Đồn Án Tốt Nghiệp 2012-VANET Và Các Phương Pháp Định Tuyến

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths.Nguyễn Thái Hùng

SVTH:Nguyễn Quang Huy iĐào Thanh Tùng

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy ThS. Nguyễn Thái Hùng, thầy đã

luôn tận tình hướng dẫn và góp ý để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp

này.Bên cạnh đó,chúng em đã học hỏi được ở thầy nhiều điều về phương pháp,

cách thức làm việc đối với một người nghiên cứu khoa học.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại Học Giao Thông

Vận Tải TPHCM, đặc biệt các thầy cô thuộc bộ môn Viễn Thông, những người đã

tận tình giảng dạy và truyền đạt cho chúng em những kiến thức trong suốt thời gian

học tại trường.

Xin được gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, những người trong gia đình của chúng em, họ

luôn có những lời động viên, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập và thực

hiện đồ án.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè,đặc biệt các thành viên trong lớp

DV08.Họ đã luôn nhiệt tình giúp đỡ chúng em trong công việc và học tập.

TP.Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 8 năm 2012

Nguyễn Quang Huy

Đào Thanh Tùng


SVTH:Nguyễn Quang Huy iiĐào Thanh Tùng

TÓM TẮT

Mạng VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks) đang thu hút sự chú ý đáng kể từ công

đồng nghiên cứu khoa học và ngành công nghiệp ô tô để cải thiện các dịch vụ của

hệ thống vận tải thông minh (ITS).Trong khi lĩnh vực giao thông hiện nay đang phải

đối mặt với nhiều vấn đề về an toàn giao thông đường bộ,hiệu quả sử dụng và vấn

đề về môi trường,do đó ý tưởng về “ITS” đã được đưa ra.Do tốn kém nhiều chi phí

của việc triển khai và thiết lập một hệ thống như vậy rất phức tạp trong thực tế nên

nghiên cứu trong VANET chỉ dựa vào mô phỏng.Đồ án này mô phỏng các thuật toán

định tuyến trong mạng VANET,kết quả của việc mô phỏng sẽ đánh giá hiệu suất của

mạng VANET khi áp dụng trong môi trường thực tế.Trong luận án này, việc thực

hiện và khả năng sử dụng của mạng không dây VANET được nghiên cứu. Để nghiên

cứu chúng ta sử dụng mô phỏng bằng công cụ giả lập NS-2 với các tập tin là mô

hình chuyển động của các xe trong một khu vực lớn với các giao thức định

tuyến.Trong đề tài này chúng ta sẽ thực hiện hai mô phỏng : Trong đề tài này chúng

ta sẽ thực hiện hai mô phỏng : một là mô phỏng trên bản đồ được thiết lập bằng tay,

hai là dùng bản đồ thực tế của vùng Afton Oaks của Mỹ 1934[m] x 1811[m] để so

sánh các thông số Packet Delivery Ratio, End-to-End Delay , Hop Count, Routing

Overhead của các giao thức : AODV, AOMDV, DSR, GPSR. Để đánh giá các giao

thức này đối với VANET từ đó áp dụng giao thức tối ưu vào hệ thống.


SVTH:Nguyễn Quang Huy iiiĐào Thanh Tùng

ABSTRACT

Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) is attracting considerable attention from the

research community and the automotive industry to improve the services of

Intelligent Transportation System (ITS). As today’s transportation system faces

serious challenges in terms of road safety, efficiency, and environmental

friendliness, the idea of so called “ITS” has emerged. Due to the expensive cost of

deployment and complexity of implementing such a system in real world, research

in VANET relies on simulation. This paper attempts to evaluate the performance of

VANET in a realistic environment.In this thesis the performance and usability of

wireless Vehicular Ad hoc Networks (VANET) are studied.For the investigation we

use the network simulator ns-2 with a car traffic movement file of the larger region

with the routing protocols.In this project, we would perform two simulation: the

first, we simulated plan which is set up by hand, the second we would use real world

plan of USA’s region Afton Oaks with area 1934[m] x 1811[m] to compare

parameters : Packet delivery ratio, End-to-End Delay , Hop Count, Routing

Overhead in routing protocols: AODV, AOMDV, DSR, GPSR.Evaluating the

protocols with VANET.Then applying optimal protocol into VANET system.


SVTH:Nguyễn Quang Huy ivĐào Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN .................................................................................................... iTÓM TẮT ......................................................................................................... iiABSTRACT.....................................................................................................iiiMỤC LỤC........................................................................................................ ivDANH MỤC HÌNH .......................................................................................... xDANH MỤC BẢNG......................................................................................xiiiDANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................... xivCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................... 1

1.1 Giới thiệu...........................................................................................................1

1.2 Mục tiêu của đồ án ............................................................................................2

1.3 Bố cục của đồ án................................................................................................2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET .......................................... 3

2.1 Sự ra đời của mạng VANET .............................................................................3

2.2 Giới thiệu về mạng VANET.............................................................................4

2.2.1 Mạng VANET là gì? ..................................................................................4

2.2.2 Tại sao cần phải có hệ thống mạng Vanet? ................................................5

2.2.3 Các đặc điểm của mạng VANET................................................................6

2.2.4 So sánh giữa mạng MANET và VANET ..................................................10

2.3 Mô hình các lớp trong VANET .......................................................................11

2.3.1 Lớp ứng dụng (Application layer)...........................................................12

2.3.2 Lớp vận chuyển (Transport layer) ...........................................................12

2.3.3 Lớp mạng (Network layer) ......................................................................13

2.3.4 Lớp liên kết dữ liệu (Data link layer) ......................................................14

2.4 Những ứng dụng trong mạng VANET...........................................................14


SVTH:Nguyễn Quang Huy vĐào Thanh Tùng

2.4.1 Ứng dụng an toàn trong giao thông.........................................................14

2.4.1.1 Cảnh báo va chạm khi hợp tác ...........................................................15

2.4.1.2 Cảnh báo xe thay đổi làn đường ........................................................16

2.4.1.3 Cảnh báo xe đi sai đường .....................................................................17

2.4.1.4 Cảnh báo chướng ngại vật trên đường ..............................................17

2.4.1.5 Cảnh báo có va chạm phía trước khi lưu thông .................................18

2.4.2 Ứng dụng lĩnh vực giải trí .....................................................................19

2.5 Những thách thức đối với mang VANET .......................................................19

2.5.1 Các node di chuyển tốc độ cao .................................................................19

2.5.2 Khả năng mở rộng của mạng ....................................................................19

2.5.3 Vấn đề bảo mật .........................................................................................20

2.5.4 Chất lượng thu/phát các gói tin.................................................................20

CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET............................... 21

3.1 Các giao thức định tuyến trong mạng cố định.................................................21

3.1.1 Giao thức link-state..................................................................................21

3.1.2 Giao thức Distance Vector.......................................................................21

3.1.3 Những khó khăn của hai giao thức trên...................................................21

3.2 Các giao thức định tuyến trong mạng VANET ...............................................21

3.2.1 Topology Based Routing ..........................................................................21

3.2.1.1 Proactive Routing...............................................................................24

3.2.1.2 Reactive Routing...............................................................................25

3.2.1.3 Hybrid Routing ..................................................................................29

3.2.2 Position Based Routing.............................................................................32


SVTH:Nguyễn Quang Huy viĐào Thanh Tùng

3.2.2.1 Giao thức DREAM ............................................................................33

3.2.2.2 Giao thức LAR ..................................................................................35

3.2.2.3 Giao thức GLS ...............................................................................37

3.2.2.4 Giao thức GPSR .................................................................................38

3.2.2.5 Giao thức GSR...................................................................................39

3.2.2.6 Giao thức A-STAR............................................................................40

CHƯƠNG 4: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MÔ PHỎNG TRONG ĐỒÁN ................................................................................................................... 43

4.1 Giao thức định tuyến AODV ...........................................................................43

4.1.1 Giới thiệu ..................................................................................................44

4.1.2 Quá trình tìm đường .................................................................................45

4.1.3 Quản lý bảng định tuyến ...........................................................................45

4.1.4 Duy trì tuyến trong AODV .......................................................................46

4.1.5 Định tuyến Unicast trong AODV .............................................................48

4.1.6 Định tuyến Multicast trong AODV ..........................................................51

4.1.7 Bảo mật và tiêu thụ năng lượng................................................................51

4.2 Giao thức AOMDV .........................................................................................52

4.2.1 Tổng quan .................................................................................................52

4.2.1.1 Loop tự do..........................................................................................53

4.2.1.2 Phân chia đường dẫn ..........................................................................54

4.2.2 Cấu trúc bảng định tuyến ..........................................................................56


4.2.4 Duy trì tuyến .............................................................................................57

4.3 Giao thức DSR ................................................................................................57


SVTH:Nguyễn Quang Huy viiĐào Thanh Tùng

4.3.1 Giới thiệu ..................................................................................................57

4.3.2 Hoạt động của DSR .................................................................................58


4.3.4 Duy trì tuyến trong DSR ...........................................................................60

4.3.5 Tính năng của DSR...................................................................................60

4.4 Giao thức GPSR..............................................................................................61

4.4.1 Greedy Forwarding ..................................................................................61

4.4.2 Quy tắc bàn tay phải: Perimeters .............................................................64

4.4.2.1 Giới thiệu ...........................................................................................64

4.4.2.2 Quy tắc bàn tay phải...........................................................................65

4.4.2.3 Perimeter Probing ..............................................................................66

4.4.3 Đồ thị phẳng .............................................................................................70

4.4.3.1 RNG ...................................................................................................70

4.4.3.2 GG......................................................................................................71

4.4.4 Kết hợp giữa Greedy Forwarding và Perimeter Forwarding ..................72

CHƯƠNG 5: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NS-2, MOVE VÀ SUMO ........ 73

5.1 Phần mềm NS-2 ..............................................................................................73

5.1.1 Tổng quan về NS-2...................................................................................73

5.1.2 Các chức năng của NS-2..........................................................................73

5.1.2.1 Mạng có dây ......................................................................................73

5.1.2.2 Mạng không dây ................................................................................74

5.1.3 Kiến trúc của NS-2 ...................................................................................74

5.1.4 Các thành phần cấu hình mạng trong NS-2 .............................................76


SVTH:Nguyễn Quang Huy viiiĐào Thanh Tùng

5.1.4.1 Lớp Simulator ....................................................................................76

5.1.4.2 Cấu hình node ....................................................................................79

5.1.4.3 Các Agent trong NS-2........................................................................81

5.1.4.4 Lớp ứng dụng (Application) ..............................................................82

5.1.5 Mạng không dây di động trong NS-2 ......................................................84

5.1.5.1 Môi trường của các node di động .....................................................84

5.1.5.2 Node di động .....................................................................................84

5.1.6 Các công cụ mô phỏng trong NS-2 ..........................................................87

5.1.6.1 Công cụ Network Animator (NAM) ................................................87

5.1.6.2 Công cụ xử lý file dữ liệu..................................................................87

5.2 Phần mềm MOVE ...........................................................................................88

5.2.1 Giới thiệu ..................................................................................................88

5.2.2 Cấu trúc của MOVE .................................................................................89

5.2.2.1 Soạn thảo bản đồ ................................................................................91

5.2.2.2 Biên tập chuyển động của xe cộ ........................................................95

5.2.3 Đánh giá ....................................................................................................97

5.3 SUMO .............................................................................................................98

5.3.1. Giới thiệu .................................................................................................98

5.3.1.2 Các tính năng của SUMO ..................................................................99

5.3.1.3 Mô hình điều khiển xe .....................................................................100

5.3.1.4 Tín hiệu đèn giao thông ...................................................................100

CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ............................ 101

6.1 Thực hiện mô phỏng......................................................................................101


SVTH:Nguyễn Quang Huy ixĐào Thanh Tùng

6.1.1 Giới thiệu ................................................................................................101

6.1.2 Các thông số đánh giá ............................................................................102

6.1.3 Các thông số mô phỏng .........................................................................103

6.2 So sánh các giao thức định tuyến .............................................................103

6.2.1 Mô phỏng 1 .......................................................................................104

6.2.1.1 Đánh giá về Packet Delivery Ratio .................................................105

6.2.1.2 Đánh giá về độ End-to-End Delay ...................................................111

6.2.1.3 Routing Overhead ............................................................................113

6.2.1.4 Hop-count.........................................................................................115

6.2.2 Mô phỏng 2.............................................................................................117

6.2.2.1 Packet Delivery Ratio ......................................................................118

6.2.2.2 End-to-End Delay ............................................................................119

6.2.2.3 Hop-Count........................................................................................120

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................. 121TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 122PHỤ LỤC ...................................................................................................... 124

PHỤ LỤC A ........................................................................................................124

PHỤ LỤC B ........................................................................................................126

PHỤ LỤC C ........................................................................................................129

PHỤ LỤC D ........................................................................................................130


SVTH:Nguyễn Quang Huy xĐào Thanh Tùng

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Hệ thống mạng VANET trong giao thông.................................................4

Hình 2.2: Các node trong mạng VANET...................................................................7

Hình 2.3: Mô hình các lớp trong VANET ..............................................................11

Hình 2.4: Ví dụ về việc thông báo nguy hiểm do một xe đột nhiên bị tai nạn ........15

Hình 2.5: Ứng dụng cảnh báo va chạm khi hợp tác.................................................16

Hình 2.6: Ứng dụng cảnh báo xe thay đổi làn đường. .............................................16

Hình 2.7: Ứng dụng cảnh báo xe đi sai đường.........................................................17

Hình 2.8: Ứng dụng cảnh báo chướng ngại vật. ......................................................18

Hình 2.9: Ứng dụng cảnh báo có va chạm phía trước .............................................18

Hình 2.10: Ứng dụng lĩnh vực giải trí trong VANET .............................................19

Hình 3.1: Phân nhóm phương pháp định tuyến dựa vào cấu trúc liên kết...............23

Hình 3.2: Ví dụ về vòng tròn bán kính r đại điện cho khu vực dự kiến trongDREAM ....................................................................................................................34

Hình 3.3: Ví dụ minh họa vùng Expected zone và Request zone ..........................35

Hình 4.1: Quá trình tìm đường của AODV..............................................................45

Hình 4.2: Ví dụ khi có link bị hư .............................................................................47

Hình 4.3: Ví dụ thiết lập các tuyến trong giao thức AODV.....................................49

Hình 4.4: Ví dụ về các vòng lặp trong định tuyến với nhiều tuyến đường tính toán...................................................................................................................................54

Hình 4.5: Ví dụ minh họa về việc phân chia đường dẫn..........................................55

Hình 4.6: Cấu trúc đầu vào của bảng định tuyến trong AODV và AOMDV ..........56

Hình 4.7: Tìm tuyến đường trong DSR ...................................................................59

Hình 4.8: Ví dụ về thuật toán greedy ......................................................................62

Hình 4.9: Greedy forwarding không thành công. ...................................................64

Hình 4.10: Quy tắc bàn tay phải ..............................................................................65

Hình 4.11: Đồ thị không phẳng ...............................................................................66

Hình 4.12: Minh họa hoạt động GPP .......................................................................67

Hình 4.13: Lỗi của No-crossing rule........................................................................68

Hình 4.14: Không có closer node trong perimeter ..................................................69

Hình 4.15: RNG graph ............................................................................................70


SVTH:Nguyễn Quang Huy xiĐào Thanh Tùng

Hình 4.16: GG graph ...............................................................................................71

Hình 5.1: Kiến trúc tổng quan của NS .....................................................................75

Hình 5.2: Mô hình đơn giản của NS ........................................................................76

Hình 5.3: Mô hình hoạt động của NS-2 ...................................................................76

Hình 5.4: Môi trường mô phỏng mạng di động ......................................................84

Hình 5.5: Node di động............................................................................................85

Hình 5.6: Cấu trúc của MOVE.................................................................................88

Hình 5.7: Giao diện tạo ra mô hình di động cho VANET .......................................89

Hình 5.8: Mô hình thể hiện sự chuyển động của các xe ..........................................90

Hình 5.9: Kịch bản giao thông trong NS-2..............................................................91

Hình 5.10: Giao diện biên tập các node và các cạnh trong MOVE .........................92

Hình 5.11: Tạo bản đồ thực tế bằng sử dụng Google Earth ....................................93

Hình 5.12: Các dạng bản đồ trong trình thiết lập bản đồ.........................................94

Hình 5.13: Giao diện thiết lập lưu lượng của xe......................................................95

Hình 5.14: Thiết lập chuyển động của xe cộ ...........................................................96

Hình 5.15: Kịch bản tuyến đường xe bus.................................................................97

Hình 5.16: Các lớp mô hình mô phỏng khác nhau (tính từ trái qua phải là mô hìnhvĩ mô,mô hình vi mô và mô hình siêu vi mô) ...........................................................99

Hình 6.1: So sánh Packet Delivery Ratio trong hai kịch bản có và không có đèn tín

hiệu giao thông của giao thức AODV…………………………………………….105

Hình 6.2: So sánh Packet Delivery Ratio trong hai kịch bản có và không có đèn tínhiệu giao thông của giao thức AOMDV .................................................................106

Hình 6.3: So sánh Packet Delivery Ratio trong hai kịch bản có và không có đèn tínhiệu giao thông của giao thức DSR.........................................................................107

Hình 6.4: So sánh Packet Delivery Ratio trong hai kịch bản có và không có đèn tínhiệu giao thông của giao thức GPSR ......................................................................108

Hình 6.5: So sánh các giao thức định tuyến AODV, AOMDV, DSR và GPSR trong

kịch bản có tín hiệu giao thông……………………………………………………109

Hình 6.6: So sánh các giao thức định tuyến AODV, AOMDV, DSR và GPSR trongkịch bản không có tín hiệu giao thông. ...................................................................110


SVTH:Nguyễn Quang Huy xiiĐào Thanh Tùng

Hình 6.7: So sánh độ End-to-End Delay trong hai kịch bản có và không có tín hiệuđèn giao thông của giao thức AODV. .....................................................................111

Hình 6.8: So sánh độ End-to-End Delay trong hai kịch bản có và không có tín hiệuđèn giao thông của giao thức AOMDV ..................................................................111

Hình 6.9: So sánh độ End-to-End Delay trong hai kịch bản có và không có tín hiệuđèn giao thông của giao thức DSR..........................................................................112

Hình 6.10: So sánh độ End-to-End Delay trong hai kịch bản có và không có tín hiệuđèn giao thông của giao thức GPSR .......................................................................112

Hình 6.11: So sánh độ Routing Overhead trong hai kịch bản có và không có tínhiệu đèn giao thông của giao thức AODV ..............................................................113

Hình 6.12: So sánh độ Routing Overhead trong hai kịch bản có và không có tínhiệu đèn giao thông của giao thức AOMDV ..........................................................113

Hình 6.13: So sánh độ Routing Overhead trong hai kịch bản có và không có tínhiệu đèn giao thông của giao thức DSR..................................................................114

Hình 6.14: So sánh độ Routing Overhead trong hai kịch bản có và không có tínhiệu đèn giao thông của giao thức GPSR................................................................114

Hình 6.15: So sánh Hop-count AODV giữa có và không có đèn tín hiệu giao thông.................................................................................................................................115

Hình 6.16: So sánh Hop-count AOMDV giữa có và không có đèn tín hiệu giaothông........................................................................................................................115

Hình 6.17: So sánh Hop-count DSR giữa có và không có đèn tín hiệu giao thông.................................................................................................................................116

Hình 6.18: So sánh Hop-count GPSR giữa có và không có đèn tín hiệu giao thông.................................................................................................................................116

Hình 6.19: So sánh thông số Packet Delivery Ratio của các giao thức trong môphỏng thực tế ...........................................................................................................118

Hình 6.20: So sánh thông số End-to-End Delay của các giao thức trong mô phỏng

thực tế……………………………………………………………………………..119

Hình 6.21: So sánh thông số Hop-Count của các giao thức trong mô phỏng thực tế..................................................................................................................................120


SVTH:Nguyễn Quang Huy xiiiĐào Thanh Tùng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng so sánh giữa mạng MANET và mạng VANET ..............................11

Bảng 4.1: Ví dụ về bảng định tuyến của AODV......................................................43

Bảng 4.2: Hoạt động của giao thức DSR .................................................................58

Bảng 4.3: Perimeter của S ........................................................................................68

Bảng 4.4: Perimeter của a.........................................................................................69

Bảng 6.1: Thông số mô phỏng ..............................................................................104

Bảng 6.2: Thông số mô phỏng thực tế ..................................................................117


SVTH:Nguyễn Quang Huy xivĐào Thanh Tùng

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector

AOMDV Ad hoc On-Demand Multipath Distance Vector

AP Access Point

APU Adaptive Position Update

ARP Address Resolution Protocol

A-START Anchor-Based Street And Traffic Aware Routing

BS Base Station

CBR Constand Bit Rate

CPU Central Processing Unit

DREAM Distance Routing Effect Algorithm for Mobility

DSDV Destination Sequence Distance Vector

DSN Destination Sequence Number

DSR Dynamic Source Routing

DV Distance Vector

FTP File Tranfer Protocol

GG Gabriel Graph

GLS Grid Location Service

GPP Greedy Perimeter Probing

GPS Global Position System

GPSR Greedy Perimeter Stateless Routing

GSR Geographic Source Routing

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

IEFT Internet Engineering Task Force

IP Internet Protocol

ITS Intelligent Transportation Systems

LAR Location-Aided Routing protocol

LLC Link Layer Control

LS Link State

LSL Least Squares Lattice


SVTH:Nguyễn Quang Huy xvĐào Thanh Tùng

LSPs Link-State Packets

M2M Machine to Machine

MAC Medium Access Control

MANET Mobile Ad hoc NETwork

MN Mobile Node

MP Mobility Prediction

MOVE Mobility model generator for Vehicural

NAM Network Animator

NS2 Network Similator 2

OBU Onboad Units

ODL On-Demand Learning

OLSR Optimized Link State Routing

OSI Open Systems Interconnection

Otcl Obiect Tool Command Language

PDA Personal Digital Assistant

RNG Relative Neighborhood Graph

RREP Route Reply

RREQ Route REQuest

RERR Route Error

RSU Road Side Units

SN Sequence Number

STAR Source Tree Adaptive Routing

SUMO Simulation of Urban Mobility

TCP Transmission Control Protocols

TTL Time To Live

TIGER Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing

UDP User Datagram Protocol

VANET Vehicular Ad-hoc Networks

WLAN Wireless Local Area Network

WPAN Wireless Personal Network

ZRP ZoneRoutingProtocol


SVTH:Nguyễn Quang Huy 1Đào Thanh Tùng

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệuTrong những năm gần đây,tốc độ phát triển mạnh mẽ về mặt kỹ thuật trên thế giới

nói chung và nước ta nói riêng đang diễn ra mạnh mẽ.Sự phát triển này nhằm đáp

ứng nhu cầu của con người về nhiều mặt,nội trong số đó là nhu cầu thông tin liên

lạc giữa mọi người ở mọi lúc mọi nơi.Bên cạnh đó,sự bùng nổ của các thiết bị

thông minh cầm tay mở với giá thành rẻ,khả năng tự tính toán đồng thời có thể kết

nối không dây với nhau mở ra một trang mới trong lĩnh vực viễn thông.Đó là sự

xuất hiện của mạng không dây.

Kết nối mạng không dây đang ngày càng trở nên phổ biến và dể dàng giúp cho việc

truyền thông 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 như điện

thoại di động,laptop…đều có thể là một kênh thông tin trong mạng Ad-hoc.Các

thiết bị này có thể mang theo bên người hay tích hợp vào các đối tượng di chuyển

(xe cộ..) hoặc đặt cố định tại các điểm.Một trong các mô hình cụ thể của mạng Ad-

hoc là mạng VANET (Vehicular Ad-hoc Network),ở đó mỗi phương tiện tham gia

giao thông (được tích hợp một thiết bị có khả năng kết nối không dây) trở thành

một node mạng.

Đứng trước sự gia tăng của các phương tiện giao thông cá nhân và mật độ phương

tiện giao thông trên đường nên kéo theo sự gia tăng của tình trạng kẹt xe và sự tăng

vọt của các vụ tai nạn giao thông.Đây là vấn đề cấp bách cần phải giải quyết.Những

nghiên cứu gần đây cho thấy khi triển khai mạng VANET sẽ giải quyết các vấn đề

nói trên.Khi mạng VANET được triển khai thì các xe di chuyển có thể truyền tin

cho nhau các gói tin về tình trạng kẹt xe,cảnh báo tốc độ,cảnh báo nguy hiểm,cảnh

báo có vụ tai nạn giao thông phía trước…Mỗi xe xem như là một node và nhiều xe

sẽ tạo nên một mạng lưới chia sẻ thông tin giao thông cho nhau.Điều này có thể



giúp các người lái xe có thể chủ động hơn trong việc phòng tránh các tại nạn giao

thông và tiết kiệm thời gian (cảnh báo về tình trạng kẹt xe).

Qua đó em thấy công nghệ VANET rất hữu ích trong lĩnh vực giao thông,đặc biệt

là ngành giao thông của nước ta, nên chúng em quyết định nghiên cứu về công

nghệ này với tên đề tài là : “VANET và các giao thức định tuyến” để nghiên cứu

các giao thức định tuyến trong VANET để đánh giá và đưa ra các giao thức tối ưu

để hướng tới tỉ lệ phân phát gói cao.

1.2 Mục tiêu của đồ án

Tiếp theo, đồ án này tìm hiểu và sử dụng công cụ mô phỏng mạng NS-2 (Network

Simulation 2) để đánh giá tỷ lệ phân bố gói dữ liệu, Routing overhead, End-to-End

delay, số hop count giữa các giao thức AODV,AOMDV,DSR và GPSR trong hai

kịch bản có tín hiệu giao thông và không có tín hiệu giao thông.Đồng thời, cũng so

sánh giải thuật của các giao thức định tuyến mô phỏng trong mô hình thực tế với

nhau để đánh giá tính hiệu quả của các giải thuật trên.Từ những kết quả đánh giá

này, đưa ra được ưu và nhược điểm của từng giải thuật trên, và từ đó tìm ra hướng

khắc phục và hướng phát triển đồ án

1.3 Bố cục của đồ án

Đồ án tốt nghiệp được chia làm 7 chương.Chương 1 trình bày về phần giới thiệu

và đưa ra mục tiêu của đồ án.Chương 2 trình bày những kiến thức cơ bản, các

ứng dụng, khó khăn gặp phải trong mạng VANET.Chương 3 trình bày chung về

phân loại,đặc điểm chung và so sánh chung của các giao thức định tuyến phổ biến

trong VANET.Chương 4 là phần trọng tâm tìm hiểu chi tiết về các giao thức định

tuyến được sử dụng để mô phỏng bằng công cụ giả lập mạng NS-2 trong đồ án

này.Trong chương 5, giới thiệu về phần mềm mô phỏng mạng NS-2 và các công

cụ hỗ trợ cho NS-2,phần mềm hỗ trợ MOVE và SUMO.Chương 6 là phần thực

hiện mô phỏng, đưa ra những nhận xét và đánh giá kết quả. Cuối cùng chương 7

là phần kết luận và hướng phát triển của đồ án.



CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET

Chương này sẽ giới thiệu tổng quát về mạng VANET và những đặc tính cơ bản

của nó, bao gồm sự ra đời của mạng VANET, mô hình lớp và những ứng dụng

của nó trong cuộc sống.Tiếp đến những thách thức và khó khăn mà mạng

VANET gặp phải về các vấn đề: định tuyến, bảo mật và tiêu tốn năng lượng sẽ

được tìm hiểu và từ đó có thể so sánh được mạng MANET và mạng VANET

2.1 Sự ra đời của mạng VANET

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, chúng ta đang tận hưởng những ứng

dụng,tiện ích của công nghệ thông tin truyền thông đem lại, mà cụ thể là các

ứng dụng trong công nghệ không dây.Sức hút từ lĩnh vực di động, khả năng dễ tiếp

cận và tính linh hoạt làm cho những công nghệ không dây là phương pháp tối ưu

của việc truyền thông tin.Trong một vài thập niên trở lại đây ngành công nghiệp

nặng phát triển,trong các ngành đó phát triển nhất là giao thông vận tải, từ khi ra đời

nó đã khẳng định được vị trí của mình trong cuộc sống con người, nó giúp con

người tiết kiệm rất nhiều thời gian và sức lực. Tuy nhiên cũng phải kể đến vấn đề tai

nạn giao thông xảy ra liên tục mà một trong những nguyên nhân lớn là sự chủ quan

của các tài xế và người đi đường.Nhưng trước tình hình giao thông của thế giới nói

chung và của Việt Nam nói riêng đang có nhiều bất cập và trở thành vấn đề cần

được giaỉ quyết cấp bách.Đó là các vấn đề về tai nạn giao thông,kẹt xe giờ cao

điểm,thông tin giao thông cần biết,các tiện ích sử dụng khi đang tham gia giao

thông…… Để giải quyết được vấn đề này cần có một hệ thống được tích hợp sẵn

trên các xe tham gia giao thông, các thiết bị này phải hoạt động một cách tự động và

có thể liên lạc được với nhau để hỗ trợ tài xế một cách tốt nhất. Dựa vào các ý tưởng

trên hệ thống mạng VANET ra đời và đã được triển khai thử nghiệm ở một số nước

như Hàn Quốc, Mỹ, ... Ở Việt Nam tuy đề tài này vẫn đang trong quá trình nghiên

cứu do khoa học kỹ thuật chưa phát triển, trang thiết bị còn thiếu thốn, nguồn đầu tư

còn ít tuy nhiên nó cho thấy trong tương lại nó sẽ là bước đi đầu tiên của ngành xe



cộ thông minh của thế giới và chúng ta sẽ không khỏi phủ nhận ứng dụng thiết thực

của nó như thế nào đối với đời sống con người.

Dưới các mục tiêu nói trên thì mạng VANET đã trở thành một phần rất quan trọng

trong lĩnh vực giao thông và hứa hẹn sẽ là một đóng góp quan trọng trong lĩnh vực

nghiên cứu công nghệ truyền thông không dây.

2.2 Giới thiệu về mạng VANET

2.2.1 Mạng VANET là gì?

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 (Car to

Car Communication, hay M2M (machine-to-machine communication) để chia sẻ

thông tin lẫn nhau.Thông tin về traffic, về tình trạng kẹt xe, thông tin về tai nạn giao

thông, nguy hiểm cần tránh.... ,từ đó có thể đưa ra các cảnh báo giúp ích cho người

tham gia giao thông.Một chiếc xe cũng có thể trở thành một relay node để chuyển

tải thông tin cho xe khác

Hình 2.1: Hệ thống mạng VANET trong giao thông



2.2.2 Tại sao cần phải có hệ thống mạng Vanet?

Ngày nay,với sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học kỹ thuật nói chung và nhất là

lĩnh vực sản xuất ô tô ngày càng phát triển thì số lượng ô tô được sản xuất và đăng

ký sử dụng tăng nhanh chóng,mật độ phương tiện giao thông ngày càng dày đặc.Bên

cạnh đó, các phương tiện, thiết bị phục vụ cho giao thông chưa tối ưu và thiết bị hỗ

trợ cho tài xế thực sự là chưa nhiều, chủ yếu vẫn là các tài xế tự chủ động trong việc

tham gia giao thông mà chưa có một công nghệ nào hỗ trợ tối ưu cho việc đảm bảo

an toàn trong giao thông.

Với số lượng các phương tiện giao thông tăng nhanh chóng cùng mật độ giao thông

dày đặc thì tất yếu số vụ tai nạn giao thông ngày càng tăng nhanh chóng.Theo thống

kê của của các nhà quản lý trên thế giới thì mỗi 5s thì có một người chết vì vấn đề

tai nạn giao thông.Chúng ta lấy ví dụ số liệu cụ thể về tình hình giao thông như

theo cục thống kê giao thông vận tải thống kê rằng, chỉ trong năm 2004 của Hoa Kỳ,

có hơn 6,4 triệu km đường cao tốc, với hơn 243 triệu các loại phương tiện khác nhau

đã đăng ký sử dụng.Trong năm đó,đã có hơn 6,18 triệu chiếc xe tai nạn gây ra cùng

với đó 2,79 triệu người bị thương và 42.000 người tử vong.Tai nạn giao thông là

nguyên nhân chủ yếu gây tử vong ở nhóm tuổi từ 1 đến 44.Chi phí cho những vụ tai

nạn này là hơn 150 tỷ đôla mỗi năm.

Từ những lý do trên thì chúng ta nhận thấy cần có một ứng dụng mới cho phép

những chiếc xe ứng biến các vấn đề về giao thông hoàn toàn tự động.Ví dụ một số

ứng dụng như: tự động về tốc độ thích ứng, lối vào tự động trên đường cao tốc hoặc

bãi đậu xe, tự động dừng khi gặp nguy hiểm, tự động phát hiện tình trạng kẹt xe, tắc

nghẽn, tự động tìm được con đường tối ưu nhất, .... Tuy nhiên để có thể thực hiện

được nhiệm vụ đó thì cần phải có một bước tiến lớn của một công nghệ có khả năng

nhận thức được môi trường xung quanh bằng các giao tiếp xe hay còn gọi là phương

pháp hợp tác tiếp cận.Các nghiên cứu trong các hệ thống vận tải thông minh cho

thấy đã có 3 lĩnh vực mà có thể được cải thiện : xe cộ (ví dụ điều khiển hành trình

thích ứng, hệ thống tránh va chạm), đường bộ ( ví dụ như kiểm soát tốc độ thích ứng



giao thông, nâng cao việc quản lý), điều khiển (ví dụ cung cấp thông tin giao thông,

cảnh báo va chạm). Nghiên cứu làm thế nào để hệ thống liên lạc bằng xe có thể tăng

sự chủ động an toàn, cảnh báo về sự cố giao thông đường bộ hoặc các thông báo cải

thiện những hệ thống cổ điển để thích ứng với tốc độ của xe ở phía trước, các loại

xe trên đường cao tốc, hỗ trợ tránh va chạm.Để thực hiện được thì các xe phải “hợp

tác” với nhau bằng cách trao đổi thông tin để cung cấp tính năng như: tình hình an

toàn xung quanh xe hay những nguy hiểm có thể xảy ra.Do đó hệ thống VANET

được nghiên cứu sẽ giải quyết những bất cập trên.

2.2.3 Các đặc điểm của mạng VANET

Mặc dù VANET được xem xét như là một lĩnh vực nghiên cứu riêng biệt,đặc biệt là

trong lĩnh vực giao thông với vấn đề cảnh báo an toàn nhưng VANET vẫn được coi

như là một phân nhóm của Mobile Ad Hoc Networks (MANET) và một thành phần

của hệ thống ITS.Do đó,mạng VANET có nhiều đặc điểm chung của mạng

MANET:

Đối với mạng VANET thì những hạn chế về các kiến trúc hạ tầng mà các mạng

cell và mạng truyền thống vẫn đòi hỏi (chẳng hạn như các trạm thu phát gốc, các

bộ định tuyến) đã được loại bỏ. Mạng VANET thường được tạo nên bởi các node

ngang hàng, giao tiếp nhau thông qua kênh truyền vô tuyến mà không cần bất kì

bộ điều khiển trung tâm nào.

Trong mạng VANET, cấu hình mạng thường xuyên bị thay đổi một cách ngẫu

nhiên. Thêm nữa, sự phân bố của các node và khả năng tự tổ chức đóng một vai

trò quan trọng. Những đặc tính chính có thể tổng kết dưới đây:

• Cấu hình mạng động,các node di chuyển với tốc độ cao

• Sử dụng kênh truyền không dây nên có sự hạn chế về dung lượng

• Sự hạn chế về bảo mật

• Bị ảnh hưởng bởi sự mất mát gói dữ liệu lớn, chịu delay và jitter lớn hơn

mạng cố định do sự lan truyền sóng vô tuyến.

• Các node trong mạng VANET chỉ sử dụng pin như là nguồn năng lượng



chính. Vì thế, tiết kiệm năng lượng là một tiêu chuẩn quan trọng trong

việc thiết kế hệ thống. Ngoài ra, tập hợp các lệnh được thực hiện phụ

thuộc vào năng lượng sẵn có của nó (CPU, bộ nhớ,…)

Mạng VANET rất độc lập về cấu trúc và quyền ưu tiên.Sự thật là chỉ cần từ hai

node trở lên là có thể tạo nên một mạng VANET miễn là các node đủ gần cho

sự lan truyền sóng vô tuyến mà không có bất kì sự can thiệp của bên ngoài.

Tương tự như mạng MANET,các node trong mạng VANET tự tổ chức và tự quản lý

thông tin một cách phân phát mà không có một cơ quan tập trung hoặc một máy chủ

đưa ra mệnh lệnh về các thông tin liên lạc.Trong kiểu mạng này, các node tham gia

tựa như máy chủ và máy khách,qua đó trao đổi và chia sẻ thông tin ngang hàng

nhau. Hơn nữa, các node di động, do đó làm cho truyền dữ liệu có độ tin cậy thấp và

tối ưu. Có 2 kiểu node trong mạng VANET.Đó là những node di động(OBUs) và

node tĩnh(RSUs). Một OBU giống như một mô-đun mạng di động và một bộ xử lý

trung tâm cho các bộ cảm biến trên các phương tiện và những thiết bị cảnh

báo.RSUs có thể được gắn tại các địa điểm tập trung như node giao thông, bãi đỗ xe

hoặc các trạm khí.Nó có thể đóng một vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng như

một cổng vào Internet.

Internet

RSU

OBU

Hình 2.2: Các node trong mạng VANET



Ngoài những đặc điểm này, VANET có một vài tính chất đặc trưng để chứng tỏ nó

là một lĩnh vực nghiên cứu riêng biệt và mới mẻ:

Tốc độ di chuyển các node cao và cấu trúc liên kết trong mạng thường xuyên

thay đổi:tốc độ và sự lựa chọn tuyến truyền dẫn xác định cấu trúc liên kết năng

động của VANET. Trong VANET thì các node luôn di chuyển thường xuyên,linh

hoạt với tốc đô cao.Các node trung gian trong chuỗi đa hop vô tuyến (wireless multi-hop)

của node chuyển dữ liệu có thể di chuyển một cách nhanh chóng.Nếu chúng ta lấy ví dụ

hai chiếc xe di chuyển ra xa nhau với một tốc độ 60 mph (25m/sec) và nếu phạm vi

truyền dẫn là khoảng 250 m thì sau đó liên kết giữa hai chiếc xe này sẽ kéo dài trong

5 giây (250 m / 50ms-1).Điều này cấu trúc liên kết của VANET thường xuyên thay

đổi và các node trong mạng di chuyển với tốc độ cao

Thường xuyên bị ngắt kết nối mạng: Các tính năng trên đòi hỏi phải trong vòng

mỗi 5 giây hoặc lâu hơn, các node cần thiết khác liên kết với chiếc xe gần đó để duy

trì kết nối liền mạch. Nhưng trong trường hợp kết nối thất bại như vậy, đặc biệt là

trong trường hợp ở các khu vực mật độ xe thấp thì thường xuyên xảy ra trường hợp

gián đoạn trong vấn đề kết nối mạng .Do đó để giải quyết vấn đề trên cần phải triển

khai các node chuyển tiếp để duy trì kết nối mạng

Mô hình hóa tính di động và tính năng cảnh báo:Các tính năng kể trên với mục

đích kết nối do đó cần phải hiểu rõ và nắm bắt được về vị trí của các node và sự

chuyển động của nó để dự đoán được bản chất và mô hình chuyển động của mỗi xe.

Tuy nhiên, một mô hình có tính di động và dự đoán các node dựa trên nghiên cứu

mô hình các con đường được xác định trước và tốc độ xe là hết sức quan trọng cho

thiết kế mạng lưới đạt hiệu quả

Môi trường truyền thông: mô hình có tính di động cao và thường xuyên thay đổi

từ môi trường đường cao tốc của môi trường thành phố.Do đó mô hình thiết kế các

node và các thuật toán định tuyến cũng cần phải thích ứng với những thay đổi này.

Mô hình đường cao tốc di động, mà bản chất nó là một mô hình một chiều, là khá

đơn giản và dễ dàng để dự đoán.Nhưng đối với mô hình thành phố, cấu trúc đường



phố, mật độ các node tập trung đông, sự hiện diện của các tòa nhà,cây cối,các

chướng ngái vật những trở ngại giao tiếp khoảng cách nhỏ làm cho các ứng dụng

mô hình trở nên rất phức tạp và khó khăn

Hạn chế về độ trễ lớn:đề cập về các ứng dụng an toàn của VANET đều cần phải

đảm bảo về thời gian phân phát các gói tin mang thông điệp đến các node có liên

quan.Điều đó có nghĩa là không thể để trường hợp các dữ liệu truyền đến chậm

trễ.Do đó,các gói tin dữ liệu lớn không phải là vấn đề quan trọng trong VANET mà

là vấn đề khắc phục độ trễ của các gói tin khi truyền sóng phân phát.

Tương tác với các bộ cảm biến gắn trong:các cảm biến này giúp cho việc cung

cấp vị trí các node và sự chuyển động của nó một cách chính xác và được sử dụng

cho liên kết thông tin liên lạc một cách hiệu quả nhất và áp dụng vào mục đích định

tuyến

Cách thức lan truyền: Trong VANET, mô hình lan truyền thường không được

giả định là không gian tự do vì sự hiện diện của các tòa nhà, cây cối, và các loại xe

khác.Một mô hình lan truyền VANET cũng nên cân nhắc tác động của các đối

tượng tự do cũng như can thiệp tiềm năng của công nghệ truyền thông không dây từ

các phương tiện khác hoặc các điểm truy cập cá nhân được triển khai rộng rãi

Nguồn năng lượng và bộ nhớ lưu trữ không giới hạn: Các node trong mạng

VANET là không phải là đối tượng có nguồn năng lượng và bộ nhớ lưu trữ bị giới

hạn trong các mạng cảm biến.Các lớp khác của mạng Ad-Hoc nơi mà các node chủ

yếu là tĩnh.Các node được cho là có năng lượng phong phú và công suất lớn.như

vậy vấn đề tối ưu hóa không phải là vấn đề quan trọng trong các mạng cảm biến.

Cuối cùng, sự khác biệt chính giữa giao thức VANET và các hình thức khác của

mạng Ad-Hoc là yêu cầu thiết kế.Trong VANET, các yêu cầu thiết kế chính là để

giảm thiểu độ trễ với những thông tin được thiết kế không ưu tiên.Tuy nhiên,các yêu

cầu thiết kế chính của mạng cảm biến không dây là để duy trì kết nối mạng tốt với

điện năng tiêu thụ tối thiểu và yêu cầu chủ chốt của mạng lưới không dây là độ tin

cậy cao.



2.2.4 So sánh giữa mạng MANET và VANET

MANET và VANET là rất giống nhau trên nền tảng kỹ thuật nhưng khác nhau về

một số tham số cơ bản sau đây.Dựa vào nó chúng ta có thể đối chiếu giữa 2 môi

trường:

Bảng 2.1: Bảng so sánh giữa mạng MANET và mạng VANET



Một cách dễ hiểu hơn là khi so sánh với MANET là các node di động trong

MANET là “vehicles” thì kiểu mạng này được gọi là VANET. Một điều quan trọng

để phân biệt giữa MANET và VANET là các node di chuyển với tốc độ trung bình

lớn hơn, số lượng node tham gia trong mạng nhiều, diện tích phủ sóng thì lớn hơn

rất nhiều và các node hay vehicles thì di chuyển trên các đường có sẵn chứ không di

chuyển ngẫu nhiên như trong MANET

2.3 Mô hình các lớp trong VANET

Phần này sẽ xem xét sự ứng dụng của mô hình OSI trong việc ứng dụng vào

VANET. Ở đây, các lớp được quan tâm là: lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp

mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý.

Hình 2.3: Mô hình các lớp trong VANET



2.3.1 Lớp ứng dụng (Application layer)

Lớp ứng dụng là lớp gần gũi với người dùng hơn hết, nó cung cấp các dịch vụ

mạng cho các ứng dụng của người dùng. Nó khác với các lớp khác ở chỗ không

cung cấp các dịch vụ cho bất kì lớp nào, thay vào đó, nó chỉ cung cấp các dịch

vụ cho các ứng dụng nằm bên ngoài mô hình OSI. Các chương trình ứng dụng

như chương trình xử lý bảng tính, các chương trình xử lý văn bản, các chương

trình đầu cuối.

Lớp ứng dụng thiết lập tính sẵn sàng cho các đối tác thông tin, đồng bộ hóa và

thiết lập tính nhất quán trên các thủ tục khắc phục lỗi và kiểm soát tính toàn vẹn

dữ liệu. Trong trường hợp của mạng VANET thì lớp ứng dụng còn chịu trách

nhiệm cho việc cung cấp ứng dụng liên quan đến vị trí (location based services).

2.3.2 Lớp vận chuyển (Transport layer)

Lớp vận chuyển phân đoạn dữ liệu từ hệ thống host truyền và tái thiết lập dữ

liệu vào một luồng dữ liệu tại hệ thống host nhận. Lớp vận chuyển cố gắng

cung cấp một dịch vụ vận chuyển dữ liệu, tạo nên một dải ngăn cách bảo vệ các

lớp trên tránh các chi tiết hiện thực vận chuyển bên dưới. Đặc biệt, các vấn đề

như làm thế nào vận chuyển giữa hai host thật sự tin cậy là trách nhiệm liên quan

đến lớp vận chuyển. Trong việc cung cấp dịch vụ truyền thông, lớp vận chuyển

thiết lập, duy trì và kết thúc một cách tốt đẹp các mạch ảo. Trong việc cung cấp

các dịch vụ tin cậy, sự phát hiện lỗi, khắc phục lỗi cũng như điều khiển luồng

thông tin đều được sử dụng triệt để.

Trong môi trường VANET, sự di chuyển của các node sẽ làm cho hầu hết các

gói nhận được đều không theo đúng thứ tự do sự trễ của các gói ACK. Đối với

mạng VANET có môi trường tĩnh thì sự mất mát gói chủ yếu là do lỗi trong kênh

truyền không dây. Sự truyền lại là rất hạn chế vì tiêu tốn năng lượng. Vì thế để

thiết kế một lớp vận chuyển hiệu quả cho VANET, những vấn đề sau phải được

xem xét:

• Kích thước cửa sổ phải được điều chỉnh sao cho không chỉ phù hợp với lỗi



kênh truyền và trễ đầu cuối, mà còn phù hợp với sự di chuyển cơ động của

các node. Như đã đề cập ở trên, trong một mạng VANET ổn định thì mất mát

gói là do bởi lỗi của kênh truyền và trễ đầu cuối.

• Thời gian time-out dùng để chỉ khoảng thời gian giao thức phải chờ trước

khi gởi lại phải được tính toán cho phù hợp do sự cơ động của mạng. Rõ ràng

nếu khoảng thời gian này giảm xuống sẽ làm tăng số lần gởi lại và nếu tăng

time-out lên thì sẽ làm giảm số lượng gói đưa vào mạng.

Nguồn gốc của việc điều khiển tắc nghẽn là dựa trên sự trễ của quá trình xác

nhận. Điều này không chắc chắn là tốt đối với mạng VANET vì trễ ở đây là do

lỗi kênh truyền, kết nối bị hỏng (do các node di chuyển) và sự đụng độ ở lớp MAC

mà nguyên nhân không chỉ do lưu thông của mạng mà còn do độ lớn (số lượng

node) của mạng.

Các nghiên cứu về giao thức lớp vận chuyển dành cho VANET tập trung cho

việc phát triển cơ chế phản hồi sao cho có thể giúp lớp vận chuyển nhận biết được

sự cơ động của mạng, điều chỉnh thời gian time-out và kích thước cửa sổ cho phù

hợp và thực hiện điều khiển tắc nghẽn dựa vào nhiều thông tin trên mạng hơn.

Chẳng hạn khi một phiên làm việc được bắt đầu, lớp vận chuyển giả sử rằng

tuyến đã sẵn sàng cho một khoảng thời gian. Khi tuyến đó thay đổi, lớp vận

chuyển sẽ được thông báo. Sau đó việc truyền dữ liệu tạm ngưng cho đến khi

tuyến mới được thiết lập.

2.3.3 Lớp mạng (Network layer)

Đối với lớp mạng thì nhiệm vụ quan trọng nhất của nó là định tuyến. Định

tuyến trong VANET liên quan đến 2 vấn đề:

• Tìm tuyến từ nguồn cho đến đích.

• Duy trì tuyến này khi mà nó vẫn còn được sử dụng.

Các giao thức định tuyến trong VANET có thể là Reactive, Proactive, Hybrid

(kết hợp giữa Reactive và Proactive) hoặc dựa vào vị trí (location based)…



2.3.4 Lớp liên kết dữ liệu (Data link layer)

Lớp này bao gồm 2 lớp con LLC và MAC. Lớp con MAC chịu trách nhiệm quản

lý việc truy xuất kênh truyền. LLC thì liên quan đến việc duy trì kết nối, đóng

frame dữ liệu, đồng bộ, phát hiện lỗi, khả năng phục hồi và điều khiển luồng.

Ở đây, hai kĩ thuật lớp MAC có thể được sử dụng để xây dựng nên mạng

VANET: IEEE 802.11(chuẩn cho mạng cục bộ không dây) và công nghệ

Bluetooth vốn là chuẩn của mạng cục bộ cá nhân (WPAN). Các công nghệ

Bluetooth và IEEE 802.11 là đặc trưng của hai phương pháp đa truy cập mạng:

truy cập ngẫu nhiên và truy cập theo kiểu token (node nào nhận được token mới

được phép truyền dữ liệu). Do tính mềm dẻo vốn có của cách truy cập ngẫu nhiên

(vì cách truy cập này cho phép các node di chuyển không giới hạn) nên được sử

dụng cho mạng WLAN. Công nghệ Bluetooth được thiết kế để hỗ trợ cho các

ứng dụng thời gian thực hơn là các ứng dụng thông thường

2.4 Những ứng dụng trong mạng VANET

2.4.1 Ứng dụng an toàn trong giao thông

Kể từ khi phát minh đầu tiên ra xe hơi,các nhà sản xuất xe và nghiên cứu lĩnh vực

truyền thông di động đã nghiên cứu để giảm số lượng các vụ tai nạn xe ô tô,qua đó

làm giảm đi các chi phí tổn thương và tỉ lệ tử vong.Công nghệ VANET đầy hứa hẹn

được bổ sung sau này và được nghiên cứu tập trung để giải quyết vấn đề ngăn ngừa

những tai nạn.Theo đó,các nước đã đề ra các dự án mới để nghiên cứu,phát triển và

tiêu chuẩn hóa mạng VANET.Trong mạng VANET,các xe sẽ được chia sẻ các gói

tin ứng dụng về tình trạng giao thông,về tình trạng kẹt xe, thông tin về tai nạn giao

thông, nguy hiểm cần tránh.... ,từ đó có thể đưa ra các cảnh báo giúp ích cho người

tham gia giao thông được an toàn.



Hình 2.4: Ví dụ về việc thông báo nguy hiểm do một xe đột nhiên bị tai nạn

Ứng dụng an toàn trong giao thông dựa trên các cảnh báo thường trực từ xa có chứa

dữ liệu (vị trí, vận tốc…) được sử dụng để dự đoán hoặc ngăn chặn một trường hợp

nguy hiểm có thể xảy ra

Chúng ta sẽ phân loại các ứng dụng an toàn như sau:

2.4.1.1 Cảnh báo va chạm khi hợp tác

Ứng dụng này cung cấp một sự an toàn hơn, tự động hơn cho một chiếc xe tham gia

vào dòng chảy giao thông. Nó cho phép xe tham gia truy cập thông tin mà không

làm gián đoạn dòng chảy của lưu lượng .Nó cho phép các phương tiện quyết định

cách tham gia dựa trên việc trao đổi thông tin (vận tốc hay vị trí) giữa các xe.Ngoài

ra trong trường hợp này thì nếu có bất kỳ sự thay đổi đột ngột nào về tốc độ hay

hướng lái xe,dấu hiệu bất thường như vậy thì chương trình sẽ phát sóng một thông

điệp cảnh báo để cảnh báo tất cả các xe tham gia lưu thông về sự nguy hiểm có thể

xảy ra.Đây là một hệ thống tự động đáng tin cậy, ứng dụng này giúp cải thiện hệ

thống giao thông để trở nên an toàn hơn



Hình 2.5: Ứng dụng cảnh báo va chạm khi hợp tác

2.4.1.2 Cảnh báo xe thay đổi làn đường

Cảnh báo xe thay đổi làn đường là một ứng dụng cảnh báo an toàn. Khi có một xe

có ý định thay đổi làn đường của mình trong khi lưu thông thì xe đó sẽ phát ra một

thông điệp để cảnh báo các xe khác trong khu vực của nó về ý định thay đổi làn

đường chạy và đồng thời cũng tìm kiếm một khoảng trống an toàn trong làn đường

mới mà xe muốn tiếp cận

Hình 2.6: Ứng dụng cảnh báo xe thay đổi làn đường



2.4.1.3 Cảnh báo xe đi sai đường

Là một hệ thống nhận dạng xe khác lái xe sai đường và cảnh báo người lái xe có vụ

va chạm có thể xảy ra

Hinh 2.7: Ứng dụng cảnh báo xe đi sai đường

2.4.1.4 Cảnh báo chướng ngại vật trên đườngLà ứng dụng cảnh báo an toàn cho các xe lưu thông trên tuyến đường.Khi một xe

lưu thông trên đường phát hiện có chướng ngại vật trên đường như: các vật cản trên

đường,các xe đậu trên đường hay các công trình giao thông đang thi công thì xe sẽ

phát một thông điệp cảnh báo các xe đi sau nó để các xe sau có thể phát ra thông

điệp an toàn tránh các chướng ngại vật trên đường.

Các xe sẽ được tích hợp các cảm biến tự động gắn trong sẽ trao đổi thông tin với

nhau về sự nguy hiểm của chướng ngại vật trên đường và trao đổi thông tin với các

cảm biến được đặt bên đường để xác định chính xác vị trí của chướng ngại vật



Hình 2.8: Ứng dụng cảnh báo chướng ngại vật

2.4.1.5 Cảnh báo có va chạm phía trước khi lưu thông

Hình 2.9: Ứng dụng cảnh báo có va chạm phía trước

Ngoài ra còn một số cảnh báo như:Cảnh báo slow, cảnh báo va chạm tại các giao lộ,

Cảnh báo có xe mô tô tiếp cân….vv



2.4.2 Ứng dụng lĩnh vực giải trí

Hình 2.10: Ứng dụng lĩnh vực giải trí trong VANET

2.5 Những thách thức đối với mang VANET

2.5.1 Các node di chuyển tốc độ cao

Ý tưởng cơ bản của mang Ad-Học là mỗi node trong mạng đều di động và có thể di

chuyển từ nơi này đến nơi khác trong phạm vi vùng phủ sóng,nhưng vùng phủ sóng

của các node là có giới hạn.Trong mạng VANET,các node có tính di chuyển cơ

động cao.Các phương tiện di chuyển sẽ được thực hiện khoảng cánh kết nối theo

hướng đi với một phương tiện khác có thể ko phải đối mặt và kết nối này chỉ thực

hiện trong vài giây là mỗi phương tiện đã đi theo các hướng khác nhau của nó và có

thể không găp lại.Do đó để đảm bảo duy trì kết nối khi tính di động cao là vấn đề

khó khăn

2.5.2 Khả năng mở rộng của mạng

Khi số node trong mạng tăng lên thì đây là một vấn đề khá quan trọng. Một

cách tổng quát tính mở rộng của mạng được định nghĩa là khả năng cung cấp

dịch vụ chấp nhận được khi số node trong mạng là khá lớn. Hầu hết các giao thức

định tuyến sử dụng mô hình địa chỉ phẳng (không phân cấp) trong đó các node có



vai trò như nhau sẽ tạo ra một lượng lớn các gói định tuyến khi số node trên mạng

tăng lên

2.5.3 Vấn đề bảo mật

Bảo mật là một vấn đề rất quan trọng đối với mạng VANET. Các vấn đề bảo

mật đối với các mạng cố định sẽ đơn giản hơn vì có sự xuất hiện của các máy

quản trị trung tâm và cấu hình mạng là ổn định. Tuy nhiên đối với VANET thì

không hỗ trợ máy quản trị trung tâm. Các node di chuyển một cách bất kì và

tham gia, rời khỏi mạng một cách dễ dàng. Vì thế, các giải pháp bảo mật của

mạng cố định không thể áp dụng vào mạng VANET

Trong mạng VANET việc quản lý thông tin cũng là một vấn đề quan trọng trong

mạng,vấn đề bảo mật trong việc quản lý thông tin cũng có thể gây ra một số các

khó khăn trong việc sử dụng.Có nhiều mối de dọa khác nhau trong vấn đề bảo mật

thông tin như các gói tin giả mạo có thể gấy ra sự gián đoạn giao thông và cũng có

thể gây ra sự nguy hiểm trong giao thông.Như vậy, an ninh là một vấn đề cần được

giải quyết một cách cẩn thận trong thiết kế trong VANET

2.5.4 Chất lượng thu/phát các gói tin

Trong một mạng tổ chức mạng Ad-Hoc, vấn đề là làm thế nào chúng ta có thể thiết

kế một giao thức có khả năng thực hiện một truyền phát đáng tin cậy với một xác

suất tối thiểu của sự va chạm tin nhắn và độ trễ tối thiểu.

Khi cáo giao thức đã được triển khai nên được phân tán cao và không cần kiểm soát

tin nhắn trước.Hơn nữa, cần đưa vào bộ lưu trữ của xe mà xe dự kiến sẽ được chạy

với tốc độ khác nhau và các môi trường khác nhau (đô thị và nông thôn).Cuối cùng,

như đã nói truyền phát hỗ trợ một phạm vi rộng lớn của các ứng dụng giao thức thực

hiện.



CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG

VANET

3.1 Các giao thức định tuyến trong mạng cố định

Hai giao thức định tuyến link-state (LS) và distance-vector (DV đã được sử dụng

từ lâu trên mạng chuyển mạch gói. Cả 2 giải thuật trên đều cho phép một node

xác định hop kế tiếp trên tuyến ngắn nhất đến đích “shortest path”. Tuyến ngắn

nhất này được tính toán dựa theo một số tiêu chuẩn nào đó (ví dụ như tối thiểu số

bước truyền).

3.1.1 Giao thức link-state

Đối với giao thức LS, mỗi node phải thu thập chi phí (cost) của các link đến

các node lân cận và phân tán nó đến mỗi node khác trên mạng bằng link state

packets (LSPs). Việc này được làm một cách tuần hoàn hoặc bất cứ khi nào có sự

thay đổi về “cost” của các link.Vì thế, mỗi gói LSPs có một số thứ tự (sequence

number) để nhận biết được độ mới của chúng (những gói LSPs càng mới thì số

tuần tự càng lớn). Mỗi node khi nhận được LSPs, nó sẽ cập nhật về cost của

các link trên toàn bộ mạng. Dựa vào những thông tin này, mỗi node sẽ chạy

giải thuât tìm đường ngắn nhất (thường là giải thuật Dijkstra) và xác định đường

tối ưu (có cost nhỏ nhất).

3.1.2 Giao thức Distance Vector

Giao thức DV dựa trên giải thuật Bellman-Ford. Mỗi node chỉ quảng bá toàn bộ

bảng định tuyến của nó đến những node lân cận. Khi một node nhận được thông

tin quảng bá từ các node lân cận, nó sẽ cập nhật bảng định tuyến của nó bằng

cách dựa vào thông tin mới nhận được từ node lân cận.

3.1.3 Những khó khăn của hai giao thức trên

Cả 2 giải thuật trên đều chứng tỏ được hiệu quả của nó đối với những mạng cố

định. Tuy nhiên, chúng không thể tương thích với mạng có đồ hình thay đổi

thường xuyên. Nó không chỉ mất thời gian để tìm tuyến khác khi kết nối bị đứt



gãy mà còn tiêu tốn rất nhiều tài nguyên để tìm ra những tuyến mà có thể không

bao giờ được sử dụng. Do đó, đối với những đặc tính mạng có đồ hình thay đổi

thường xuyên như trong mạng VANET đòi hỏi phải có những giải thuật khác

phù hợp hơn trong việc định tuyến.

3.2 Các giao thức định tuyến trong mạng VANET

Trong định tuyến trong VANET phải đáp ứng được các yêu cầu sau: phát hiện

nhanh và đáp ứng kịp thời với những thay đổi của đồ hình mạng; xây dựng và

lựa chọn tuyến; truyền dữ liệu trên tuyến đã chọn. Thêm vào đó, phải chú ý đến

lượng thông tin báo hiệu cũng như thời gian trễ trong quá trình truyền gói. Có

rất nhiều giao thức định tuyến được đưa ra, mỗi giao thức đều dựa trên những giả

sử và những tình huống nhất định. Có thể phân chia những giao thức này thành

hai nhóm chính,đó là các giao thức định tuyến dựa vào cấu trúc liên kết trong

mạng (Topology Based Routing) và các giao thức định tuyến dựa vào thông tin vị

trí (Position Based Routing).Sau đây, chương 2 sẽ trình bày ngắn gọn về hai phương

pháp định tuyến này:

3.2.1 Topology Based Routing

Định tuyến trong mạng có thể là Unicast hoặc Multicast.Trong unicast,một đặc thù

định tuyến cụ thể giữa các nguồn và các node điểm đến được xác định trước trong

khi đó trong multicast,một tin nhắn được xác nhận bởi tất cả các node thành viên.

Định tuyến dựa vào cấu trúc liên kết sử dụng các khái niệm của một bảng định

tuyến để đưa ra các tin nhắn thông báo. Các bảng định tuyến được duy trì bởi các

node riêng biệt và phải được cập nhật thường xuyên để phản ứng được những thay

đổi trong mạng.Cập nhật các bảng định tuyến có thể theo định kỳ, theo yêu cầu hoặc

dựa trên một chương trình là sự kết hợp của cả hai.

Các giao thức định tuyến dựa vào cấu trúc liên kết sử dụng các liên kết của thông tin

trong mạng để gửi các gói tin dữ liệu từ nguồn tới đích.Phương pháp tiếp cận định

tuyến dựa trên cấu trúc liên kết có thể được phân loại làm ba nhóm.



Proactive routing

Reactive routing

Hybrid routing

Hình 3.1: Phân nhóm phương pháp định tuyến dựa vào cấu trúc liên kết

3.2.1.1 Proactive Routing

Các kiểu giao thức định tuyến Proactive chủ yếu dựa trên thuật toán tìm ra con

đường ngắn nhất để truyền tin.Nó giữ thông tin của tất cả các node kết nối dưới hình

thức các bảng bởi vì các giao thức này là dựa vào các bảng. Hơn nữa, các bảng này

cũng được chia sẻ với các node bên cạnh của nó. Bất cứ khi nào có sự thay đổi xảy

ra trong cấu trúc liên kết của mạng, tất cả các node trong bảng định tuyến của nó sẽ

được cập nhật.Lý thuyết thực hiện trong thuật toán Proactive là giao thức định tuyến

Link-state(OLSR) và định tuyến distance-vector (DSDV).

DSDV



DSDV sử dụng phương pháp khoảng cách ngắn nhất của các vec tơ làm thuật toán

định tuyến.Nó cung cấp một vòng lặp duy nhất cho con đường đã định tuyến để tới

đích. DSDV gửi hai loại gói tin “full dump” and “incremental”.Trong gói tin “full

dump” tất cả các thông tin định tuyến đều được gửi trong khi đó chỉ duy nhất bản

cập nhật gia tăng mới được gửi. Nó làm giảm tỉ lệ sử dụng băng thông bằng cách

gửi các bản cập nhật duy nhất thay vì các thông tin định tuyến đầy đủ. Gia tăng làm

tăng chi phí trong mạng, bởi vì các gói dữ liệu gia tăng như vậy thường xuyên làm

cho nó không phù hợp cho các mạng có mô hình quy mô lớn

OLSR

OLSR duy trì thông tin định tuyến bằng cách gửi thông tin về trạng thái liên kết.

Sau mỗi thay đổi trong cấu trúc liên kết tất cả các node gửi thông tin cập nhật đến

các node được lựa chọn. Bằng cách làm như vậy, tất cả các node trong mạng nhận

được thông tin cập nhật chỉ một lần.Các gói tin không được chọn không thể truyền

lại cập nhật, nó chỉ có thể đọc thông tin cập nhật

STAR

STAR là 1 giao thức Link-state khác.Trong giao thức STAR,các con đường định

tuyến tối ưu để đến mỗi điểm đến được lưu trong mỗi bộ định tuyến. Nó làm giảm

chi phí trên mạng bằng cách loại bỏ các thông tin cập nhật định kỳ,nó không cần

phải gửi thông tin cập nhật, trừ khi bất kỳ sự kiện nào xảy ra. Giao thức này có thể

phù hợp cho các mạng quy mô lớn, nhưng nó cần bộ nhớ lớn và tính toán vì nó có

thể duy trì cho toàn bộ mạng lưới

Tóm lại:

Các kiểu giao thức Proactive có thể không thích hợp cho các node có tính di động

cao bởi vì khoảng cách định tuyến của các vectơ dẫn đến nhiều băng thông sẽ chia

sẻ thông tin định tuyến với các bên lân cận. Hơn nữa, kích thước của bảng là khá lớn

trong khi thảo luận về các mạng có quy mô lớn và trong trường hợp của định tuyến

Link-state là tốn nhiều bộ nhớ và tính toán cũng có thể được yêu cầu.



Trong VANET, node (phương tiện) có tính di động cao và di chuyển với tốc độ cao

thì kiểu định tuyến Proactive là không phù hợp với nó.Các giao thức định tuyến theo

kiểu Proactive có thể thất bại khi áp dụng vào mạng VANET do tiêu thụ nhiều băng

thông và bảng thông tin lớn

Kiểu định tuyến Proactive duy trì thông tin định tuyến về tất cả các điểm đến có thể

chia sẻ thông tin giữa các node của các thông tin định tuyến trong mạng.Định tuyến

trong mạng phụ thuộc vào cấu trúc liên kết của VANET có thể thay đổi bởi nhiều lý

do bao gồm cả các node di động, phát hiện ra các node mới, các node thất bại và

node có sự sai lệch. Bất kỳ thay đổi nào trong cấu trúc liên kết mạng được dẫn theo

bởi một bản cập nhật của thông tin định tuyến trong các bảng định tuyến của tất cả

các node trong toàn bộ mạng. Các node trong mạng lưới duy trì tất cả các tuyến

đường ngay cả khi một tuyến đường hiện đang được sử dụng bởi bất kỳ kênh truyền

thông khác.Điều này tạo ra chi phí thông tin liên lạc quá nhiều, do đó hạn chế băng

thông có sẵn để giao tiếp các gói tin.

Kiểu giao thức Proactive phù hợp cho các mạng cấu trúc liên kết tĩnh, chậm thay

đổi, nhưng nó không quy mô cũng như liên tục thay đổi cấu trúc liên kết như trong

mạng VANET

3.2.1.2 Reactive Routing

“Nhu cầu” hoặc các kiểu giao thức định tuyến Reactive được thiết kế theo cách như

vậy để khắc phục tình trạng trên không được đáp ứng ra bởi các kiểu giao thức định

tuyến Proactive. Điều này được khắc phục bằng cách duy trì những đường định

tuyến đang hoạt động.Định tuyến được phát hiện và duy trì cho những node hiện

đang được sử dụng để gửi các gói tin dữ liệu đi từ nguồn tới các node điểm đích.

Nghiên cứu đường truyền trong định tuyến Reactive có thể được thực hiện bằng

cách gửi RREQ (Route Request) từ một node khi các node đó đòi hỏi một lộ trình

để gửi dữ liệu đến một đích đến cụ thể. Sau khi gửi RREQ, các node chờ đợi cho

RREP (Route Reply) và nếu nó không nhận được bất kỳ RREP trong một khoảng

thời gian nhất định,node nguồn giả định rằng đường truyền hoặc không có sẵn hoặc



đường truyền đã bị ngắt kết nối. Khi RREQ đi tới điểm đến cụ thể và nếu node

nguồn nhận được RREP sau đó bằng cách sử dụng định tuyến unicasting, thông tin

được chuyển tiếp đến node nguồn để đảm bảo rằng các đường truyền sẵn sàng để

giao tiếp.

Kiểu giao thức định tuyến Reactive không liên tục duy trì thông tin định tuyến cho

toàn bộ mạng.Các thông tin định tuyến trong các giao thức định tuyến kiểu Reactive

được cập nhật theo nhu cầu hiện tại của các node giao tiếp.Phương pháp này làm

giảm băng thông sử dụng so với giao thức Proactive nhưng có thể dẫn đến xuất hiện

độ trễ ban đầu trong việc phân phát các gói tin do quá trình tìm kiếm đường truyền

định tuyến phù hợp để thiết lập tuyến truyền thông.Các kiểu giao thức Reactive chỉ

duy trì các tuyến đường định tuyến đang sử dụng trong mạng.Các tuyến đường định

tuyến hiện đang sử dụng chỉ có thể là một tập hợp con nhỏ của tất cả các đường

truyền có thể có và do đó tiết kiệm một số chi phí đáng kể từ mạng. Mặt khác, trong

trường hợp của các node có tính di động, các đường định tuyến đã có thể nhanh

chóng không còn được sử dụng và cần phải cập nhật thường xuyên, tạo ra thêm phí

lưu lượng truy cập mạng

Kiểu định tuyến Reactive có thể được phân loại hoặc như là định tuyến nguồn, định

tuyến hop-by-hop.Trong định tuyến nguồn thì nguồn thông tin định tuyến hoàn toàn

theo hướng từ nguồn tới điểm đích được bao gồm trong các gói tin dữ liệu. Khi các

gói tin dữ liệu được chuyển tiếp đến các node trung gian trong mạng lưới,mỗi node

được cung cấp thông tin định tuyến từ các gói tin dữ liệu và lưu trữ nó trong tiêu đề

của gói tin dữ liệu. Kết quả là mỗi node trung gian không cần phải cập nhật tất cả

thông tin định tuyến để gửi gói tin đến điểm đích chính xác

Hạn chế chính của phương pháp định tuyến nguồn là không phù hợp cho các mạng

quy mô lớn, nơi mà số lượng các node có mật độ tập trung cao và luôn có tính di

động như trong VANET. Lý do đầu tiên là số của các node tập trung lớn với quy mô

lớn của các mạng Ad-Hoc do vậy tình trạng đó có thể dẫn đến suy giảm đường



truyền. Lý do thứ hai là số lượng các node trung gian ngày càng tăng dẫn đến các

mạng trên cao có thể xảy ra và thông tin định tuyến của các node có thể tăng thêm.

Phương pháp định tuyến Hop-by-Hop thì tốt hơn so với nhu cầu của định tuyến

nguồn do mỗi gói tin dữ liệu trong nó có chứa địa chỉ hop tiếp theo và địa chỉ điểm

đến. Vì vậy,các node trung gian từ nguồn tới điểm đích chứa các thông tin bảng

định tuyến để gửi các gói tin dữ liệu đến một địa điểm cụ thể. Điều này có thể hữu

dụng cho sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc liên kết của mạng. Do đó khi cấu trúc

liên kết thay đổi đột ngột thì các node nhận được thông tin trong bảng định tuyến

mới và lựa chọn các đường truyền mới cho phù hợp.Kết quả là các tuyến đường

được lưa chọn sẽ được sử dụng để gửi các gói tin dữ liệu đến đích. Những loại giao

thức định tuyến liên tục cập nhật thông tin định tuyến và tình trạng của mỗi node lân

cận.Vì vậy các kiểu định tuyến Reactive có thể được áp dụng và phát triển trong các

mạng có tính di động cao như VANET.

Các kiểu giao thức định tuyến Reactive đã được đề xuất trong chương 2 này chúng

ta sẽ mô tả ngắn gọn về các giao thức AODV (Ad Hoc On Demand Distance Vector

Routing) và DSR (Dynamic Source Routing).hơn nữa,chúng ta sẽ kiểm tra tính phù

hợp của các giao thức để được áp dụng vào VANET.

AODV

AODV là một ví dụ về kiểu giao thức định tuyến Reactive.AODV thuộc giao thức

multihop của kiểu định tuyến Reactive.Giao thức định tuyến AODV làm việc hoàn

toàn trên cơ sở “yêu cầu” khi nó nhận được yêu cầu của mạng, được thực hiện bởi

các node trong mạng.Tìm kiếm đường định tuyến và duy trì đường định tuyến cũng

được thực hiện trên cơ sở “yêu cầu” ngay cả khi chỉ có hai node cần phải giao tiếp

với nhau. AODV cắt giảm sự cần thiết của các node để luôn luôn duy trì hoạt động

và liên tục cập nhật thông tin định tuyến tại mỗi node. Nói cách khác, AODV duy trì

và tìm kiếm ra các đường định tuyến chỉ khi có một nhu cầu cần thiết về truyền

thông giữa các node riêng biệt



AODV sử dụng phương pháp hiệu suất của định tuyến để làm giảm tải lưu lượng

mạng lưới bằng cách sử dụng tìm kiếm cơ cấu định tuyến phát quảng bá và tự động

cập nhật thông tin định tuyến tại mỗi node trung gian.Thay đổi trong cấu trúc liên

kết và vòng lặp của định tuyến được duy trì bằng cách sử dụng thông tin định tuyến

gần đây nhất nằm trong số các node trung gian bằng cách sử dụng dãy số đến điểm

đích của DSDV

Tính năng của AODV:AODV làm giảm một số vấn đề xảy ra trong các giao

thức định tuyến kiểu Proactive.AODV cung cấp và hỗ trợ định tuyến Reactive vào

các yếu cầu thông tin liên lạc cho mạng lưới nơi mà có số lượng các node lớn.và

điều này rất cần thiết khi có xảy ra sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc liên kết.

AODV cập nhật thông tin của các node đang hoạt động trong các bảng định tuyến.

Tính năng này có thể giúp duy trì các bảng định tuyến ổn định với các số liên quan

đến các mục.Các node chỉ có các thông tin của các tuyến đường định tuyến đang

hoạt động để liên lạc.

AODV làm giảm sự tăng lên tràn ngập của các tin nhắn trong mạng so với kiểu giao

thức định tuyến Proactive và AODV làm giảm chi phí cho mạng.AODV giảm thiểu

các tuyến đường dự phòng và yêu cầu bộ nhớ lớn.

AODV loại bỏ các tuyến đường vòng bằng cách sử dụng các node chứa dãy số tuần

tự điểm đến.Nếu các tuyến đường truyền trở nên không hợp lệ cho một thông tin

liên lạc cụ thể thì sau đó node nguồn phát gửi lại RREQ với dãy số thứ tự lớn hơn

điểm đến để xây dựng lại các tuyến đường truyền. Một ưu điểm khác của AODV là

nó sử dụng phương pháp phát sóng tìm kiếm tuyến đường định tuyến để kiểm soát

chi phí mạng.

Phản ứng với sự thất bại trong các liên kết trong mạng cũng là một vấn đề rất quan

trọng của AODV.Các liên kết bị gián đoạn được duy trì bằng cách giữ các thông tin

của những node lân cận đang sử dụng các tuyến đường định tuyến đang hoạt

động.Khi liên kết thất bại xảy ra,các node lân cận sẽ phản ứng với các node nguồn



về vùng hoạt động và và cung cấp phản ứng nhanh chóng cho tuyến đường định

tuyến mới.

Một đặc tính quan trọng của AODV là nó có thể được áp dụng cho quy mô mạng

lớn trong mạng Ad-Hoc so với kiểu giao thức định tuyến Hybrid hoặc Proactive

DSR

Giao thức định tuyến DSR được thiết kế cho multihop không dây trong mạng Ad-

Hoc.Giao thức này bao gồm hai hoạt động "Quá trình tìm đường" và "Duy trì tuyến"

do đó làm cho nó tự cấu hình và tự tổ chức.Giao thức định tuyến DSR quản lý mạng

mà không cần bất kỳ các quản lý tập trung hoặc cơ sở hạ tầng có sẵn.Trong quá

trình tìm kiếm đường định tuyến,giao thức này sẽ tìm kiếm các đường định tuyến từ

node nguồn đến các node điểm đích.Trong DSR,các gói tin dữ liệu được lưu trữ

trong thông tin định tuyến trong các nhãn của nó để đạt được điểm đến cụ thể.Thông

tin định tuyến cho tất cả các node nguồn có thể được thay đổi bất cứ lúc nào trong

mạng và DSR cập nhật sau mỗi thay đổi xảy ra.Các Router trung gian không cần có

thông tin định tuyến để định tuyến lưu lượng đi qua,nhưng nó lưu trữ các thông tin

định tuyến để sử dụng.Cơ bản mục đích phát triển DSR là để giảm các chi phí trên

mạng và thiết kế tổ chức và tự cấu hình giao thức để hỗ trợ trong VANET

3.2.1.3 Hybrid Routing

Một số giao thức định tuyến sử dụng các khái niệm của cả hai kiểu giao thức

Proactive và Reactive trong một nỗ lực để giảm thiểu chi phí mạng và cải thiện khả

năng mở rộng của mạng.Trong kiểu giao thức Hybrid thì một tập hợp của các node

duy trì thông tin định tuyến kiểu Proactive trong khi những cái khác đáp ứng được

những phản ứng của các yêu cầu trong mạng. Một sự kết hợp có thể là sử dụng định

tuyến trong một khu vực trên cơ sở Proactive và định tuyến toàn cầu trên cơ sở

Reactive.Tuy nhiên hệ thống Hybrid vẫn duy trì các định tuyến hiện đang sử dụng

và hạn chế những thay đổi trong cấu trúc liên kết có thể được cho phép bởi các giao

thức.Một đặc trưng của giao thức định tuyến kiểu Hybrid là giao thức ZPR (Zone

Routing Protocol)



Haas và Pearlman đề xuất một phương pháp của kiểu giao thức định tuyến Hybrid

và đặt tên nó là ZRP (Zone Routing Protocol).Đó là điều cần thiết của các giao thức

khi phát sinh các thiếu sót của định tuyến kiểu Proactive và Reactive. Phương pháp

ZPR giới hạn phạm vi của các phương pháp định tuyến Proactive của các node lân

cận trong khu vực.Tuy nhiên định tuyến ZRP sử dụng kiểu định tuyến Reactive để

tìm kiếm các node đáp ứng bằng cách truy vấn các node có chọn lọc trong mạng

toàn cầu thay vì gửi truy vấn cho tất cả các node trong mạng.Giao thức ZPR sử dụng

định tuyến “Intrazone” and “Interzone” để tìm kiếm một cách linh hoạt các tuyến

đường định tuyến và duy trì định tuyến trong môi trường mạng Ad-Hoc.

Định tuyến “Interzone” thực hiện theo phương pháp tìm kiếm ra các tuyến đường

định tuyến thông qua giao thức định tuyến Reactive trên toàn cầu trong khi định

tuyến “intrazone” dựa trên phương pháp định tuyến Proactive để duy trì thông tin

định tuyến theo khu vực trong phạm vi định tuyến riêng của mình. Đặc điểm chung

của phương pháp ZRP là nó làm giảm chi phí trong mạng là do định tuyến kiểu

Proactive và nó cũng xử lý các sự chậm trễ trong mạng được gây ra bởi giao thức

định tuyến Reactive và thực hiện tìm kiếm tuyến đường hiệu quả hơn.

Hạn chế của giao thức ZRP là nó không được thiết kế cho các môi trường có các

node có tính năng động cao và nhanh chóng thay đổi trong cấu trúc liên kết mạng

như VANET.Giao thức định tuyến kiểu Proactive và Reactive có thể phù hợp với

một mức độ nào đó trong một môi trường có tính năng động cao như VANET so với

định tuyến Hybrid

Mặc dù phương pháp định tuyến Hybrid đã được giới thiệu trong định tuyến dựa

vào trên cấu trúc liên kết trong mạng trong đó ý tưởng về sự kết hợp giữa kiểu định

tuyến Proactive và Reactive. Các giao thức định tuyến Hybrid sẽ làm giảm các thiếu

sót trong phương pháp định tuyến Reactive và Proactive để tối ưu hóa hiệu suất của

mạng. Tuy nhiên, các giao thức định tuyến Hybrid là không phù hợp cho các mạng

nơi mà các node có tính năng động rất cao và trong mạng có chứa một số lượng các

node tập trung lớn.Qua đó,chúng ta có thể nhận thấy rằng kiểu giao thức định tuyến



Reactive là phù hợp hơn so với phương pháp định tuyến Hybrid và Proactive cho

mạng lưới mạng cao như Ad-Hoc.

Tóm lại:Kiểu giao thức định tuyến Reactive như AODV và DSR được thiết kế

để hỗ trợ các mạng có quy mô lớn như mạng Ad-Hoc và các node trong mạng có

tính năng động cao.So với các kiểu giao thức định tuyến Proactive thì giao thức định

tuyến Reactive như AODV và DSR yêu cầu không gian lưu trữ các thông tin định

tuyến ít và tiêu thụ ít băng thông giao tiếp với các node lân cận trong mạng có tính

di động cao như Ad-hoc.Một điểm phù hợp của AODV với mạng VANET là giao

thức sử dụng độ trễ nhiều cho việc thiết lập định tuyến và tái lập các tuyến đường

định tuyến nhanh hơn so với giao thức Proactive.AODV đảm bảo yếu cầu của định

tuyến trong mạng là phản ứng nhanh chóng với các thay đổi đột ngột trong cấu liên

kết trong mạng.Một vài tính năng khả dụng của AODV như tìm kiếm ra tuyến

đường hiệu quả, duy trì tuyến đường định tuyến đó và thông tin liên kết đang hoạt

động được sử dụng để kiểm soát chi phí trong mạng.Qua đó thì giao thức AODV có

thể được áp dụng trong mạng VANET so với giao thức định tuyến Hybrid hoặc

Proactive

Các tính năng chính của DSR là tìm kiếm tuyến đường định tuyến và duy trì các

định tuyến đó.Giao thức DSR không gửi các thông tin cập nhật định kỳ của các

node mà làm cho nó sử dụng ít băng thông hơn.Tương tự như AODV,giao thức

DSR cũng có khả năng mở rộng so với giao thức định tuyến kiểu Proactive.DSR

cũng hoạt động trên cơ sở yêu cầu và thiết lập các tuyến định tuyến với nhiều thời

gian hơn và tiêu thụ ít băng thông sử dụng.Giao thức DSR có một tính năng mà có

có thể cung cấp một cách chính xác tất cả các gói tin đến điểm đích của nó ngay

trong mạng lưới có các node có tính di động cao như VANET. DSR tự tổ chức và

làm cho phù hợp hơn với mạng Ad-Hoc.Hơn nữa nhưng tiến bộ gần đây trong cơ

chế tìm kiếm tuyến định tuyến của DSR là tìm kiếm định tuyến dựa vào thông tin

địa lý và vật lý,như vậy rất phù hợp với mạng VANET.Do đó,giao thức DSR rất phù

hợp trong mạng VANET.



3.2.2 Position Based Routing

Bản chất năng động và tính di động cao là 2 đặc điểm trong mạng VANET,nơi các

node hoạt động rất nhanh chóng và thay đổi vị trí của nó thường xuyên nên cần phải

đòi hỏi các phương pháp định tuyến mà có thể phản ứng nhanh với các môi trường

của mạng lưới có đặc tính như vậy.Những yêu cầu được đặt ra thì các nhà nghiên

cứu đã sử dụng vị trí của các node để cung cấp thông tin liên lạc một cách chính xác

và thành công từ điểm nguồn đến điểm đích.

Trong các giao thức định tuyến dựa vào cấu trúc liên kết,cấu trúc liên kết trong

mạng đóng vai trò trung tâm trong việc xác định các tuyến đường dẫn hoặc có thể

cung cấp lưu lượng các gói tin.Trong trường hợp mạng lưới có tính di động cao thì

cấu trúc liên kết trong mạng trở nên quan trọng để xác định khả năng mở rộng và

vấn đề sử dụng băng thông trong mạng.Trong giao thức định tuyến dựa vào vi trí thì

môi trường có tính di động của Ad-Hoc,các node sử dụng thông tin bổ sung về vị trí

của các node điểm đích để giúp định tuyến cho các gói tin.Vị trí vật lý của node gửi

là có sẵn thông qua một hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và dịch vụ định vị trí được

sử dụng để theo dõi vị trí của node điểm đích.Các node quyết định để chuyển tiếp

các gói tin đến các node lân cận của nó dựa trên khu vực có sẵn của hai node lân cận

và node điểm đích.Như vậy các node trong mạng không phải duy trì một bảng thông

tin định tuyến,do đó sẽ tiết kiệm được băng thông trong mạng.

Giao thức định tuyến dựa vào thông tin vị trí sử dụng các thông tin dữ liệu về vị trí

của các node nguồn và các node điểm đến.Định tuyến được quyết định thực hiện

dựa trên vị trí của đểm đến và node lân cận. Để có được thông tin vị trí các node thì

có thể sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS,mà cũng có thể được sử dụng để có

được vị trí vật lý của chiếc xe hoặc node gửi.Không giống như các node bình

thường trong một MANET các node trong VANET có thể dễ dàng sử dụng GPS vì

nó không phải chịu những hạn chế về điện năng tiêu thụ. Việc sử dụng GPS đã làm

đơn giản hoá vấn đề thu thập thông tin vị trí của các node nguồn nhưng để có được

thông tin về vị trí của node điểm đích vẫn là một vấn đề còn nhiều thách thức



Một lợi thế của định tuyến dựa vào thông tin vị trí là nó có chứa các thông tin của

điểm nguồn và điểm đích,các node lân cận của nó.Các đặc điểm nói trên làm cho

định tuyến dựa vào vị trí thích hợp trong mạng VANET. Mặc dù các giao thức định

tuyến là phù hợp nhất cho các giao tiếp và kết nối các phương tiện trong mạng

VANET nhưng các giao thức này vẫn có một số thách thức. Chúng ta sẽ thảo luận

về một số giao thức gần đây đã đề xuất và các vấn đề trong các giao thức định tuyến

này: Distance routing effect algorithm for Mobility (DREAM), Location Aided

Routing (LAR), Grid Location Service (GLS) and Greedy Perime-ter Stateless

Routing (GPSR)

3.2.2.1 Giao thức DREAM

DREAM (Distance Routing Effect Algorithm for Mobility) thực hiện định tuyến

dựa trên 2 sự quan sát chính. Thứ nhất là hiệu quả khoảng cách (distance

effect), thông tin vị trí trong bảng định tuyến được cập nhật như là hàm của

khoảng cách giữa 2 node. Thứ 2 là việc gởi những gói tin cập nhật vị trí dựa

trên tính di động của một node. Thông tin định tuyến của những node di chuyển

chậm hơn (tính di động ít hơn) được cập nhật với một tần suất thấp hơn là những

node có tính di động cao hơn. Trong phương pháp này, mỗi node có thể tối ưu tần

suất gởi những gói tin cập nhật tới mạng lưới, giúp cho việc giảm băng thông và

năng lượng sử dụng.

Trong DREAM, bảng định tuyến tại mỗi node chứa đựng thông tin về vị trí của

những node khác trong mạng lưới (tọa độ tại mỗi node có thể được xác định

bằng cách sử dụng GPS). Giao thức này có thể được xem là Proactive, bởi vì

các node phải cập nhật về thông tin vị trí cho nhau. Khi node A muốn gởi

thông tin m tới node B, nó sử dụng thông tin vị trí của node B để xác định hướng

của B, và truyền thông tin m tới tất cả những node lân cận trong phạm vi 1 hop

theo hướng B, mỗi node lân cận lặp lại cùng tiến trình cho đến khi B nhận được

thông tin. Do đó, một đường tuyến được tìm theo phương pháp on-demand, giống

như trong phương pháp Reactive.



Trong các thuật toán DREAM,mỗi node duy trì một cơ sở dữ liệu vị trí có chứa

thông tin vị trí của tất cả các node khác là một phần của mạng.Mỗi node truyền các

gói tin dữ liệu thường xuyên để cập nhật thông tin vị trí riêng của mình được duy trì

bởi tất cả các node khác.Các node truyền các gói tin kiểm soát kiểm soát cập nhật

tần số vị trí của nó (thời độ phân giải cũng như độ phân giải trong không gian)

Trong độ phân giải về thời gian thì tần số của các bản cập nhật vị trí phụ thuộc trực

tiếp vào tốc độ di chuyển của các node và độ phân giải trong không gian phụ thuộc

vào hiệu ứng khoảng cách của các node.Các hiệu ứng khoảng cách là chuyển động

của các node liên quan đến nhau mà là phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Nếu

khoảng cách giữa lớn, chuyển động tương đối nhỏ, như trong hình:

Hình 3.2: Ví dụ về vòng tròn bán kính r đại điện cho khu vực dự kiến trong

DREAM

Để gửi một gói tin đến đích,các node gửi sẽ chuyển tiếp các gói tin theo hướng của

node điểm đích. Hướng này được biểu diễn bởi một vòng tròn biểu hiện cho khu

vực dự kiến xung quanh các node điểm đích.Bán kính của vòng tròn này được thiết

lập (t1 - t0),Vmax.Trong đó t1 là thời gian hiện tại,t0 là thời gian của các thông tin

vị trí,Vmax là vận tốc tối đa của các node trong hệ thống. Như vậy, DREAM có



một phương pháp cập nhật vị trí khá phức tạp, do đó giao thức này không thể

hoạt động tốt trong những mạng lưới lớn

3.2.2.2 Giao thức LAR

Giao thức định tuyến LAR (Location-Aided Routing) thuộc nhóm giao thức định

tuyến Reactive. LAR sử dụng thông tin vị trí trong suốt quá trình tìm tuyến

(route discovery) nhằm giảm bớt overhead do kỹ thuật flooding.Thông tin vị trí

được sử dụng trong giao thức định tuyến LAR có thể được cung cấp bởi hệ

thống định vị toàn cầu GPS.

Hình 3.3: Ví dụ minh họa vùng Expected zone và Request zone

Giao thức này định nghĩa 2 vùng: vùng mong đợi (expected zone) và vùng yêu

cầu (request zone). Expected zone là vùng mong đợi chứa đựng vị trí của node

đích.Để tính toán vùng này, node nguồn phải biết vị trí của node đích tại thời

điểm t0 trong quá khứ và ước lượng được vận tốc của node đích. Request zone là

vùng mà những gói tin “route request” truyền tới đích phải ở bên trong nó. Gọi vị

trí node đích tại thời điểm t0 là D, vận tốc ước lượng là v, thời điểm hiện tại là t1.

Vậy vùng expected zone là vòng tròn tâm D, bán kính v(t1 – t0)



Trong vùng yêu cầu(Request zone) có thể là hình chữ nhật như đã thể hiện như

trong hình 3.3 hoặc có thể thay đổi tùy thuộc vào tọa độ điểm đến dự kiến cộng với

khoảng cách điểm đến.Trong trường hợp sau thì node được phép để chuyển tiếp các

gói tin nếu nó là một số δ (một tham số hệ thống) xa từ các node trước và node

chuyển tiếp sau đó cập nhật miền khoảng cách trong các gói tin với khoảng cách

hiện tại của nó đến node điểm đích. Quá trình này tương tự như của các phương

pháp tiếp cận của giao thức DREAM. Khu vực hình chữ nhật sẽ giới hạn chuyển

tiếp các gói tin đến góc phần tư của cấu trúc liên kết trong mạng, kết quả là sẽ tiết

kiệm tài nguyên mạng vì không có quá trình phát sóng chuyển tiếp trong ba góc

phần tư còn lại.

Nguyên tắc hoạt động: Tiến trình tìm tuyến trong LAR tương tự với những

giao thức định tuyến Reactive khác. Khi node nguồn cần xác định một đường đi

tới đích, nó tạo một gói tin “route request” (RREQ) cho đích đó. Nếu node

nguồn có một tuyến tới đích, nó tính toán vùng expected zone và request zone,

sau đó sắp đặt những tọa độ của đường biên vùng request zone vào trong thông

tin RREQ. Nếu nguồn không có vị trí của node đích trong quá khứ, nó không

thể tính toán expected zone và request zone. Trong trường hợp này thuật toán

flooding được sử dụng.

Khi một node nhận RREQ, đầu tiên nó xác định xem nó có ở trong vùng

request zone được định nghĩa trong RREQ không, nếu nó không nằm trong vùng

này, nó sẽ không xử lý gói đó. Ngược lại, nếu nó ở trong vùng request zone, nó sẽ

xử lý gói và tiếp tục gởi quảng bá gói tin đó hoặc gởi một gói reply, phụ thuộc

vào tại thời điểm đó nó có một đường tuyến tới đích hay không

Trong cả 2 phương pháp, RREQ hạn chế việc flooding toàn bộ mạng lưới, do đó

nó giúp giảm băng thông và việc xử lý overhead trên mạng lưới so với những giao

thức sử dụng kỹ thuật flooding để tìm đường đi.Tuy vậy, LAR chỉ hạn chế vùng

flooding trên mạng nên overhead cao và dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng lưới



3.2.2.3 Giao thức GLS

GLS (Grid Location Service) là một giao thức được đưa ra để bám theo vị trí

của các mobile node. GLS có thể xác định vị trí của mỗi node trong mạng lưới

dựa trên việc chọn lựa những node làm server vị trí, để từ đó những node khác

có thể tham khảo để tìm vị trí của các node trên mạng. GLS có thể kết hợp với

các giao thức định tuyến dựa vào vị trí khác để làm nhiệm vụ cung cấp thông

tin vị trí của những node đích mà node nguồn đang cần để thực hiện định tuyến

GLS xây dựng mạng rộng lớn với nhiều node. Ví dụ một mạng bao gồm hệ thống

thoại (telephone system). Mạng thoại tế bào (cellular telephone network) cũng có

thể mở rộng chứa lượng lớn các node di động. Tuy nhiên, mạng này cần đầu tư

trong thành phần mạng cố định. Ngoài ra, sau một thời gian vấn đề nâng cấp được

đặt ra ở đây.

GLS sử dụng chuyển vùng địa lý (geographical forwarding) giữa những vùng vật lý

và mạng gần giống nhau.Gói nguồn phải biết vị trí địa lý của bất cứ đích nào mà gói

muốn chuyển tới, và gói nguồn cũng phải đánh dấu vị trí của nó để cho node đích

biết node nào gởi tới. Tuy nhiên để nâng cao chuyển tiếp gói trong mạng lớn, GLS

cung cấp cơ chế cho các nguồn học vị trí địa lý node đích. Mỗi location service gởi

một nhóm các tin tìm và cập nhật các vị trí trong vùng này. Tuy nhiên ta cũng cần

cân nhắc một số vấn đề sau đây:

• Lacation service mở rộng trên tất cả các node, tránh hiện tượng “cổ chai” trên

một node.

• Node bị lỗi không gây ảnh hưởng các node khác.

• Thông tin tra cứu vùng của các node lân cận trong cùng vùng không ảnh

hưởng đến các vùng khác.

• Bộ nhớ cần có tại mỗi node để xử lý, và vấn đề chi phí trong khi xử lý tại mỗi

node (không đáng kể so với tổng số đang hoạt động).



3.2.2.4 Giao thức GPSR

GPSR là một trong những giao thức trong định tuyến dựa vào thông tin vị trí.GPSR

sử dụng thông tin node điểm đến của các node lân cận gần nhất trong các gói tin

chuyển tiếp.Phương pháp này con được gọi là kỹ thuật chuyển tiếp greedy.Trong

GPSR mỗi node có dữ liệu thông tin về vị trí vật lý của nó hiện tại và các node lân

cận.Các thông tin về vị trí của các node sẽ cung cấp tốt hơn cho định tuyến và cũng

cung cấp thông tin về các node điểm đích.Mặt khác thông tin trên các node lân cận

cũng quyết định cho thông tin chuyển tiếp một cách chính xác hơn mà không cần sự

can thiệp của thông tin cấu trúc. Giao thức này bao gồm hai phương pháp chuyển

gói:Greedy Forwarding, được sử dụng bất kì nơi nào khi có thể, và Perimeter

Forwarding được sử dụng trong trường hợp Greedy Forwarding không áp dụng

được

Các tính năng trong GPSR

Giao thức GPSR kết hợp thuật toán Greedy forwarding và thuật toán Perimeter

forwarding để cung cấp tốt hơn quyết định định tuyến trên cả hai biểu đồ mạng

đầy đủ bằng cách duy trì bảng thông tin vị trí của các node lân cận.Đối với thuật

toán Perimeter forwarding trong gói tin tiêu đề của GPSR bao gồm các đặc tính

sau đây:

Các gói tin tiêu đề GPSR có sự đồng nhất về các cờ để xác định xem là gói tin

đó thuộc vào Greedy forwarding hay Perimeter forwarding

Nó có chứa các địa chỉ vật lý của node điểm đích

GPSR cũng có một số các đặc điểm khác biệt là nếu gói tin trong chế độ

“Perimeter” sau đó địa chỉ vị trí của nó được so sánh với địa chỉ của node chuyển

tiếp và nếu khoảng cách từ vị trí đến node đích là nhỏ thì sau đó gói tin sẽ chuyển

sang chế độ “greedy” để chuyển tiếp các gói tin đến đích.GPSR loại bỏ những gói

tin được chuyển tiếp liên tục như điểm đến cho các gói tin không phải trong tầm

hoạt động.Các gói tin dữ liệu trong chế độ Perimeter không bao giờ gửi hai lần

thông qua các liên kết nếu điểm đến nằm trong tầm hoạt động.Tổng thể của GPSR

là một ứng dụng hiệu quả của định tuyến dựa vào thông tin vị trí sử dụng vị trí địa



lý của các node.Hơn nữa, nó cung cấp mạnh mẽ tối đa và phù hợp với tính năng

động trong mạng Ad-Hoc

Các vấn đề trong GPSR

Bên cạnh các ưu điểm nhất định của GPSR,giao thức vẫn còn một số các nhược

điểm.Kỹ thuật “Greedy forwarding” được đánh giá không phù hợp với mạng lưới

xe cộ nơi mà các node được xem có tính di động rất cao và các node không thể duy

trì thông tin tiếp theo của các hop lân cận trong các node khác.Điều này dẫn đến

việc bị mất các gói tin dữ liệu.Vấn đề thứ hai có thể xảy ra trong quá trình

beaconing là cơ chế cảnh báo có thể bị mất do kênh bị tiêu huỷ hoặc do tín hiệu

xấu.Vấn đề này có thể dẫn đến việc các thông tin lân cận bị loại bỏ từ bảng vị

trí.GPSR sử dụng đồ thị phẳng (planarized graphs) như một phương pháp khắc

phục nơi mà kỹ thuật Greedy forwarding bị thất bại,tuy nhiên những đồ thị đều

khắc phục không tối ưu trong môi trường đường cao tốc do các thuật toán phân tán

của nó.Các đồ thị thường hoạt động không tốt trong môi trường có nhiều chướng

ngại vật vô tuyến điện liên quan đến việc truyền thông trong xe cộ.Ngoài tính chất

phân phối của nó có thể dẫn đến sự phân vùng nhất định của mạng và có thể dẫn

đến không thể cung cấp các gói tin.

3.2.2.5 Giao thức GSR

Trong khu vực thành phố có các tòa nhà và các tuyến đường phố có thể tạo ra những

vấn đề khó khăn trong việc giao tiếp trực tiếp giữa các node.Các node có thể kết nối

trực tiếp trong không gian tự do không thể giao tiếp trong khu vực thành phố do

những trở ngại vô tuyến,các công trình xậy dựng gây ra.Do đó,giao thức GPSR

được đề xuất cho đường cao tốc không thể thực hiện tốt trong môi trường thành

phố.Động lực cho giao thức định tuyến mới cho môi trường thành phố được đề xuất.

Do thiếu sót của giao thức GPSR trong vấn đề gặp trở ngại với các thiết bị vô

tuyến,mạng yêu cầu cần phải có một phương pháp định tuyến mới để có thể khắc

phục những vấn đề khó khăn xảy ra với trở ngại của các thiết bị vô tuyến.Vì vậy

giao thức định tuyến GSR đã được đề xuất.Nó phù hợp với tính di động cao của các

node,mặt khác nó sử dụng bố trí giao thông để tìm kiếm các tuyến đường.GSR tìm



thấy các node điểm đích bằng cách sử dụng “Reactive Location Service

(RLS)”.GSR kết hợp cả hai định tuyến vị trí và cấu trúc liên kết để đảm bảo định

tuyến đầy hứa hẹn trong việc khắc phục trở ngại do vô tuyến gây ra.

Nguyên tắc hoạt động

Giao thức GSR được đề xuất để phản ứng với những thách thức phải đối mặt bởi

GPSR trong môi trường thành phố.Có hai vấn đề chính trong môi trường thành phố,

một là phản ứng với vấn đề tính di động cao trong thành phố và các cấu trúc phức

tạp của một thành phố.Trong GSR thì vị trí định tuyến được dựa vào sự hỗ trợ bản

đồ thành phố. Phương tiện di chuyển có hệ thống định vị được cài đặt để nhận được

bản đồ của thành phố.GSR sử dụng dịch vụ phản ứng vị trí để tìm vị trí vật lý cho

node.RLS được sử dụng để tìm kiếm vị trí trong định tuyến dựa vào vị trí kiểu

Reactive.Trong RLS một node nguồn phát sóng bản tin "vị trí yêu cầu" với một số

các xác định cho các node yêu cầu, khi một node đã xác định rằng đã nhận được yêu

cầu vị trí, nó đáp ứng lại với bản tin "vị trí trả lời" có chứa thông tin vị trí hiện tại

vật lý của nó.Các node gửi đạt tới điểm đến bằng cách sử dụng các đường cấu trúc

liên kết bản đồ và thông tin trên.Nói cách khác trong giao thức GSR thì node nguồn

sẽ tìm đường đi ngắn nhất để đến đích trên đồ thị bằng cách sử dụng các thuật toán

đồ thị đơn giản và đánh dấu các gói tin với vị trí của điểm đến. Trong gói tin này đi

qua tuyến đường giao nhau để đạt đến điểm đích

3.2.2.6 Giao thức A-STAR

A-STAR là giao thức định tuyến dựa vào thông tin vị trí.Sự phát triển của giao thức

A-STAR là việc chú ý và xem xét đến môi trường trong các thành phố.Trong khu

vực thành phố thì gần như tất cả các tuyến đường được bao phủ bởi các tòa nhà lớn

và trải dài đến gần cuối các tuyến đường và thường xuyên có các tín hiệu dừng do

đó làm việc định tuyến trở nên khó khăn hơn.Vấn đề phải đối mặt bởi các giao thức

định tuyến theo thông tin vị trí trong môi trường thành phố đã được xác định trước

trong giao thức GSR.Khả năng của giao thức A-STAR để khắc phục những vấn đề

này sẽ được nói ở dưới đây.A-STAR là giao thức dựa vào node định vị.Trong giao

thức dựa vào node định vị thì trước khi truyền tải các gói tin dữ liệu,địa chỉ node



nguồn sẽ thêm phần “header” của các gói tin và thông tin của tất cả các node trung

gian giao nhau để gói tin phải đi đạt được điểm đến.Việc sử dụng bản đồ thành phố

và các tuyến đường trong thành phố để đưa ra quyết định định tuyến được gọi là

“Định tuyến nhận biết theo không gian”.Nhận biết trong không gian được sử dụng

để có được thông tin cấu trúc liên kết và vị trí các node khác nhau trong mạng.Chủ

yếu là giao thức định tuyến dựa vào node định vị và định tuyến nhận biết theo

không gian được sử dụng với nhau.

Nguyên tắc hoạt động:

Tương tự như giao thức GSR,A-STAR được đề xuất sử dụng cho môi trường thành

phố.Cả hai giao thức GSR và A-STAR đều sử dụng phương pháp tính toán số lượng

của các node giao nhau để đạt tới đích.Nhưng giao thức A-STAR sử dụng thông tin

trong giao thông và nhận biết các tuyến đường trong quá trình tìm kiếm.Trong việc

nhận biết các tuyến đường,A-STAR có được các thông tin node làm mốc theo bản

đồ đường phố.Giao thức A-STAR có hai tính năng mới làm cho nó với GSR trong

chế độ hoạt động.A-STAR sử dụng bản đồ tĩnh và thống kê tự động để tìm số lượng

các mối giao nhau.Trong bản đồ đánh giá tĩnh thì A-STAR sử dụng lịch trình của

các xe buýt để đảm bảo kết nối cao trong một số các tuyến đường trong thành phố

có sử dụng dịch vụ xe buýt,kết nối của nó có thể được duy trì cao do sự tập trung

của xe buýt trong thành phố.Trong bản đồ đánh giá tự động thì A-STAR thu thập

các thông tin mới nhất của giao thông để tìm các node làm mốc hay các node giao

nhau để tính toán đường dẫn cho một số tuyến đường rộng hơn do có nhiều lưu

lượng truy cập.Nó có nghĩa là kết nối duy trì cao hơn trên những tuyến đường rộng

lớn với lưu lượng truy cập (các phương tiện) cao hơn.Giao thức A-STAR sử dụng

thông tin giao thông để tính toán lưu lượng truy cập trên các tuyến đường.Quá trình

này rất năng động làm cho giao thức tính toán node làm mốc chính xác hơn.

Giao thức A-STAR sử dụng một phương pháp khôi phục mới.Khi một gói tin phải

đối mặt với vấn đề là vượt qua các chỗ đường giao nhau,các đường giao nhau sẽ

được thực hiện “thoát ra khỏi sever” để các gói tin khác đang bị giới hạn có thể đi

qua các đường giao nhau cho đến khi các đường giao nhau thay đổi trạng thái hoạt



động.Khi một đường giao nhau bất kỳ của mỗi node trong mạng được thông báo và

cập nhật thông tin định tuyến và bản đồ thành phố diễn ra rất logic.Vì vậy, không

có trường hợp node sẽ sử dụng đường giao nhau đó là điểm mốc để được đi qua và

đi đến được điểm đích.Có thể thông qua các đường giao nhau để chuyển tiếp các gói

tin đến đích.Vì vậy so với các giao thức định tuyến khác thì A-STAR thực hiện các

đường dẫn kết nối cao hơn dựa trên các tuyến đường đến đích trong môi trường

thành phố lớn



CHƯƠNG 4: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

MÔ PHỎNG TRONG ĐỒ ÁN4.1 Giao thức định tuyến AODV

4.1.1 Giới thiệu

Vào tháng 11 năm 2001 nhóm làm việc MANET ( Mobile Ad Hoc Network ) về

định tuyến của cộng đồng IEFT ( Internet Engineering Task Force ) đã công bố thế

hệ đầu tiên của giao thức định tuyến AODV( Ad-Hoc On demand Distance Vector).

Ở trong giao thức AODV mỗi node biết thiết bị lân cận của nó và chi phí để đi tới

chúng.Một node duy trì bảng định tuyến của riêng nó,lưu trữ tất cả các node trong

mạng,khoảng cách và các hop tiếp theo của chúng.Ví dụ như bảng định tuyến được

trình bày ở bảng 4.1

Bảng 4.1: Ví dụ về bảng định tuyến của AODV

Nếu 1 node không thể đi tới được thì khoảng cách của nó sẽ được đặt ở vô cực.Định

kỳ mỗi node gửi bảng định tuyến của nó đến những thiết bị lân cận.Vì thế chúng cần

kiểm tra nếu đó là tuyến hữu ích đến node khác thì sử dụng thiết bị lân cận này như

là “next hop”

AODV là một giao thức định tuyến trong mạng Ad-Hoc yêu cầu với độ trễ nhỏ.Nó

có nghĩa rằng những tuyến chỉ được thiết lập khi cần để giảm tổng phí lưu

lượng.AODV hỗ trợ unicast, broadcast và cũng multicast không thêm giao thức nào

nữa.Những vấn đề vòng lặp thì được giải quyết bằng cách sử dụng những số

Sequence (thứ tự ) và chi phí ghi danh( registering costs ).Trong AODV mỗi hop có



chi phí không đổi của từng cái.Vấn đề rớt đường liên kết cục bộ có thể sửa chữa rất

hiệu quả.

Giao thức AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) dựa trên thuật toán

distance vector được sắp xếp tới đích. AODV tối thiểu hoá số bản tin quảng bá cần

thiết bằng cách tạo ra các tuyến trên cơ sở theo yêu cầu, ngược với việc duy trì một

danh sách hoàn chỉnh các tuyến như thuật toán DSDV. Trong phần này mô tả ngữ

cảnh khi mà một node phát ra RREQ và RREP đối với truyền thông unicast đến một

node đích và cách xử lý các trường của các thông báo

4.1.2 Quá trình tìm đường

Tìm kiếm đường định tuyến là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của bất

kỳ giao thức truyền thông không dây.Sự cần thiết của việc tìm kiếm đường định

tuyến cơ bản phát sinh khi một node nguồn muốn giao tiếp với bất kỳ node điểm

đến cụ thể để chuyển tiếp dữ liệu gói. AODV sử dụng tìm kiếm tuyến đường bằng

cách phát sóng RREQ cho tất cả các node lân cận của nó. Các RREQ phát sóng

chứa các địa chỉ của các node nguồn và node điểm đích để xác định những node đặc

biệt đã được yêu cầu trên tuyến đường. RREQ cũng chứa mã nguồn và trình tự các

node điểm đến để duy trì thông tin chính xác cho tuyến đường mới từ nguồn phát tới

đích và ngược lại.Hơn nữa, RREQ cũng chứa ID phát sóng và truy cập. Khi một

node nguồn phát sóng một RREQ với node lân cận khác, nó nhận lại RREP hoặc từ

các node lân cận đó và PREQ của các node lân cận khác bằng cách tăng các truy cập

hop.Nếu node nhận được yêu cầu nhiều định tuyến từ ID cùng phát sóng, nó giảm

xuống yêu cầu tìm kiếm tuyến đường và lặp đi lặp lại để tạo thành vòng lặp thông

tin liên lạc



Hình 4.1:Quá trình tìm đường của AODV

RREQ được phát ra từ một nguồn phát đối với các điểm đến khác nhau để đạt được

đích đến cụ thể. Nếu RREP không nhận được các node nguồn, nó sẽ tự động thiết

lập đảo ngược đường dẫn đến node nguồn.Thiết lập đảo ngược như vậy xảy ra khi

trường hợp các node trung gian không đáp ứng các PREQ.

Tất cả các node trung gian được lưu trữ thông tin trình tự dãy số nối tiếp đến điểm

đích cụ thể và so sánh nó với dãy số thứ tự điểm đến của RREQ. Nếu dãy số thứ tự

trong RREQ lớn hơn hoặc bằng dãy số thứ tự được lưu trữ của các node trung gian

thì sau đó, RREP sẽ tạo ra node nguồn phát cùng một tuyến đường đã tìm kiếm

được từ node điểm đích đến node nguồn. Phương pháp này còn được gọi là tìm

kiếm ra tuyến đường khả dụng và theo cách này sẽ có một tuyến đường được phát

hiện cho hai node cần phải giao tiếp.

4.1.3 Quản lý bảng định tuyến

Quản lý bảng định tuyến trong AODV là cần thiết để tránh những dữ liệu của các

node không tồn tại trong các tuyến đường từ nguồn phát tới điểm đích. Quản lý

thông tin trong bảng định tuyến AODV được xử lý với dãy số thứ tự tới điểm

đến.Sự cần thiết trong việc quản lý bảng định tuyến là quan trọng để tạo cho vòng



lặp thông tin liên lạc. Sau đây là đặc điểm để duy trì các bảng định tuyến cho mỗi

node:

Địa chỉ IP của điểm đến cụ thể.

Tổng các số lượng hop của các điểm đến cụ thể.

Các hop kế tiếp: Nó chứa thông tin của các các node được sử dụng để chuyển

tiếp các gói tin dữ liệu bằng cách sử dụng các tuyến đường hiện tại.

Các dãy số theo thứ tự điểm đến.

Hoạt động của các node lân cận: Những node mà hiện đang sử dụng các tuyến

đường hoạt động

Thời gian kết thúc: Nó chứa thông tin cho tổng thời gian mà tuyến đường

được cho là hợp lệ

4.1.4 Duy trì tuyến trong AODV

Khi các node trong mạng lưới phát hiện rằng một tuyến đường là không hợp lệ nữa

để liên lạc nó xóa tất cả các mục có liên quan từ các bảng định tuyến cho những

tuyến đường không hợp lệ.Và gửi RREP hiện tại đến các node lân cận đang hoạt

động trong tuyến đường được cho là không hợp lệ nữa để kết nối. AODV chỉ duy trì

các tuyến đường trong vòng lặp tự do,trong khi đó node nguồn nhận được thông báo

thất bại trong các liên kết của nó, hoặc bắt đầu quá trình của RREQ tái phát sóng

hoặc node nguồn ngừng việc gửi bản tin dữ liệu thông qua tuyến đường đường

không sử dụng.Hơn nữa, AODV sử dụng các thông tin hoạt động của các node lân

cận để tiếp tục theo dõi của tuyến đường hiện đang sử dụng

Trong VANET, những link của các tuyến tích cực có thể bị hỏng bất cứ lúc nào do

tính đặc thù của các node di động, vì thế giao thức AODV phải có cách thức để

thông báo cho các node khác (có sử dụng link này cho việc truyền dữ liệu) biết rằng

link đã bị hỏng.



Mỗi node có thể theo dõi sự đúng đắn của các link bằng cách sử dụng các cơ chế ở

lớp liên kết dữ liệu hay lớp mạng.

Một tuyến được xem là tích cực trong AODV khi mà nó được sử dụng để truyền dữ

liệu trong khoảng thời gian gần với thời điểm mà ta xét. Mỗi một link có 2 node, ta

gọi node nào gần node nguồn hơn là node upstream, node kia là downstream. Khi

một link hỏng được phát hiện thì node upstream sẽ làm mất hiệu lực tất cả các tuyến

tích cực mà sử dụng node downstream là hop kế tiếp trong bảng định tuyến của nó.

Sau đó nó tạo ra một gói RERR chứa một danh sách các node đích không để đến

được và số SN tương ứng với các node đích cộng thêm 1. Mỗi routing entry trong

bảng định tuyến của node có lưu danh sách các node mà node này gởi gói RREP

(gọi là precursor list). Nếu danh sách này không rỗng (nghĩa là tồn tại ít nhất 1

node) thì RERR sẽ được gởi quảng bá về phía các node gần với node nguồn. Khi

một node nhận được RERR nó sẽ kiểm tra xem thử node mà gởi RERR cho nó có

phải là node kế tiếp trong bảng định tuyến để đi đến các node đích được liệt kê trong

RERR. Nếu phải thì nó sẽ làm mất hiệu lực những tuyến liên quan trong bảng định

tuyến của nó bằng cách thiết lập giá trị distance value thành ∞ và cập nhât giá trị

DSN bằng cách copy DSN tương ứng trong RERR và nó tiếp tục gởi đi RERR.

Bằng cách này thì RERR sẽ được truyền về đến node đích. Sau khi node nguồn

nhận được RERR thì nó sẽ bỏ đi tuyến cũ và tiến hành quá trình tìm đường nếu cần

thiết. Ví dụ hình bên dưới ta có :

Hình 4.2: Ví dụ khi có link bị hư

Node 2: precursor list không rỗng nên nó phát ra RERR



Node 1’: trong bảng định tuyến của node 1’ thì không chọn node 2 là next

hop để đi đến node D nên nó sẽ hủy RERR(D)

Node 1: Chọn node 2 làm next hop nên nó làm mất hiệu lực routing entry

này và tiếp tục gởi RERR(D).

Node S: node nguồn và precursor list cũng rỗng nên không truyền

RERR(D) nữa. Nó sẽ hủy RERR(D) và tiến hành tìm đường mới nếu cần

thiết.

4.1.5 Định tuyến Unicast trong AODV

Để định tuyến Unicast có ba thông điệp điều khiển được sử dụng: RREQ ( Route

REQuest), RREP (Route REPly) và RERR( Route Error).Nếu một node muốn gửi

một gói đến một node mà không có tuyến nào khả dụng thì nó sẽ phát quảng bá một

RREQ để tìm.Một RREQ bao gồm một định danh duy nhất, địa chỉ IP đích và dãy

số thứ tự, địa chỉ IP nguồn cũng như một số hop khởi đầu với giá trị 0 và một số

cờ.Nếu một node nhận một RREQ, rằng nó đã không nhìn thấy trước khi nó thiết

lập một tuyến dự trữ đến phía gửi.Nếu nó không biết tuyến đến điểm đích.Nó quảng

bá lại theo hướng cập nhật RREQ, nhất là số gia của lượng hop.Nếu biết một tuyến

đến điểm đích, thì nó tạo một RREP

RREP được gửi Unicast đến điểm gốc lợi dụng tuyến dự trữ được thiết lập.Một

RREP chứa đựng địa chỉ IP đích và số dãy số thứ tự, địa chỉ IP nguồn thời gian tồn

tại, một lượng hop cũng như một prefix chỉ sử dụng cho những subnet và một số

cờ.Khi một node nhận RREP, nó kiểm tra, Nếu số Sequence điểm đến trong thông

điệp cao hơn số khác trong bảng định tuyến và nếu lượng hop trong RREP cho điểm

đích thấp hơn tương ứng với cái khác trong bảng định tuyến.Nếu không có cái nào

đúng yêu tố trên thì gói sẽ hủy.Nếu cần nó sẽ cập nhật bảng định tuyến của nó.Nếu

node không phải là điểm đến,unicast ( đơn hướng) lại RREP và bao gồm thiết bị lân

cận.Từ đó nó nhận RREP, ở trong danh sách trước đó thuộc cập nhật entry định

tuyến.



Sự thiết lập tuyến trong AODV thì không khó bằng cái có thể dự định.Tốt nhất là

nhìn vào một ví dụ đơn giản sau:

Hình 4.3: Ví dụ thiết lập các tuyến trong giao thức AODV



Ở trong mạng di động, đứt đường liên kết là vấn đề hay xảy ra.Nếu một node nhận

ra rằng những node khác không còn đi đến được.Nó phát quảng bá một RERR bao

gồm danh sách những node không thể đi đến được với địa chỉ IP của chúng và số

Sequence và một số cờ.Một node cái mà nhận lại một RERR trên danh sách của

điểm đến không thể đi đến được và kiểm tra.Nếu một hop tiếp theo nằm trong bảng

định tuyến của nó gồm một trong những node này.Nếu đúng, nó cập nhật bảng định

tuyến của nó và gửi unicast RERR đến mỗi trước đó bị ảnh hưởng hoặc đơn giản là

phát quảng bá một RERR gồm thông tin về đường đi và tuyến bị đứt.

Thời gian sống của tuyến và đường được mở rộng bằng cách gửi một gói trên nó và

bằng những gói tin Hello.Một gói Hello là một RREP đặc biệt nó chỉ có giá trị cho

những thiết bị lân cận của nó ( time to live: TTL=1 ).Theo chu kỳ một node có thể

phát quảng bá một gói Hello để mà thiết bị lân cận của nó cho rằng không có đường

nào bị đứt.Khi chúng không nhận bất cứ thứ gì từ nó trong thời gian dài.Cơ chế này

rất hữu ích bởi vì nó tránh được sự đánh giá sai của việc đứt đường đến thiết bị lân

cận nhưng cộng thêm một chi phí nào đó.

Nếu một đường ở trong một những đường đứt hoạt động, một node có thể sửa chữa

cục bộ tuyến.Để làm điều này, nó phát ra một RREQ để tìm kiếm một tuyến mới

đến điểm đích ở phía liên kết bị đứt không đá động gì đến hướng khác của

tuyến.Nếu nó có thể khám phá lại những tuyến mới hướng đến đích, nó sữa đổi

entry trong bảng định tuyến của nó.Nếu tuyến nội địa sửa chữa hư hỏng thì node

phải thông báo đến chỗ đứt tuyến với một RERR như đã đề cập ở trên.Sửa chữa

tuyến nôi địa là phương pháp hay để giảm tải cho thông điệp định tuyến trên mạng

và để sửa chữa nhanh những tuyến bị hỏng.

Có những gói đặc biệt khác là RREP-ACK.Nó được sử dụng để báo nhận sự nhận

của một thông điệp RREP trong trường hợp, nơi mà liên kết trên nó gói RREP được

gửi có thể không đáng tin cậy.



4.1.6 Định tuyến Multicast trong AODV

Một trong những thuận lợi lớn của AODV là định tuyến tích hợp multicast.Ở trong

bảng định tuyến multicast địa chỉ IP và số Sequence của một nhóm multicast được

lưu trữ.Việc điều chỉnh địa chỉ IP và lượng hop để được lưu trữ trong nhóm

multicasting

Để tham gia nhóm multicast, mỗi node phải gửi một RREQ đến địa chỉ nhóm với

thiết lập cờ tham gia.Bất kỳ node nào trong multicast, mà nó nhận RREQ, có thể trả

lời với một RREP, như vậy bên yêu cầu có thể nhận vài RREP có thể chọn với

khoảng cách ngắn nhất đến nhóm..Nếu bên yêu cầu không nhận một RREP, node hỗ

trợ rằng không có sẵn định tuyến multicast cho nhóm này trong phân đoạn mạng

này và nó trở thành nhóm trung tâm và lượng hop đến phần tử mạng tiếp theo.

Theo định kỳ nhóm phát quảng bá một thông điệp hello trong nhóm ( a RREP) và số

gia mỗi thời gian, số sequence của nhóm.

Khi hai phân đoạn mang trở nên kết nối với nhau, hai tập hợp nhóm được phân chia

phải được kết nối.Mỗi phần tử trong nhóm nhận hai thông điệp hello nhóm từ những

chỉ huy khác nhau sẽ khám phá một kết nối .Sau đó node này phát ra một RREQ với

việc thiết lập cờ sửa chữa đến nhóm.

Nếu một node trong nhóm không nhận bất kỳ gói hello nào hoặc thông điệp từ

nhóm khác.Nó phải sửa đổi lại nhóm với một RREQ và phải bảo đảm rằng không có

RREP từ một node ở trong nhóm riêng nó thì được chọn.

4.1.7 Bảo mật và tiêu thụ năng lượng

AODV xác định không có cơ chế bảo mật đặc biệt.Vì thế một cuộc tấn công mạo

danh có thể dễ dàng xảy ra.Hoặc đơn giản là,một node giả mạo có thể đưa vào trong

mạng.Nó có một vài đề nghị để giải quyết những vấn đề này, nhưng rất khó bởi vì

AODV không phải là giao thức định tuyến gốc nguồn và như vậy giải pháp sẽ được

giới thiệu gây ra một tổng chi phí rất lớn.



Với giao thức AODV, các node trong mạng đều phát ở mức công suất tối đa ở tất cả

các quá trình trao đổi thông tin hay truyền dữ liệu

4.2 Giao thức AOMDV

4.2.1 Tổng quan

Giao thức định tuyến AOMDV được nghiên cứu phát triển cho mạng di động Ad-

Hoc.AOMDV được đề xuất là phần mở rộng cho giao thức định tuyến AODV để

tìm kiếm nhiều tuyến đường đi giữa các điểm nguồn và các điểm đến trong quá trình

tìm kiếm .Kết quả của giao thức được liên hệ đến AOMDV.Giao thức đảm bảo các

vòng lặp được tự do và tính tách biệt của các đường dẫn thay thế.So sánh hiệu suất

của AOMDV với AODV khi sử dụng chương trình mô phỏng NS-2 cho thấy rằng

AOMDV có thể khắc phục hiệu quả với những thất bại khi di chuyển trên các

tuyến.Đặc biệt nó làm giảm sự mất mát các gói tin lên đến 40% và đạt được kết quả

cải thiện đáng kể của thông số end-to-end delay.Đồng thời AOMDV cũng làm giảm

overhead trong định tuyến khoảng 30% bằng cách giảm các tần số hoạt động của

việc tìm kiếm các tuyến đường định tuyến.

AOMDV có ba tính năng mới lạ so với các giao thức định tuyến cùng loại khác.Đầu

tiên là nó không có các overhead cao khi phối hợp liên node lại với nhau như một số

các giao thức khác.Thứ hai nó đảm bảo tính tách biệt của các tuyến đường thay thế

thông qua các tính toán phân phối mà không cần sử dụng nguồn định tuyến.Cuối

cùng AOMDV tính toán đường dẫn thay thế với các overhead tối thiểu trên AODV.

AOMDV cũng có các đặc điểm chung giống với giao thức AODV.Nó dựa trên các

khái niệm về vec tơ khoảng cách và sử dụng phương pháp định tuyến hop-by-hop.

Hơn nữa AOMDV cũng tìm thấy các tuyến đường theo yêu cầu bằng cách sử dụng

một thủ tục khám phá tuyến đường.Trong AOMDV thì RREQ lan truyền từ node

nguồn cho đến các node điểm đến được thiết lập theo nhiều đường đảo ngược lại tại

các node trung gian hay điểm đến.AOMDV cung cấp các node trung gian với những

tuyến đường thay thế.Trọng tâm của giao thức AOMDV là nằm trong việc đảm bảo

nhiều đường khám phá các loop miễn phí và phân chia.Các quy tắc cập nhật các



tuyến trong AOMDV được áp dụng tại các node cục bộ và đóng một vai trò quan

trọng trong việc duy trì các loop tự do và đảm bảo tính tách biệt

AOMDV dựa nhiều trên các thông tin định tuyến cơ bản có sẵn trong giao thức

AODV,do đó hạn chế chi phí phát sinh trong việc khám phá nhiều tuyến đường.Bên

cạnh đó nó không sử dụng các gói điều khiển đặc biệt nào.

4.2.1.1 Loop tự do

Quy định cập nhật các tuyến trong AODV han chế một node có nhiều tuyến đường

nhất đến các điểm đến.Như vậy việc đều chỉnh các quy tắc cập nhật tuyến đường là

cần thiết để có nhiều hơn một tuyến đường cho mỗi điểm đến tại một node.Những

việc điều chỉnh bổ sung nên thực hiện trong đó cách thức các loop tự do không bị

tổn hại.Hai vấn đề phát sinh trong tính toán các tuyến loop tự do tại một node cho

một đích đến.Thứ nhất đó là một trong nhiều tuyến được node yêu cầu hay dựa vào

việc quảng bá của các node khác,vì trong mỗi tuyến dẫn có thể khác nhau các hop

count,việc lựa chọn tùy ý có thể có kết quả trong loop.Thứ hai là các tuyến quảng bá

có được node chấp nhận không?nếu chấp nhận nhiều tuyến không chọn lọc thì sẽ

gây ra hiện tượng Loop.

Hình 4.4 dưới đây sẽ minh họa vấn đề này bằng ví dụ đơn giản.Hình (a) thì node D

là node điểm đến và tại node I có hai con đường đến node D.Một là con đường có 5

hop thông qua node M (node I – M – N – O – P – D) và tuyến có hop trực tiếp (node

I-D).Giả sử I phát quảng bá đường dẫn I - M - N - O - P - D tới nút J và sau đó con

sử dụng tuyến đườngI-D để đến node K. Sau đó, cả J và K có một con đường đến

node D thông qua node I.Sau đó nếu giả sử có một tuyến bao gồm 4 hop từ node L

đến D ((L – K – I – D) thì node I không thể xác định L lá hướng lên hay hướng

xuống đối với chính nó và chỉ có thể xem là một hop count mang thông tin bao gồm

quảng bá các tuyến.Vì vậy sẽ hình thành một con đường qua L và tạo ra kết quả

vòng lặp.Trường hợp như vậy xảy ra bởi vì một node (ở đây là node I) quảng bá

ngắn hơn tuyến (I-D) và khi đó thì nó cũng có một tuyến dài hơn để thay thế (I - M -

N - O - P - D)



Hình 4.4 : Ví dụ về các vòng lặp trong định tuyến với nhiều tuyến đường tính toán

Hình (b) cho thấy một trường hợp khác của vòng lặp.Node D là điểm đến và node

có tuyến dẫn bao gồm 3 hop dẫn đến D thông qua K (J-K-I-D).Node L cũng có

tuyến bao gồm 3 hop đến D qua M (L-M-N-D).Giả sử node I có một tuyến dồm 4

hop từ node L đến D.Trường hợp này thi node I không thể xác định được node L là

node nguồn hay không vì node J cũng có thể cung cấp một tuyến bao dồm 4 hop tới

D.Vì vậy sử dụng tuyến đường dài hơn sau khi đã quảng bá một tuyến ngắn hơn của

các node lân cận có thể gây ra một vòng lặp định tuyến.

4.2.1.2 Phân chia đường dẫn

Bên cạnh việc duy trì nhiều tuyến đường dẫn có các loop tự do thì AOMDV sẽ tìm

kiếm để tìm ra các đường dẫn phân chia thay thế.Đối với mục đích của việc cải

thiện khả năng chịu lỗi bằng cách sử dụng nhiều đường dẫn thì phương pháp phân

chia các tuyến đường dẫn là một sự lựa chọn để lựa chọn một số tập hợp các đường

dẫn thay thế có hiệu quả.Có hai cách phân chia đường dẫn:Phân chia liên kết và

phân chia node.Phân chia liên kết là một tập hợp phân chia là tập hợp các đường dẫn

giữa một cặp các node không có các liên kết phổ biến.

Không giống như các vấn đề chung của việc phân chia đường dẫn được tìm thấy

trong các thuật toán và các đồ thị.Khái niệm về tính tách biệt được giới hạn trong



một cặp của các node và không được xem xét ở các cặp node khác nhau.Cụ thể thì ở

bất kỳ thời điểm nào của node P đến node D thì tất cả các đường dẫn có thể được

truy tìm từ P đến D đó là phân chia.Điều này không nhất thiết là tất cả đường dẫn đã

phân chia tồn tại trong mạng dẫn đến D.Lưu ý rằng khái niệm này bị giới hạn bởi

tính tách biệt và hầu hết trong thực tế đều sử dụng các giao thức đa phân chia.

Trong việc tìm kiếm tuyến đường đã phân chia thì không tối ưu hóa các yếu tố và

chiều dài của tuyến đường thay thế,trong khi mô tả chi tiết các hoạt động của giao

thức,số lượng và chất lượng của các tuyến đường phân chia được tìm kiếm bởi

AOMDV chủ yếu được xác định bởi tính di động cao của quá trình tìm kiếm tuyến

đường.Tuy nhiên những thuộc tính này có thể bị kiểm soát bằng cách đặt một giới

hạn về số lượng và chiều dài của tuyến đường thay thế được duy trì tại mỗi

node.Cách tiếp cận này là hợp lý bởi vì tính chất ngắn của đường dẫn trong mạng di

động Ad-Hoc và các thông số overhead được cho là cao hơn khi liên quan đến việc

tối ưu phân phối tập hợp các đường dẫn phân chia thay thế

Hình 4.5: Ví dụ minh họa về việc phân chia đường dẫn

Ở đây node D là node điểm đến.Tại node A có hai đường phân chia là A-B-D và A-

C-D.Tương tự như vậy node E có hai đường phân chia là: E-C-D và E-F-D.Nhưng

các đường dẫn A-C-D và E-C-D là không tách rời,cùng chia sẻ một liên kết chung là

C-D.



4.2.2 Cấu trúc bảng định tuyến

Hình 4.6 cho thấy sự khác nhau trong cấu trúc bảng định tuyến giữa AODV và

AOMDV.Đầu vào của bảng định tuyến AOMDV có một tính năng mới là quảng bá

các hop count.Bên cạnh đó trong bảng định tuyến có bổ sung một danh sách các

tuyến đường đã được sử dụng trong AOMDVđể lưu trữ các thông tin bổ sung cho

các tuyến thay thế bao gồm: netx hop,last hop,hop count,thời gian timeout.Thông tin

của các last hop là rất hữu ích cho việc kiểm tra tính tách biệt của các đường dẫn

thay thế.

Hình 4.6: Cấu trúc đầu vào của bảng định tuyến trong AODV và AOMDV


Như trong AODV thì một node nguồn cần một con đường để đến một node điểm

đến,do đó node nguồn sẽ khởi tạo ra một quá trình tìm đường.Quá trình được thực

hiện bằng cách tạo ra các RREQ.Khi số lượng các RREQ tăng lên và tràn ngập toàn

mạng thì một node có thể nhận được một số các bản sao của cùng một RREQ.Trong

AODV thì chỉ có bản sao đầu tiên của RREQ được sử dụng để hình thành các đường

dẫn và ngược lại,các bản sao tiếp theo thì sẽ bị loại bỏ.Nhưng có một số các bản sao

trùng lặp có thể được sử dụng hết để tạo thành các tuyến thay thế.Như vậy thì tất cà

các bản sao bị trùng lặp sẽ được kiểm tra trong AOMDV.Nhưng các tuyến đường

dẫn chỉ được thiết lập bằng cách sử dụng các bản sao duy trì vòng lặp tự do và tính

tách biệt.



Khi một node trung gian có được một con đường thông qua các bản sao RREQ.Nó

sẽ kiểm tra xem có một hay nhiều tuyến đường dẫn hợp lệ đến các điểm đích

4.2.4 Duy trì tuyến

Duy trì tuyến trong AOMDV là một phần mở rộng của duy trì tuyến trong

AODV.Giống như AODV thì AOMDV cũng sử dụng các gói tin RERR.Một node

có thể tạo ra hoặc chuyển tiếp một RRER đến điểm đích khi một tuyến đường cũ

đến điểm đến bị gián đoạn.AOMDV cũng bao gồm một phương pháp tối ưu hóa để

khôi phục các gói tin chuyển tiếp qua các liên kết bị thất bại và gửi lại trên các tuyến

thay thế.Điều này cũng tương tự như trong DSR

Kỹ thuật tương tự time-out mở rộng từ một tuyến duy nhất thành nhiều tuyến đường

dẫn mặc dù vấn đề thiết lập giá trị thích hợp cho time-out là khó khăn trong

AOMDV so với AODV.Với nhiều tuyến đường thì khả năng các tuyến đường nhanh

chóng trở nên cũ.Nhưng việc sử dụng thời gian time-out rất nhỏ để tránh lặp lại các

tuyến cũ có thể hạn chế hiệu quả của việc sử dụng nhiều đường dẫn.Như vậy vấn đề

time-out trong phiên bản hiện tại của AOMDV chủ yếu xử lý như một kỹ thuật

mềm để giải quyết các trường hợp bất ngờ như sai hỏng bảng định tuyến và độ trễ

để kịp thời để xóa các tuyến đường cũ.Thời gian time-out có thể được dựa trên đặc

tính phân tích các trạng thái liên kết trong mạng Ad-hoc

4.3 Giao thức DSR


DSR sử dụng định tuyến theo kiểu Source Routing, thay vì Next-hop Routing

như DSDV.Trong Source Routing, mỗi gói dữ liệu sẽ mang thêm danh sách tất

cả các node mà gói đó sẽ phải đi qua trước khi đến đích. Danh sách này được

chính node gởi gói thêm vào, điều đó cũng có nghĩa là node nguồn quyết định

tuyến cho gói. Trong khi với định tuyến kiểu next-hop, node nguồn chỉ cần xác

định node kế tiếp phải chuyển gói đến,còn sau đó node đi qua những node nào

thì không cần quan tâm, vì node kế tiếp sẽ quyết định thay nó.



Điểm thuận lợi của Source Routing là những node trung gian không cần lưu trữ

hay cập nhật thông tin về các tuyến,vì thông tin đã được chỉ ra trong gói. Tuy

nhiên, điểm bất lợi là gói dữ liệu sẽ dài ra, vì phải mang thêm thông tin về toàn bộ

tuyến, đặc biệt đối với những tuyến chứa nhiều node trung gian

4.3.2 Hoạt động của DSR

Hoạt động của DSR sẽ được thể hiện qua bảng 4.2

Bảng 4.2: Hoạt động của giao thức DSR




Trong tìm kiếm tuyến đường định tuyến DSR, khi một node muốn gửi một gói tin

đến một node khác ở trạng thái bình thường, nó được lưu trữ thông tin định tuyến

trong tiêu đề của gói tin.Thông tin định tuyến trong DSR là ở dạng "chuỗi các

node".Các thông tin định tuyến này sẽ được ghi vào mỗi node.Nếu không có thông

tin định tuyến hiện có sẵn,các node nguồn sẽ sử dụng cơ chế “tìm kiếm tuyến” để

tìm ra lộ trình thích hợp để đạt được điểm đến.Các cơ chế tìm ra đường định tuyến

tối ưu có thể được thể hiện qua ví dụ sau:

Hình 4.7: Tìm tuyến đường trong DSR

Trong hình này,node A bắt đầu quá trình tìm kiếm đường định tuyến để tìm lộ trình

đến node E,vì vậy node A được gọi là node khởi xướng còn node E là node điểm

đến.Khi đã định tuyến được tuyến đường thì node A sẽ gửi “yêu cầu” đến các node

nằm trong pham vị truyền sóng không dây đã được định tuyến.Yêu cầu tìm kiếm có

chứa thông tin khởi đầu,mục tiêu và thông tin về định tuyến.Khi bắt đầu thì các bản

ghi định tuyến sẽ được thiết lập trống lúc khởi đầu.Khi bất kỳ một node nào đó nhận

được yêu cầu tìm kiếm thì nó sẽ kiểm tra tới các thông tin mục tiêu.Nếu các node đó

nhận được thông tin không phải yêu cầu của nó thì nó sẽ thêm vào thông tin bản ghi



định tuyến và sẽ chuyển tiếp yêu cầu cho tất cả các node trong phạm vị mạng không

dây của nó.Nhưng các node mục tiêu nhận được yêu cầu tìm kiếm và nó sẽ gửi lại

yêu cầu trả lời với các thông tin định tuyến cuối cùng .Các node mục tiêu có thể gửi

các yêu cầu trả lời bằng cách sử dụng bộ nhớ cache của tuyến đường bằng cách đảo

ngược các yêu cầu và thông tin tìm kiếm.Vì vậy bằng cách này thì định tuyến DSR

sẽ tìm kiếm ra con đường tối ưu từ điểm nguồn tời điểm đích

4.3.4 Duy trì tuyến trong DSR

Trong DSR khi bất kỳ các node nào sẽ gửi một gói tin bằng cách sử dụng định tuyến

từ bộ nguồn thì nó cũng có nhiệm vụ xác nhận lưu lượng của nó.Nếu chúng ta xem

xét các ví dụ trên thêm một lần nữa thì chúng ta có thể giải thích cho cơ chế duy trì

định tuyến như sau:

Nếu node A truyền tải một gói tin đến node E, thông qua các node trung gian B,C và

D. Node A sẽ truyền lại các gói tin cho đến khi nó nhận được thông tin xác nhận từ

gói tin C cung cấp.Tương tự như node A, node B sẽ truyền lại cho đến khi nhận

được xác nhận của node C và node C sẽ truyền lại cho đến khi nhận được xác nhận

từ node D và D sẽ truyền lại cho đến khi nó nhận được xác nhận từ node E.

Trong trường hợp, nếu một node truyền lại một gói tin cho số lượng tối đa và không

có xác nhận là đã nhận được thông tin từ các node thì nó sẽ gửi một thông báo đến

node nguồn và sau đó node nguồn có thể sử dụng một tuyến đường khác từ bộ nhớ

cache để gửi lại các gói tin hoặc nó có thể định tuyến một tuyến đường khác thêm

một lần nữa.Đây là phương pháp mà giao thức DSR dùng để duy trì các định tuyến.

4.3.5 Tính năng của DSR:

Hai tính năng quan trọng nhất của giao thức DSR là tìm kiếm ra tuyến đường định

tuyến và duy trì định tuyến làm cho giao thức này tự cấu hình và tự duy trì.Trong

giao thức DSR,không cần vấn đề cập nhật các thông tin định kỳ để gửi qua các node

lân cận trong mạng hoặc các thông tin liên kết giữa các node lân cận. Điều này làm

giảm chi phí của mạng bằng cách loại bỏ các bản tin cập nhật định kỳ trong mạng



Một điểm rất quan trọng trong giao thức định tuyến DSR đây là kiểu hình mạng rất

năng động.Một gói tin bằng cách sử dụng giao thức định tuyến DSR có thể kết nối

ngay đến các điểm đến của nó ngay khi cả các node trung gian đang sử dụng các

kiểu mạng khác nhau.Giao thức DSR làm cho các node trong các loại kiểu mạng

khác nhau có thể tham gia vào mạng không dây Ad-Hoc,giao thức DSR xem xét

như là một phần trong mạng Ad-hoc

4.4 Giao thức GPSR

GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) là giao thức định tuyến dựa vào

thông tin vị trí (geographical routing protocol) được Karp xây dựng

Giao thức định tuyến GPSR được ứng dụng cho mạng không dây, sử dụng thông

tin vị trí của các node lân cận và vị trí của node đích để quyết định chuyển tiếp gói

dữ liệu. Giao thức này bao gồm hai phương pháp chuyển gói: Greedy

Forwarding, được sử dụng bất kì nơi nào khi có thể, và Perimeter Forwarding

được sử dụng trong trường hợp Greedy Forwarding không áp dụng được.

4.4.1 Greedy Forwarding

Trong giao thức GPSR, header của gói dữ liệu được bao gồm thông tin vị trí của

node đích. Do đó, một node đang thực hiện chuyển gói có thể dựa vào vị trí

của đích để thực hiện chọn lựa hop kế tiếp. Trong mode Greedy, node đang

chuyển dữ liệu sẽ dựa vào thông tin vị trí của các node lân cận và vị trí của node

đích, nó tính toán các khoảng cách từ node đích tới các node lân cận của nó, từ

đó chọn lựa node kế tiếp trong tiến trình truyền gói dữ liệu dựa trên khoảng cách

nhỏ nhất trong số các khoảng cách này, và gói sẽ tiếp tục được chuyển về phía

node đích cho đến khi nó tới được node đích.



Hình 4.8: Ví dụ về thuật toán greedy

Hình 4.8 chỉ ra một ví dụ đơn giản mà thuật toán Greedy chọn lựa node kế tiếp

để chuyển gói. Ở đây, x nhận một gói và phải chuyển tới node đích D, do D

không phải là node lân cận 1 hop của x, nó phải chọn lựa trong số các lân cận

của nó một node để thực hiện chuyển gói. Trong trường hợp này x chọn y là

node kế tiếp, bởi vì khoảng cách từ y tới D là nhỏ nhất trong số các node lân cận

của x. Quá trình chuyển này tiếp tục cho đến khi gói đến được node đích D.

Điểm thuận lợi nhất của Greedy forwarding là chỉ cần biết thông tin của các node

lân cận và đích mà không cần đến thông tin của các node khác trên mạng. Bởi vì

Greedy forwarding có quyết định cục bộ (chỉ dựa vào thông tin về vị trí của các

node lân cận) nên nó thuận lợi khi đồ hình mạng thay đổi nhiều so với những giao

thức định tuyến khác, một node có thể quyết định chuyển chính xác mà không

yêu cầu cập nhật thông tin về node trên toàn mạng, chỉ cần có thông tin chính

xác về các node lân cận và node đích.

Để có thông tin về các node lân cận của một node, GPSR sử dụng thuật toán

beacon. Thuật toán beacon cung cấp cho tất cả những node lân cận về thông tin

vị trí của mỗi node, những gói tin beacon được quảng bá có tính chu kỳ, mỗi node

truyền một beacon để quảng bá địa chỉ MAC của nó, trong địa chỉ MAC này chứa

đựng địa chỉ IP và vị trí của node đó. Vị trí được mã hóa thành 2 giá trị 4 byte,

một cho tọa độ x và một cho tọa độ y. Để tránh xảy ra hiện tượng đồng bộ xảy ra

giữa beacon của các node lân cận, thuật toán thực hiện jitter mỗi khoảng thời gian



truyền beacon bằng 50% của khoảng B (B là khoảng thời gian truyền giữa 2 lần

truyền beacon liên tiếp), điều này tạo ra việc truyền liên beacon là B, được phân

bố đồng nhất trong khoảng [0.5B, 1.5B].

Khi không nhận được beacon từ một node lân cận trong một khoảng thời gian

dài hơn giá trị T, lúc đó router GPSR giả sử rằng node lân cận đã bị hỏng hoặc

đã đi ra khỏi vùng bao phủ của node đó, và lúc đó nó sẽ xóa node lân cận đó ra

khỏi danh sách trong bảng lân cận của nó. Trong đó T = 4.5B tương đương với

3 lần khoảng beacon được jitter lớn nhất.

Thông tin về vị trí của node lân cận tại một node ít chính xác hơn giữa những

beacon nếu những node lân cận di chuyển, và dẫn đến sự chính xác của bảng lân

cận sẽ bị giảm, những node lân cận cũ có thể đã rời xa và những node lân cận

mới có thể đã đi vào vùng phủ sóng của node đó. Từ những lý do này, việc

chọn lựa chính xác khoảng beacon để giữ cho bảng lân cận của những node

được cập nhật sẽ phụ thuộc vào tốc độ di động trong mạng và phạm vi phủ sóng

của các node.

Việc thực hiện quảng bá những beacon có tính chu kỳ là đặc tính của nhóm

giao thức định tuyến Proactive. Để tối thiểu hóa chi phí (cost) trong việc thực

hiện thuật toán beacon, GPSR gởi kèm vị trí của nó theo tất cả những gói dữ liệu

mà nó chuyển đi, và thực hiện việc truyền những gói tin theo mode kết hợp

(promiscuous). Trong mode promiscuous, những node xung quanh có thể lắng

nghe các gói dữ liệu đang được chuyển, khi lắng nghe được có gói dữ liệu thì nó

sẽ dựa vào thông tin vị trí được kèm theo trong gói dữ liệu để cập nhật vị trí của

node lân cận vừa chuyển gói tin đó. Như vậy với việc sử dụng mode

promiscuous, mỗi gói dữ liệu được chuyển cũng có chức năng như một beacon.

Do đó, khi một node chuyển một gói dữ liệu, nó có thể reset bộ định thời liên

beacon của nó. Sự tối ưu này giúp giảm lưu lượng beacon trong những vùng của

mạng lưới mà những gói dữ liệu đang được chuyển.



Hình 4.9: Greedy forwarding không thành công

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện mode Greedy, có những đồ hình mạng tại

đó node đang chuyển không thể tìm được một node lân cận gần hơn nó về phía

đích. Ví dụ như trong hình 4.9, x có khoảng cách về phía node đích D gần hơn

những node lân cận w và y. Mặc dù có 2 đường x → y → z → D và x → w → v

→ D có thể truyền gói dữ liệu về phía đích, nhưng x không chọn để chuyển tới

w hoặc y theo mode Greedy. Bởi vì trong trường hợp này x là một cực đại địa

phương (local maximum), nếu nó chọn w hoặc y để chuyển tiếp thì sẽ mâu thuẫn

với nguyên lý định tuyến theo mode Greedy. Do đó, phải có một quy luật khác

để chuyển gói trong những tình huống như thế này, và GPSR sẽ sử dụng mode

Perimeter để thực hiện chuyển gói dữ liệu trong những tình huống không thể sử

dụng mode Greedy.

4.4.2 Quy tắc bàn tay phải: Perimeters

4.4.2.1 Giới thiệu

Trong phần này tìm hiểu về trường hợp thuật toán Greedy Forwarding bị cấm trong

vùng void, và được thay thế thuật toán Perimeter Forwarding bằng việc sử dụng quy

tắc bàn tay phải trên mô hình mạng không dây. Mặc khác, thuật toán Perimeter

Probing là thuật toán dò tìm và vẽ lên bản đồ vị trí các node tiếp giáp với các vùng

void và sử dụng No-crossing heuristic để loại bỏ các cạnh giao nhau trong hình. Dựa

trên các kết quả các loại hình học đã kiểm định, hai đồ thị Gabriel Graph và Relative



Neighborhood Graph sẽ miêu tả việc loại bỏ một số cạnh trong đồ thị (graph) và

tạo ra một mạng lưới không có những kết nối cắt chéo nhau.

4.4.2.2 Quy tắc bàn tay phải

Từ hình 4.10, miền giao của vòng tròn tâm x bán kính phạm vi phủ sóng của node

và vòng tròn tâm D bán kính xD hoàn toàn không chứa node lân cận. Vùng

được vẽ với bóng mờ là giao của 2 đường tròn trên được gọi là vùng void. Node

x sẽ tìm kiếm để chuyển gói tới đích D dựa theo đường cạnh của vùng void này, x

sẽ tìm kiếm để định tuyến xung quanh vùng void trên, chú ý rằng vùng giao

nhau giữa vùng phủ sóng của x với vòng tròn tâm D bán kính xD không có một

node lân cận nào của x.

Hình 4.10: Quy tắc bàn tay phải

Quy tắc bàn tay phải trong hình 4.10 thực hiện như sau: khi gói dữ liệu đi từ node

y đến node x (trên cạnh xy), khi quay cạnh xy ngược chiều kim đồng hồ sẽ gặp

cạnh xz, thì gói sẽ đi qua tiếp trên cạnh xz, và cứ thế gói tiếp tục đi. Trong

trường hợp này, hành trình của gói sẽ là y → x → z → y . Phương pháp này gọi

là quy tắc bàn tay phải.

Quay trở lại ví dụ trên hình 4.10 thì đường đi của một vòng bắc cầu là x → w → v

→ D → z → y. Ta gọi một chuỗi các cạnh bắc cầu bởi quy tắc bàn tay phải là

một Perimeter. Quy tắc bàn tay phải không phải lúc nào cũng tạo ra được một

bắc cầu của đa giác đóng trong tất cả các đồ thị mạng. Trong đồ thị mạng có



cạnh cắt nhau (hình 4.11) quy tắc bàn tay phải sinh ra một bắc cầu không bám

theo các cạnh của một đa giác đóng.

Trong ví dụ của hình 4.11, có hai cạnh ux và zw cắt nhau. Khi node x gởi tạo một

gói đến node u, áp dụng quy tắc bàn tay phải thì đường đi của gói là x → u → z

→ w → u → x . Đây là kết quả không mong muốn. Do đó, khi bỏ đi cạnh zw thì

sẽ đạt được vòng hành trình mong muốn x → u → z → v → x .

Hình 4.11: Đồ thị không phẳng

Do đó, để áp dụng quy tắc bàn tay phải thành công thì yêu cầu đồ thị truyền

thông phải phẳng (planar), tức là không có 2 cạnh bị cắt chéo nhau. Cách chuyển

gói dùng quy tắc bàn tay phải được gọi là Perimeter Forwarding.

4.4.2.3 Perimeter Probing

Trong phần này sẽ trình bày cách xây dựng Perimeter Probing dựa vào quy tắc bàn

tay phải và phương pháp loại bỏ các tuyến giao nhau No-crossing heuristic, từ đó

tạo ra các Perimeter Forwarding thay thế cho Greedy Forwarding bị cấm.

Thuật toán Greedy Perimeter Probing (GPP)

Trong hình 4.9, cho rằng x gởi gói Perimeter Probing tới w. Tại mỗi hop, các gói

được chuyển tiếp dùng quy tắc bàn tay phải kết hợp với No-crossing heuristic, và

các router lân cận ghi địa chỉ và vị trí của nó tới gói. Khi mà gói trở lại tới x, gói sẽ

chứa danh sách vị trí và địa chỉ của tất cả các router trên Perimeter. Vậy là một



Perimeter đã sẵn có để cho gói dùng Greedy Forwarding đến x và x có thể khắc

phục lỗi bằng cách dùng Perimeter mà x học từ trước. Node x cũng có thể định

tuyến tới các node khác trong Perimeter gần với D hơn x, vì thế gói này được

chuyển tiếp trên cùng đường dẫn như Perimeter Probing.

Một ví dụ minh hoạ hình 4.12 cho sự hoạt động của GPP sau khi các node đã học

cách chuyển gói theo kiểu Perimeter. Node S muốn phát gói tới D, nhưng trước hết

gói phải đi qua node x dùng Greedy Forwarding, thì khi đó x phải dùng Perimeter

Forwarding đã học từ trước đánh nhãn cho gói theo kiểu Perimeter và lưu lại vị trí

của x vào gói và chuyển gói tới w. Nhưng do node w thì không gần tới D hơn là x

vì thế node w dùng quy tắc bàn tay phải để chuyển gói tới v. Rõ ràng là khoảng

cách từ v tới D ngắn hơn x đến D, nên v đánh nhãn gói ở dạng mode Greedy, và

chuyển tới đích D.

Hình 4.12: Minh họa hoạt động GPP

Lỗi định tuyến trong GPP

Tuy nhiên trong thuật toán GPP đôi khi thất bại trong quá trình tìm các tuyến để

chuyển gói tới đích, gồm có hai nguyên nhân sau đây:

• Do GPP sử dụng No-crossing heuristic để loại bỏ bất cứ hai cạnh nào giao

nhau trong vùng gây nên chia cắt kiến trúc mạng thành từng vùng cô lập, khi

đó gói có thể bị lặp vòng (loop).



• Các Perimeter có thể không chứa node gần với đích so với node trong mode

Greedy, nhưng chứa cạnh chứa node gần với đích. Do đó GPP không thể xác

định được các Perimeter hữu ích.

Trong hình 4.13 minh hoạ cho nguyên nhân thứ nhất. Node S có nhiệm vụ phát gói

dữ liệu đến đích D. Vòng tròn chấm chấm có tâm là D và bán kính SD. Do S không

có node lân cận nào gần D hơn so với S, nên lỗi Greedy Forwarding xảy ra ngay lập

tức tại S. Các node lân cận của S là a, b, và c được S tạo nên một Perimeter. Các

Perimeter được chỉ ra trong bảng 4.3. Trước hết chú ý rằng các Perimeter đều hữu

dụng cho S, bởi vì mỗi node trên mỗi Perimeter là node lân cận của S và luôn sẵn

sàng để S chuyển trong mode Greedy. Các trường hợp lỗi GPP có các đặc tính là đi

qua một tuyến, và không có Perimeter chứa node gần tới đích. Perimeter qua S và a

thì nó bao gồm cả cạnh (b,c), bởi vì cạnh (b,c) cắt cạnh (S,a) nên (b,c) sẽ bị loại bỏ

theo No-crossing. Điều này đã làm phân chia kiến trúc hình học mạng một cách dư

thừa khi loại bỏ các cạnh giao nhau.

Bảng 4.3: Perimeter của S

Neighbor Parimeter Found

A S → a → b → S

B S → b → a → S

C S → c → b → S

Hình 4.13: Lỗi của No-crossing rule



Hình 4.14 sẽ miêu tả chi tiết hơn lỗi GPP trong nguyên nhân thứ hai. S phát gói dữ

liệu đến D theo đường dẫn (S → c → d → e → f → D). Trước hết, S chuyển gói

đến a trong mode Greedy. Tại a, mode Greedy là không thể, nhưng node a đã không

học Perimeter nào chứa một node bên trong vùng phủ sóng của S, và vì thế GPP

không thể chuyển gói đến D.

Bảng 4.4: Perimeter của a

Neighbor Parimeter FoundS a → S → c → aB a → b → S → aC a → c → b → a

Perimeter được học từ a minh hoạ ở bảng 4.4. Chú ý rằng trong khi học Perimerter

bởi a đi qua c theo đường vòng (a → c→ b→ a) và chứa cạnh (c,b), cạnh này chứa

điểm gần với đích. Do vậy GPP chỉ khảo sát được trong cục bộ của node. GPP sẽ bị

lỗi khi chuyển bất kỳ gói nào tới đích. Để giải quyết vấn đề này b và c phải học

Perimeter để chuyển gói đến đích.

Hình 4.14: Không có closer node trong perimeter



4.4.3 Đồ thị phẳng

Một đồ thị hình học mà không có 2 cạnh cắt chéo nhau được gọi là phẳng

(planar). Xét một tập hợp những node với vùng phủ sóng giống nhau là vòng tròn

có bán kính r, tập hợp này có thể được xem là một graph: mỗi node là một đỉnh,

cạnh (n,m) tồn tại giữa 2 node n; m nếu khoảng cách giữa n và m là d(n,m) ≤ r.

Một graph mà những cạnh của nó có được bởi một ngưỡng khoảng cách giữa

những đỉnh được gọi là unit graph.

Karp đã trình bày 2 giải thuật để thực hiện planar những đồ thị: Relative

Neighborhood Graph (RNG) và Gabriel Graph (GG). RNG, GG sẽ thực hiện

việc loại bỏ một số cạnh trong graph và tạo ra một mạng lưới không có những kết

nối cắt chéo nhau.

4.4.3.1 RNG

Giả sử các đỉnh được biết vị trí, RNG được định nghĩa như sau:

Một cạnh (u,v) tồn tại giữa đỉnh u và v nếu khoảng cách giữa chúng, d(u,v),

nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách từ đỉnh u hoặc v đến một đỉnh w bất kỳ.

Phương trình có dạng:

∀w ≠ u, v : d (u,v) ≤ max[d (u, w), d (v, w)]

Hình 4.15: RNG graph

Hình 4.15 miêu tả về cách xây dựng RNG. Đường ranh giới của hình lưỡi

liềm là phần giao nhau của hai vòng tròn u và v có bán kính d(u,v). Đối

với phương pháp RNG, trong vùng giao nhau này phải không có bất kỳ node w



nào, khi đó cạnh (u,v) mới tồn tại, nếu có node w trong vùng này, giải thuật RNG

sẽ loại bỏ cạnh (u,v) ra khỏi graph.

Chú ý rằng khi cạnh (u,v) bị loại bỏ ra khỏi graph chỉ khi có sự tồn tại của một

node w trong vùng phủ sóng của cả u và v. Do đó, mạng lưới sẽ không bị mất kết

nối do việc loại bỏ các cạnh theo giải thuật RNG.

Theo cơ chế beacon đã được đề cập ở trên, tất cả những node đều biết thông tin

vị trí của các node lân cận. Bắt đầu từ bảng lân cận N, mỗi node u có thể loại bỏ

những kết nối non-RNG như sau:

4.4.3.2 GG

GG được định nghĩa như sau:

Một cạnh (u,v) tồn tại giữa đỉnh u và v nếu không có một đỉnh w khác hiện

diện trong hình tròn có bán kính uv . Phương trình có dạng:

∀w ≠ u, v : d 2 (u, v) < [d 2 (u, w) + d 2 (v, w)]

u v

w

Hình 4.16: GG graph



Hình 4.16 diễn tả cách thực hiện giải thuật GG. Gọi m là trung điểm của uv , khi

đó node u có thể loại bỏ những kết nối non-GG từ bảng lân cận N của nó như sau:

4.4.4 Kết hợp giữa Greedy Forwarding và Perimeter Forwarding

Giao thức GPSR là sự kết hợp giữa 2 giải thuật Greedy Forwarding với Perimeter

Forwarding. Tất cả các node duy trì bảng danh sách node lân cận, trong bảng này

chứa địa chỉ và vị trí tất cả các node lân cận trong 1 hop. Bảng này cung cấp tất

cả các trạng thái cho quyết định chuyển tiếp.

Header gói GPSR bao gồm cờ dùng để xác định mode Greedy hay Perimeter.

Tất cả các gói đều khởi tạo với mode Greedy. Gói nguồn chứa thông tin vị trí node

đích và thông tin này không bị thay đổi trên quá trính truyền.

Mỗi khi nhận một gói dữ liệu với mode Greedy để chuyển, thì node đó tìm một

node lân cận gần nhất đến đích trong danh sách node lân cận của nó. Nếu node

lân cận này gần đến đích hơn nó thì nó sẽ chuyển gói đến node lân cận đó. Trong

trường hợp không có node lân cận gần hơn nó, thì node sẽ đánh dấu gói chuyển

sang chế độ Perimeter. Thực hiện xong một Perimeter, thì node đó sẽ kiểm tra

xem có thực hiện được mode Greedy không, nếu có thì chuyển sang mode

Greedy, còn không thì tiếp tục sử dụng mode Perimeter, quá trình được lập đi

lập lại cho đến khi gói dữ liệu đến đích.



CHƯƠNG 5: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG

NS-2, MOVE VÀ SUMO

Chương này giới thiệu chương trình Network Similator 2 (NS-2),MOVE và

SUMO được sử dụng để mô phỏng các giao thức AODV, GPSR theo sự thay đổi

của các kịch bản khác nhau trong đồ án này.Các mô phỏng xét đến ảnh hưởng của

vận tốc chuyển động tại các node, pause time,số node mô phỏng trong mạng. Chi

tiết về các tình huống mô phỏng, các kết quả mô phỏng cùng với nhận xét, đánh

giá là trọng tâm của chương này.

5.1 Phần mềm NS-2

5.1.1 Tổng quan về NS-2

NS-2 là một công cụ giả lập mạng được sử dụng rất phổ biến trong các nghiên cứu

khoa học về mạng, nó được phát triển trong một phần của dự án VINT-Virtual

Internet Testbed được viết bằng ngôn ngữ C++ và sử dụng ngôn ngữ tạo kịch bản

OTcl để tạo các cấu hình ở mức giao diện bên trên. Đây là dự án được sự cộng tác

của nhiều viện nghiên cứu như UC Berkeley, USC/ISI, LBL, AT&T, XEROX PARC

và ETH.

Mục đích của NS-2 là tạo ra một môi trường giả lập cho việc nghiên cứu, kiểm tra,

thiết kế các giao thức, các kiến trúc mới, so sánh các giao thức và tạo ra các mô hình

mạng phức tạp. Phiên bản thứ nhất của NS được phát triển vào năm 1995 và phiên

bản thứ hai ra đời vào năm 1996. NS-2 là phần mềm mã nguồn mở có thể chạy được

trên nền của Linux và Window.

5.1.2 Các chức năng của NS-2

NS-2 hỗ trợ khá đầy đủ các mô phỏng về mạng có dây cũng như không dây.

Xin được liệt kê lại một số chức năng hỗ trợ của NS2 như sau:

5.1.2.1 Mạng có dây

• Định tuyến: DV, LS, PIM-SM.



• Các giao thức TCP, UDP…

• Web, fpt, telnet, cbr…

• Drop-tail, RED, FQ…

• Quality of servive: Int-Serv và Diff-Serv.

5.1.2.2 Mạng không dây

• Định tuyến trong VANET: AODV, DSR, AOMDV, GPSR

• Mạng hỗn hợp: Wired-cum-wireless Networks.

• Mobile IP.

• Vệ tinh.

• Senso-MAC.

• Mô hình về năng lượng của các thiết bị di động.

• Tracing: theo dõi, xuất ra các file ghi nhận dạng text.

5.1.3 Kiến trúc của NS-2

NS-2 là một công cụ giả lập hướng đối tượng được viết bằng ngôn ngữ C++ trong

phần nhân và ngôn ngữ thông dịch OTcl ở phần giao tiếp.

Bộ giả lập NS-2 bao gồm 3 module chính:

• Module nhân được gọi là Compiled Hierarchy.

• Module giao tiếp được gọi là Interpreted Hierarchy.

• Module liên kết là module có tác dụng như một lớp keo dùng để gắn kết

các lớp, các đối tượng, các biến tương ứng trong hai module nhân và

module giao tiếp với nhau.

Kiến trúc chung của hai module nhân và module giao tiếp bao gồm một hệ thống

phân cấp các lớp có quan hệ kế thừa nhau. Hai module này có quan hệ mật thiết với

nhau: một lớp trong module giao tiếp OTcl có ánh xạ một-một với lớp tương ứng

trong module nhân thông qua module liên kết như đã trình bày ở trên. Lớp gốc của

hệ thống phân cấp này là lớp TclObject. Khi người dùng tạo một đối tượng trong

trình thông dịch OTcl, thì trình thông dịch này sẽ thông dịch đối tượng vừa được



tạo, sau đó ánh xạ đến đối tượng tương ứng trong module nhân. Các lớp trong

module giao tiếp OTcl sẽ tự động thiết lập các ánh xạ tương ứng đến các lớp trong

module nhân thông qua lớp TclClass của module liên kết.

Hình 5.1: Kiến trúc tổng quan của NS

NS-2 được xây dựng trên nền của hai ngôn ngữ là OTcl và ngôn ngữ C++ nhằm để

đáp ứng yêu cầu của môi trường giả lập: các thành phần mạng có tính chất chi tiết

bên dưới hoặc chi tiết cài đặt của các giao thức, các thành phần mạng đòi hỏi cần có

một ngôn ngữ có tốc độ xử lý cao, trong khi đó, môi trường tương tác với người

dùng cần phải đơn giản, dễ sử dụng trong việc thiết lập, cấu hình các tham số của

các đối tượng và có thể thay đổi một cách linh hoạt.

C++ có đặc điểm là chạy nhanh nhưng hơi khó trong việc viết code và thay đổi mã

nguồn nên thích hợp cho việc cài đặt các chi tiết bên dưới. OTcl thì ngược lại, chạy

chậm nhưng dễ dàng viết code và thay đổi cấu hình nên dùng để tạo các giao tiếp

với người dùng. Do đó, NS-2 đã tận dụng các ưu điểm của hai ngôn ngữ trên để

tích hợp vào trong môi trường giả lập của mình: C++ được dùng để cài đặt trong

phần nhân của NS, xây dựng nên kiến trúc của nhân, thiết kế chi tiết của các giao

thức, các thành phần mạng, xử lý các tiến trình trên các node, … Trong khi OTcl

dùng để xây dựng cấu trúc, topology, cấu hình các tham số cho mạng được dùng

cho việc giả lập của người dùng.



Hình 5.2: Mô hình đơn giản của NS

Tùy theo mục đích của người sử dụng trong việc tạo kịch bản giả lập mạng mà kết

quả giả lập có thể được lưu trữ lại trong các file để các ứng dụng khác phân tích.

Các ứng dụng dùng để phân tích kịch bản giả lập trong NS-2:

• Ứng dụng NAM (Network Animator Tool) phân tích các file .nam.

• Ứng dụng Perl phân tích các file .tr

Hình 5.3: Mô hình hoạt động của NS-2

5.1.4 Các thành phần cấu hình mạng trong NS-2

5.1.4.1 Lớp Simulator

Trong bộ công cụ giả lập NS-2,lớp quan trọng nhất là lớp Simulator. Nó cung cấp

các thủ tục, giao tiếp để tạo, quản lý topology và lưu giữ các tham số cấu hình của



các thành phần trong topology. Thông thường, các kịch bản giả lập thường bắt đầu

bằng việc tạo một thể nghiệm của lớp Simulator để điều khiển và thực hiện việc giả

lập, sau đó gọi các phương thức để tạo các node, topo và cấu hình cho các node, các

liên kết, ứng dụng …

Khởi tạo đối tượng Simulator

Cú pháp để khởi tạo một đối tượng Simulator như sau:

set ten_doi_tuong [new Simulator]

Ví dụ: set ns_ [new Simulator]

Sau khi khởi tạo đối tượng thì thủ tục khởi tạo sẽ thực hiện các công việc:

+ Khởi tạo định dạng của gói dữ liệu (gọi hàm create_packetformat).

+ Tạo một bộ lập lịch (scheduler) , mặc định là calendar scheduler.

+ Tạo một “null agent” . null agent được tạo bằng cú pháp:

set nullAgent_ [new Agent/Null]

Các bộ lập lịch và các sự kiện

Hiện tại NS-2 cung cấp bốn bộ lập lịch cho công cụ giả lập:

+ List scheduler.

+ Heap Scheduler.

+ Calendar scheduler.

+ Real time scheduler.

Qui trình làm việc của bộ lập lịch như sau: Bộ lập lịch các sự kiện sẽ chọn sự kiện

kế tiếp gần nhất trong bộ lập lịch để thực thi, sau khi thực thi xong sẽ trở về để thực

thi sự kiện kế tiếp. Đơn vị thời gian dùng trong bộ lập lịch được tính bằng giây.

Hiện tại, bộ công cụ giả lập chỉ sử dụng tiến trình đơn, tức là tại một thời điểm chỉ

có một sự kiện được xử lý. Nếu có nhiều sự kiện trong bộ lập lịch thì sự kiện nào

vào trước sẽ được xử lý trước. Trong mỗi kịch bản giả lập chỉ được sử dụng một bộ

lập lịch.

Bộ lập lịch List Scheduler (lớp Scheduler/List): được cài đặt dựa trên cấu trúc

dữ liệu danh sách liên kết đơn. Bộ lập lịch này dùng thời gian để phân biệt thứ tự



các sự kiện. Vì vậy, khi thêm hoặc xóa một sự kiện cần phải tìm kiếm cả danh sách

để chọn một entry thích hợp. Khi chọn sự kiện kế tiếp để thực thi thì cần phải dời

các sự kiện còn lại lên một vị trí.

Bộ lập lịch Heap Scheduler (lớp Scheduler/Heap): dùng cấu trúc dữ liệu Heap

để cài đặt. Cấu trúc dữ liệu này cao cấp hơn so với danh sách liên kết vì lưu trữ

được nhiều sự kiện hơn. Độ phức tạp của các thao tác thêm, xóa bằng O(log n)

tương ứng với n sự kiện.

Bộ lập lịch Calendar Scheduler (lớp Scheduler/Calendar): sử dụng cấu trúc dữ

liệu tương tự như lịch tính dương lịch, mà các sự kiện cùng ngày, tháng của các năm

khác nhau có thể được lưu trữ trong cùng một ngày.

Bộ lập lịch thời gian thực Real-Time Scheduler (lớp Scheduler/RealTime)

đồng bộ thực thi các sự kiện trong thời gian thực. Bộ lập lịch này vẫn đang trong

giai đoạn phát triển.

Các phương thức khác

Lớp Simulator còn cung cấp thêm một số phương thức cho việc cài đặt các thông số

cho việc giả lập. Các phương thức này bao gồm ba loại:

Các phương thức tạo, quản lý các node, topo và các liên kết.

Các phương thức thực hiện việc ghi nhận kết quả của quá trình giả lập.

Các phương thức trợ giúp tương tác với bộ lập lịch.

Các phương thức bao gồm:

Simulator instproc now: trả về thời gian hiện tại.

Simulator instproc at args: thực thi sự kiện ở thời điểm cụ thể.

Simulator instproc cancel args: hủy bỏ việc thực thi sự kiện.

Simulator instproc run args: bắt đầu khởi động bộ lập lịch.

Simulator instproc halt: dừng bộ lập lịch.

Simulator instproc flush-trace: xóa tất cả các dấu vết ghi trong bộ.

Simulator instproc create-trace type files src dst: tạo đối tượng dấu vết.

Simulator instproc create_packetformat: thiết lập định dạng gói dữ liệu.



5.1.4.2 Cấu hình node

Tạo node

Để tạo một node trong Tcl ta dùng cú pháp:

set ns_ [new Simulator]

$ns node

Một node trong NS chứa ít nhất các thành phần sau:

+ Địa chỉ hoặc số ID, giá trị này khởi tạo bằng 0, và tuần tự tăng 1 đơn vị khi

có một node mới được tạo ra.

+ Danh sách các node lân cận của nó (neighbor_).

+ Danh sách các Agent (agent_ ).

+ Loại node (nodetype_ ).

+ Module định tuyến của node.

Cấu hình cho mobile node

Cấu hình cho node chủ yếu tập trung vào không dây. Bao gồm các thông số sau: loại

cấu trúc địa chỉ sử dụng là địa chỉ đẳng cấp hay phân cấp, định nghĩa các thành

phần mạng cho mobilenode: địa chỉ MAC, loại Antenna, sóng truyền, lựa chọn giao

thức định tuyến, định nghĩa mô hình năng lượng, …

set topo [new Topography]

$ns_ node-config -addressingType hierarchical \

-adhocRouting AODV \

-llType LL \

-macType MAC/802_11 \

-ifqType Queue/DropTail/PriQueue \

-ifqLen 50 \

-antType Antenna/OmniAntenna \

-propType Propagation/TwoRayGround \

-phyType Phy/WirelessPhy \

-topologyInstance $topo \

-channel Channel/WirelessChannel \



-agentTrace ON \

-routerTrace ON \

-macTrace OFF \

-movementTrace OFF

Giá trị mặc định của các tham số trên là NULL, ngoại trừ addressingType có giá trị

mặc định là flat.

Cấu hình cho Base-Station node

Cấu hình cho Base-Station Node tương tự như cấu hình của Moblie Node. Tuy

nhiên, Base-Station có khả năng định tuyến đến mạng có dây trong khi Mobile Node

thì không có khả năng đó. Do đó, để cấu hình cho Base-Station Node, ta thêm thuộc

tính:

$ns_ node-config –wiredRouting ON

Tạo liên kết cho các node

Trong NS-2 có hai loại liên kết các node:

Liên kết đơn công.

Liên kết song công.

Liên kết đơn công là loại liên kết theo kiểu point-to-point giữa hai node mà chỉ có

một node truyền và một node nhận. Lớp tương ứng trong OTcl của liên kết đơn

công là lớp SimpleLink. Cú pháp của liên kết đơn công giữa hai node:


$ns_ simplex-link <node0> <node1> <bandwidth><delay>< queue_type>

Câu lệnh trên tạo ra một liên kết từ node0 đến node1 với một giá trị băng thông

bandwidth, thời gian trễ giữa hai lần truyền delay và liên kết sử dụng loại hàng đợi

queue_type.

Liên kết song công cũng là liên kết point-to-point giữa hai node nhưng mỗi node

đều có khả năng vừa truyền và vừa nhận, tức liên kết song công là hai liên kết đơn

công. Cú pháp cũng tương tự như liên kết đơn công:




$ns_ duplex-link <node0> <node1> < bandwidth> <delay> < queue_type>

5.1.4.3 Các Agent trong NS-2

Agent hay có thể gọi là giao thức ở tầng mạng hoặc ở tầng vận tải dùng để xử lý các

gói tin khi node nhận được. Lớp Agent được cài đặt một phần trong Otcl và một

phần trong C++. Trong OTcl là file ~ns/tcl/ns-agent.tcl, trong C++ là các file

~ns/agent.cc và ns/agent.h.

UDP Agent

UDP agent được cài đặt bên node gởi dữ liệu và cũng có thể được cài đặt bên node

nhận. Agent này là agent phi hướng kết nối, tức là không có cơ chế để phát hiện gói

tin bị mất khi truyền, và truyền lại gói tin khi bị mất. Nó chỉ thích hợp cho những

ứng dụng không đòi hỏi độ chính xác cao, và chấp nhận chịu sự mất mát dữ liệu.

Các cú pháp thông dụng dùng để thiết lập UDP agent trong NS-2:

+ Tạo một thể nghiệm của đối tượng UDP agent:

set udp0 [new Agent/UDP]

+ Kết nối agent UDP cho node:

$ns_ attach-agent <node> <age>

+ Cài đặt ứng dụng cho agent:

$traffic-gen attach-agent <agent>

Ví dụ: Để cài đặt ứng dụng CBR cho agent udp1, ta có cú pháp:

set cbr1 [new Application/Traffic/CBR]

$cbr1 attach-agent $udp1

+ Tạo một kết nối giữa hai agent:

$ns_ connect <src-agent> <dst-agent>

Các thông số thiết lập chi tiết cho agent UDP:

$udp set packetSize_ <pktsize>

$udp set dst_addr_ <address>

$udp set dst_port_ <portnum>

$udp set class_ <class-type>



$udp set ttl_ <time-to-live>

TCP Agent

Trong NS-2, TCP agent được chia làm hai loại:

+ Agent một chiều.

+ Agent hai chiều.

Agent một chiều là những agent chỉ đóng một trong hai vai trò hoặc là bên gởi hoặc

là bên nhận. Trong khi đó, agent hai chiều là agent đóng cả hai vai trò vừa là bên

nhận, vừa là bên gởi. Hiện nay, agent này vẫn đang được phát triển.

Các agent một chiều ở bên gởi (one-way TCP sending agents) đã cài đặt trong NS:

+ Agent/TCP.

+ Agent/TCP/Reno.

+ Agent/TCP/Newreno.

+ Agent/TCP/Sack1.

+ Agent/TCP/Vegas.

+ Agent/TCP/Fack.

Các TCP agent một chiều ở bên nhận (one-way TCP receiving agents):

+ Agent/TCPSink.

+ Agent/TCPSink/DelAc

+ Agent/TCPSink/Sack1.

+ Agent/TCPSink/Sack1/DelAck.

TCP agent hai chiều (two-way TCP agent):

+ Agent/TCP/FullTcp.

5.1.4.4 Lớp ứng dụng (Application)

Trong NS-2 có hai loại ứng dụng cơ bản: ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng

(traffic generator) và ứng dụng giả lập mạng (simulated applications).

Ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng (Traffic Generator)

Ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng có thể chia làm ba loại: exponential, pareto

và CBR.



• Đối tượng Exponential (Application/Traffic/Exponential): phát sinh lưu

lượng mạng theo hai trạng thái ON/OFF. Ở trạng thái “ON”, các gói dữ

liệu được phát sinh theo một tốc độ truyền không đổi. Ngược lại, trong

trạng thái “OFF”, không phát sinh lưu lượng mạng. Các tham số cấu hình

cho đối tượng:

PacketSize_ : kích thước của gói dữ liệu.

burst_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái ON.

idle_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái OFF.

rate_ : tốc độ gởi các gói dữ liệu.

• Đối tượng Pareto (Application/Traffic/Pareto): cũng phát sinh lưu lượng

mạng theo hai trạng thái ON, OFF. Các tham số cấu hình:


burst_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái ON.

idle_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái OFF.

rate_ : tốc độ gởi các gói dữ liệu.

• Đối tượng CBR (Application/Traffic/CBR): dùng để phát sinh các gói dữ

liệu theo một tốc độ bit không đổi. Các tham số cấu hình:


rate_ : tốc độ truyền dữ liệu.

interval_ : khoảng thời gian giữa hai lần truyền dữ liệu.

random_ : phát sinh tín hiệu nhiễu một cách ngẫu nhiên. Giá trị mặc

định là off.

maxpkts_ : số packet lớn nhất được truyền đi.

Ứng dụng giả lập mạng (Simulated Applications)

FTP (Application/FTP) là ứng dụng dùng để truyền tải các file qua mạng. Các

phương thức đã được cài đặt trong NS-2:

attach-agent: gắn ứng dụng FTP lên agent vận tải.

start: khởi động ứng dụng FTP.

stop: ngừng ứng dụng.



Tham số cấu hình:

maxpkts: số gói dữ liệu lớn nhất được phát sinh ở bên gởi.

Telnet (Application/Telnet) dùng để phát sinh các gói dữ liệu theo một

trong hai cách dựa vào biến interval_ . Mặc định , giá trị này bằng 0.

5.1.5 Mạng không dây di động trong NS-2

5.1.5.1 Môi trường của các node di động

Chương trình NS-2 hỗ trợ mô phỏng các node di động được dựa trên cơ sở một

kiểu môi trường được chia sẻ (Ethernet trong không khí). Điều này nghĩa là tất

cả các node di động có một hoặc nhiều giao diện mạng, các giao diện này được

kết nối vào kênh truyền. Một kênh tượng trưng cho một tần số vô tuyến cụ thể

với cách điều chế và mô hình mã hóa cụ thể. Các kênh thì trực giao, nghĩa là các

gói gởi trên một kênh không gây trở ngại đến việc truyền và nhận của các gói

trên kênh khác. Hoạt động cơ bản như sau: mỗi gói được gởi/gán vào kênh được

nhận/sao chép đến tất cả các node di động được kết nối đến cùng một kênh. Khi

một node di động nhận một gói, đầu tiên nó xác định nếu nó có thể cho nó nhận

gói. Điều này được xác định bởi kiểu phát vô tuyến, trên cơ sở tầm truyền,

khoảng cách mà gói đã gởi và số lượng các lỗi bit.

Hình 5.4: Môi trường mô phỏng mạng di động

5.1.5.2 Node di động

Hình 5.2 chỉ ra sơ đồ nguyên lý hoạt động của một node di động. Mỗi node di

động sử dụng các agent định tuyến cho mục đích tính toán các đường đi đến các



node khác trong mạng VANET. Các gói được gởi từ lớp ứng dụng và được nhận

bởi các agent định tuyến. Agent quyết định một đường đi mà gói phải đi để đến

đích của nó và ghi dấu nó với các thông tin này. Sau đó nó gởi gói xuống lớp liên

kết (link layer), lớp liên kết dùng một ARP để quyết định địa chỉ phần cứng của

các node kế cận và ánh xạ địa chỉ IP đến các giao diện đúng của nó. Khi thông

tin này được nhận biết, gói được gởi xuống hàng đợi giao diện và đợi tín hiệu từ

nghi thức MAC.

Khi lớp MAC quyết định được phép gởi nó vào kênh truyền, nó lấy các gói ra

từ hàng đợi và đưa nó đến giao diện mạng, nơi đó sẽ cho phép gởi gói vào

kênh vô tuyến. Gói này được sao chép và phân phối đến tất cả các giao diện

mạng trong hệ thống vật lý. Mỗi giao diện mạng ghi dấu gói với các tính chất

các giao diện nhận và sau đó yêu cầu kiểu phát.

Hình 5.5: Node di động



Phía phát sử dụng các ghi dấu việc truyền và nhận để xác định công suất mà

giao diện sẽ nhận gói. Các giao diện mạng nhận sau đó dùng các tính chất này

để xác định nếu chúng nhận các gói thành công và sau đó gởi nó đến lớp MAC

thích hợp. Nếu lớp MAC nhận gói lỗi và xung đột, tự động, nó chuyển gói đến

Entry point. Từ đó nó đến một bộ demultiplexer, nơi quyết định sẽ làm gì cho

các gói được phân phối. Nếu gói tiếp tục được chuyển lại, agent định tuyến sẽ

được gọi và thủ tục sẽ được gọi lại. Để đánh giá sự thực hiện một nghi thức

trong một mạng VANET, cần thiết phải kiểm tra nghi thức đó dưới các điều kiện

thực tế, đặc biệt là sự di động của các node mobile. Đã có nhiều nghiên cứu đề

nghị các mô hình di động khác nhau cho các node di động như: Random Walk

Mobility, Random Waypoint Mobility, Random Direction Mobility.

• Random Walk Mobility

Đây là một mô hình dựa vào hướng và tốc độ ngẫu nhiên. Bằng việc chọn một

cách ngẫu nhiên một hướng trong khoảng (0-2π) và tốc độ từ 0-Vmax, node di

động di chuyển từ một vị trí hiện tại của nó. Việc tính toán lại tốc độ và hướng

thực hiện sau khi đưa ra một thời gian và một khoảng các nào đó. Đây là mô

hình không nhớ. Các hướng và tốc độ di chuyển trong tương lai hoàn toàn tự

do, không phụ thuộc vào các tốc độ và hướng trong quá khứ. Đây chính là

nguyên nhân gây ra sự di động không thật, chẳng hạn như ngoặt chuyển

hướng đột ngột hay là dừng đột ngột. Nếu thời gian hay khoảng cách xác định

ngắn, node chỉ di chuyển trong một khu vực rất hạn chế trong phạm vi mô

phỏng.

• Random Waypoint Mobility

Đây là mô hình được sử dụng rất nhiều để sử dụng mô phỏng trong các

nghiên cứu về mạng. Trong mô hình này, một mobile node bắt đầu mô

phỏng bằng việc đợi một khoảng thời gian xác định, thông số này gọi là

pausetime. Sau thời gian này, nó chọn một đích ngẫu nhiên trong phạm vị mô

phỏng và một tốc độ ngẫu nhiên phân bố đều giữa 0 m/s và V m/s (với V là



vận tốc tối đa mà node có thể di chuyển). Sau khi đến được điểm đích của

nó, mobile node đợi lại một khoảng thời gian pause time trước khi chọn một

điểm đích và tốc độ mới để di chuyển.

• Random Direction Mobility

Để giảm mật độ sóng vô tuyến trong số lượng trung bình các lân cận của

kiểu di động Random Waypoint Model, kiểu di động Random Direction

Mobility Model đã được xây dựng. Mật độ sóng là cụm các node trong một

phần của khu vực mô phỏng. Đối với kiểu Random Waypoint Mobility

Model, xác suất chọn một vị trí gần trung tâm hay một điểm đường đi yêu

cầu di chuyển qua khu vực trung tâm là cao. Kiểu di động thứ 3 được xây

dựng để ngăn chặn điều này và nâng cao số lượng các lân cận semi-constant.

Mobile node chọn một hướng và di chuyển tới biên giới khu vực mô phỏng.

Nếu tới đường biên giới thì node sẽ ngừng trong một khoảng thời gian xác

định và sau đó chọn một hướng mới và tiếp tục xử lý. Bởi vì ngừng tại đường

biên giới nên việc tính toán hop cho mô hình này sẽ cao hơn nhiều so với

hầu hết các mô hình di cộng khác.

5.1.6 Các công cụ mô phỏng trong NS-2

5.1.6.1 Công cụ Network Animator (NAM)

NAM là công cụ về hình ảnh minh họa trong quá trình mô phỏng, thể hiện các

tình huống mô phỏng như sự bố trí và di chuyển của các phần tử tham gia trong

mạng, cũng như quá trình truyền gói (đối với mạng có dây) một cách trực quan.

5.1.6.2 Công cụ xử lý file dữ liệu

Chương trình mô phỏng mạng NS-2 tạo ra file trace ghi lại toàn bộ các hoạt

động trong mạng như: thời gian truyền gói; nhận gói, kích thước gói, ID gói, loại

gói (CBR, TCP, gói giao thức…)… NS-2 trình bày một số công cụ dùng để xử

lý file: perl, awk để phân tích số liệu và gnuplot; xgraph để vẽ đồ thị. Trong đồ

án này sử dụng hàm perl để thực hiện lấy và phân tích những số liệu trong mạng.

Hàm perl được trình bày ở phần phụ lục của đồ án này



5.2 Phần mềm MOVE


Công cụ MOVE được xây dựng lên đầu của một mô phỏng giao thông vi mô nguồn

mở SUMO.Xuất ra của MOVE là một file trace di động mà trong đó có chứa thông

tin về các trạng thái chuyển động thực tế của các xe và được sử dụng ngay lập tức

bởi các công cụ mô phỏng phổ biến như NS-2. MOVE cho phép người dùng nhanh

chóng tạo ra mô hình VANET di động thực tế trên hai khía cạnh:giao tiếp với các cơ

sở dữ liệu bản đồ thế giới thực như TIGER hay Google Earth,MOVE cho phép

người sử dụng thuận tiện kết hợp các bản đồ đường thực tế vào mô phỏng.Ngoài ra

bằng phương pháp cung cấp một thiết lập các giao diện đồ họa cho người dùng tự

động hóa các mô phỏng các trường hợp được sinh ra,MOVE cho phép người dùng

nhanh chóng tạo ra một kịch bản thực tế mà không gặp rắc rối bằng các kịch bản mô

phỏng trên lý thuyết cũng như học hỏi về các chi tiết nội bộ của mô phỏng.Các cấu

trúc của MOVE được thể hiện trong hình 5.6

Hình 5.6: Cấu trúc của MOVE



5.2.2 Cấu trúc của MOVE

MOVE hiện tại đang triển khai thực hiện trong java và chay trên mô phỏng giao

thông vi mô nguồn mở SUMO.MOVE bao gồm 2 thành phần chính:Trình biên tập

bản đồ và biên tập trạng thái hoạt động của các xe và được thể hiện trong hình 5.7

Hình 5.7: Giao diện tạo ra mô hình di động cho VANET

Trình biên tập bản đồ được sử dụng để tạo ra các cấu trúc liên kết đường đi.Hiện

nay,chúng tôi cung cấp ba cách khác nhau để tạo ra một cái bản đồ đường bộ:bản đồ

có thể được tự tạo ra bởi người sử dụng,được tạo ra một cách tự động,hay được đưa

vào từ các bản đồ thế giới hiện thực như các TIGER(Topologically Integrated

Geographic Encoding and Referencing) được sử dụng trong cộng đồng từ các cơ sở

dữ liệu từ cục điều tra của Mỹ.Trình biên tập hoạt động của các xe cho phép người

sử dụng có thể xác định được các chuyến đi của xe và các tuyến đường mà mỗi xe

sẽ đưa ra cho các chuyến đi của nó.Hiện tại thì đưa ra 3 phương pháp khác nhau để

xác định hoạt động của xe: mô hình hoạt động của một chiếc xe có thể được tự tạo



bởi người sử dụng,được tạo ra một cách tự động hay dựa trên một bảng thời gian

của một chiếc xe buýt để mô phỏng các hoạt động của phương tiện giao thông công

cộng.Các thông tin sẽ được người sử dụng cài vào trong trình biên tập bản đồ và

trình biên tập hoạt động của các xe và sau đó được đưa vào SUMO để tạo ra một cái

tập tin trace di động mà có thể được sử dụng ngay lập tức bởi một công cụ mô

phỏng như NS-2 để mô phỏng thực tế các xe chuyển động.Người dùng cũng có thể

hiển thị hóa tạo ra một file trace bằng cách click vào nút “Visualization” trên menu

chính,như trong hình 5.8

Hình 5.8: Mô hình thể hiện sự chuyển động của các xe

Một trong những cái chi phí lớn mà trước khi bắt đầu nghiên cứu sử dụng mô phỏng

là để tìm hiểu một cách chi tiết bên trong của các công cụ giả lập và viết ra một kịch

bản mô phỏng cụ thể để tạo ra các kịch bản mô phỏng khác nhau cho các vấn đề

nghiên cứu.Để làm giảm chi phí như vậy,MOVE cũng cung cấp một giao diện để tự

động tạo ra một kịch bản mô phỏng dựa vào các thông số mà người sử dụng thiết

lập vào MOVE.Hiện tại đang hỗ trợ tự động tạo ra kịch bản mô phỏng của NS-2

được thể hiện trong hình 5.9



Hình 5.9: Kịch bản giao thông trong NS-2

5.2.2.1 Soạn thảo bản đồ

Trong MOVE,bản đồ đường bộ có thể được tạo ra bằng tay,tự động hay được đưa

vào từ một bản đồ thế giới thực tế.Các loại bản đồ được tao bằng tay được yêu cầu

đưa vào hai loại thông tin:các node và các cạnh.Một node là một điểm trên bản

đồ,có thể là một đường giao nhau hoặc một điểm kết thúc của con đường.Hơn nữa

các node giao nhau có thể là một node giao thông bình thường hoặc các điểm đèn

giao thông.Cạnh là đường kết nối hai điểm (node) trên bản đồ.Các thuộc tính liên

quan đến cạnh bao gồm giới hạn tốc độ,số lượng làn xe,đường ưu tiên và chiều

dài.Hình 5.10 cho thấy ảnh chụp nhanh của soạn thảo các node và soạn thảo các

cạnh

(a) Node Editor



(a) Edge Editor

Hình 5.10: Giao diện biên tập các node và các cạnh trong MOVE

Chúng tôi cũng đã tích hợp Google Earth vào MOVE để tạo điều kiện thuận lợi cho

việc tạo ra các node trong điều chỉnh thực tế.Google Earth là một công cụ cho phép

người sử dụng xem được các hình ảnh bản đồ từ vệ tinh của bất kỳ các nơi nào trên

trái đất.Một trong những chức năng mà Google Earth cung cấp được gọi là “thực

hiện vị trí”cho phép người sử dụng đặt một điểm bất kỳ trên vị trí của bản đồ

Google Earth.Mỗi điểm vị trí đó chứa các thông tin về kinh độ và vĩ độ của các địa

điểm đã được lựa chọn và có thể được lưu vào một tập tin có định dạng KML.Do đó

người ta có thể xác định vị trí các node trên Google Map và sau đó xuất ra các thông

tin node bằng cách xử lý các tập tin KML đã lưu.Điều này cho phép người sử dụng

MOVE có thể tự tạo ra một bản đồ cho bất kỳ các tuyến đường thực tế trên trái đất

cho mô phỏng của họ.Hình 5.11 cho chúng ta thấy một ví dụ của việc sử dụng

Google Earth để tạo ra các node cho các node giao thông lớn ở vùng ngoại ô thuộc

khu vực đông Sydney



Hình 5.11: Tạo bản đồ thực tế bằng sử dụng Google Earth

Các bản đồ đường bộ cũng có thể được tạo ra tự động mà không cần người sử dụng

đưa vào bất kỳ dữ liệu nào.Có 3 loại bản đồ ngẫu nhiên là các mạng lưới tọa độ khả

dụng hiện tại,mạng kiểu lưới nhện và mạng ngẫu nhiên.Có một số các thông số liên

quan đến các loại bản đồ ngẫu nhiên khác nhau như số lượng của các lưới,số lượng

của các trang bị trong mạng lưới nhện và các vòng tròn.Cuối cùng người ta có thể

tạo ra các bản đồ thực tế bằng cách đưa vào các cơ sở dữ liệu từ các bản đồ thế giới

thực tế đã áp dụng công khai.Hình 5.12 cho chúng ta thấy một bản đồ lưới điện

được tạo ra từ bản đồ ngẫu nhiên và bản đồ đường phố trong khu vực Houston dựa

vào tập tin cơ sở dữ liệu TIGER



(a) Bản đồ dạng lưới

(b) Bản đồ dạng tự do

(c)Bản đồ dạng thực tếHình 5.12: Các dạng bản đồ trong trình thiết lập bản đồ



5.2.2.2 Biên tập chuyển động của xe cộ

Các chuyển động của xe có thễ được tạo ra tự động hoặc bằng tay bằng cách sử

dụng trình biên tập hoạt động của xe.Để tự động tạo ra chuyển động của xe thì một

trong những cái yêu cầu đầu tiên là xác định một lưu lượng phương tiện trong đó mô

tả một tập hợp nhiều xe chuyển động theo cùng một hướng.Các thông số của từng

lưu lượng bao gồm các điểm bắt đầu từ đường đi và đích đến của lưu lượng,thời

gian bắt đầu và kết thúc lưu lượng,số lượng xe trong các lưu lượng và thời gian khởi

hành của chiếc xe.Ngoài ra,người sử dụng MOVE có thể xác định được xác xuất

của sự thay đổi hướng khác nhau tại mỗi ngã ba (ví dụ như:0,5 thì rẽ trái,0.3 thì rẽ

phải và 0.2 thì đi thẳng)trong trình biên tập.Trong hình 5.13 cho thấy một ảnh chụp

nhanh của trình biên tập lưu lượng.

Hình 5.13: Giao diện thiết lập lưu lượng của xe

Một phương pháp nữa có thể tạo ra chuyển động của xe bằng tay bằng cách sử dụng

chương trình biên tập hoạt động của các xe cho phép người sử dụng thiết lập một số



thuộc tính của các tuyến đường xe bao gồm số lượng các xe trong một lộ trình cụ

thể,thời gian khởi hành của xe,điểm bắt đầu và đích đến của chiếc xe,thời gian cho

toàn bộ lộ trình đi,tốc độ của xe (bao gồm tốc độ tối đa,tốc độ giảm và gia tốc).Hình

5.14 cho thấy hình ảnh của chương trình biên tập hoạt động của xe.

Hình 5.14: Thiết lập chuyển động của xe cộ

Lưu ý rằng ngoài việc mô phỏng thông tin liên lạc xe đến các xe thì công cụ cũng

rất hữu ích cho việc mô phỏng sự trao đổi thông tin từ xe đến các cơ sở hạ tầng (ví

dụ như truyền thông tin giữa các node di động và các node tĩnh ở bên cạnh

đường).Một node tĩnh có thể được tạo ra trong MOVE bằng cách thiết lập cho xe

với một vận tốc tối đa trong trình biên tập chuyển động của xe.

Truyền thông tích hợp trong gần đây đã trở thành chủ đề nghiên cứu phổ biến.Mô

hình mới của mạng chuyển động nhanh chóng thu hút sự quan tâm từ các nghiên

cứu cộng đồng và cũng đang được xem như là một giải pháp khả thi cho việc mở

rông các dịch vụ internet vào phương tiện giao thông công cộng.MOVE cho phép



người sử dung thiết lập môt bảng thời gian của xe buýt để mô phỏng các chuyển

động của giao thông công cộng.Mô hình xe buýt như là một loại xe trong đó có các

thông số tương tự như tốc độ,các tuyến đường,các loại xe khác liên kết với nó.Ngoài

ra một trong các yêu cầu cần là xác định thời gian khởi hành của xe đầu tiên và xe

cuối cùng thời gian giữa các xe để mô phỏng bảng thời gian cho xe buýt.Hình 5.15

cho thấy trình biên tập thiết lập thông tin tuyến đường xe buýt.

Hình 5.15: Kịch bản tuyến đường xe bus

5.2.3 Đánh giá

Trong phần này chúng tôi đánh giá tác động của mô hình di động được tạo ra bởi

MOVE trong việc thực hiện các giao thức định tuyến trong mạng Ad-Hoc.Chúng tôi

so sánh hiệu suất của các giao thức định tuyến được mô phỏng trong mạng khi sử

dụng với mô hình bản đồ thực tế,mô hình bản đồ thiết lập bằng tay và các mô hình

ngẫu nhiên khi sử dụng MOVE.



Các thí nghiệm mô phỏng đã được tiến hành trong NS-2.Mỗi mô phỏng kéo dài

1000s.Chúng tôi tạo ra trường hợp cho từ 50-150 node di chuyển trong khu vực có

diện tích 1934x1811 met vuông.Chúng tôi lấy khác nhau số lượng các node nguồn

là 15 cặp node.Một trong số đó là một nguồn lưu lượng truy cập CPA truyền gói

UDP có kích cỡ 64 kilobyte với tốc độ là 64 gói/giây.Tất cả các node sử dụng chuẩn

điều hành MAC 802.11 tại 2Mbps.Phạm vi truyền dẫn là 250m.Mô hình lan truyền

sử dụng trong mô phỏng là kiểu file log tạo bóng bình thường.Chúng tôi sử dụng

đường dẫn số mũ 2.56 với độ lệch chuẩn là 4.0 dựa trên các dữ liệu đo lường trong

thực tế từ một thử nghiệm mà trước đó.Cấu trúc liên kết đường bộ được tạo ra bởi

MOVE được dựa trên cơ sở dữ liệu TIGER.

5.3 SUMO

5.3.1. Giới thiệu

SUMO (Simulation of Urban Mobility) là một công cụ mô phỏng đa phương thức

được viết trên C++ dùng để mô phỏng các kích thước của một mạng lưới giao thông

đường bộ trong một thành phố và tạo ra một kịch bản mô phỏng giao thông phù hợp

với thực tế mà không có bất kỳ điều gì thay đổi,trong đồ án này công cụ SUMO sẽ

hỗ trợ cho phần mềm NS-2.

Khi mô phỏng đa phương thức,điều đó có nghĩa là không chỉ có các xe di chuyển

trong thành phố theo mô hình mà cũng có hệ thống giao thông công cộng trên mạng

đường phố bao gồm cả mạng lưới xe lửa thay thế,một phần mô phỏng của các phần

tử con người di chuyển trong mạng lưới thành phố.

Lưu lượng giao thông là mô phỏng một cách vi mô,điều này có nghĩa là mỗi chiếc

xe di chuyển trong mạng mô phỏng được mô hình hóa riêng có vị trí và vận tốc xác

định.Trong mỗi bước thời gian trong đó có khoảng thời gian là một giây thì các giá

trị này được cập nhật phụ thuộc vào chiếc xe phía trước và mạng lưới đường xe

đang chuyển động



Hình 5.16: Các lớp mô hình mô phỏng khác nhau (tính từ trái qua phải là mô hình

vĩ mô,mô hình vi mô và mô hình siêu vi mô)

5.3.1.2 Các tính năng của SUMO

Trong phiên bản hiện tại (0.12.3) thì SUMO có các tính năng sau đây:

-Sự va chạm tự do trong chuyển động của các xe

-Các loại xe khác nhau

-Nhiều làn đường vời sự thay đổi làn đường liên tục

-Tạo ra kết nối với nhiều làn xe với nhau

-Đinh tuyến trong mạng lưới di động

-Đầu vào là tập tin XML có thể được lan truyền trên một số tập tin khác để xử lý tốt

hơn

5.3.1.3 Mô hình điều khiển xe

Các mô hình hiện nay được sử dụng trong SUMO có khả năng hiển thị các tính năng

chính của giao thông như giao thông tự do và tắc nghẽn lưu lượng.Trong mỗi bước

thời gian thì tốc độ của xe được điều chỉnh cho phù hợp với tốc độ của xe đi trước



theo hướng có lợi cho cách xử lý hệ thống va chạm tự do trong các bước mô phỏng

sau.Vận tốc này được gọi là vận tốc an toàn và được tính bằng công thức sau đây:

V1(t):tốc độ của chiếc xe đi trước trong thời gian t

g(t): Khoảng cách với xe đi trước trong thời gian t

5.3.1.4 Tín hiệu đèn giao thông

Trong SUMO cho phép dễ dàng tạo ra các tín hiệu đèn giao thông cho một node

giao thông bất kỳ.Tín hiệu đèn giao thông đóng vai trò quan trọng trong quản lý

giao thông như cải thiện lưu lượng giao thông.Ngoài quy tắc theo hướng bên phải

thì mỗi một ngã ba mô phỏng có thể là một đường giao nhau có tín hiệu đèn giao

thông.



CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT

QUẢ

6.1 Thực hiện mô phỏng

Chương trình mô phỏng trong đồ án này là mô phỏng các giao thức sau:

AODV,AOMDV, DSR và GPSR để so sánh các giao thức với nhau để phù hợp với

mô hình VANET. Trong giao thức GPSR, phương pháp mặt phẳng hóa đồ hình

được sử dụng là RNG, và sử dụng dịch vụ vị trí GLS để xác định vị trí của các

node. Các kịch bản di động sử dụng phần mền MOVE để tại ra các kịch bản di

động của các nodes.


Mục tiêu mô phỏng:

Thực hiện mô phỏng so sánh các thông số (tỷ lệ phân phát gói, overhead routing

(bytes), End-to-End delay và hop count) của giao thức định tuyến theo cấu trúc

mạng AODV, AOMDV, DSR, GPSR trong hai kịch bản: Có tín hiệu giao thông và

không có tín hiệu giao thông. Sau đó đánh giá kết quả của các giao thức.

Công việc thực hiện mô phỏng

• Cài đặt chương trình mô phỏng NS-2 sử dụng gói ns-allinone-2.34.tar.gz

cho các giao thức AODV, AOMDV, DSR và gói ns-allinone-2.33.tar.gz

cho giao thức định tuyến theo vị trí GPSR. Gói ns-allinone-2.33.tar.gz và

ns-allinone-2.34.tar.gz được cài đặt trên hệ điều hành Linux.

• Mã lệnh C++ của AODV, DSR, AOMDV được tích hợp trong gói ns-

allinone-2.34.tar.gz

• Mã lệnh C++ của giao thức định tuyến GPSR được patch vào gói ns-

allinone-2.33.tar.gz.

• Sử dụng tiện ích MOVE để tạo ra các kịch bản mô phỏng ứng dụng CBR

cho mô phỏng.



• Viết hàm PERL xử lý file trace.tr (xem phụ lục B).

• Dùng chương trình gnuplot 4.4 để vẽ đồ thị hiển thị các kết quả mô phỏng

của các giao thức.

• Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng.

6.1.2 Các thông số đánh giá

Đồ án này thực hiện đánh giá các giao thức dựa trên những thông số sau:

Tỷ lệ phân bố gói (packet delivery ratio): thông số này xác định tỷ số giữa

số lượng gói nhận được tại các node đích và số lượng gói gởi tại các node

nguồn. Thông số này phản ánh sự chính xác trong các giao thức.

Packet delivery rate =∑

∑packetsdatasent

packetsdatareceived

Routing overhead (bytes): được tính bằng các lấy tổng số bytes chứa trường

header của gói RREQ. Ví dụ : Trong giao thức AODV, DSR, DSDV, AOMDV số

routing overhead chứa trong trường header của gói RREQ là 24 byte. Đối với giao

thức GPSR, số routing overhead được gửi trong gói beacon và gói dữ liệu gồm 4

byte cho x và 4 byte cho y, vận tốc của node được gởi kèm trong gói dữ liệu là 2

byte cho Vx; 2 byte cho Vy.

routing overhead(bytes)= ∑ RREQ)of(bytes

∑ += )packetsdataof)yV,xVy,bytes(x,beaconsof(bytesytes)overhead(brouting

End-to-End delay: thông số này lấy trung bình tổng thời gian truyền từ node

nguồn đến node đích. Nó đánh giá thời gian trễ của các gói trong quá trình truyền

từ nguồn tới đích.

n

n

1i)sendt-receive(t

delayend-to-end

∑==

tsend,i

: thời gian gói thứ i được gởi tại node nguồn



treceive,i

: thời gian gói thứ i nhận tại node đích.

v n: số gói dữ liệu nhận được tại các node đích

Hop count: thông số này lấy trung bình số hop truyền của các gói dữ liệu

nhận được. Nó đánh giá số lượng hop mà các gói dữ liệu đi qua để tới node đích.

n

n

1ihopnumber

counthop∑==

n: số gói dữ liệu nhận được tại các node đích

6.1.3 Các thông số mô phỏng

Chương trình mô phỏng được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng mạng NS-2,

trong đó mô hình truyền dẫn sóng là TwoRayGround, Mô hình MOVE sử dụng các

tiện ích để thực hiện tạo ra các kịch bản và ứng dụng CBR. Mô phỏng sử dụng

lớp vật lý và lớp MAC theo chuẩn IEEE 802.11. Mô hình truyền sóng trong mô

phỏng là dạng hai tia mặt đất (trong mô hình này không có vật cản trong không

gian mô phỏng). Anten là đẳng hướng. Vùng mô phỏng chia làm hai khu vực khu

vực tự thiết lập 700[m] x 700[m] và khu vực thực tế tại vùng Afton Oaks của

Mỹ 1934[m] x 1811[m] và trong đó bán kính phủ sóng của mỗi node được sử

dụng mặc định là giống nhau và bằng 250 [m].

Thời gian mô phỏng là 1000 [s], sử dụng Constant Bit Rate (CBR) trong mô

hình dữ liệu. Nguồn sẽ phát ra gói dữ liệu 64 byte với tốc độ 64 [packets/s].

Chương trình thực hiện mô phỏng 15 cặp nguồn-đích được chọn lựa ngẫu nhiên

để thực hiện truyền những gói dữ liệu. nhiễu ngẫu nhiên, kích thước hàng đợi

512byte…

6.2 So sánh các giao thức định tuyến

Trong đồ án này chúng ta sẽ mô phỏng các giao thức định tuyến AODV, AOMDV,

DSR và GPSR để đánh giá các thông số qua hai kịch bản đặc trưng nhất cho

VANET mà các mạng khác như : MANET, wireless sensor network không có.Đó là



ảnh hưởng của đèn giao thông và việc áp dụng một mô hình thực tế để truyền dẫn

dữ liệu.với kịch bản do phần MOVE tạo nên

6.2.1 Mô phỏng 1

Đánh giá ảnh hưởng của đèn tín hiệu giao thông lên các thông số: packet delivery

rate, ent-to-end delay, overhead routing, và hop count với 4 giao thức định

tuyến.Mô phỏng tạo ra hai kịch bản : đó là có các xe cộ di chuyển trên các đường

mà không có đèn tín hiệu giao thông và các xe di chuyển trên đường có tín hiệu giao

thông.Kịch bản này được tạo ra bởi phần mền MOVE.và các kịch bản xe chạy cũng

như bản đồ địa lý được thiết lập bằng tay trong MOVE.số lượng node là 50-60-70-

80-90-100-110-120-130-140-150 nodes và có 15 cặp gửi nhận dữ liệu.

Tham số Giá trịMô hình di động Random Waypoint

Mô hình truyền sóng Mô hình 2 tia mặt đất

Anten Anten đa hướng

MAC protocol IEEE 802.11

Diện tích mô phỏng 700x700[m2]

Bán kính phủ sóng của các node 250 [m]

Thời gian mô phỏng 1000 [s]

Pause time 0 [s]

Mẫu lưu lượng (Traffic pattern) CBR

Kích thước gói 64 [byte]

Tốc độ gởi gói 64 [packets/s]

Khoảng beacon 1 [s]

Vận tốc lớn nhất node có thể di chuyển 40 [m/s]

Bảng 6.1: Thông số mô phỏng



6.2.1.1 Đánh giá về Packet Delivery Ratio


hiệu giao thông của giao thức AODV

Theo hình cho ta thấy trong giao thức AODV thì kịch bản mô phỏng với tín hiệu

giao thông sẽ có tỉ lệ phân phát gói dữ liệu cao hơn so với kịch bản không có tín

hiệu giao thông.thông số này tăng lên tại 50 nodes sau đó đạt giá trị lớn nhất tại 130

nodes là 0.9712 và sau đó giảm xuống bắt đầu từ 140 nodes đối với kịch bản có đèn

tín hiệu giao thông, còn kịch bản không có đèn tín hiệu giao thông tỷ lệ phân phát

gói dữ liệu tăng tại 50nodes đạt giá trị max tại 90 nodes là 0.911và nó lại giảm

xuống tại 150 nodes là 0.768




hiệu giao thông của giao thức AOMDV.

So với giao thức AODV thì giao thức AOMDV này khác biệt rất lớn so với giao

thức AODV là trong kịch bản không có tín hiệu giao thông thì tỷ lệ phân phát gói dữ

liệu cao hơn so với kịch bản có tín hiệu đèn giao thông và thông số này tăng

đều.Với kịch bản có đèn tín hiệu giao thông thì tỷ lệ tăng đều từ 0.157 đến 0.273

còn với kịch bản không có tín hiệu giao thông thì tỷ lệ phân phát gói dữ liệu tăng từ

0.578 đến 0.74




hiệu giao thông của giao thức DSR.

Trong giao thức DSR kịch bản có tín hiệu giao thông có tỷ lệ phân phát gói dữ liệu

cao hơn so với kịch bản không có tín hiệu giao thông. Đạt giá trị 0.895 tại 50 nodes

và đạt giá trị cực đạt tại 110 nodes và sau đó bắt đầu giảm dần.Còn đối với tỷ lệ

phân phát gói của giao thức DSR thì nó đạt tỷ lệ cao chỉ ở những nodes 50, 60, 70

và bắt đầu giảm xuống từ 80 nodes và giảm xuống thấp ở các 120, 130, 140, 150

nodes.Đối với giao thức DSR ứng dụng trong VANET




hiệu giao thông của giao thức GPSR.

Trong giao thức GPSR thì kịch bản có tín hiệu đèn giao thông thấp hơn so với kịch

bản không có tín hiệu đèn giao thông.Tỷ lệ phân phát gói dữ liệu của kịch bản

không có tín hiệu giao thông tại 50 nodes là 0.312 và tăng lên đạt giá trị cực đại cực

đạt 90 nodes và 0.53 và giảm xuống 0.308 tại 150 nodes.Còn kịch bản có tín hiệu

giao thông có tỷ lệ phân phát gói dữ liệu thì thấp hơn, tại 0.216 của 50 tăng lên giá

cực đại tại 80 node là 0.394 và giảm xuống 0.385 tại 90 nodes và xuống nhanh

xuống 0.088 tại 150 nodes.




kịch bản có tín hiệu giao thông

Trong hình 6.5 cho ta thấy trong các giao thức AODV, AOMDV, DSR, GPSR hoạt

động với tỷ lệ phân phát gói khác nhau trong hình này cho thấy giao thức AODV tối

ưu và ổn định hơn các giao thức khác trong phần mô phỏng này .Tỷ lệ phân phát gói

chênh lệch với giữa tỷ lệ cao nhất là 0.971 và thấp nhất là 0.871




kịch bản không có tín hiệu giao thông

Tương tự ta có hình 6.6 trình bày tỷ lệ phân phát gói của giao thức định tuyến

AODV, AOMDV, DSR, GPSR trong kịch bản không có tín hiệu đèn giao

thông.Trong hình 6.6 cho ta thấy giao thức AODV có tỷ lệ phân phát gói dữ liệu là

tối ưu và ổn định nhất so với các giao thức khác trong phần mô phỏng này.



6.2.1.2 Đánh giá về độ End-to-End Delay

Hình 6.7: So sánh độ End-to-End Delay trong hai kịch bản có và không có tín hiệu

đèn giao thông của giao thức AODV


đèn giao thông của giao thức AOMDV




đèn giao thông của giao thức DSR


đèn giao thông của giao thức GPSR.

Trong hình 6.7, 6.8, 6.9, 6.10 so sánh thông số End-to-End Delay của các giao thức:

AODV,AOMDV,DSR,GPSR trong hai kịch bản có tín hiệu đèn giao thông và

không có tín hiệu đèn giao thông.Nó thể hiện độ trễ của các gói khi gửi đi.Dựa vào

các đặc điểm và các phương pháp định tuyến của mỗi giao thức ta sẽ có các End-to-

End Delay khác nhau.



6.2.1.3 Routing Overhead

Hình 6.11: So sánh độ Routing Overhead trong hai kịch bản có và không có tín hiệu

đèn giao thông của giao thức AODV


đèn giao thông của giao thức AOMDV




đèn giao thông của giao thức DSR


đèn giao thông của giao thức GPSR

Hình 6.11, 6.12, 6.13, 6.14 thể hiện sự so sánh độ Routing Overhead của giao thức

GPSR trong hai kịch bản.Tùy vào mỗi giao thức và phương pháp định tuyến của nó

sẽ thể hiện số node phù hợp một phần mô phỏng này.Qua đó ta sẽ đánh giá được

phương pháp định tuyến phù hợp với mạng VANET trong phần nghiên cứu mô

phỏng.



6.2.1.4 Hop-count

Hình 6.15: So sánh Hop-count AODV giữa có và không có đèn tín hiệu giao thông

Hình 6.16: So sánh Hop-count AOMDV giữa có và không có đèn tín hiệu giao

thông



Hình 6.17: So sánh Hop-count DSR giữa có và không có đèn tín hiệu giao thông

Hình 6.18: So sánh Hop-count GPSR giữa có và không có đèn tín hiệu giao thông

Thông số Hop Count này đánh giá lượng hop mà các gói dữ liệu đi qua để tới node

đích của các giao thức : AODV, AOMDV, DSR, GPSR của hai kịch bản có đèn tín

hiệu giao thông và không có tín hiệu đèn giao thông. Qua hình 6.15, 6.16, 6.17, 6.18

chúng ta có thể so sánh thông số Hop count của các giao thức trong hai kịch bản

trên. Qua đó đánh giá về sự tối ưu của các giao thức so với hệ thống VANET



6.2.2 Mô phỏng 2

Đánh giá ảnh hưởng các thông số: packet delivery rate, ent-to-end delay, overhead

routing, và hop count lên mô hình thực tế. Mô phỏng tạo ra kịch bản : đó là các xe đi

chuyển trên bản đồ thực tế là vùng Afton Oaks của Mỹ 1934[m] x 1811[m] (theo

phụ lục C).Đây là khu vực gồm có tất cả các loại đường cần mô phỏng.Đó là

đường cao tốc với vận tốc cao và đường trong thành phố với vận tốc trung bình và

chậm. Kịch bản này cũng được tạo ra từ MOVE và Database được lấy từ TIGER

(bản vẽ theo phụ lục D).Số lượng nodes lần lượt là 50, 60, 70, 80, 90, 100,110 ,

120, 130, 140, 150 nodes và có 15 cặp gửi nhận dữ liệu

Tham số Giá trịMô hình di động Random Waypoint

Mô hình truyền sóng Mô hình 2 tia mặt đất

Anten Anten đa hướng

MAC protocol IEEE 802.11

Diện tích mô phỏng 1934x1811[m2]

Bán kính phủ sóng của các node 250 [m]

Thời gian mô phỏng 1000 [s]

Pause time 0 [s]

Mẫu lưu lượng (Traffic pattern) CBR

Kích thước gói 64 [byte]

Tốc độ gởi gói 64 [packets/s]

Khoảng beacon 1 [s]

Vận tốc lớn nhất node có thể di chuyển 40 [m/s]

Bảng 6.2: Thông số mô phỏng thực tế



6.2.2.1 Packet Delivery Ratio

Hình 6.19: So sánh thông số Packet Delivery Ratio của các giao thức trong mô

phỏng thực tế

Hình 6.19 cho ta thấy trong mô hình thực tế của mô phỏng trong đồ án này có giao

thức AODV có tỉ lệ Packet Delivery Ratio có giá trị lớn hơn so với ba giao thức còn

lại, nó đạt cực đại lớn nhất là 0.449 tại 140 nodes và thấp nhất là 0,2 tại 50

node.Giao thức định tuyến GPSR là thấp nhất giá trị cực đại là 0.08 tại 140 node và

cực tiểu là 0.06 tại 60 node.Các giao thức AODV, AOMDV, DSR có tỉ lệ Packet

Delivery Ratio ổn định và tối ưu vào khoảng 100 node đến 150 node.Đối với giao

thức GPSR thì thông số Packet Delivery Ratio ổn định khá cao nhưng giá trị này

thấp dưới 0.1 (< 0.1).Với thông số Packet Delivery Ratio cao nhất là 0.449 tại 140

thì vẫn còn thấp so với thông số Packet Delivery Ratio VANET yêu cầu nên chưa

phù hợp với hệ thống.



6.2.2.2 End-to-End Delay

Hình 6.20: So sánh thông số End-to-End Delay của các giao thức trong mô phỏng

thực tế

Hình 6.20 thể hiện độ trễ giữa gói gửi và gói nhận của 4 giao thức: AODV,

AOMDV, DSR, GPSR, để đánh giá tính thời gian thực của những ứng dụng và của

những cảnh báo tức thời .Xét về End-to-End Delay thì giao thức DSR có thông số

này cao hơn so với các giao thức khác và giá trị này vào khoảng 4.6(s) đến 5(s) và

giao thức AOMDV có độ trễ thấp hơn 2 giao thức còn lại.Dựa vào các nguyên lý

hoạt động của các giao thức này, chúng ta có thể hiểu được những thông số trên



6.2.2.3 Hop-Count

Hình 6.21: So sánh thông số Hop-Count của các giao thức trong mô phỏng thực tế

Dựa vào nguyên lý hoạt động và phân phát gói tin tìm đường của 4 giao thức trên ta

có hiểu được giao thức AODV có thông số Hop-Count cao ở những số lượng nodes

cao vì giao thức này định tuyến theo mô hình liên kết (Topology) và khi truyền dữ

liệu nó phải gửi qua nhiều node lân cận.Còn giao thức GPSR tìm điểm đích dựa vào

thông tin vị trí nên xác định chính xác và ngắn nhất con đường đến các node đích

nên Hop-Count của GPSR thấp.Tương tự với 2 giao thức còn lại thì với cách thức

truyền dữ liệu và phát gói tin tìm đường nó sẽ có Hop-Count tương ứng



CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT

TRIỂN

Với những giao thức AOMDV, DSR và GPSR có những hạn chế về: Packet

Delivery Ratio, End-to-End Delay, Hop Count và Routing Overhead (bytes) đã

được thể hiện ở phần trên còn giao thức AODV có Packet Delivery Ratio khá ổn

định trong phần mô phỏng này.Nhưng nó là định tuyến dựa vào topology nên luôn

phải cập nhật bảng định tuyến thường xuyên nên nó chỉ phù hợp với những mạng

có quy mô nhỏ không tối ưu với hệ thống VANET rộng lớn.Bên cạnh đó thực hiện

mô phỏng trên điều kiện thực tế thì tỷ lệ phân phát gói dữ liệu khá thấp, cao nhất

chỉ có 0.43 tại 140nodes và tỷ lệ End-to-End Delay khá cao 4.8s tại 50nodes nên

có tỷ lệ rớt gói nhiều, thông tin truyền đi không đầy đủ không mang tính thời gian

thực cao. Do vây các giao thức này không phù hợp với điều kiện thực tế, chúng ta

cần phải có một giao thức định tuyến cho ứng dụng VANET mà nó phải phù hợp

voi tốc độ thay đổi thường xuyên từ cao đến thấp,mật độ các node lớn nhỏ và thay

đổi liên tục và quy mô rộng lớn của hệ thống VANET.

Hiện tại chúng ta thiết lập mô hình thực tế chỉ dựa vào Database của TIGER. Mà

Database của TIGER chỉ tồn tại trên 52 bang của nước Mỹ nên vấn đề nghiên cứu

và mô phông VANET ở Việt Nam hay ở một số đất nước khác gặp rất nhiều khó

khăn.Theo những công trình nghiên cứu [8], [16] và [17] thì người ta có thể tạo

một bản đồ bất kỳ trên thế giới bằng cách chấm các điểm trên Google Earth sau đó

đưa vào phần mềm MOVE để tạo ra sơ đồ kịch bản cho phần mô phỏng thực tế.

Do vậy hướng phát triển của đồ án này là tìm ra một giao thức mới thích nghi

với hệ thống VANET như: TO-GO, A-STAR, LOUVR,….theo [18] và mô

phỏng VANET trên điều kiện thực tế tại một khu vực bất kỳ trên nước Việt

Nam để đánh giá được các thông số để lựa chọn các phương pháp định tuyến

thích hợp.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyen Thai Hung-Master thesis “Định tuyến dựa vào thông tin vị trí trong

mạng MANET”-2008

[2]. Broadcasting Protocols in Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs) By Mostafa

M. I. Taha-B.Sc. Electrical Engineering, Assiut University, 2004

[3]. Destination-Sequenced Distance Vector (DSDV) Protocol Guoyou He -

Networking Laboratory-Helsinki University of Technology

[4]. Metaheuristics for Optimal Transfer of P2P Information in VANETs-Jamal

Toutouh El Alamin-Faculty of Science, Technology andCommunication

[5]. SUMO (Simulation of Urban MObility) An open-source traffic simulation

[6]. Advances in Vehicular Ad-Hoc Networks:Developments and Challenges-

Mohamed Watfa-University of Wollongong, UAE

[7]. Issues of Routing in VANET-Bilal Mustafa Umar Waqas Raja

[8]. Rapid Generation of Realistic Mobility Models for VANET-Feliz Kristianto

Karnadi Zhi Hai Mo& Kun-chan Lan-School of Computer Science and

Engineering-University of New South Wales-Sydney, NSW 2052, Australia

[9]. Security Issues and Challenges of Vehicular Ad Hoc Networks (VANET)-

Ghassan Samara 1, Wafaa A.H. Al-Salihy 2, R. Sures National Advanced IPv6

Center, Universiti Sains Malaysia Penang, Malaysia

[10]. Vehicular Ad hoc Networks (VANET)- Master’s Thesis in Computer Science

Rainer Baumann, ETH Zurich 2004

[11]. Increasing Broadcast Reliability in Vehicular Ad-Hoc Networks Nathan Balon

and Jinhua Guo Dept. of Computer and Information Science, University of

Michigan, Dearborn Dearborn, MI, USA

[12]. Ad hoc on-demand multipath distance vector routing



[13]. DESIGN SECURE AND APPLICATION-ORIENTED VANET-Yi Qian, and

Nader Moayeri National Institute of Standards and Technology 100 Bureau Drive,

Stop 8920 Gaithersburg, MD 20899-8920, USA

[14]. Mobility Models in Inter Vehicle Communications Literature- Marco Fiore-

Email: [email protected]

[15]. VANET Routing on City Roads Using Real Time Vehicular Traffic

Information- Josiane Nzouonta, Neeraj Rajgure, Guiling (Grace) Wang, Member,

IEEE, and Cristian Borcea, Member, IEEE

[16]. Realistic Mobility Models for Vehicular Ad hoc Network (VANET)

Simulations- Kun-chan Lan and Chien-Ming Chou- National Cheng Kung

University- Department of Computer Science and Information Engineering Tainan,

Taiwan

[17]. Study of Various Routing Protocols in VANET- Uma Nagaraj, Dr. M. U.

Kharat, Poonam Dhamal-Dept. of Computer Engg., M.A.E., Pune, India

[18]. Advances in Vehicular Ad-Hoc Networks:Developments and Challenges-

Mohamed Watfa-University of Wollongong, UAE

http://lens1.csie.ncku.edu.tw/wiki/doku.php?id=%E2%80%A7realistic_mobility_ge

nerator_for_vehicular_networks

http://sumo.sourceforge.net

http://www.linuxquestions.org

http://packages.debian.org/

http://old.nabble.com/

http://www.cn.uni-duesseldorf.de/

http://www.census.gov/geo/www/tigerms_redir.html

http://lens1.csie.ncku.edu.tw/MOVE/

mailto:[email protected]

http://lens1.csie.ncku.edu.tw/wiki/doku.php

http://sumo.sourceforge.net

http://www.linuxquestions.org

http://packages.debian.org/

http://old.nabble.com/

http://www.cn.uni-duesseldorf.de/

http://www.census.gov/geo/www/tigerms_redir.html



PHỤ LỤC

PHỤ LỤC A

TIỆN ÍCH MÔ HÌNH LUỒNG CBR CHO MẠNGĐối tượng CBR (Application/Traffic/CBR) dùng để phát sinh các gói dữ liệu theo

một tốc độ bit không đổi.

Cấu trúc câu lệnh tạo luồng CBR trong NS-2 trên Linux:

ns cbrgen.tcl -loại [CBR] -nn [số node] -mc [số kết nối] -rate [packets/second] -

size [sizepacket] -seed [seed] > cbr-60-15-5-64-1[tên file]

Ví dụ minh họa:

Mô phỏng yêu cầu CBR (Constand Bit Rate) cho mạng có 60 node, số kết nối

CBR là 15, tốc độ phát gói 5 packets/s, kích thước gói 64 byte, giá trị seed bằng

1. Để có được file cbr-60-15-5-64-1, đặt dấu “>” và tiếp theo sau nó là tên file,

trong cấu trúc câu lệnh trên tên file là cbr-60-15-5-64-1. Chú ý rằng khi thay đổi

các giá trị seed khác nhau sẽ tạo ra các CBR có cặp nguồn-đích khác nhau.

Minh họa 1 kết nối trong 15 kết nối luồng CBR trong file cbr-60-15-5-64-1

# node 25 kết nối node 10 tại giây thứ 16.944993760876821# 25 connecting to 10 at time 16.94499376087682# tạo Agent/UDP tên là udp_(4)set udp_(4) [new Agent/UDP]# gắn udp_(4)cho node 25$ns_ attach-agent $node_(25) $udp_(4)# tạo Agent/Null tên là null_(4)set null_(4) [new Agent/Null]# gắn null_(4) cho node 10$ns_ attach-agent $node_(10) $null_(4)# tạo ứng dụng CBR tên là cbr_(4)set cbr_(4) [new Application/Traffic/CBR]# kích thước gói CBR 64 byte$cbr_(4) set packetSize_ 64# thời gian giữa hai lần truyền dữ liệu là 0.2 s$cbr_(4) set interval_ 0.20000000000000001

http://lens1.csie.ncku.edu.tw/MOVE/



# phát sinh tín hiệu nhiễu một cách ngẫu nhiên.$cbr_(4) set random_ 1# số packet lớn nhất được truyền là 10000$cbr_(4) set maxpkts_ 10000# gắn cbr_(4) cho udp_(4)$ns_ connect $udp_(4) $null_(4)# thiết lập kết nối giữa udp_(4) và null_(4)$cbr_(4) attach-agent $udp_(4)# khởi động cbr_(4) tại giây thứ 16.94499376087682$ns_ at 16.94499376087682 "$cbr_(4) start"



PHỤ LỤC B

XỬ LÝ FILE TRACE.TR BẰNG HÀM PERL

# type: perl result.pl <trace file>

$infile=$ARGV[0];# gán các giá trị khởi đầu cho các biến sent, recv, delay, highest_id, sum, count,

byte_over

$sent = 0;$recv = 0;$delay = 0;$highest_id = 0;$sum = 0;$count = 0;$byte_over = 0;open (DATA,"<$infile")|| die "Can't open $infile $!";while (<DATA>){

@x = split(' ');$id = $x[5];$start[$id] = 0;$end[$id] = 0;# tìm id lớn nhất của gói cbrif($id > $highest_id){

$highest_id = $id;}if ($x[0] eq 's'){

if ($x[3] eq 'AGT'){

$sent=$sent + 1;$byte_over = $byte_over + 8;

}}# tính số gói nhận và số hop count



if ($x[0] eq 'r'){

if ($x[3] eq 'AGT'){

$recv=$recv + 1;$sum = $sum + $x[18];

}}# tính số bytes overheadif ($x[0] eq 's'){

if ($x[6] eq 'GPSR'){

$byte_over = $byte_over + 12;}

}}#insert time

open (DATA,"<$infile")|| die "Can't open $infile $!";while (<DATA>){

@x = split(' ');$id = $x[5];if ($x[3] eq 'AGT'){

if ($x[0] eq 's'){

$start[$id] = $x[1];}elsif ($x[0] eq 'r'){

$end[$id] = $x[1];}

}}



# tính khoảng delay giữa các gói

for ($id = 0; $id <= $highest_id; $id++){

if ($end[$id] != 0){

$delay = $delay + $end[$id] - $start[$id];$count = $count + 1;

}}# khoảng delay trung bình của gói$average_delay = $delay/$count;# tỷ lệ phân bố gói$result_ratio = $recv/$sent;# số hop trung bình

$result_hop = $sum/$recv;# xuất kết quả mô phỏngprint STDOUT "Packet Delivery Ratio: $result_ratio End-to-End Delay:$average_delay Hop Count: $result_hop Routing overhead (byte): $byte_over\n";close DATA;exit(0);

]



PHỤ LỤC C

SƠ ĐỒ THỰC TẾ



PHỤ LỤC D

SƠ ĐỒ BẢN VẼ

Documents

Đồn Án Tốt Nghiệp 2012-VANET Và Các Phương Pháp Định Tuyến