Giao thức MAC đa kênh trong Vanets - IEEE 1609.4

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN 3
GIAO THỨC MAC ĐA KÊNH TRONG
MẠNG VANETs
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG NGỌC MINH ĐỨC
Người thực hiện: TRẦN KHÁNH DƯƠNG
Lớp: 12040201
Khoá: 16
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

i
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN 3
GIAO THỨC MAC ĐA KÊNH TRONG
MẠNG VANETs
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG NGỌC MINH ĐỨC
Người thực hiện: TRẦN KHÁNH DƯƠNG
Lớp: 12040201
Khoá: 16
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

ii
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong trường ĐH Tôn Đức Thắng
nói chung, các thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã dạy cho em kiến thức
về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý
thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ cho em trong suốt quá trình học tập.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Đặng Ngọc Minh Đức,
giảng viên bộ môn Điện tử viễn thông người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em
trong suốt quá trình làm đồ án.
Trong quá trình thực hiện và làm báo cáo do chưa có kinh nghiệm, chỉ dựa
vào lý thuyết đã học nên bài báo cáo chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót.
Kính mong nhận được sự góp ý, nhận xét từ phía quý thầy, cô để kiến thức của em
ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra được những kinh nghiệm bổ ích có thể áp dụng
vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ
án này.
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
Tác giả

iii
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em và được sự
hướng dẫn khoa học của TS. Đặng Ngọc Minh Đức. Các nội dung nghiên cứu, kết
quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước
đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh
giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu
tham khảo.
Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm về nội dung đồ án của mình. Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên
quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do em gây ra trong quá trình thực
hiện (nếu có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
Tác giả
(ký tên và ghi rõ họ tên)

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
-------------------
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----------------------
iv
LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN
Họ tên sinh viên: TRẦN KHÁNH DƯƠNG
Lớp: 12040201
MSSV: 41202013
Tên đề tài: GIAO THỨC MAC ĐA KÊNH TRONG MẠNG VANETs
Tuần / ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1 (18/1-25/1) Nhận đề tài và tìm hiểu đề tài
Tuần 2 (25/1-1/2) Tìm hiểu về Vanet
Tuần 3 (1/2-8/2) Tìm hiểu về ITS
Tuần 4 (8/2-15/2) Tìm hiểu chuẩn IEEE 1609.4
Tuần 5 (15/2-22/2) Tìm hiểu cơ chế hoạt động của 1609.4
Tuần 6 (22/2-29/2) Xây dựng giải thuật để mô phỏng
Tuần từ 29/2-7/3 Báo cáo 50% tiến độ
Tuần 7 (7/3-14/3) Viết code mô phỏng 1609.4 trên matlab
Tuần 8 (14/3-21/3) Viết code mô phỏng 1609.4 trên matlab
Tuần 9 (21/3-27/3) Chạy mô phỏng và đánh giá hiệu suất
Tuần 10 (28/3-3/4) Hoàn thành và viết báo cáo
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................II
LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN ............................................................................... IV
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................VII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .....................................................................VIII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..................................................................... IX
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .............................................................1
1.1 MẠNG TÙY BIẾN KHÔNG DÂY AD-HOC...............................................................1
1.2 HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ...............................................................2
1.2.1 Công nghệ sử dụng trong ITS..................................................................................2
1.2.1.1 Công nghệ truyền thông không dây....................................................2
1.2.1.2 Công nghệ điện toán ...........................................................................3
1.2.1.3 Công nghệ thăm dò dữ liệu .................................................................3
1.2.1.4 Công nghệ cảm biến............................................................................4
1.2.1.5 Công nghệ nhận dạng xe cộ bằng video .............................................5
1.2.2 Lợi ích của ITS ........................................................................................................5
1.3 MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN XE HƠI (VANET)........................................................5
1.3.1 Cấu trúc hệ thống của mạng VANET ......................................................................6
1.3.2 Các đặc tính của mạng VANET...............................................................................7
1.3.3 Ứng dụng trong mạng VANET ................................................................................8
1.3.4 Công nghệ giao tiếp tầm ngắn (Dedicated Short-Range Communications) ...........9
CHƯƠNG 2: CHUẨN IEEE 1609.4....................................................................10
2.1 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN 1609.4 ...............................................................................10
2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU [3] .....................................................................................10
2.2.1 Các dịch vụ của bộ phận dữ liệu (Data Plane Services).......................................11
2.2.1.1 Tổ chức kênh truyền..........................................................................11
2.2.1.2 Định tuyến kênh truyền.....................................................................12
2.2.1.3 Mức độ ưu tiên người dùng...............................................................14

vi
2.2.2 Các dịch vụ của bộ phận quản lý (Management Plane Services) .........................14
2.2.2.1 Đồng bộ đa kênh ...............................................................................14
2.2.2.2 Truy cập kênh truyền ........................................................................16
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT IEEE 1609.4.........17
3.1 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA 1609.4...................................................................17
3.1.1 Giới thiệu...............................................................................................................17
3.1.2 Hoạt động của 1609.4 ...........................................................................................17
3.2 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHẬN CÁC GÓI TIN CỦA 1609.4 ...............19
3.2.1 Ứng dụng Markov cho 1609.4...............................................................................19
3.2.2 Mô phỏng và đánh giá hiệu suất 1609.4 ...............................................................22
3.2.2.1 Lưu đồ giải thuật ...............................................................................22
3.2.2.2 Kết quả mô phỏng.............................................................................24
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................27
4.1 KẾT LUẬN..................................................................................................................27
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................................................................27
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................28

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 1-1: MẠNG AD-HOC [8]............................................................................1
HÌNH 1-2: CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY [9].....................2
HÌNH 1-3: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN TRONG ITS [10]................................3
HÌNH 1-4: CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN TRONG ITS [11] ..................................4
HÌNH 1-5: CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG XE CỘ BẰNG VIDEO [10].............5
HÌNH 1-6: MÔ HÌNH MẠNG VANET [1] ..........................................................6
HÌNH 1-7: CẤU TRÚC MẠNG VANET [14]......................................................7
HÌNH 1-8: CẤU TRÚC KÊNH CỦA DSRC [12]................................................9
HÌNH 2-1: MÔ HÌNH THAM CHIẾU CỦA 1609.4 .........................................10
HÌNH 2-2: CƠ CHẾ TỔ CHỨC KÊNH TRUYỀN CỦA 1609.4 [13]..............12
HÌNH 2-3: CẤU TRÚC CỦA KHUNG BẢO VỆ [3] ........................................15
HÌNH 2-4: TRUY CẬP KÊNH TRUYỀN XEN KẼ..........................................16
HÌNH 3-1: HOẠT ĐỘNG CỦA CHUẨN 1609.4...............................................18
HÌNH 3-2: MÔ HÌNH MARKOV CHO VIỆC TRUYỀN GÓI TIN KHẨN [5]
................................................................................................................................20
HÌNH 3-3: MÔ HÌNH MARKOV CHO VIỆC TRUYỀN GÓI TIN DỊCH VỤ
[5]............................................................................................................................21
HÌNH 3-4: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT....................................................................23
HÌNH 3-5: TỈ LỆ TRUYỀN THÀNH CÔNG GÓI TIN KHẨN......................25
HÌNH 3-6: THỜI GIAN DELAY TRUNG BÌNH GÓI TIN KHẨN................25
HÌNH 3-7: THÔNG LƯỢNG GÓI TIN DỊCH VỤ ...........................................26

viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 3-1: THÔNG SỐ MÔ PHỎNG [5]...........................................................24
BẢNG 3-2: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT...........................................24

ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
3G Third Generation
4G Fourth Generation
AC Access Categories
ACK Acknowledgement
AIFS Arbitration Inter-Frame Space
AS Application Servers
AU Application Unit
CCH Control Channel
CCHI Control Channel Interval
CW Contention Window
DIFS Distributed Inter-Frame Space
DSRC Dedicated Short Range Communication
EDCA Enhanced Distributed Channel Access
EMG Emergency
GI Guard Interval
GPS Global Positioning System
IEEE Institute Electrical and Electronics Engineers
IP Internet Protocol
ITS Intelligent Transportation Systems
LLC Logical Link Control
MAC Medium Access Control
MANET Mobile Ad-Hoc Network
MLME MAC Layer Management Entity
MPDU MAC Protocol Data Unit
MSDU MAC Service Data Unit
OBU On Board Unit
PDA Personal Digital Assistan

x
PDR Packet Delivery Ratio
PHY Physical
PLME Physical Layer Management Entity
RES Reservation
RFS Request For Service
RSU Road Side Unit
SCH Service Channel
SCHI Service Channel Interval
SI Sync Interval
SIFS Short Inter-Frame Space
TA Time Advertisement
TXOP Transmit Opportunity
UP User Priority
UTC Coordinated Universal Time
V2I Vehicular to Infrastructure
V2V Vehicular to Vehicular
VANET Vehicular Ah-Hoc Network
VSA Vendor Specific Action
WAVE Wireless Access in Vehicular Environments
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
WME WAVE Management Entity
WSA WAVE Service Announcement
WSMP WAVE Short Message Protocol

Đồ Án 3
Trang 1/29
Giao Thức MAC Đa Kênh Trong Mạng Vanets SVTH: Trần Khánh Dương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 MẠNG TÙY BIẾN KHÔNG DÂY AD-HOC
Mạng tùy biến không dây (Wireless Ad-hoc Network) là một tập hợp gồm nhiều
thiết bị hoặc nút mạng có khả năng giao tiếp không dây với nhau mà không cần sử
dụng bất kỳ cấu trúc hạ tầng hay sự quản lý tập trung nào. Mỗi nút mạng trong
mạng Ad-Hoc hoạt động vừa như là máy chủ vừa như là thiết bị định tuyến.
Hình 1-1: Mạng Ad-Hoc [8]
Các thiết bị có thể là các thiết bị di động (máy tính có hỗ trợ card mạng không dây),
các thiết bị PDA hay các điện thoại thông minh. Các nút trong mạng có thể tự thiết
lập, tổ chức và thích nghi khi có một nút mới gia nhập mạng. Mạng Ad-Hoc được
coi như mạng ngang hàng không dây, trong mạng không có máy chủ. Ưu điểm của
mạng Ad-Hoc là việc thiết lập nhanh chóng và dễ dàng nên rất thích hợp cho việc
truyền thông tin giữa các nút trong các hội nghị hay các nhóm làm việc tạm thời.
Tuy nhiên chúng cũng có một số khuyết điểm và thách thức như: vấn đề duy trì và
sử dụng năng lượng trong mạng, tính bảo mật không cao, vùng phủ sóng giới hạn.

Đồ Án 3
Trang 2/29
1.2 HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH
Intelligent Transportation System (ITS) là hệ thống giao thông mà ứng dụng sự tiến
bộ của thông tin và viễn thông để điều hành và quản lý hệ thống giao thông vận tải.
Nó bao gồm các bộ phận: cơ sở hạ tầng, phương tiện và yếu tố con người. Các ứng
dụng của ITS cung cấp cho những người tham gia giao thông các thông tin quan
trọng như: tình trạng kẹt xe, tai nạn… Do đó ITS có vai trò đặc biệt quan trọng
trong việc giảm tắc nghẽn giao thông, giảm thiểu tai nạn, ô nhiễm môi trường, tăng
cường hiệu suất giao thông.
1.2.1 Công nghệ sử dụng trong ITS
1.2.1.1 Công nghệ truyền thông không dây
ITS sử dụng các dãy tần số UHF và VHF để truyền thông ở khoảng cách ngắn hoặc
dài giữa các xe với nhau hoặc giữa xe với cơ sở hạ tầng. Với khoảng cách ngắn
(dưới 450m), ITS sử dụng công nghệ giao tiếp tầm ngắn Dedicated Short-Range
Communications (DSRC) trong chuẩn 802.11, còn đối với việc truyền thông với
khoảng cách lớn hơn thì ITS sử dụng các công nghệ như WiMAX, 3G, 4G…
Hình 1-2: Công nghệ truyền thông không dây [9]

Đồ Án 3
Trang 3/29
1.2.1.2 Công nghệ điện toán
ITS sử dụng công nghệ điện toán để hỗ trợ người tham gia giao thông. Trước những
năm 2000, các hệ thống vận hành với thời gian chưa được đồng bộ, các module điều
khiển của mỗi xe hoạt động riêng lẽ, không được đồng bộ về thời gian với nhau.
Ngày nay, các hệ thống đó đã được thay thế bằng các module xử lý đắt tiền, hoạt
động thời gian thực và đồng bộ với nhau. Các nền tảng của hệ thống mới này cho
phép nhiều ứng dụng với phần mềm xử lý tinh vi hơn được thực thi như điều khiển
việc xử lý, giao tiếp giữa người với máy tính.
Hình 1-3: Công nghệ điện toán trong ITS [10]
1.2.1.3 Công nghệ thăm dò dữ liệu
ITS sử dụng công nghệ thăm dò dữ liệu để lấy những thông tin về thời gian hành
trình và tốc độ truyền dữ liệu giữa xe với xe và xe với cơ sở hạ tầng dọc tuyến
đường. Có ba phương pháp để thu thập dữ liệu trong công nghệ này là:
+ Phương pháp tam giác đạc.
+ Phương pháp tái chứng thực xe cộ.
+ Phương pháp định vị GPS

Đồ Án 3
Trang 4/29
Công nghệ thăm dò dữ liệu cung cấp các tính năng trong việc đo đạc giao thông
như:
+ Chi phí thấp hơn việc dùng cảm biến và camera.
+ Vùng phủ sóng rộng.
+ Thiết lập nhanh và thời gian bảo trì ít.
+ Làm việc ở tất cả các điều kiện thời tiết khác nhau.
1.2.1.4 Công nghệ cảm biến
Đây là công nghệ cho phép việc giao tiếp giữa xe cộ và cơ sở hạ tầng đặt dọc bên
đường bằng các cảm biến. Công nghệ này sẽ giúp cho người điều khiển phương tiện
giao thông nhận những tín hiệu cảnh báo nguy hiểm tiềm tàng từ đó đưa ra hướng
xử lý thích hợp.
Hình 1-4: Công nghệ cảm biến trong ITS [11]

Đồ Án 3
Trang 5/29
1.2.1.5 Công nghệ nhận dạng xe cộ bằng video
Công nghệ này sử dụng các camera đặt dọc các tuyến đường nhằm quan sát, đo lưu
lượng giao thông, phát hiện tai nạn. Những thông tin đó sẽ được đưa về máy chủ
trung tâm để xử lý và đưa những cảnh báo kịp thời cho người điều khiển phương
tiện giao thông.
Hình 1-5: Công nghệ nhận dạng xe cộ bằng video [10]
1.2.2 Lợi ích của ITS
Bằng việc sử dụng các công nghệ hiện đại, ITS đã mang lại những lợi ích to lớn
trong lĩnh vực giao thông vận tải như:
+ Tiết kiệm thời gian và chi phí khi tham gia giao thông.
+ Giảm thiểu va chạm và tai nạn khi tham gia giao thông.
+ Cung cấp các dịch vụ khẩn với yêu cầu cao về thời gian.
+ Tiết kiệm năng lượng và không gây ảnh hưởng đến điều kiện môi trường.
1.3 MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN XE HƠI (VANET)
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) là một phần đặc biệt của Mobile Ad-Hoc
Network (MANET) và được xây dựng trên nền tảng của hệ thống giao thông thông
minh. VANET là một hệ thống với thành phần cơ bản là các xe và các cơ sở hạ tầng
dọc tuyến đường giao tiếp không dây với nhau. Các xe cũng có thể giao tiếp với

Đồ Án 3
Trang 6/29
nhau để chia sẻ các thông tin như: thông tin về giao thông, tình trạng kẹt xe, những
tai nạn phía trước hay những cảnh báo về nguy hiểm tiềm tàng.
VANET sử dụng nhiều kiểu công nghệ di dộng như WiFi IEEE 802.11, WiMAX
IEEE 802.16, Bluetooth, IRA, ZigBee... để dễ dàng trong việc trao đổi, sự chính xác
hiệu quả về thông tin giữa các xe với nhau.
Hình 1-6: Mô hình mạng VANET [1]
1.3.1 Cấu trúc hệ thống của mạng VANET
Một mạng lưới trong VANET bao gồm 2 tầng: tầng trên bao gồm các ứng dụng từ
máy chủ Application Servers (ASs) và các thiết bị kết nối đặt dọc theo tuyến đường
Road Side Units (RSUs), ở tầng dưới gồm các phương tiện giao thông. Các phương
tiện sẽ được trang bị các mạch tích hợp On Board Unit (OBU) để giao tiếp với nhau
hoặc giao tiếp với các RSU nhằm trao đổi thông tin khi tham gia giao thông.
Cấu trúc hệ thống của VANET gồm các thành phần:
+ Mạng Ad-Hoc không dây: giúp phương tiện có thể trao đổi thông tin với
nhau mà không cần bất kì sự hỗ trợ nào từ cơ sở hạ tầng bên ngoài.
+ Phương tiện: mỗi xe sẽ được trang bị một OBU đảm nhiệm chức năng giao
tiếp với RSU và các xe khác. Ngoài ra, đi kèm với OBU còn có nhiều AU
(Application Unit) sẽ thực thi các lệnh làm RSU hoạt động.

Đồ Án 3
Trang 7/29
+ Cơ sở hạ tầng: là các RSU đặt cố định trên đường hoặc các vị trí chuyên
dụng như trạm xăng, bãi đỗ xe… với chức năng phát các tin nhắn cảnh báo với xe
thông qua giao tiếp V2I hoặc cung cấp Internet cho các phương tiện trong vùng phủ
sóng của nó.
Hình 1-7: Cấu trúc mạng VANET [14]
1.3.2 Các đặc tính của mạng VANET
VANET là một phần đặc biệt của mạng MANET nhưng nó cũng có một số đặc tính
riêng biệt sau:
 Khả năng di động cao: do VANET là mạng tùy biến xe cộ nên các node
thường di chuyển với tốc độ cao, dẫn đến khó khăn trong việc dự đoán vị trí
và bảo vệ thông tin riêng tư của các node.
 Cấu hình mạng thay đổi liên tục: các node có tính di động cao nên tốc độ di
chuyển của mỗi node là khác nhau, vị trí thay đổi liên tục dẫn đến cấu hình
mạng cũng thay đổi liên tục.
 Kích thước mạng không giới hạn: mạng VANET có thể được triển khai cho
một thành phố, nhiều thành phố hay thậm chí là cả một quốc gia.

Đồ Án 3
Trang 7/29
 Trao đổi thông tin thường xuyên: các node trong mạng VANET sẽ trao đổi
thông tin liên tục với nhau để tăng độ an toàn khi tham gia giao thông.
 Tính cấp thiết về mặt thời gian: các thông tin liên quan đến an toàn trong
VANET phải được gửi tới các node trong thời gian giới hạn để các node xử
lý và đưa ra quyết định kịp thời.
 Năng lượng đầy đủ: các node trong mạng sẽ không lo ngại về vấn đề năng
lượng như trong mạng MANET. Do đó, mạng VANET sẽ cung cấp một công
suất truyền dẫn không giới hạn.
 Sự bảo vệ về mặt vật lý tốt hơn: các node của mạng VANET được bảo vệ về
mặt vật lý tốt hơn trong MANET. Vì thế, các node trong mạng VANET sẽ
khó hư hại về mặt vật lý và giảm thiểu thiệt hại về cơ sở hạ tầng.
1.3.3 Ứng dụng trong mạng VANET
Tùy theo công nghệ được sử dụng và nhu cầu về ứng dụng mà VANET được chia
thành hai loại ứng dụng sau:
 Ứng dụng liên quan đến an toàn: các ứng dụng này được sử dụng để làm
tăng độ an toàn khi tham gia giao thông. Các ứng dụng này bao gồm:
o Tránh va chạm (Collistion Avoidance)
o Hợp tác điều khiển phương tiện (Cooperative Driving)
o Tối ưu hóa giao thông (Traffic Optimisation)
 Ứng dụng liên quan đến người dùng: các ứng dụng này cung cấp các thông
tin giải trí cho người dùng. Các ứng dụng giải trí mà VANET cung cấp bao
gồm:
o Các ứng dụng giao tiếp giữa các người dùng với nhau (Peer to Peer
Applications): các người tham gia giao thông có thể chia sẻ hình ảnh,
nhạc, phim với nhau.
o Khả năng kết nối Internet (Internet Connectively)

Đồ Án 3
Trang 8/29
o Các dịch vụ khác: VANET còn cung cấp cho người sử dụng các dịch
vụ như tra cứu địa điểm nhà hàng, quán ăn, trạm xăng, bãi đỗ xe…
1.3.4 Công nghệ giao tiếp tầm ngắn (Dedicated Short-Range Communications)
Dedicated Short-Range Communications (DSRC) là công nghệ giao tiếp tầm ngắn
được phát triển dựa trên tiêu chuẩn 802.11, công nghệ này được sử dụng trong ITS
cũng như là VANET để tăng mức độ an toàn khi lưu thông trên đường, giảm thiểu
lượng tiêu thụ nhiên liệu và ô nhiễm môi trường, thúc đẩy kinh tế đất nước phát
triển. DSRC hỗ trợ việc truyền thông các tin nhắn an toàn có tính cấp thiết về mặt
thời gian như cảnh báo va chạm, cảnh báo nguy hiểm giữa các xe với nhau hoặc
giữa xe với cơ sở hạ tầng. Ngoài ra, nó cũng hỗ trợ các ứng dụng không mang tính
an toàn như bản đồ, vị trí của trạm xăng. DSRC được phát triển cho môi trường có
thời gian đáp ứng thấp hơn 50 msec hoặc có tốc độ dữ liệu cao.
DSRC có phổ tần số 75 MHz hoạt động ở băng tần 5.9 GHz và được cấp phép bởi
Ủy ban Truyền thông Liên bang (Federal Communications Commission). DSRC có
7 kênh tần số 10 MHz, trong đó có 6 kênh dịch vụ SCH (Service Channel) và 1
kênh điều khiển CCH (Control Channel). Kênh điều khiển sẽ được sử dụng để phát
quảng bá các tin nhắn an toàn cũng như các tin nhắn điều khiển, do đó kênh điều
khiển sẽ được nghe bởi tất cả các node. Các kênh dịch vụ được sử dụng để trao đổi
các tin nhắn không an toàn, các tin nhắn về dịch vụ như thông báo về giảm giá ở
trung tâm thương mại, download video, thông báo thời tiết, bản đồ…
DSRC hỗ trợ tốc độ trao đổi dữ liệu khác nhau và có thể đạt đến 54 Mbps với kênh
có tần số 20 MHz.

Đồ Án 3
Trang 9/29
Hình 1-8: Cấu trúc kênh của DSRC [12]
CHƯƠNG 2: CHUẨN IEEE 1609.4
2.1 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN 1609.4
Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) định nghĩa các thông số kỹ
thuật tối thiểu được yêu cầu để bảo đảm khả năng tương tác giữa các thiết bị không
dây. WAVE được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng của ITS trong việc giao tiếp tằm
ngắn trên băng tần 5.9 GHz dành cho chuẩn 802.11p và họ IEEE 1609, nó cung cấp
các giao thức được cải tiến được ứng dụng trong môi trường xe cộ. Chuẩn IEEE
1609.4 là sự mở rộng về lớp MAC của chuẩn IEEE 802.11p với mục đích hỗ trợ
hoạt động đa kênh. IEEE 1609.4 cung cấp một sự mô tả về kiến trúc và hoạt động
của hệ thống WAVE. Trong đó, cơ chế tổ chức kênh truyền của 1609.4 được xem là
quan trọng nhất trong môi trường hoạt động đa kênh.
2.2 MÔ HÌNH THAM CHIẾU [3]

Đồ Án 3
Trang 10/29
Hình 2-1: Mô hình tham chiếu của 1609.4
Mô hình tham chiếu cơ bản của 1609.4 được thể hiện trên hình 2.1, hệ thống
WAVE hỗ trợ cả truyền dữ liệu có hướng IP và không hướng non-IP. Truyền dữ
liệu không hướng non-IP được hỗ trợ thông qua giao thức tin nhắn ngắn WAVE
Short Message Protocol (WSMP), cụ thể là trong chuẩn 1609.3. Cơ chế tổ chức
kênh truyền của 1609.4 là một tập hợp với nhiều cải tiến trong lớp MAC và nó
tương tác lớp LLC và lớp PHY của chuẩn 802.11 để phù hợp với việc hoạt động đa
kênh.
Trong lớp PHY và MAC chứa các thực thể quản lý là thực thể quản lý lớp MAC
(MAC Layer Management Entity-MLME) và thực thể quản lý lớp PHY (PHY
Layer Management Entity-PLME). Trong đó, cơ chế tổ chức kênh truyền được
MLME đảm nhiệm. Các dịch vụ mà chuẩn này cung cấp được dùng để quản lý tổ
chức kênh truyền và hỗ trợ gửi các gói dữ liệu dịch vụ của lớp MAC.
2.2.1 Các dịch vụ của bộ phận dữ liệu (Data Plane Services)
Khi các gói dữ liệu đi vào lớp này, nó sẽ được định tuyến kênh truyền, sắp xếp hàng
đợi và độ ưu tiên, tổ chức kênh truyền và dựa vào dạng truy cập mà các dữ liệu sẽ
được gán cho các thông tranh chấp, thông số truyền khác nhau.

Đồ Án 3
Trang 11/29
2.2.1.1 Tổ chức kênh truyền
Cơ chế tổ chức kênh truyền sẽ sắp xếp các khoảng thời gian trên các kênh để cho
các gói dữ liệu được truyền trên các kênh đúng thời điểm. Nó còn hỗ trợ trao đổi dữ
liệu cho các thiết bị WAVE có thể hoạt động trên kênh điều khiển và kênh dịch vụ.
Trong cơ chế này, kênh truyền sẽ được chia thành nhiều khoảng thời gian đồng bộ
Sync Interval (SI), với thời gian mỗi khoảng SI là 100 msec. Trong khoảng thời
gian đồng bộ lại được chia thành 2 khoảng thời gian là khoảng thời gian điều khiển
Control Channel Interval (CCHI) và khoảng thời gian dịch vụ Service Channel
Interval (SCHI). Tại điểm bắt đầu của CCHI và SCHI đều có khoảng thời gian bảo
vệ Guard Interval (GI).
Hình 2-2: Cơ chế tổ chức kênh truyền của 1609.4 [13]
Chuẩn 1609.4 cho phép gửi các loại khung dữ liệu khác nhau, chúng có thể được
gửi trên kênh điều khiển và kênh dịch vụ. Tuy nhiên, các khung dữ liệu IP chỉ được
phép trên các kênh dịch vụ mà không được truyền trên kênh điều khiển.
2.2.1.2 Định tuyến kênh truyền
Tại lớp MAC, danh sách các kênh truyền rỗi luôn được cập nhật. Các gói dữ liệu
nhận được từ các lớp trên bao gồm dữ liệu IP và WSMP, hai gói này được phân biệt
với nhau nên các lớp trên có thể gửi chúng đến đúng địa chỉ.

Đồ Án 3
Trang 12/29
 Cơ chế hoạt động của việc gửi khung dữ liệu
Trong gói tin yêu cầu được gửi từ các lớp trên có chứa thông tin phân biệt dữ
liệu IP và WSMP, số liệu kênh truyền, tốc độ dữ liệu, công suất phát, địa chỉ
đích, độ ưu tiên. MLME không cho phép công suất phát vượt quá công suất tối
đa được cho phép, công suất tối đa cho mỗi kênh được lưu trữ trong MAC.
Phân tích quá trình truyền dữ liệu như sau:
o Đầu tiên lớp trên gửi gói tin yêu cầu đến lớp MAC
o Lớp MAC bắt đầu kiểm tra: nếu là dữ liệu WSMP thì MAC sẽ gán
mục truy cập vào MSDU (MAC Service Data Unit) dựa trên mức
độ ưu tiên, sau đó MAC kết hợp MSDU với thông tin giao thức
MAC để tạo thành MPDU (MAC Protocol Data Unit) và đặt
MPDU trong hàng đợi thích hợp với mục truy cập và kênh tương
ứng với khung ban đầu. Nếu là dữ liệu IP, thì MAC cũng thực hiện
tương tự như WSMP, MPDU được đặt trong hàng đợi và một kênh
truyền dịch vụ được hình thành.
o Sau đó, nếu khung chứa WSMP thì công suất phát và tốc độ dữ
liệu được giữ nguyên trong khung dữ liệu ban đầu. Nếu khung
chứa IP thì công suất phát và tốc độ dữ liệu quy định trong MIB.
o Lớp vật lý báo một kênh truyền rỗi đến MAC.
o MAC chọn MPDU thắng trong tranh chấp nội.
o MAC gửi cho lớp vật lý các thông số truyền, sau đó lớp vật lý gửi
lại gói tin xác nhận sau khi thiết lập xong các thông số.
o MAC gửi dữ liệu cần truyền đến lớp vật lý. Sau khi nhận hết dữ
liệu, lớp vật lý gửi trả lại gói tin xác nhận.
o Sau khi bit cuối cùng của MPDU được truyền, việc truyền sẽ dừng
lại bằng gói tin xác nhận.
o Nếu việc truyền MPDU không hoàn thành trước khi khoảng thời
gian của kênh hiện tại kết thúc thì sự truyền dẫn có thể bị hủy bởi
lớp MAC thông qua gói tin yêu cầu.

Đồ Án 3
Trang 13/29
 Quá trình nhận các khung dữ liệu
Khi MAC nhận được MPDU, nó sẽ giải mã và gửi đến lớp trên. Nếu trong quá trình
lớp vật lý nhận dữ liệu mà xảy ra quá trình chuyển kênh dẫn đến quá trình nhận dữ
liệu bị ngắt, lớp vật lý sẽ gửi gói tin báo lỗi đến lớp MAC và khung bị lỗi sẽ bị loại
bỏ.
 Định tuyến cho WSMP
Khi khung dữ liệu WSMP được gửi đến lớp MAC, lớp MAC sẽ định tuyến
khung dữ liệu dựa vào mức độ ưu tiên và số hiệu kênh truyền. Nếu số hiệu kênh
truyền không đúng, gói dữ liệu sẽ không được sắp xếp vào hàng đợi.
 Định tuyến cho gói dữ liệu IP
Khi gói dữ liệu IP được gửi đến MAC, MAC sẽ định tuyến gói dữ liệu đến hàng
chờ dữ liệu tương ứng với số hiệu kênh dịch vụ và mức độ ưu tiên được yêu cầu.
Nếu không có hồ sơ phát trong kênh dịch vụ hoặc nếu MLME không cung cấp
truy cập đến kênh dịch vụ thì gói dữ liệu sẽ bị loại bỏ.
2.2.1.3 Mức độ ưu tiên người dùng
WAVE sẽ sử dụng cơ chế EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) của
chuẩn 802.11 cho mỗi kênh truyền. Khi MAC nhận được các gói tin yêu cầu, lớp
MAC sẽ thực hiện việc định tuyến, sắp xếp các dữ liệu thông qua các thông số UP
(User Priority) và AC (Access Category). Mức độ ưu tiên truy cập được quy định
trong EDCA. Các thông số trong WAVE bao gồm: AIFS (Arbitration Inter-Frame
Space), CW (Contention Window), TXOP (Transmit Opportunity).
2.2.2 Các dịch vụ của bộ phận quản lý (Management Plane Services)
Chuẩn 1609.4 sẽ là sự mở rộng của MLME trong 802.11 và 802.11p. Nó bao gồm
sự đồng bộ thời gian, các tính năng truy cập kênh truyền để hỗ trợ cơ chế tổ chức
kênh truyền, cũng như truyền các khung quản lý theo chu kỳ.

Đồ Án 3
Trang 14/29
2.2.2.1 Đồng bộ đa kênh
Chức năng đồng bộ dựa trên một khoảng thời gian chung cho phép các thiết bị
WAVE thực hiện chức năng tổ chức kênh truyền. Các thiết bị nào không có nguồn
định thời nội có thể biết được thông tin định thời từ các thiết bị khác thông qua vô
tuyến. Phương thức đồng bộ qua vô tuyến sử dụng Timestamp khung quảng bá thời
gian để ước lượng thời gian UTC (Coordinated Universal Time). Đồng bộ với UTC
là một điều bắt buộc cho các thiết bị chuyển kênh trên khoảng thời gian điều khiển.
MLME sẽ duy trì thời gian UTC để phục vụ cho cơ chế tổ chức kênh truyền. Chức
năng quản lý thời gian có thể hoạt động bên trong hay ngoài MLME.
 Định nghĩa thời gian cơ sở chung
Thời gian UTC được sử dụng như là mốc thời gian chung, nó có thể được thiết lập
thông qua GPS. MLME sẽ sử dụng UTC để xác định các khoảng thời gian của kênh
truyền.
 Ước lượng thời gian cơ sở chung
Khi thực hiện đồng bộ, MLME đồng bộ đến thời gian UTC bằng cách ước lượng
thời gian và độ lệch chuẩn thời gian. Điều này cho phép sự đồng bộ trong việc
truyền dẫn giữa các khoảng thời gian các kênh.
 Thông tin định thời
Các thông tin quảng bá thời gian nằm trong các khung TA (Timing Advertisement)
và chứa thông tin mà MLME có thể sử dụng để ước lượng thời gian UTC. Bên thu
khi nhận được khung TA thì nó có thể sử dụng các thông số trong khung TA cộng
với thông tin định thời nội để xác định mối quan hệ giữa giá trị bộ định thời nội và
thời gian UTC. Khi có khoảng thời gian ước lượng không lệ tại khung TA, các thiết
bị sẽ đặt biến thời gian bằng không và giá trị độ lệch chuẩn lên cao nhất.
 Sai số đồng bộ
Trước mỗi khoảng thời gian điều khiển hay khoảng thời gian dịch vụ đều có khoảng
bảo vệ, khoảng bảo vệ này là tổng thời gian tối đa mà các thiết bị thực hiện việc

Đồ Án 3
Trang 15/29
chuyển kênh. Trong khoảng thời gian bảo vệ, các thiết bị không được phép thực
hiện hoạt động thu phát dữ liệu. Khi bắt đầu các khoảng thời gian bảo vệ, các hoạt
động trao đổi dữ liệu giữa các kênh sẽ bị hoãn lại cho đến khi hết khoảng thời gian
bảo vệ. Điều đó dẫn đến các thiết bị sẽ tranh chấp kênh truyền khi khoảng thời gian
bảo vệ vừa kết thúc, để ngăn chặn việc tranh chấp thì cơ chế back-off được sử dụng.
Hình 2-3: Cấu trúc của khoảng bảo vệ [3]
Các thiết bị được coi là đồng bộ khi sáu lần độ lệch chuẩn theo thời gian nhỏ hơn
sai số đồng bộ cho phép
2.2.2.2 Truy cập kênh truyền
MLME cho phép thiết bị có thể truy cập đến một kênh truyền cụ thể dưới sự điều
khiển của WME. Các loại truy cập kênh truyền thông dụng: truy cập kênh liên tục,
truy cập kênh xen kẽ, truy cập kênh tức thì và truy cập kênh mở rộng. Trong chuẩn
1609.4 thì các thiết bị sử dụng cơ chế truy cập kênh truyền xen kẽ.

Đồ Án 3
Trang 16/29
Hình 2-4: Truy cập kênh truyền xen kẽ
Trong cơ chế truy cập kênh truyền xen kẽ, các thiết bị sẽ thực hiện bắt tay nhau ở
kênh điều khiển CCH trong khoảng thời gian điều khiển (CCHI = 50 ms) và chỉ bắt
đầu truyền dữ liệu trên kênh dịch vụ SCH mà các thiết bị đã chọn trong khoảng thời
gian dịch vụ (SCHI = 50 ms).

Đồ Án 3
Trang 17/29
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT IEEE 1609.4
3.1 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA 1609.4
3.1.1 Giới thiệu
Giao thức IEEE 1609.4 là giao thức hỗ trợ truy cập đa kênh được sử dụng trong
mạng VANET. Giao thức này sẽ giải quyết quá trình trao đổi các gói tin cảnh báo
an toàn và không cảnh báo an toàn giữa các node với nhau dựa trên công nghệ giao
tiếp tầm ngắn DSRC. Trong mạng VANET, các ứng dụng sẽ được chia ra thành hai
loại là các ứng dụng cảnh báo an toàn (safety) và các ứng dụng không cảnh báo an
toàn (non-safety). Ứng dụng safety sẽ cung cấp cho người tham gia giao thông các
thông tin cảnh báo va chạm, cảnh báo nguy hiểm tiềm tàng, các ứng dụng này yêu
cầu độ tin cậy cao và thời gian trễ truyền nhỏ. Ứng dụng non-safety hay là các ứng
dụng liên quan đến dịch vụ nhằm cung cấp các thông tin về bản đồ, dự báo thời tiết,
địa điểm nơi công cộng… để nâng cao hiệu quả và tiện ích trong việc điều khiển
các phương tiện giao thông. Các ứng dụng liên quan đến dịch vụ sẽ không đòi hỏi
về thời gian trễ mà thay vào đó sẽ là yêu cầu thông lượng lớn.
3.1.2 Hoạt động của 1609.4
IEEE 1609.4 mô tả các khoảng thời gian kênh truyền, trong đó thời gian được chia
ra thành các khoảng thời gian xen kẽ giữa CCHI và SCHI. Theo như hình 3.1 thời
gian truy cập kênh truyền được chia thành các khoảng SI, nó có độ dài 100 msec
bao gồm một CCHI và một SCHI. Tại thời điểm bắt đầu của mỗi khoảng CCHI và
SCHI đều có một khoảng bảo vệ GI. GI có độ dài từ 4-6 msec, là khoảng thời gian
để các thiết bị chuyển kênh và là khoảng sai số định thời giữa các thiết bị. Nếu thiết
bị chuyển kênh một cách chủ động thì nó sẽ đình chỉ hoạt động của lớp MAC tại
thời điểm bắt đầu của khoảng bảo vệ. Sau khi thiết bị hoàn tất việc chuyển kênh tại
cuối khoảng GI, thì thiết bị sẽ bắt đầu trao đổi dữ liệu trong kênh mới.

Đồ Án 3
Trang 18/29
Hình 3-1: Hoạt động của chuẩn 1609.4
Trong cơ chế đồng bộ đa kênh, khi các thiết bị thực hiện việc chuyển kênh thì sẽ
không được phép trao đổi dữ liệu. Có nghĩa là tại thời điểm bắt đầu GI các thiết bị
sẽ không được trao đổi dữ liệu với nhau, nếu các thiết bị nào thực hiện trao đổi dữ
liệu mà vẫn chưa hoàn thành trước lúc GI bắt đầu thì sự trao đổi đó sẽ bị hủy.
Hình 3.1 mô tả hoạt động chi tiết của chuẩn IEEE 1609.4, khoảng thời gian điều
khiển CCHI sẽ được chia ra thành khoảng thời gian an toàn và khoảng thời gian
WSA (WAVE Service Annountcement). Tại khoảng thời gian an toàn (Safety
Interval) các node phải nhảy đến kênh CCH để phát quảng bá các gói tin khẩn
(EMG-Emergency) cũng như các gói tin điều khiển khác. Còn trong khoảng WSA
các node sẽ phát các tin thông báo về dịch vụ và thực hiện việc bắt tay chọn kênh
dịch vụ để trao đổi dữ liệu với nhau. Sau khi kết thúc CCHI, các node sẽ chuyển
đến các kênh dịch vụ SCH đã chọn để trao đổi các gói tin về dịch vụ trong khoảng
thời gian SCHI. Trên mỗi kênh dịch vụ, khoảng thời gian SCHI được chia ra thành

Đồ Án 3
Trang 19/29
M timeslot, với 6 kênh dịch vụ nên số lượng timeslot tối đa trên một chu kì SI trong
chuẩn 1609.4 là 6M.
Hoạt động của 1609.4 như sau:
 Khi có gói tin khẩn EMG, các node sẽ phát quảng bá gói tin khẩn trên kênh
điều khiển trong khoảng thời gian Safety Interval.
 Các node có dịch vụ muốn trao đổi thì nó sẽ phát gói tin WSA trong khoảng
thời gian còn lại của kênh điều khiển. Ngoài ra các node cũng có thể yêu cầu
dịch vụ mà nó cần bằng cách phát gói tin yêu cầu RFS (Request For
Service).
 Sau khi nhận được các gói tin WSA và RFS, các node nhận sẽ lựa chọn khe
thời gian và kênh dịch vụ phù hợp. Sau đó, các node nhận sẽ gửi gói tin xác
nhận ACK (Acknowledgement) chứa thông tin về khe thời gian và kênh dịch
vụ được chọn đến node phát sau khoảng thời gian SIFS.
 Các node phát sẽ gửi gói tin đặt chỗ RES (Reservation) để xác nhận đến
node thu.
 Node phát và node thu sẽ nhảy đến kênh dịch vụ tại timeslot đã chọn trong
khoảng thời gian SCHI để trao đổi gói tin dịch vụ.
 Sau khi quá trình trao đổi gói tin dịch vụ kết thúc, node thu sẽ gửi gói tin xác
nhận ACK để báo kết thúc việc trao đổi.
 Quá trình trao đổi được thực hiện tương tự đối với các khoảng thời gian SI
còn lại.
3.2 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHẬN CÁC GÓI TIN CỦA 1609.4
3.2.1 Ứng dụng Markov cho 1609.4
Trong phần này, báo cáo sử dụng lý thuyết Markov để xây dựng các công thức đánh
giá hiệu suất của 1609.4. Các thông số này như: xác suất truyền gói tin khẩn thành
công, thời gian trễ của gói tin khẩn và thông lượng gói tin dịch vụ. Theo như [5],
mô hình xích Markov cho gói tin khẩn được trình bày như hình 3.2

Đồ Án 3
Trang 20/29
Hình 3-2: Mô hình Markov cho việc truyền gói tin khẩn [5]
Từ mô hình Markov cho gói tin khẩn được thể hiện trong hình 3.2, xác suất để có
một node truyền đi gói tin khẩn EMG trong một timeslot 𝑇𝑒 được tính theo công
thức:
𝑇𝑒 = 𝑏 𝑒,0 = [
1 − 𝑞 𝑒
𝑞 𝑒
+
𝑊𝑒
2
]
−1
Trong đó: 𝑞 𝑒 là xác suất có ít nhất một gói tin khẩn trong buffer.
𝑊𝑒 là độ dài của cửa sổ tranh chấp.
𝐼𝑒 là trạng thái của node khi không có gói tin nào trong buffer.
𝑇𝑒 là xác suất để một node truyền một gói tin khẩn trong timeslot.
Cũng theo như [5] đã trình bày mô hình xích Markov của việc truyền gói tin dịch vụ
như hình 3.3.

Đồ Án 3
Trang 21/29
Hình 3-3: Mô hình Markov cho việc truyền gói tin dịch vụ [5]
Trong đó: 𝑏𝑠(𝑡) và 𝑠𝑠( 𝑡) là quá trình ngẫu nhiên biểu diễn giá trị back-off và trạng
thái back-off của gói tin dịch vụ ở time slot t.
L là giới hạn của việc truyền lại.
𝑊𝑠,𝑖 = 2𝑖
𝑊𝑠,0 là cửa sổ tranh chấp của lần truyền lại thứ i.
𝑞𝑠 là xác suất có ít nhất một gói tin dịch vụ trong buffer.
𝐼𝑠 là trạng thái rỗi với bộ nhớ buffer trống của các gói tin dịch vụ.
𝑝𝑠 là xác suất va chạm.
𝑏𝑠,𝑖,𝑘 là trạng thái dừng của xích Markov với i là 1 giá trị trong khoảng
[0,L], k là một giá trị trong cửa sổ tranh chấp [0, 𝑊𝑠,𝑖 − 1].
Tỉ lệ gửi thành công gói tin PDR (Packet Delivery Ratio) của gói tin khẩn
như sau:
𝑃𝐷𝑅 𝑒 = (1 − 𝑇𝑒) 𝑁−1
(1 − 𝑇𝑠) 𝑁
Với 𝑇𝑠 là xác suất một node truyền gói tin WSA trong một timeslot.

Đồ Án 3
Trang 22/29
Khoảng thời gian trì hoãn trung bình theo [3] như sau :
𝐸 𝐷 𝑒
=
1
𝜇 𝑒−2 𝑒
+
𝑇 𝑐𝑐ℎ𝑖
2
Với 𝜇 𝑒 là tốc độ dịch vụ trung bình.
2 𝑒 là tốc độ gói tới.
𝑇𝑐𝑐ℎ𝑖 là thời gian trì hoãn trong khoảng thời gian dịch vụ SCHI.
Thông lượng gói tin dịch vụ có thể ước lượng được thông qua số lượng time slot
trong một khoảng SI:
𝑆𝑠 = 𝑚𝑖𝑛[𝑁𝑠,𝑠𝑢𝑐, 6𝑀]
3.2.2 Mô phỏng và đánh giá hiệu suất 1609.4
3.2.2.1 Lưu đồ giải thuật
Trong phần này, báo cáo sẽ đi mô phỏng 3 thông số quan trọng của 1609.4 là thông
lượng gói tin dịch vụ, tỉ lệ truyền thành công gói tin khẩn, thời gian trễ trong việc
truyền gói tin khẩn. Từ đó sẽ so sánh với kết quả lý thuyết và đưa ra những đánh giá
về hiệu suất của 1609.4. Chương trình mô phỏng được thực hiện trên matlab với lưu
đồ giải thuật như sau:

Đồ Án 3
Trang 23/29
Hình 3-4: Lưu đồ giải thuật
Các thông số mô phỏng với các node tăng từ 10 đến 50 được trình bày theo bảng
sau:
Bắt đầu
Mô phỏng quá trình gửi và nhận
EMG và WSA
Tính toán các thông số PDR, Delay,
Thông lượng và vẽ đồ thị
Khởi tạo hằng số, giá trị ban đầu cho
các node, thời gian tới của gói tin
Kết thúc

Đồ Án 3
Trang 24/29
Bảng 3-1: Thông số mô phỏng [5]
Thông số Giá trị Thông số Giá trị
Tốc độ dữ liệu 6 Mbps Tốc độ gói tin dịch vụ 25 pkts/sec
WSA 100 bytes ACK 14 bytes
EMG 100 bytes RES 14 bytes
Slot Time 13 s SIFS 32 s
Thời gian truyền 1 s DIFS 58 s
Giới hạn gửi lại 6 𝑊𝑒 8
Số timeslot 4 𝑊𝑠,0 16
Kết quả lý thuyết được tính bằng phần mềm Mathematica dựa trên các công thức về
lý thuyết Markov, số node tối đa là 50 node. Kết quả được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3-2: Kết quả tính toán lý thuyết
Số node
PDR
(%)
Delay
(ms)
Thông
lượng
Số node
PDR
(%)
Delay
(ms)
Thông
lượng
5 99.98 25.20 24 30 88.03 25.34 24
10 98.40 25.25 24 35 72.14 25.44 24
15 96.79 25.27 24 40 63.16 25.55 24
20 95.35 25.28 24 45 53.95 25.62 24
25 91.26 25.30 24 50 44.16 25.69 24
3.2.2.2 Kết quả mô phỏng
 Tỉ lệ truyền thành công gói tin khẩn
Kết quả mô phỏng về tỉ lệ truyền thành công gói tin khẩn được thể hiện qua hình
3.4. Kết quả cho thấy với số node là 25 thì tỉ lệ truyền thành công là hơn 80%. Từ
node 30 trở đi thì tỉ lệ này giảm xuống do xác suất đụng độ giữa các node tăng lên,
dẫn đến việc truyền và nhận các gói tin kém chính xác.

Đồ Án 3
Trang 25/29
Hình 3-5: Tỉ lệ truyền thành công gói tin khẩn
 Thời gian delay trung bình của gói tin khẩn
Kết quả mô phỏng được thể hiện trong hình sau:
Hình 3-6: Thời gian delay trung bình gói tin khẩn

Đồ Án 3
Trang 26/29
Dựa vào kết quả mô phỏng thì thời gian delay trung bình của gói tin khẩn là dưới 3
micro giây ngay cả khi số node là 50. Kết quả này là chấp nhận được khi mà tốc độ
gói tin khẩn là 25 pkt/s trong môi trường xe cộ đông đúc.
 Thông lượng gói tin dịch vụ
Dựa vào kết quả mô phỏng được trình bày trong hình 3.6, thông lượng của gói tin
dịch vụ là ổn định nhưng ở mức thấp, dưới 25 gói trên một chi kì SI. Đây cũng
chính là điểm hạn chế của chuẩn 1609.4, hạn chế này sẽ được cải thiện ở các chuẩn
đa kênh khác.
Hình 3-7: Thông lượng gói tin dịch vụ
Các thông số mô phỏng cho kết quả tương đối phù hợp với lý thuyết, điều này giúp
đánh giá được hiệu suất hoạt động của 1609.4 và có các hướng khắc phục những
điểm hạn chế của chuẩn này.

Đồ Án 3
Trang 27/29
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 KẾT LUẬN
Từ các kết quả mô phỏng và tính toán lý thuyết đã cho thấy chuẩn IEEE 1609.4 đã
đáp ứng được vấn đề giao tiếp vô tuyến trong môi trường xe cộ (VANET), có khả
năng truyền các gói tin khẩn với độ trễ thấp, xác suất truyền thành công gói tin khẩn
khá cao, thông lượng gói tin dịch vụ ổn định. Tuy nhiên, khi mật độ giao thông tăng
cao thì giao thức 1609.4 không đáp ứng được yêu cầu về tính chuẩn xác, độ tin cậy
khi truyền gói tin khẩn.
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Tuy giao thức 1609.4 đã đáp ứng được yêu cầu về việc giao tiếp đa kênh trong môi
trường có tốc độ di chuyển cao giữa các node nhưng thông lượng gói tin dịch vụ
của chuẩn này vẫn còn thấp và khi lưu lượng xe cộ tăng lên thì nó không đáp ứng
được độ tin cậy. Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển giao thức mới dựa trên
1609.4 để khắc phục những khuyết điểm của chuẩn này là cần thiết.
Để khắc phục nhược điểm của IEEE 1609.4, một giao thức mới dựa trên cơ sở của
1609.4 đã được nghiên cứu và cho ra đời là VER-MAC (Efficient and Reliable
MAC Protocol for VANETs). Giao thức mới này sẽ cung cấp thông lượng và độ tin
cậy cao hơn khi tận dụng kênh điều khiển trong khoảng thời gian kênh dịch vụ và
tận dụng các kênh điều khiển trong khoảng thời gian điều khiển cho phép. Đây
chính là hướng phát triển tiếp theo của đồ án này trong tương lai.

Đồ Án 3
Trang 28/29
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] Trần Mậu Thành (2010), đồ án “Vehicular ad-hoc network (VANET) Mạng di
động tùy biến trong xe hơi”, Tp.HCM.
[2] Nguyễn Thành An (2016), luận văn tốt nghiệp “Đánh giá hiệu suất IEEE
1609.4”, TDTU, Tp.HCM.
Tiếng Anh:
[3] IEEE Standards Association (2011), “IEEE Standard for Wireless Access in
Vehicular Enviroments (WAVE) – Multi-channel Operation”, The Institute of
Electrical and Electronics Engineers, Inc. 3 Park Avenue, New York, NY 10016-
5997, USA, pp. 6-27.
[4] Qi Chen, Daniel Jiang, Luca Delgrossi (2009), “IEEE 1609.4 DSRC Multi-
Channel Operations and its Implications on Vehicle Safety Communications”,
Mercedes-Benz Research & Development North America, Inc, pp. 1-2.
[5] Dang Ngoc Minh Duc, Choong Seon Hong, Sungwon Lee, Eui-Nam Huh
(2014), “An Efficient and Reliable MAC in VANETs”, IEEE Communications
Letters, Vol.18, No.4.
[6] Dang Ngoc Minh Duc, Hanh Ngoc Dang, Cuong The Do, Choong Seon Hong,
“An Efficient and Reliable for Vehicular Ad Hoc Network”, 15th
Asia-Pacific
Network Operations and Management Symposium (APNOMS-2013), pp. 1-5, 25-
27 Sep.2013, Hiroshima, Japan.
[7] Qing Chang, Supeng Leng, Huirong Fu, Yan Zhang (2012), “An IEEE 802.11p-
Base Multichannel MAC Scheme With Channel Coordination for Vehicular Ad
Hoc Network”, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol.13,
No.2.
[8] Ad Hoc Networks,
http://www.acorn.net.au/telecoms/adhocnetworks/adhocnetworks.html

Đồ Án 3
Trang 29/29
[9] E. Ochin, “Open VANET”,
https://sites.google.com/a/ochin.mygbiz.com/my-scientific-work/my-academic-
work/openvanet
[10] Vydia Bharti, Riru Rani, Manjeet Yadav, Hirokjyoti Choudhary, Vinobha
Paswan, Parag Das, “Applocation of GIS and Remote Sensing in Modern
Transportation System”
[11] Delft University of Technology (2003), “Inaugural Speech”,
http://www.tbm.tudelft.nl/over-faculteit/afdelingen/engineering-systems-and-
services/sectie-ict/medewerkers/wim-vree/publication/inaugural-speech/
[12] Yunxin Li, “An Overview of the DSRC/WAVE Technology”, NICTA, 13
Garden Street, Eveleigh, NSW 2015, Australia.
[13] Mohamad S. Almalag, Michele C. Weigle, Stephan Olariu (2013), “MAC
Protocols for VANET”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers.
[14] P. Sai Kiran, B. Thirumala Rao, Dr. L. S. S. Reddy (2010), “Architecture
Crises in Vehicular Ad-Hoc NetWorks”, Global Journal of Computer Sience and
Techology, Vol. 10.

Giao thức MAC đa kênh trong Vanets - IEEE 1609.4

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (15)

Similar to Giao thức MAC đa kênh trong Vanets - IEEE 1609.4

Similar to Giao thức MAC đa kênh trong Vanets - IEEE 1609.4 (20)

Giao thức MAC đa kênh trong Vanets - IEEE 1609.4