TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

XÂY DỰNG MẠNG ADHOC DI ĐỘNG CHO QUẢN LÝ
GIAO THÔNG, AN NINH VÀ KIẾN NGHỊ ỨNG DỤNG
CHO THÔNG TIN CỨU HỘ TRÊN BIỂN
CNĐT : NGUYỄN VĂN ĐỨC
1.10. Kết chương 33
Chương 2. Thiết kế giao thức truyền thông 34
2.1. Kiến trúc giao thức truyền thông 34
2.2. Nghiên cứu lựa chọn phương thức định tuyến cho mạng VANET 35
2.2.1 Phân loại các giao thức định tuyến 36
2.2.2 Lựa chọn giao thức định tuyến thích hợp phát triển cho mạng VANET 37
2.3. Định tuyến tùy biến theo vị trí và cân bằng tải 37
2.3.1 Cơ chế cân bằng tải 40
2.3.2 Cơ chế nhận biết chuyển động 41
2.3.3 Xây dựng thuật toán định tuyến 44
2.4. Giao thức truyền cho ứng dụng đa phương tiện 46
2.5. Điều khiển phiên thông tin 46
2.6. Quản lý địa chỉ 48
2.7. Điều khiển truy nhập kênh vô tuyến 49
Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

2
2.7.1 Một số vấn đề lớp MAC trong mạng Ad Hoc 49
2.7.2 Kiến trúc lớp MAC của chuẩn IEEE 802.11 53
2.7.3 Đề xuất lớp MAC cho AdHoc dựa vào công nghệ OFDMA 56
2.7.4 Đề xuất kiến trúc lớp MAC dựa vào công nghệ OFDMA 59
2.7.5 Kịch bản mô phỏng cho mạng Ad Hoc 65
2.8. Kết chương 70
Chương 3. Thiết kế, chế tạo thiết bị liên lạc trên xe và bên đường 71
3.1. Yêu cầu và chỉ tiêu kỹ thuật 71
3.2. Kiến trúc hệ thống 71
3.3. Phát triển phần cứng 73
3.3.1 Bàn phím 73
3.3.2 Màn hình LCD cho thiết bị trung chuyển phi thể thức 76
3.3.3 Màn hình LCD cảm ứng cho thiết bị liên lạc kết cuối 82

4.4.6 Phần mềm dẫn đường cho lái xe 102
Chương 5. Kết quả triển khai thử nghiệm 104
5.1. Mô tả thí nghiệm 104
5.2. Kết nối mạng di động GSM/GPRS 106
5.3. Truyền thông đa phương tiện 108
5.4. Giám sát xe cộ 111
5.5. Năng lượng tiêu thụ của hệ thống phần mềm 117
5.6. Triển khai cho ứng dụng an ninh 118
5.7. Kết quả công cụ mô phỏng 118
5.7.1 Kịch bản chạy mô phỏng 118
5.7.2 Các kết quả đạt được trong quá trình mô phỏng 119
5.7.3 Kết luận 123
5.8. Kết chương 123
Chương 6. Kiến nghị cho thông tin biển 124
6.1. Các hệ thống thông tin trên biển truyền thống 124
6.1.1 Hệ thống truyền tin trên biển sử dụng sóng vô tuyến 124
6.1.2 Hệ thống thông tin vệ tinh 128
6.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mạng Ad-hoc cho thông tin biển ở một số
nước 134
6.2.1 Giới thiệu chung 134
6.2.2 Đề xuất triển khai của một số nước 136
6.3. Các khuyến nghị về việc ứng dụng công nghệ mạng Ad-hoc cho thông tin
biển ở Việt Nam 146
6.3.1 Đề xuất về kiến trúc mạng 146
6.3.2 Tần số sử dụng 149
6.3.3 Mô hình suy hao 151
6.3.4 Điều khiển truy nhập 160
Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

4

Hình 2-5 Mối quan hệ giữa Greedy forwarding và Perimeter forwarding 40
Hình 2-6 Thuật toán cân bằng tải mạng 40
Hình 2-7 Dự đoán chuyển động của nút 42
Hình 2-8 Dự đoán hướng chuyển động của nút 43
Hình 2-9 Cơ chế tìm kiếm vị trí của nút đích 44
Hình 2-10 Thuật toán xây dựng hàm định tuyến 45
Hình 2-11 Mô hình thiết kế giao thức điều khiển phiên 47
Hình 2-12 Mô hình phân lớp của cơ chế cấp phát-thu hồi địa chỉ 48
Hình 2-13 Vấn đề node ẩn (The hidden terminal problem) 49
Hình 2-14 Vấn đề node hiện (The exposed node problem) 51
Hình 2-15 Vấn đề Blocking (Node C is blocked) 52
Hình 2-16 Cơ chế cấp phát kênh dựa vào tín hiệu báo bận phát ra từ máy thu 57
Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

6
Hình 2-17 Vấn đề về nhiễu đồng kênh CCI trong các hệ thống OFDMA/TDD 57
Hình 2-18 Công suất âm bận thu được tại máy phát 58
Hình 2-19 Cấu trúc khung lớp MAC 59
Hình 2-20 Sơ đồ thuật toán DSA 64
Hình 2-21 Kịch bản mạng Ad-hoc đơn giản hóa cho mô phỏng 65
Hình 2-22 Kết quả với mức ngưỡng khác nhau 66
Hình 2-23 Mô hình kịch bản tính toán thông lượng trong mạng Ad Hoc 67
Hình 2-24 Trường hợp kết nối giữa 2 cặp node : OBU1-RSU1 và OBU2-RSU2 67
Hình 2-25 Trường hợp kết nối giữa 2 cặp node: OBU1 –RSU2 và OBU2 –RSU1 . 68
Hình 2-26 Trường hợp kết nối giữa 2 cặp node : OBU1-RSU1 và OBU2-RSU12 . 69
Hình 3-1 Sơ đồ kiến trúc hệ thống 72
Hình 3-2 Sơ đồ khối chức năng 73
Hình 3-3 Bàn phím USB với các chữ cái thường a-z 75
Hình 3-4 Bàn phím USB với các chữ cái hoa A-Z 75
Hình 3-5 Bàn phím USB với các chữ số và kí tự đặc biệt 75

Hình 5-1 Sản phẩm OBU 104
Hình 5-2 RSU- Board nhúng 105
Hình 5-3 Hệ thống OBU-RSU-SERVER 106
Hình 5-4 RSU chuyển tiếp dữ liệu từ OBU đồng thời chụp ảnh gửi lên server 107
Hình 5-5 Server nhận dữ liệu từ RSU 107
Hình 5-6 Server nhận dữ liệu từ RSU 108
Hình 5-7 OBUchụp ảnh gửi về server qua GPRS 108
Hình 5-8 Mô hình thí nghiệm truyền thông đa phương tiện 109
Hình 5-9 Truyền ảnh 2 chiều đa chặng 109
Hình 5-10 Truyền file đa chặng 110
Hình 5-11 Đo tốc độ file đa chặng (> 64kb/s) 110
Hình 5-12 Truyền tiếng nói 2 chiều đa chặng 111
Hình 5-13 Giao diện website 112
Hình 5-14 Hiển thị chuyển động của obu trên website 112
Hình 5-15 Hiển thị vị trí của phương tiện cho tài xế trên xe 113
Hình 5-16 Demo chức năng tìm kiếm địa danh 114
Hình 5-17 Tìm kiếm đường đi 115
Hình 5-18 Dẫn đường bằng text 115
Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

8
Hình 5-19 Chức năng tìm kiếm trạm xăng 116
Hình 5-20 OBU gửi dữ liệu gps tới rsu 116
Hình 5-21 Dữ liệu RSU nhận về 117
Hình 5-22 Kịch bản mô phỏng 119
Hình 5-23 Đồ thị so sánh tỉ lệ mất gói khi tốc độ truyền là 400Kbps 120
Hình 5-24 Đồ thị tốc độ mất gói khi tốc độ bit thay đổi từ 50Kbps đến 400Kbps. 120
Hình 5-25 Đồ thị tốc độ mất gói khi chu kì gửi bản tin beacon thay đổi 121
Hình 5-26 Đồ thị so sánh trễ ở tốc độ 300Kbps 121
Hình 5-27 Đồ thị so sánh số nút trung gian trung bình 122

Hình 6-25 CSMA/CA có sử dụng back-off time 164
Hình 6-26 Contention Window 165
Hình 6-27 CSMA/CA sử dụng RTS/CTS 165
Hình 6-28 Phân mảnh gói dữ liệu truyền dẫn 166
Hình 6-29 Ảnh hưởng của công suất đến kiến trúc mạng 166
Hình 6-30 Ảnh hưởng của công suất phát đến quá trình định tuyến và nhiễu node
lân cận 167
Hình 6-31 Điều khiển công suất trong quá trình khám phá tuyến 168
Hình 6-32 Định tuyến AODV 171
Hình 6-33 Nội dung bản tin RREQ 172
Hình 6-34 Nội dung bản tin RREP 173
Hình 6-35 Nội dung bản tin RRER 174
Hình 6-36 Ví dụ về các khả năng gây ra vòng lặp tự do trong việc tính toán đa
đường 178
Hình 6-37 Link disjointness 180
Hình 6-38 Ý tưởng chính trong việc tính toán tuyến là link disjoint 181
Hình 6-39 Vai trò của thông tin last hop 182
Hình 6-40 Minh họa tuyến là link disjoint 182
Hình 6-41 Cấu trúc bảng định tuyến của AODV và AOMDV 183
Hình 6-42 Thuật toán xử lí yêu cầu gửi 187
Hình 6-43 Thuật toán xử lí bản tin 188
Hình 6-44 Giao diện hệ thống mô phỏng 189

Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

10
Danh mục bảng biểu

11
Bảng 0-1 Danh mục các thuật ngữ viết tắt
Thuật
ngữ
Giải nghĩa Ghi chú
ABR Average Bit Rate Tốc độ bít trung bình
BS

Base Station

Tr
ạm c
ơ s
ở

CQP Constant Quantization
Parameter

Tham số lượng tử không đổi
CR Cummulative Rate Tốc độ tối đa tổng cộng.
CRF Constant Rate Factor Hệ số tốc độ không đổi
DCT Discrete Cosine Transform Chuyển đổi cô-sin rời rạc
DR Demanded Rate Tốc độ bit phù hợp với chất lượng kênh truyền
tại từng thời điểm
DT Dequeuing Throughput Tốc độ gói phát ra ngoài ở đầu hàng đợi bên
phát.
ETX Expected Transmission
Count
Số lần truyền mong muốn
GOP Group of Picture Nhóm ảnh

SR Sender Reports Bản tin bên phát
VANET Vehicle ad-hoc network Mạng di động đa chặng cho giao thông
VLC

Video Coding Layer

Mã hóa l
ớp video

Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

12
Bảng 0-2 Danh mục các sản phẩm đề xuất
Số
TT
Tên sản phẩm Số
lượng
Yêu cầu khoa học
1 OBU. 3 Cho phép truyền, xử lý và hiển thị
thông tin đa dịch vụ trên kết nối
không dây.
2 RSU 2 Trung chuyển thông tin đa dịch vụ
theo kiểu phi thể thức.
• Số học viên cao học và nghiên cứu sinh được đào tạo: 3 học viên cao học
• Số bài báo công bố: 4 bài báo Bảng 0-3 Danh mục sản phẩm đạt được trên thực tế
Số
TT

• Số bài báo công bố: 11 bài báo quốc tế và tạp chí trong nước (vượt
mức đề xuất 6 bài)

Đạt và
vượt chỉ
tiêu Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

13
Bảng 0-4 Tài chính
Stt Hạng mục Được cấp Đã giải ngân Ghi chú
1 Bảng 0-5 Báo cáo tiến độ

Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

15
Chương 1. Giới thiệu chung
Trong phạm vi dự án này, nhóm nghiên cứu phải nghiên cứu, thiết kế và xây dựng
mạng Adhoc di động ở mô hình thử nghiệm với mục đích ứng dụng cho giám sát,
điều khiển giao thông, an ninh và kiến nghị ứng dụng cho thông tin cứu hộ trên
biển.
1.1. Tổng quan
Được biết đến với các tên tiếng Việt khác nhau như mạng tuỳ biến, mạng đặc ứng,
mạng vô tuyến phi thể thức, mạng di động đa chặng, mạng không dây đa chặng…
mạng không dây ad hoc (wireless ad hoc network) hay mạng di động ad hoc
(mobile ad hoc network - MANET) đang thu hút sự quan tâm của cộng đồng nghiên
cứu bởi tiềm năng ứng dụng của nó. Như được minh họa trong hình 1-1, do không
đòi hỏi cơ sở hạ tầng thông tin lắp đặt trước, các thiết bị tính toán di động bật máy
lên là có thể liên lạc với nhau được ngay, nên hệ thống thông tin này đặc biệt thích
hợp với các hoạt động hiện trường và trong các tình huống khẩn cấp. Khác với
mạng điện thoại di động truyền thống, mạng di động đa chặng, có tính tự tổ chức và
đầy đủ tính năng của một mạng không dây thông thường. Hơn thế, các nút trong

tuyến phi thể thức, các nước phát triển đã và đang đầu tư rất nhiều kinh phí vào các
dự án nghiên cứu mang tính đột phá. Các cơ quan nghiên cứu uy tín như Đại học
Stanford, Viện Chuẩn hóa và Công nghệ quốc gia Hoa kỳ (National Institute of
Standards and Technology) hay các tập đoàn công nghiệp lớn như Daimler-
Chrysler, Siemens đều đầu tư rất nhiều nhân lực và tài chính vào lĩnh vực này.
Hệ thống giao thông đang đặt ra nhiều thách thức nan giải về tai nạn, tắc đường, đòi
hỏi những phương tiện kỹ thuật hiện đại như mạng vô tuyến phi thể thức kết nối các
thiết bị thông tin lắp đặt ngay trên xe cộ và hệ thống thông tin giao thông để góp
phần giải quyết tắc nghẽn giao thông, đảm bảo an toàn cho các phương tiện tham
gia giao thông và an ninh trên đường phố.
1.3. Thách thức kỹ thuật
Trong khi tiềm năng ứng dụng của mạng MANET nói chung cũng như của VANET
nói riêng là rõ ràng, vẫn còn nhiều vấn đề khoa học và công nghệ cần được giải
quyết. Đó là tính động của các nút mạng, kèm theo đó là sự hạn hẹp và không ổn
định của kênh truyền, cũng như quy mô mạng lớn yêu cầu phải thiết lập những kết
nối đa chặng.
1.3.1 Sự năng động của các nút mạng
Xe cộ chuyển động với tốc độ cao, số lượng xe vào/ra một đoạn đường lớn khiến
cho đồ hình của mạng luôn thay đổi với tốc độ rất nhanh. Sự thay đổi trạng thái
thường xuyên và nhanh chóng của các nút mạng cũng như liên kết giữa các nút
mạng dễ gây ra sự thay đổi đồ hình toàn mạng cũng như tuyến đi của các gói dữ
liệu ngay trong một phiên kết nối. Một nút mạng có thể gia nhập hoặc tách khỏi
mạng tại bất kỳ thời điểm nào, do đó chúng có thể tách khỏi tuyến mà chúng trung
chuyển bất cứ lúc nào, gây ra sự gián đoạn thông tin. Hay cũng vậy, sự xuất hiện
của nút mới khiến tuyến đi được cập nhật cũng ảnh hướng đến tính liên tục của
đường truyền.
1.3.2 Băng thông hạn hẹp và bất định
Kỹ thuật điều chế tiên tiến giúp cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến,
nhưng không thể tạo ra đường truyền băng thông rộng như trong các mạng thông tin
có cơ sở hạ tầng được thiết lập trước. Khi số chặng liên kết trung gian của tuyến đi

Các ứng dụng thời gian thực chỉ chấp nhận một tỉ lệ mất gói nhất định trong khi
những yêu cầu về trễ thời gian thực rất khắt khe. Các gói cần đến đích đúng thời
gian nếu trễ hơn thời gian. Trong kết nối đa chặng, trễ truyền thông không được lớn
hơn một ngưỡng là 500ms. Nếu trễ vươt qua ngưỡng này, sự dao động trễ (jitter) sẽ
ảnh hưởng đến chất lượng cảm thụ. Để giải quyết vấn đề này, jitter cần được khắc
phục bằng cách sử dụng bộ đệm ở phía thu.
Khi tắc nghẽn xảy ra, các gói dữ liệu sẽ bị trễ lớn hơn và ở phía thu phát hiện nhiều
gói mất. Trong điều kiện đó quá trình truyền lại là một giải pháp hiệu quả để giảm
mất gói. Đặc biệt là khi tài nguyên mạng (băng thông, bộ đệm …) không đủ để vận
chuyển gói dữ liệu, càng nhiều gói bị mất, số lượng bản tin ARQ càng tăng. Do
thiếu tài nguyên mạng nên khả năng đáp ứng các bản tin request này cũng bị hạn
Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

19
chế. Tại cùng một thời điểm, thời gian trễ vòng trung bình tăng, giảm số lần truyền
lại cho từng gói riêng biệt. Tóm lại, thực hiện việc truyền lại trong điều kiện băng
thông giới hạn cần phải được thiết kế cẩn thận để tránh deadlock.
Để giải quyết các thách thức trên, không thể kế thừa nguyên vẹn các thiết kế truyền
thông truyền thống. Để đảm bảo chất lượng thông tin và nâng cao hiệu năng hoạt
động, cần thiết kế lại kiến trúc hệ thống đứng trên phương diện kết nối mạng và xử
lý dữ liệu đa phương tiện. Mục tiếp theo sẽ diễn giải chi tiết đề xuất thiết kế của
nhóm nghiên cứu.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu
Trong phạm vi dự án này, nhóm nghiên cứu tập trung vào các công việc sau:
- Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng mạng Adhoc di động ở mô hình thử
nghiệm với mục đích ứng dụng cho giám sát, điều khiển giao thông, an
ninh và kiến nghị ứng dụng cho thông tin cứu hộ trên biển.
1.5. Cách tiếp cận
Nhóm nghiên cứu kết hợp việc mở rộng kết quả sẵn có với hợp tác với các nhóm
nghiên cứu quốc tế để làm phong phú thêm cách tiếp cận giải quyết đề tài

21

Hình 1-2 Qui trình nghiên cứu
1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Mạng VANET là lĩnh vực nghiên cứu thu hút nhiều dự án nghiên cứu trong những
năm qua. Tuy nhiên các thách thức kỹ thuật như đã phân tích đòi hỏi thêm nhiều nỗ
lực nghiên cứu trong tương lai trước khi có thể thương mại hóa.
Đề tài Nghị định thư VANET Mã số 01/08/2351/HĐ-NĐT

22
1.7.1 Tình hình nghiên cứu trong cộng đồng khoa học quốc tế
Trên thế giới, những nghiên cứu, hội thảo về mạng VANET là rất phong phú, trong
đó cộng đồng thế giới đặc biệt quan tâm tới phát triển giao thức truyền thông, xây
dựng các dịch vụ ứng dụng trên đó, cũng như quản lý tài nguyên vô tuyến- nguồn
tài nguyên hạn hẹp.
1.7.1.1 Giao thức truyền thông
VANET hoạt động chủ yếu trong chế độ Ad-hoc, ở đó các phương tiện tự tổ chức
nên mạng không dây mà không qua bộ định tuyến (Wireless Router) hay các điểm
thu phát không dây (Wireless AccessPoint). Có thể nói, VANET chính là một
trường hợp riêng của MANET (Mobile Ad-hoc NETwork); tuy nhiên việc triển khai
các tiện ích, ứng dụng trên loại mạng này gặp rất nhiều khó khăn thách thức, bởi các
thiết bị mạng (chủ yếu là xe cộ) thường di chuyển với tốc độ rất cao, dẫn tới các
hiệu ứng không mong muốn trong thông tin liên lạc như: doppler, suy hao, trễ
truyền dẫn, v.v… Vấn đề giao thức truyền thông cho mạng MANET đã được cộng
đồng nghiên cứu thế giới quan tâm từ rất lâu, nhưng việc áp dụng hiệu quả các giao
thức truyền thông này vào mạng VANET mới chỉ được định hướng phát triển từ
hơn nửa thập kỉ trở lại đây. Theo đó, đã có những nghiên cứu đáng chú ý về giao
thức truyền thông cho VANET:
- Định tuyến đa chặng vẫn còn là vấn đề mới trong VANET. Cho đến nay,
chưa có nhiều nghiên cứu cũng như chưa đưa ra được giao thức định tuyến