC BIỆT VANET
1.2.1. Giới thiệu về mạng VANET
1.2.3. So sánh giữa mạng MANET và VANET
1.2.4. Mô hình lớp trong mạng VANET
- Ứng dụng
- Khó khăn
CHƯƠNG 2
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
2.1. CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN CƠ BẢN TRONG MẠNG
2.2. YÊU CẦU ĐỐI VỚI THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
2.3. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
2.3.1. Giao thức định tuyến DSR
Hoạt động của giao thức DSR bao gồm hai cơ chế chính: cơ chế tạo thông tin định tuyến (Route Discovery) và cơ chế duy trì thông tin định tuyến (Route Maintanance).
Tiến trình tạo thông tin định tuyến sẽ phát gói tin Route Request (RREQ) đến các node lân cận của nó trong mạng. Khi một node nhận gói RREQ thì nó sẽ tiến hành kiểm tra thông tin trong RREQ như sau:
- Bước 1: Thông qua trường request ID, nó sẽ kiểm tra xem đã nhận gói tin này hay chưa? Nếu đã tồn tại thì nó sẽ loại bỏ gói tin đó và phản hồi RREP về nguồn. Ngược lại thì qua bước 2.
- Bước 2: Nó kiểm tra trong Route Cache của nó có đường đi đến node đích mà còn hiệu lực hay không? Nếu có đường đi đến đích thì nó sẽ phản hồi lại cho node nguồn bằng gói Route Reply (RREP) chứa thông tin về đường đi đến đích và kết thúc tiến trình. Ngược lại thì qua bước 3.
- Bước 3: Nó kiểm tra địa chỉ đích cần tìm có trùng với điạ chỉ của nó hay không? Nếu trùng thì nó gởi lại cho node nguồn gói Route Reply (RREP) chứa thông tin về đường đi đến đích và kết thúc tiến trình. Ngược lại thì nó sẽ phát broadcast gói tin RREQ đến các node láng giềng của nó. Các nút láng giềng sau khi nhận gói tin RREQ sẽ thực hiện việc kiểm tra thông tin (quay về bước 1).
Như vậy, quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi node nguồn nhận được thông tin về đường đi đến đích hoặc thông tin rằng không thể định tuyến đến đích
Route Maintanance cho phép các nút trong hệ thống mạng tự động bảo trì thông tin định tuyến trong Route Cache. Trong giao thức định tuyến DSR, các node khi chuyển gói tin trên mạng đều phải có nhiệm vụ xác nhận rằng các gói tin đó đã chuyển đến node kế tiếp hay chưa (thông qua sự phản hồi thông tin của node nhận)? Trong một trường hợp nào đó mà node đó phát hiện rằng gói tin không thể truyền đến node kế tiếp. Nó sẽ gởi gói Route Error (RERR) cho node nguồn để thông báo tình trạng hiện thời của liên kết và điạ chỉ của node kế tiếp mà không thể chuyển đi. Khi node nguồn nhận được gói RERR, nó sẽ xóa con đường đi mà liên kết bị hỏng trong Route cache và tìm một đường đi khác mà nó biết trong route cache hoặc sẽ khởi động một tiến trình route discovery mới nếu như không tồn tại đường đi thích hợp trong Route cache.
2.3.2. Giao thức định tuyến AODV
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KHOA HOC MAY TINH\NGUYEN VAN VIET\SAU BAO VE
NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
