Luận văn nghiên cứu Đánh giá các giải thuật Định tuyến trong mạng vanet

Thông tín liên lạc được rnở rộng với những Tinh vực mạng ch động Lùy biến trong xe cộ Verhical Adhoc Network-VANET, dây là một lĩnh vực dang, được các nước phát triển nghiên cứu và đưa v

MỤC LỤC

MỤC LỤC HH HH HH ngu Hai rg i

1.1 Khải niềm về mạng, A đhọc TH 0000 xe ren 6

1.1.1 Một số đặc điểđm chính của mạng Adhoe 6

1⁄2 Giới thiệu mạng VANHÍ, cà Hung rreeckerre 8 1.3 Các thành phân chính trong mạng VANET - 9

1 4 Phân loại các giao thức định tuyến - 11

1.4.2 _ Những tháchthúc chọn giao thức định tuyến 12 1.43 Giao thúc định tuyển dựa vào topoloạy 13

1.4.4 Giao thúc định tuyến đụa vào vị trí (locatien) 17 1.5 Những vân đẻ hiện tại của mạng ađhoc - - 19

1 6 Một sở van dé cita lớp MÁC trong mạng Adhoc —

CHƯƠNG 2: CONG NGI OFDMA VA DI XUAT LOP MAC CHO

2.1 Công nghệ đa truy nhập phan chia theo tan sé tryc giao OFDMA 25

2.2.1 Hai chế dộ làm việc cơ bản của hệ thống OFDMA 31

2.2.2 Ưu điểm của công nghệ OIDMA à cac 32

3.3.1 Phương pháp cấp phát cô dụh OFDM-FDMA

33

2.3.2 Cấp phát ngẫu nhiên OFDM-EDM

3.4 Để xuất lớp MAC cho Ađhoe đựa vào công nghệ OFDMA

3.1 Đặc điểm mô hình kết hợp các lớp trong, mạng,

33 Node chuyển tiếp (nexthop) trong mạng đa chặng,

3.3 Mô hình giải thuật kết hợp trong mỏ phóng mang VANET da ching

CHƯƠNG 4: MO HINH KICH BAN VA DANE GIA KET QUA BINH

TUYEN TRONG MANG VANET

41 Kich ban Adhoc don gian

TẢI LIỆD THAM KHẢO:

LOT CAM BOAN

Lôi, Nguyễn Danh Thắng xin cam đoan các kết quả nghiên cứu dua ra trong lrận văn đựa trên các kết quả thu được trong quá trình nghiên cửu thực sự của riêng tôi, không sao chép bất kỳ kết quá nghiên cứu của người nào ở bất kỹ nơi nào khác Nội đưng trang luận văn cá tham khảo và sử đụng một số thông tín, tải liên từ các nguằn sách, tạp chí được liệt kế trong danh mục các tài liệu tham khảo,

Nguyễn Danh Thắng

iii

DANH MUC TU VIET TAT

Adhoc On Demand Distance Vector

Additive White Gaussian Noise

Bit Exror Ratio Base Station

Co-Channel Interference Code Division Multiple Access Cyclic Prefix

Channel State Information

Frequency Division Duplex Dynamic Subcariers Allocation Krequency Division Multiplexing Fast ourier ‘Iransform

Multiple Input Multiple Qutput Minimum Mean Square Frrer

truyền

Súng công phân chia theo tân

số Cấp phát kênh động, Ghép kênh phân chia theo tân

số Chuyển đổi Furier nhanh Khoảng bảo về

TIệ thông nhiều đầu vào nhiều

đầu ra

Trung bình binh phương tối thiên

Signal to Interference-phus-Noise Ratio

Signal to Noise Ratio

‘Time Division Duplex Time Division Multiple Access

Up Link Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for

Microwave Access

Request lo Send/ Clear To Send

Greedy Perimeter Stateless Routing Destination Sequenced Distance

Vector Protocol Road Side Unit Onboad Unit

Qualtity of Service Mobile Ad-hoc Network Transtuiter/ Reeciver

Tram đi động Ghép kênh phân chia theo tắn

số trực giao

Đa truy nhập phân chia theo

tân số trực giao

Diéu chế biên độ câu phương

‘Tan số vô tuyến

Tÿ lệ tin hiệu trên tạp âm cộng,

nhiều

Tý lệ tin hiệu trên tạp ãm Song công phân chia theo thời gian

Đa truy cập phân chia theo thời

gian

Đường lên/Đường xuống, Mạng không đây chuẩn 802.11

Khả năng khai thác liên mạng

trên toàn câu đối với truy cập

vi ba

Yêu cầu gửiyêu cầu xóa Giao thục đính tuyến GPSR Giao thục định tuyến DSDV Thiết bị ven đường

Thiet

f irén xe

Chất lượng địch vụ Mang adhoc di dng

Bộ pháU Bộ thụ

DANH MỤC HÌNH VE Hinh 1.1 Mö hình mạng Adhoc

linh 1.2 Mô hình mạng VANLT, sec

Hình 1.3 Mô hình dâu cuối rạng VANET

Hinh 1.4 IEEE ad-hoc Mode

1Hỉnh 1.5 H¿112 ad-hoe mode khi triển khai định tuyến

Hình 1.6 Các giao thúc dink tuyén trong mang Ad-hoc

Hình 1 7 Thuật toán mô phỏng giao thức AODV trong Matlab

Hình 1.8 Mô phỏng đơn giản định tuyến các node sử dung AODV Hình 1.9 Minh họa cách chọn khoảng cách từ nguồn-ncxthop

Tlinh 1.10 Van dé node ấn (The hiđđen terminal problem)

Hình 1.11 Vẫn để node hiện (The expossd node problem}

Hình 2.1 Sơ đồ bệ thẳng thông tn chung

Tlinh 2.2 So dé hé théng thông tin sử đựng điều ché OFDM

Hinh 2.3 Dai bang tin sit dang trong OFDMA

Hinh 2.4 Cap phat dit liu dén cac user

Tlinh 2.5 So 46 khéi hệ thông OFDMA

Hinh 2.6 Hai ché dé lam viée co ban ova hé thing OFDMA

Hình 2.7 Phường pháp OFDM-EFDMA lhông thường

Hinh 2.8 Cáp phát kênh đựa vào tín hiệu báo bận phat ra tir may thu,

Hình 2.9 Vấn đề về nhiều CCI trong các hệ thông OFIDMA/TDD

Hình 2.10 Công suất âm bận thụ dược tại may phat

Hinh 2.11 Câu trúc khung lớp MAC,

Hình 2.12 Thuật toàn DSA

Hình 2.13 Phỏng tao theo phương pháp Monte Carlo tin sé Doppler

Ilinh 3.1 Minh hoa mang Adhoc da ching hop-by-hop

vi

Hình 3.2 Giải thuật kết hợp dịnh tuyến và DSA MAC cho VANET multihop Hinh 4.1 Kịch bản mạng Ađhoe đơn giản

Llinh 4.2 Kết quả với mức ngưỡng khảe nhau

Hình 4.3 Mô hình kịch bản tỉnh toán thông lượng tương mang Adhoc Hinh 4.4 Mô hình kịch bản phổi cảnh và mô hình toán học

1linh 4.5 'Thông lượng kết nỗi giữa Oi3U,-RSU và OBU;-RSL;

TỜI NÓI ĐẦU Xuất phát từ những yêu cầu từ thục tế trong quá trinh nghiên cứu và phát triển với xu thể phát triển mạnh mẽ vẻ công nghệ thông tin liên lạc và viễn thông Thông tín liên lạc được rnở rộng với những Tinh vực mạng ch động Lùy biến trong xe cộ (Verhical Adhoc Network-VANET), dây là một lĩnh vực dang, được các nước phát triển nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhằm mang lại hiệu quá trong việc điều khiển, kiểm soát trong ngành giao thông, Để đạt được hiệu quả cao trong hệ thống mạng, giao thức định tuyến cỏ vai trỏ tiên quyết trong mét mang Adhoc

Đặc biệt te gid di sâu nghiên cứu cho mạng VANET, kết hợp sử đụng phương pháp cấp phát kênh động (5A) dựa trên nên công nghệ OFDMA hoạt động ở chế độ (TDD) với việc định tuyển xuyên ting MAC-NUT Phuong pháp

này cho phép mạng tái sử dụng toàn bộ tần số, táng dụng lượng mạng đồng thời giảm nhiễu đẳng kênh (CCŒI), giải quyết vẫn để node ấn, node hiện trong mạng

WLAN cfng như mạng Adhoc

Các kết quả hướng nghiền cứu trong phan này liên quan đến tính toán thông lượng mạng, tỉnh toán các tham số liên quan theo thuật toán đã để xuất với mô hình kịch bản đưa ra cho mạng đơn node và multihap

Trong quá trình thực hiện luận văn này, mặc dù đã rất có gắng nhưng chắc chân không thé tránh dược những thiếu xót do nhận thức chưa đứng về một niội dụng rảo đỏ, nên em tái mong muốn dược sự chỉ dẫn của wae thay 6.

Em xmm gửi lời cảm ơn chân thành đến T6 Hà Duyên Trung, PGS TS

Nguyễn Văn Đức là những người đã trực tiếp hướng dẫn và góp ý sửa chữa, tận tình

chi bao để em có thể hoàn thành luận văn Em xin chân thành căm ơn các thấy

Đềng thời cũng cho tôi nói lời cam ơn đến cha te tôi và những người

thân của tôi đã luôn sát cánh dộng viên, quan tâm, ủng hô tôi trong suốt quá trình

lọc tập và lắm luận văn này Nhằm tạo những điều kiện thuận lợi cho tôi học tập

tu dưỡng phan dau dé ma cỏ thể thành người có ích cho xã hội

Xin chin thanh cam on!!!

Hà Nặi, ngày 15 tháng 03 năm 2015

Hoe vida NGUYÊN DANH THẮNG

ABSTRACT

In the master thesis, I have focused om research basic problems related to

JEKE 802.1] standard, main problems such as hidden node, exposed node, congestion Since then, I have given method to research and sclution, proposed

algorithms and simulation based on MATLAB programming Method Dynamic

Sub-carrier Assignment (DSA) decentralized based on technology Orthogonal

Frequency Division Multiple Access (OFDMA) applied widely for Cellular uelwork and research for Adhoo network Method deceutralized dynanric sub -

Carrier assignment given to resolve hidden node, exposed node problems and

improve throughput network in multiple access control (MAC layer) The method of research developed from algorithms decentralized for Cellular network, decentralize research model for Adhoc network, calculate parameters telaling lo throughput and improve throughpul network more than cifferent

methods

GIỚI THIỆU DE TAT

Tên dễ tài: Nghian ciru đánh giá các gidi thugt dink tuyén trong mang VANET

Nội dimg Iudn vin được chía thành 5 chương,

>» Chương 1 Tổng qưan về mạng VANET và giau thức định tuyến

trên mạng Adhoc da ching

Trong chương này tae gid gidi thigu khdi nidm về mạng Adhoe va những, dặc điểm chỉnh, ưu nhược diễm của nó Cac ửng dụng trong cuộc sông của mạng, Adhec, một loại biển thể của A đhoc đó là mạng VANET là mạng Ađhoc được nghiên cứu dành cho giao thông, các phương tiện xe cô Tiếp theo dễ tác giả trình bày những giao thức định tuyến được sử dụng, ưu nhược điểm của từng

giao thức đó Cuối chương tác giả nêu những vấn đề hiện tại của mạng Adhoe và

di sâu phân tích vẫn dễ trong lớp MÁC

®> Chương 2: Tổng quan về công nghệ OFĐMA và đề xuất lớp MAC

cho mang VANET

‘Trong chương này táo giá giới thiệu chung về công nghệ OFDM cing nhu OFDMA, đây là một công nghệ mới và hiện được sử dụng rất rộng rấi trong viễn thông, Tác giá cũng trình bảy những ưu nhược điểm cũng như việc cấp phát

*kênh sử đựng công nghệ OTDM Ở chương này tác giả tập chung chủ yếu phân tích và để xuất lớp MÀC cho mạng Ađhoe dựa vào công nghệ OFDMA

> Chương 3: Mô hình xuyên tổng và đề xuất giao thức xuyên tầng

MAC - NET trong mang adhoc da chang

'Trong chương này giới thiệu mô hình xuyên ting va tác giá để xuất giao

thức xuyên lắng lớp MÁC và NET trong mạng ađhoc đa chẳng Tác giả đã sâu

nghiên cửu giao thức xuyên lớp, các maxtrix liên kết giữa các node và sơ sảnh giao Thức định tuyến dữ liệu truyền thông,

> Chương 4: Mô nhúng kịch bản và đánh giá kết quả định tuyến cho mạng VANET

'Irong chương này tác giá xây dựng kịch bán mô phỏng và đánh giả kết quấ định tuyển che mạng VANET Từng bước mô phỏng, đánh giá với kịch bản đơn giản và các kịch bản mở rộng cho các node trong mạng cỏ thê truyền thông trao đổi muitihop

> Chương 5: Kết luận chung

Nội dung Chương 5 tông kết lại mục địch của luận văn vả những đồng góp của tác gi, các hướng nghiên cửu mở rộng

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VE MẠNG VANET VÀ GIAO THỨC ĐỊNH

Mồ hình mạng Adhoc là điểm biên cuối củng của thông tin không dây, là

mạng tập hợp các node di động hoặc bán đi động và không cỏ cơ sở hạ tầng sẵn

cỏ Công nghệ nảy cho phép các nodes mang (node - thiết bị mạng) truyền thông, trực tiếp với nhau qua bộ thu phát không day (wireless) ma khong can bat ctr một cơ sở hạ tầng cô định nào Đây là một đặc tính riêng biệt của A đhoc so với các mạng không dây truyền thống như các mang cell (cellular networks) va mạng không dây cục bộ (WLAN), trong đỏ các nodes giao tiếp với nhau thông

qua các trạm vô tuyên cơ sở Hơn nữa, mạng Adhoe có thê hoạt đông độc lập 1.1.1 Afột số đặc điễm chính của mạng Adhoe

~ Mỗi thiết bị tham gia trong mạng không chỉ đóng vai trỏ là một node dau cuỗi mà cỏn hoạt động như một hệ thông trung gian

- Moinodes mang déu co kha năng di động

- Cac node di déng sit dung nguồn năng lượng pin có hạn

-_ Tôpô mạng thay đổi theo thời gian do sự di động của các nodes hoặc do địa hình, thời tiết, vật cản

- _ Băng thông trong mạng hẹp

-_ Chất lượng kênh luôn thay đổi

-_ Không có thục thể tập trung, nói cách khác là mạng phân bổ

1.1.3 Ủng dụng mạng Adhoe

Trong tương lai, Ađhoc sẽ được ứng rộng rất rộng rãi trong tắt cả các lĩnh

vực của đời sống (kinh tế, khoa học kĩ thuật, quân sự)

‘Trong linh vực kinh tế, Adhoc sẽ được ung dụng trong việc quản lý cây trồng,

vật nuôi, phục vụ cha công tác nghiên cứu các giống cây trắng — vật muôi mới

nhằm lăng năng suật và rút ngắn thời gian chăm sóc

Với đà hiện dại hỏa của chung của thế giới, trong néng nghiệp cũng số

được trang bị hiện đại và sản xuất tự động, hiện đại Các cách đồng, các nông,

trường rộng lớn, sẩm xuất lập dung di va dang xual hiện Việc quân lý trên một phạm vi rộng như vậy, và nhất là công tàc dị kiểm tra, khảo sát, nghiên cửu của nhân viên trên khu vực rộng lớn sẽ pấp khó khăn vẻ khoảng cách cũng như co sở

lạ tầng hỗ trợ việc thông tín bên lạc Việc lắp đặt một hệ thông co sé ha tang cố định phục vụ cho trao đổi thông, tín sẽ mắt chỉ phí lớn, bẻn cạnh đó là chỉ phí về bảo trì sửa chủa, và nếu hệ thông có trục trặc thỉ công tác của nhân viên sẽ bị gián đoạn Vì vậy lựa chọn Adhoc ứng dụng vào là rất thực tế Các thiết bị dặt tại cảnh đồng kết hợp củng các thiết bị của nhân viên, đồng thời có thể với các

thiết bị cá định của mạng truyền thống (LAN, WLAN, Internet) đem lại một

mang kết nỗi tin cậy, nhanh chóng mả không tổn kém quả nhiều

Lĩnh vực giao thông: mạng A đhọc có thể ứng dụng rất nhiều trong việc liên lạc giữa các phương tiện tham gia giao thông, trong việc tìm đường đi ngắn nhất Các thiết bị nhúng đặt trên ô lô, xe máy, đặt có định trên đường, kết hợp với các thiết bị đi động cảm tay (PDA, mobile, laptop) tạo nên mạng Adhoc giao thông trải khắp các con đường Người tham gia giao thông có thể nói chuyện với nhau, thông tin vẻ tình hình ach tac giao thông, về các sư có tai từng tuyến đường hoặc đơn giản là chuyển tiếp thông tin từ các trạm quan sát bên đường về trung tâm phục vụ cho việc thông kê, phân luỗng,

Lĩnh vực cáu hộ: với đặc điểm có thể thiết lập ở những nơi có địa hình phức tạp và không cần cơ sở hạ tẳng có sẵn, ứng dụng của mạng Adhoc trong

những trường hợp cứu hộ, cứu nạn khân cắp là rất cân thiết Các nhân viền cứu

hệ liên lạc với nhau qua các thiết bị nhúng gẫn sẵn trên người, thông qua các thiết bị di động khác hoặc qua các trạm đặt có định triên hiện trường, mang lại tình ảnh và tin tức liên tục về diễn biến tại mọi nơi trên hiện trường

Lĩnh vực thương mại: mạng, Adhoe có thể cho phép truy cập trực tiếp và nhanh chóng tới cơ sở đữ liệu cửa các hệ thêng bán hàng hay thực hiện các giao dịch

Tĩnh vực giáo dục: chúng ta có thể xây dựng các lớp học ão hay các

phòng hội thảo trựo tuyên, xây đựng mạng lưới thâng tin trong nội bộ trường, cho các học sinh — sinh viên với các sắn bộ giáo viên Nhằm mục đích thông báo tình hình học tập, trao dỗi tai liệu hoặc quản lý việc di hee dung giờ của học sink sinh viên

Tãnh vực quân sự: ứng dụng trong việc tác chiến quân sự, liên lạc khi đang tác chiến, tim kiếm cửu hộ cho các chiền sĩ, rả phả bơm min

Ngoài ra còn có thể ứng dụng trong công tác khảo sát - thăm đò địa chất, công tác bản đồ, công táo khảo cổ J1]

1.2 Giới thiệu mạng VANET

VANET (Vehicular Ad-hoc Netwark, cin goi 1 mang xe cộ) là hệ thông mang được tạo thành từ các phương tiện xe cộ lưu thông trên đường mà không, cân triển khai cơ sở hạ tảng Mỗi node mạng được được trang bị thiết bị thu/phát

để có thẻ liên lạc, chúa sẽ và Irao đôi thông tín lẫn nhau Thông tín trao đổi trong mạng VANHT bao gồm thông tin về lưu lượng xe 6, tinh trang ket xe, tai nan giao thông, nguy hiếm cần tránh và cả những địch vụ thông thường như địch vụ

đa phương liên, TrtcrneL

Ngoài ra, mạng VANET còn có thể cung cấp liên lạc giữa các xe có ở gần nhau

và với các thiết bị có định RSU (Road 5ide Unit) được gắn ở bên đường hoặc

liên kết với hệ thống mạng cố dịnh thông qua RSU

Mục dich chính của VANET lả cung cấp sự an toản và thoải mái cho hành

khách Các thiết bị điện tử đặc biệt được đặt bên trong các thiết bị sẽ cung cấp kết nổi mạng Ad-hoe cho các hành khách Mạng nay hướng đến hoạt động mả

không cần cầu trúc hạ tầng với sự liên lạc đơn giản Mỗi thiết bị hoạt động trong

mạng VANET có thẻ đóng vai trỏ là node mạng đầu cuối hoặc node trung gian

trong các phiên kết nói thông qua mạng không dây Khi có cảnh bảo va chạm,

các tín hiệu cảnh báo và các công cụ tiện ích đẻ giúp đỡ việc chọn đường tốt

nhất Các kết nỗi đa phương tiện và Internet đều được tự động, tất cả đều do thiết

bị không dây trong xe thực hiện Thâm chí cỏ thể tự động thanh toán các cước

phí như lệ phí gửi xe, thuê đi qua câu

RSU to vehicle communications

Inter-vehicle communications

Services

Hinh 1.2 Mé hinh mang VANET

VANET cũng mang những đặc điểm chung của mạng Adhoc nhưng vẻ chỉ

tiết thi khác nhau, như tốc độ di chuyên các node nhanh hơn, nhưng xe cộ thì

định hưởng dì chuyên theo một mẫu tổ chức Sự tương tác với các thiết bị bên đường khả chính xác, các xe cô hầu hết cö 1 vùng di chuyên vỉ dụ như các xe tải đường đải chạy trên cao tóc

13 Các thành phần chính trong mạng VANET

Cac node mang trong mang VANET gém cé:

Y OBU (on board unit): Cac OBU trang bi trên phương tiên giao thông đề thực hiện những chức năng của 1 phương tiện di chuyên

Y RSU (road side unit): Cac RSU dong vai trỏ là node chuyên tiếp thông tin tit OBU ve server, đồng thời cũng đóng vai trò truyền các thông tin tại node

đó tới các OBU nêu can

Server: Đỏng vai trò lưu trữ và quản lý tuyên đường, server cỏ thể cung cấp

những thông tin mả người đùng mong muôn về vị trí một xe nảo dé hay tinh hình tuyển đường Điều nảy sẽ tạo điều kiện cho người quản lý tuyên đường, quản lý và điều phỏi hoạt động của tuyên đường đỏ đễ dàng hơn

Hình 1.3 Mô hình đầu cudi mang VANET

Server được kết nói mạng Internet và được đăng kí một địa chỉ xác định,

chẳng hạn bằng một tên miễn Các R§U sẽ truyền các bản tim vị trí của các

phương tiện vẻ địa chỉ này và đữ liệu được lưu trong cơ sở dữ liệu của máy server Server cũng sẽ cỏ một website giao tiếp với cơ sở dữ liệu nảy, cho phép

nhả quản lý cũng như người ding theo dõi được từ xa vị trí của tất cả các

phương tiện di chuyển trong mạng

Ngoài ra kết hợp với những giao thức định tuyến, bảo hiệu mạng VANET cũng cho phép truyền cả những thông tin cảnh bảo hưởng dân đến từng người điều khiển phương tiện như tỉnh trang tắc đường, nguy hiểm, các hưởng dần chỉ

đường [2]

s#* Các giải pháp cân nghiên cứu:

Tiết kiệm năng lượng

` Sử dụng tài nguyên băng thông hợp lí

Y Dinh tuyén tim đường lỗi tu

v Bao mat trong mang

Y¥ Hé tro QoS

1.4 Phân loại các giao thức định tuyến

Hiện nay giao thức định tuyến chia thành 2 loại gồm: giao thức định tuyên

dựa vào vị trí (location) và giao thức định tuyến dựa vào topology

Giao thức dựa vào việc xác định vị trí (location) nỗi bật lên là phương phap dinh tuyén LAR (Location Aided Routing), ở đó thông tin về vị trí vật lý

cũng như vị trí địa lý càn được cung cấp của những node trong mạng

1.4.1 Vai trò của định tuyến

Khi triển khai mạng Ad-hoc với cơ chế mặc định là chủng ta chạy ở mode

TEEE ad-hoc, việc kết nồi trực tiếp giữa các thiết bị sẽ không gặp khó khăn gì Van đề nảy sinh là khi ta có mạng với nhiều node vả cỏ các kết nổi node nguồn den node dich thong qua một node trung gian chứ không phải kết nói trực tiếp Chuan IEEE mode ad-hoc không hỗ trợ việc kết nói đa chặng như trên, nhưng

kết hợp với giao thức định tuyển có thể thực hiện được các kết nổi đa chăng Hình vẽ dưới đây sẽ thể hiện sự khác nhau giữa IEEE ad-hoc mode với việc kết

Triển khai định tuyển hỗ trợ truyễn đa chăng

Hình 1.5 IEEE ad-hoc mode khi triển khai định tuyến 1.4.2 Những thách thức chọn giao thức định tuyến

Trong mạng Ad-hoe, mọi node đều có khả năng di chuyên nên không cỏ

một node mạng có định nảo thực hiện chức năng điêu khiên trung tam Do do làm thể nào để các node mạng “bắt tay nhau” và duy trì được quả trình truyền

thông ma không lãng phí tài nguyên mạng lả một vân đề cân đặc biệt quan tâm

Để giải quyết vẫn đề trên, đã cỏ nhiều đề xuất về giải pháp định tuyến cho

mang di động tuỷ biển Các giao thức như thể phải giải quyết những hạn chế đặc biệt của mạng nảy, trong đó bao gồm các vẫn đẻ như tiêu thụ công suất lớn, băng

thông thấp vả tỷ lệ lỗi cao

Một số yêu cầu đổi với các giao thức định tuyển trong mạng Ad-hoc:

— Hoạt động phân tán: Giao thức cần hoạt động phân tán, không phụ thuộc

vào node mạng điều khiển tập trung

— Đường định huyễn hở: Đề nàng cao chất lượng hoạt động, thì giao thức định tuyên cản đảm bảo đường định tuyên cung cấp là đường mở, điều này

sẽ làm giảm lãng phi băng thông và năng lượng tiêu thụ của CPU

—_ Hỗ trợ các liên kết một chiều: Kêt hợp với các liên kết hai chiêu làm tăng, chất lượng hoạt động của giao thức định tuyên

—_ Bảo mật: Sử dụng các phương pháp bảo mật cho mạng không day dé dam

bảo an toàn thông tin trong quả trình định tuyến

— Nhiều đường định hun: Nhằm giảm tác động cho số lần thay đối vẻ cần

trúc mạng và khi nhiều đường định luyến bị nghến Một đường định tuyến

có sẵn sẽ giúp cho việc kết nói trở lại mà không cẩn phải định tuyến tim đường khác

—_ Hỗ trợ QoS: Có nhiều loại Qo§ cản được sự hỗ trợ của các giao thức dinh tuyến, nỏ phụ thuộc vào mục địch của mạng, chẳng hạn sự hỗ trợ thời gian thực

Mạng VANET có đặc trưng là các thiết bị đi chuyến với tốc độ cao hơn nhiều tốc độ người đã bộ, cho niên bằng thông mạng suy giảm rõ rột Trước thách thức như vậy, giao thức định tuyển trong mạng VANDT phải có E số đặc điểm là giảm thiếu các gói tím truyền trong mạng và lốc độ định tuyên nhanh

1.4.3 Giao thức định tuyến dựa vào †onnology

Di với loại giao thúc trên cơ sở của tapolagy, đây là loại giao thức được

nghiên cứu và dùng phổ biển trong dó lại phản loại gồm phương pháp Rcactive

và Proactive Phương pháp sử dựng thông tin về kết nổi đề chuyển tiếp các packets gitta các node trong mạng Giao thức đảng chủ ý trong loại này là AODV, GPSR và DSDV,

Với những đặc điểm như những thách thức trên [lì giao thức proactive không phủ hợp do các thông tin vẻ định tuyến được gửi định kì sẽ trở lên lăng phí và tốn băng thông Bởi vậy giao thức thuộc loại reactive hoặc huöri thường, Tựa chọn nghiền cửu và ứng dụng Irong mạng VANET |3]

13

Proactive Reactive Hybrid

> DSDV Westination Sequenced Distance Vector Protocol):

Là giao thức proaetive, định tuyên theo bảng Hiệu quả tốt nhất khi các node di động với tốc độ thấp, Overhead gan như là hằng số bất chấp tốc độ di

chuyển hay lưu lượng tải Giao thức định tuyên vector khoảng cách tuần tự đích

*⁄ Thuộc loại Proaetive

⁄ Định tuyển theo bảng

Y Quang ba bang cach flooding

¥ Hiệu qua khi node di chuyển với tốc độ thấp

Y Overhead xap xỉ hằng số

> AODV (1đhoe On Demand Distance Vector)

La giao thie reactive, dinh tuyén theo yêu cầu Hiệu quả tốt ở tắt cả các tốc

độ di chuyển của node, øverhead vẫn chưa được tôi ưu Giao thức định tuyển vector khoảng cách theo yêu cầu

Y Thuộc Reactive

*ˆ Định tuyên theo yêu cầu

v Hoạt động ở các node với tốc độ khác nhau

14

Y Overhead nhé nhung chưa tối ưu

> GPSR (Greedy perimeter stateless routing)

La giao tite dinh tuyén khoang cach véi thuật toán định tuyển là Greedy

¥ Thuộc Reaotive

vˆ Là giao thức định tuyến khoảng cách với thuật toán định tuyến là Greedy

+“ Cơ chế tìm đường nhanh chóng vả thuật toàn đơn giãn,

Treng luận văn này không đi sâu vào phân tích các tham số như ti lệ mật

gói, đô trễ, overhead giữa các thuật toán định tuyến, vẫn để này đuợc mô

phỏng bằng những công cụ mạnh hơn như Ns2 hay Opnet

Trong giới hạn nghiên cứa, chỉ xin đưa ra kịch bản mô phỏng đơn giản cho các tode trong mạng với viêc triển Khai thuật toán AODV Thuật toán định tuyên AODV như dã nói ở trên là thuật toán dịnh tuyến vector theo yếu cầu Adhoc On Demand Distance Vector (AODV) được sử đụng trong mạng Ađhoc

Nó gồm 8 2 co ché unicast va mullicast routing AODV 1A mét giao Due thude nhém Reactive routing, nghia la né chi thiét ap tuyén khi co nhu cdu cho tuyén đường đó

Dưới đây xin dưa ra thuật toán và kết quả mỏ phỏng cho 10 node sit dung AODV Kịch bản chỉ thiết lập cho các node tĩnh kết quã ứng với các tham số tiểu,

chuẩn mỗi node khác nhau, thuật toán sẽ tìm ra đường tôi tu nhất [ 4]

15

HliokHnd ` Thiết lập ki nổi

Hình 1.8Mô phông đơn giản định tuyễn các node sử dưng 4ODI”

Kết quả chỉ ra việc định tuyển giữa node nguồn Node 1 và node dich Node

10 dựa vào quá trình tìm đường gửi bản tin RREQ (blue) và định tuyển tìm đường nhận bản tin RREP (green) Cơ chế thực hiện tìm đường và tạo kết nói định tuyển dựa vảo tính toán các tham số được chọn trên mỗi kết nối giữa các node với nhau, mà được gọi là tham số Trust đảm bảo cho các kết nói giữa các

hop lả ngắn nhất vả tối ưu nhất Việc chọn các node trung gian sẽ thay đôi khi

Trust trên mỗi node thay đổi [5]

1.4.4 Giao thức định tuyến dựa vào vị tri (location)

Giao thức định tuyến dựa vảo vị trí đồng vai trò hết sức quan trọng trong mang VANET đa chặng do đặc điểm các node mạng cỏ tỉnh linh động cao Việc lựa chọn ra một node trung gian (next-hop) đẻ chuyên tiếp bản ti từ nguồn tới địch sẽ quyết định hiệu quả của việc định tuyển Trong giới hạn nghiên cứu nay, tác giả dé xuất sử dụng phương pháp chọn ra node next-hop nhằm mục đích

chuyển tiếp gỏi tín từ nguồn đến địch một cách hiệu quả nhật

17

>_ Phương pháp lựa chọn node chuyển tiếp nexthop

Trong một mạng phi tuyển VANET dày đặc, điển hình là mạng giao

thông, số các phương tiện di chuyên và dừng lại là rất lớn, khoảng cách giữa

các phương tiên là nhỏ và bẻ mặt đường không đổi Tuy nhiên định tuyển dựa yao vi trí trong một kịch bản ở thành phố thực sự là một thách thức lớn vì xu thế

phan bé không đều vả thường xuyên của các node phương tiên, tỉnh chất thay

đổi nhanh và việc bắt tay kết nói rất khỏ khăn Hơn nữa, mạng adhoc đô thị có tính chất lớn và dày đặc nên có nhiều kết nồi từ nguồn tới đích, do vậy giao

thức để chọn vị trí có đường ngắn nhất thường được ưu tiên vi cỏ số hop nhỏ

thay vì chọn cách để đạt dung lượng lớn nhất

Phương pháp này cân nhắc cả vẻ khoảng cách chuyên tiếp và chất lượng,

đường truyền dé chon ra node next-hop Trong phương pháp nảy, node chuyển

tiếp được chọn là node cỏ khoảng cách lớn nhất được ấn định trước trong số các node lân cận hàng xóm của nó

Hình 1.9 Minh họa cách chọn khoảng cách từ nguôn-nexthop

Trên hình 1.9 trên, § vả D lần lượt là node nguồn và đích, N là next-hop và

C la node gan với D nhất Gọi Dạ¿„ là khoảng cách chuyên tiếp lớn nhất giữa

node chuyén tiếp (node nguồn) và node next-hop Theo phương pháp nay thì

node lân cân với một môi trường nhận tốt và gần với node đỉch nhật được chọn

là node next-hop Như hình vẽ node nguồn § nhận N lả next-hop của nó chứ không phải node C Tuy nhiên nều sử dụng phương pháp chuyên tiếp greedy thi

node C lai duge chon 1a node next-hop vi né 1a node lan can gần nhất với node

dich thỏa mãn trong vủng phủ của 8

1.5 Những vẫn đề hiện tại của mạng adhoc

'Trong phản nảy, tác giá giới thiệu chung cho các vẫn dé dang còn tổn tại Ở

nhiều lớp khác nhau từ lớp vật lý, MAC, định tuyến, transpert cho đến bảo mật Tuy

nhiên tác giá sẽ di sâu phân tích vân dễ về lớp MAC cho mạng Adhoc dễ từ dỏ sẽ

để xuất một giải thuật mới cho lớp MAC để có thẻ giải quyết được vẫn đề đó

> _ Vẫn để cửa lớp physical

Các thiết bị mobile được cung cấp năng lượng từ pià, Các loại pin hiện nay

có rất nhiễn hạn chế vẻ công suất và thời gian sử dụng, đo đó ảnh lrrởng đến

chải lượng mang mobile ad-hec

> Van dé cia lop MAC

Mạng mobile ad-hoc sử đụng đường truyền không đây và việc liên lạc

giữa các thiết bị trong mạng có thể xây ra hiện tượng xung đột Hai hiện lượng phổ biển là hidden va exposed terminal Hai vẫn đề này cần dược giải quyết thông qua nghiên cửu và phát triển lớp MAC trong mạng

> _ Vẫn để cửa lớp roung

'Trong mạng mobile Adhoe do topology luôn thay đổi, dẫn tới những khỏ

khăn cho định tuyển giữa cáo node trong mạng Các giao thức định tuyển có thế

dược phân loại theo cách thực hiện, cỏ thể là Uuicast, Gcocast, Multicast hay Broadcast

Trong mang mobile ad-hoc vai rd cita Multicast cén quan trong hon nita

vi nó tiết kiệm dược bandwidth va energy thông qua việc phan phát các gói tin multicast Viée thực hiện multicasting trong điều kiện mạng thay đổi nhiều và nhanh là một thách thức lớn trong mang mobile ad-hoc

> _ Vấn dễ lứp transport

Trong mạng không day do topology mạng thay đổi liên tục, các node rời khỏi và đến mạng luôn có khả năng xây ra nén Riror rate của mạng ruobile ad- học thường rất lớn do các vẫn đề về nhiều, không phải do tắc nghẽn mạng, Việc

sử dụng cơ chế back of để giảm tắc nghẽn không đạt được hiệu quả mả còn din

19

dén suy giảm vẻ băng thông và tăng trẻ kết nối Do đó, giao thức TCP chuẩn sử dụng cho mạng có dây không thể áp dụng vào mạng A đhọc được

‘Mat số nghiên cứu gân đây cho thay lớp MAC va Network có ảnh hưởng,

nhất dinh dén higu suất hoạt động của TCP va dic ciém multihop routing của MANET cũng dẫn tới sự giảm sút về hiệu suất hoạt động, Ví dụ như việc sử dụng lớp MÁC tốc độ 2 Mbps theo chuan 802.11 cho thay TCP throughput giam +61 50% khi lưu lượng trong mạng chuyển từ one-hop tdi two-hop path Nghién

cứu cững chỉ ra rằng khi số lượng hop nhỏ, throughput trong mạng giảm đi khi

số lượng hợp tăng lên

> Van dé bao mat

Trong mang Adhoc, các nođe trao đối với nhan thông qua các kênh vô

tuyến mở và có Lính chất broadeasl rên kết nối có kha wing bị tấn công là rật cao Trong, mạng mobile Adhoe, tin céng co thé xay ra tir bat ki hudng nao va tr bắt ki layer nào Một số khả năng tân công có thể

—_ Nghe trộm

‘Tan céng tit chdi dich vu (DDoS)

‘Tan công bảo hiệu (Signaling attack): Nhân tổ tấn công, cỏ thể gây thông tìn định tuyến sai lệch đẻ làm lệch traffic mạng hay lắm định tuyên kém hiệu quả

— _ Tấn công lưu lượng: Kgười xâm phạm có thể làm trễ, sửa đổi, hủy tất

cả đữ liệu đi qua

— _ Tân công làm cạn kiệt nguồn tài nguyên: Người xâm phạm có thể gửi

dit liêu với mục tiêu làm lắc nghẽn mạng hay liêu hao nắng lượng

Cá nhiều kĩ thuật chứng thực (authentication technique) được đưa ra nhằm mục đích làm chủ hên kết và bảo vệ dữ liệu Bên cạnh việc chứng thực thi việc mật mâ dữ liệu cũng dược sử dụng dé dim bao tính bảo mật

của dữ liện được truyền đi Việc này thực hiện qua viée sit dung encryption

key va decryption key

1.6 Một số vẫn đề của lớp MAC trong mạng Adhoc

Như mục trên, tác giả có đưa ra những vấn đẻ của lớp MAC khi truy nhập

đường truyền trong môi trường truyền dẫn không dây Đó là các van dé vé node

an (hidden node: đơn giản là các node trong mạng không nhận ra nhau), hay

node hiện (exposed node: khi mả một node nằm trong mạng ngăn can node hàng

xỏm của nó truyền dữ liệu đi

> Vấn đề về node ẩn (hidden node problem)

Node Gn (hidden node, hidden terminal) la node không nằm trong dai node khác hay nhom cac node nao dé Day la một vẫn dé gay can tr cho diéu khién

đa truy nhập trong mạng vô tuyên, thường gặp phải như trong mạng Wi-Fi, Adhoe

Asees nod

Node A va node C

Không thầy lấn nhau

Hình 1.10 Van dé node an (The hidden terminal problem) Như hình 1.11, van dé nay xay ra khi 2 node A va node C déng thời gửi

dữ liệu đến node B Nhưng trong đó không cö một cơ chế phục vụ nào được thực hiên, không gửi đi tin hiệu cảm nhận sóng mang(CA) từ các node gửi Mà đơn thuần chỉ là việc tranh chấp đường truyền trong mỗi trường vô tuyến đề củng gửi

đi dữ liêu đến đích của mỗi node Như hình nay, Node A va node C cé thé thay được node B nhưng chúng không thể "nhìn" thây nhau khi không có bat ki co

chế nảo được thực hiện Để khắc phục vẫn đẻ nảy, quá trình bat tay

(handshaking) str dung ban tin RTS/CTS ( request to send/clear to send) được

21

thực hiện trong quả trình kết nối giữa các nodc với nhau với cơ chế CSMA/CA (Carrier sense multiple access wfh collision avoidance: cảm nhận sóng mang tránh và chạm) [6]

Trong mạng WLAN, van dé node ân dễ dang quan sát được phỏ biến trong

khoang bản kính lrên SØm Khi đỏ nếu trong mạng có nhiều thođe cũng Iruy nhập môi trường chung thỉ khi dỏ có phương pháp giả quyết là việc dịnh hưởng anten phat (directional antennas) hay có chuẩn mới hơn trong như trong mạng WiMAX l cấp phát lừng khe Undi gin (time slot) cho (img nodo hay user để tránh việc gửi các gói di déng thoi, nhằm đảm báo tỉnh công bằng (fairness)

trong môi trường vô tuyểi

Một số phương phap dé gidi quyét van dé node an:

« ‘Tang céng suat phat tdi cdc node (Increase power to the nodes) : nhằm làm hạn chế các nođe ân

© Surdung anten phat dinh hudng(omni directional antennas)

» Vấn để về node hiện (exposed node problem)

Vẫn đề node hiện (exposed node, exposed terminal) xy ra khi mét node này bị ngăn cân việc gửi gói tin đến các node khác trong khi một node khác lân cộn đang phát

Với vấn đề nođe ấn trên, giả thiết rằng node ấn đã được giải quyết bằng cơ

chế bat tay RTS/CTS Nhung cơ chẻ nay nay sinh một van dé mới đó là vấn để node hiện như đã định nghĩa Dễ giải thích rõ hơn như trên hình vẽ, giá định rằng Nođe A muốn gửi đử liệu đến node B

Exposed Nodes from C

Trúc này, node D cũng gửi bản tin RTS tới node C yêu câu kết nổi, và giả

định quả trình nảy xảy ra trước khi node A gửi RTS tới node B

Vi vậy, node C cũng sẽ phát quảng bả bản tin CTS sau khi nhận duoe RTS

từ node D Chính bản tin CTS này được B “nghe” được và nó thiết lập luôn thời

gian chờ “Backoff” cho việc gửi dữ liệu đến node A

Vay bat kỳ một quá trình truyền đi nào của một node tử miễn Y(x) den

node trong miền X (x) đêu sẽ bị chặn bởi node A đang truyền dữ liệu đến node

B Mặc dù quá trình truyền từ miễn Y đến miễn X không gây bất cứ một ảnh

hưởng nảo đền việc gửi đi dữ liệu từ A đến B

Ta gọi miễn Y(x) đó là miễn node hiện ứng với cặp node A/ Ta có thể

tỉnh toán được miền Y (x) đỏ dựa vào lý luận và quan hệ hình học để xác định

miễn node hiện Để từ đỏ ta có thể mô phỏng được sự bién déng của miễn node

ân, node hiện và hiệu quả thông lượng của việc sử dụng co ché RTS/CTS [7]

1⁄7 Kết luận chương

Trong chương này, giới thiệu khải niệm về mạng Adhoc và những đặc

điểm chính cũng như ưu nhược điểm của mạng Cững như giới thiệu sân về các

iao thức có tỉnh chất đặc thù trong mạng VANET, là mạng Adhoc dược nghiền cứu đành cho giao thông, các phương tiện xe cộ Tiếp theo đỏ tác giả trình bảy

so sánh những giao thức định tuyến được sứ đụng đặc biệt là các giao thức định tuyến dựa vào topology và location, ưu nhược điểm của từng giao thức đề có thể lựa chọn ra một giao thức phủ hợp trong kịch băn sau này Cuối chương tác giả tiêu những vẫn để liện tại của mạng Adhoe và đi sâu phân tích vẫn dé trong lớp MAC dé ty dé sé dé xuat phương pháp giải quyết chúng ở trong những chương

tiếp theo.

CHUONG 2: CONG NGHE OFDMA VA DE XUAT LOP MAC CHO

MANG VANET 2.1 Công nghệ đa truy nhập phân chia theo tan sé truc giao OFDMA

Đa truy nhập là một khâu trong hệ thống thông tin (HTTT) như mô tả trong

hình dưới day

nhào loi

Nguồn tin ` —~ et ir ao 2 ‘tea He: _

pre Ma Shane cin WP dt tiên” xu hệt

-Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thông tin chung

Nhận tin

“Tạo dạng

Giải mã nguồn

ˆ Giải mã mật

Tùy từng HTTT mà phát triển những công nghệ da tuy nhập phủ hợp nhằm đạt được những yêu cầu mong muốn trong truyền tái tin tức, vị dụ như

việc sử đụng hiệu quả phổ tần Các công nghệ nảy cho phép các hệ thắng đa

truy nhập võ tuyển phân bỏ tải nguyên một cách hiệu qua cho user Tuỷ thuộc vào việc sử dụng tải nguyên để phân bổ cho các user mà các công nghệ này được phân chia thành: đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chúa theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo ma (CDMA), da truy

nhập phân chia theo tân sả trực giao (OITDMfA) OFDMIA (Orthogonal

Frequency Division Multiple Access) Ia phương thức đa truy nhập kết hợp kỹ

thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplcxing) và phương thức da truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Kỹ thuật OFDM là một kỹ thuật ghứp kênh phân chia theo tân số trực giao

Hệ thống diễu chế OFDM dược mô tả như hình 2.2

Neuén bit duoc điển chế ö băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế nửaư PSK (Phase Shifl Keying), M-QAM (M_ary QAM) Tin hidu din disomy được chèn vào mẫu tin hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông,

qua bệ biển đối IPFT vả chèn chuối bảo vệ Tuồng tín hiệu sẻ sẽ được chuyên

thành luồng tín biểu tương tự qua bộ chuyển dỗi số- tương tự trước khi truyền trên kênh vô tuyến qua anten phát lin hiệu truyền qua kênh vô tuyến bị ánh

thưởng bởi fading và nhiễu trắng,

Tin hiệu dẫn dường là tin hiệu biết trước ở cá phía phat va phia thu, va được phát cùng với tin hiệu có ích với mục đích khác nhau như việc khỏi phục kênh truyền và đông bê hệ thống Máy thu thực hiện các chức nắng ngược lại như dõi thực hiện ỡ máy phát

Sau khi nhận được đông frame OFDM tử phía phát gửi tới, phía thu sẽ thực hiện đẳng bộ đề thu được chín xac frame OFDM da git Sau đó sẽ lới công doạn loại bỏ chuỗi bão vệ rồi FFT kết quả thu được Tuy nhiên, do ảnh hướng của nhiễu nên kênh truyền lúc nảy sẽ bị thay đổi vả tín hiệu nhận được sở bị biến dạng

Do vậy để khôi phục được tín hiểu phát thì hàm truyền của kênh vô tuyến cũng phải được khỏi phục Việc thực hiện khôi phục hàm truyền của kênh vô

tuyến được thực hiện thông qua mẫu tin dẫn đường nhận được ở phía thị Tín

hiệu nhận được sau khi giải diễu chế OFDM dược chúa thành hai luồng tin hiệu

Luông tin hiệu thứ nhất là luỗng tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh Luỏng tín hiệu thứ hai là mẫu tin đẫn đường được đưa vào bộ ước lượng kênh truyền và đồng bộ thời gian/ tần số Kẽnh truyền sau khi được khôi phục cũng sẽ được đưa vào bộ cân băng kênh để khỏi phục lại tín hiệu ban đầu Tín biệu sau khi được khôi phục là đồng tín hiệu QAM Bai vay, ta tiếp tục giải điễu chế ở băng tân cơ sở (QAM demedulation) dé thu duoc

đòng bít đã truyền đi ban đầu

TƯu- nhược diểm của hệ thống thông tin sử dụng diều chế OFDM

iu điễ

— Giảm dược Fading chọn lọc tân số >> Làm cho Ts tặng nên tránh ảnh

hướng được của đó trải trễ

— Loại bổ dược nhiều L.8.I

—_T, xây ra fading nhanh (kênh phụ thuộc thời gian)

— Nhanh cam với dich tan Doppler

— Tligu xudt luéng đata không cao Phải chèn them các khoảng bảo vệ và

mẫu tin dan dường plot

— Đường bao biên độ của tín liệu phát không bằng phẳng, riên gây ra méo phí tuyến

— Điều kiện trực giau cửa từng sơng mang phải đâm bão nên tỉnh phức tạp của hệ thống tăng,

tạ J

Toiền chế ở Chan chuỗi

—> towA TOMA -OF MA,

Guard Band Guard Band

Hinh 2.3 Dai bang tan sit dung trong OFDMA Dai bang tan trong hệ thống OFDMA được chia làm 3 phản chính:

> Dai bing tan bao vé

> Sóng mang con dùng dé mang kỉ tự dần đường (pilot): có 2 loai pilot subcarrier là kỉ tự pilot có vị trí cổ định và kí tự pilot có vị trí thay đôi

Các kí tự dần đường được dùng để ước lượng kênh truyền tại phía thu

> Các sóng mang được sử dụng bởi các user, được ding dé mang dữ liệu của user [8]

Hinh 2.4 Cap phat dit ligu dén cdc user

2