Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANETNghiên cứu công nghệ truyền VIDEO trong mạng VANET
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - Nguyễn Bách Việt NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN VIDEO TRONG MẠNG VANET Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2016 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS HOÀNG TRỌNG MINH Phản biện 1: PGS.TS VŨ VĂN YÊM Phản biện 2: PGS.TS TRỊNH ANH VŨ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: giờ, ngày 20 tháng 08 năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông LỜI NÓI ĐẦU Mạng tùy biến phương tiện giao thông Vehicular Ad-hoc Network (VANET) giải pháp then chốt hệ thống mạng giao thức thông minh Các phương tiện giao thông trang bị nhiều loại thiết bị số để phục vụ nhiệm vụ điều khiển hay hỗ trợ điều khiển phương tiện nhiều khía cạnh khác đồ số, đỗ xe, giải trí… Để xây dựng hạ tầng truyền thông, phương tiện giao thông kết nối với với hạ tầng internet Bên cạnh việc cung cấp dịch vụ an toàn, nhu cầu cung cấp hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện ngày tăng số nhu cầu từ phía người sử dụng Trong đó, truyền Video mạng VANET hướng tiếp cận nhà nghiên cứu triển khai dịch vụ quan tâm thời gian gần khả hỗ trợ thời gian thực tương tác trực quan người điều khiển phương tiện giao thông Tuy nhiên, đặc tính cố hữu truyền thông không dây nói chung truyền thông truyền thông mạng VANET nói riêng tạo loạt thách thức như: bất ổn định kênh truyền, di chuyển nút mạng dẫn tới cấu hình mạng thay đổi liên tục… Các điều kiện động dẫn tới vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ cho luồng Video phức tạp Mặt khác, toán định tuyến mạng truyền thông coi yếu tố then chốt ảnh hưởng tới chất lượng luồng lưu lượng hiệu mạng Các giao thức định tuyến kế thừa từ mạng tùy biến không dây cần sửa đổi đáp ứng điều kiện riêng biệt VANET nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tương ứng Vì vậy, truyền Video mạng VANET thông qua giao thức định tuyến sửa đổi hướng thu hút nhiều nghiên cứu gần Từ yêu cầu thực tiễn xu hướng tiếp cận toán truyền Video, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ truyền Video mạng giao thông VANET” làm nội dung nghiên cứu luận văn cao học Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan mạng truyền thông phương tiện giao thông VANET Chương 2: Các giải pháp truyền Video mạng VANET Chương 3: Đánh giá đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng truyền Video mạng VANET Học viên xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS HOÀNG TRỌNG MINH tận tình hướng dẫn giúp đỡ suất trình hoàn thành luận văn Học viên hy vọng sau thực xong, luận văn tài liệu tham khảo có giá trị cho người tìm hiểu, nghiên cứu việc truyền Video mạng tùy biến không dây Học viên Nguyễn Bách Việt CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG PHƢƠNG TIỆN GIAO THÔNG VANET 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG VANET Mạng VANET (Vehicular Ad Hoc Network) công nghệ sử dụng xe di chuyển đóng vai trò nút mạng kết nối không dây để tạo nên mạng tùy biến không dây di động Mỗi phương tiện giao thông kết nối với với hạ tầng mạng phạm vi định tùy thuộc vào công nghệ truyền dẫn (thông thường bán kính kết nối từ 100m - 300m) Kiến trúc tùy biến không dây cho phép phương tiện di chuyển thay đổi hướng kết nối nhằm dùy trì tuyến truyền thông Thông tin trao đổi mạng VANET đa dạng liên quan tới vấn đề giao thông như: thông tin lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, thông tin tai nạn giao thông, tình nguy hiểm cần tránh dịch vụ thông thường đa phương tiện, Internet… Mục đích VANET cung cấp an toàn thoải mái cho hành khách Các thiết bị điện tử đặc biệt đặt bên phương tiện giao thông cung cấp kết nối mạng tùy biến không dây tới hành khách Mỗi thiết bị hoạt động mạng VANET nút mạng trực tiếp gửi nhận làm trung gian phiên kết nối thông qua mạng không dây Xét trường hợp xảy va trạm phương tiện đường, tín hiệu cảnh báo gửi thông qua mạng VANET tới phương tiện tham gia giao thông, với công cụ tiện ích để giúp đỡ việc giải cố, đảm bảo an toàn cho phương tiện khác Người tham gia giao thông kết nối Internet thông qua mạng VANET, chí sử dụng dịch vụ đa phương tiện trao đổi thông tin hình ảnh, video, gọi điện video Ngoài ra, thông qua mạng VANET, phương tiện tham gia giao thông tự động toán cước phí phí gửi xe, phí cầu đường,… Đặc điểm mạng VANET tương tự mạng truyền thông không dây tùy biến di động Mobile Adhoc Network (MANET) gồm: trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp chia sẻ đường truyền vô tuyến Tuy nhiên, VANET có số điểm đặc thù đưa tới số thách thức khác biệt cần phải vượt qua Hình 1.1 Mô hình mạng VANET 1.2 KIẾN TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA VANET Một kiến trúc hệ thống VANET điển hình bao gồm giao tiếp nhiều thành phần riêng rẽ Hình 1.2 Các miền kết nối mạng VANET chia thành vùng riêng biệt; kết nối phương tiện, kết nối tùy biến kết nối hạ tầng Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống VANET điển hình Kết nối phương tiện: kết nối đơn vị truyền thông phương tiện OBU (Onboad Unit) với thiết bị truy nhập AU (Access Unit) Thường sử dụng truyền thông tầm ngắn để hỗ trợ tính truyền thông tin an toàn giao thông giải trí Kết nối tùy biến: kết nối phương tiện giao thông hỗ trợ OBU nhằm hình thành mạng phương tiện cho qua môi trường không dây Kết nối RSU BTS: phục vụ cho truy nhập hạ tầng thông tin chung để phương tiện giao thông truy nhập tiếp nhận thông tin an toàn giao thông giải trí từ môi trường mạng chung Dưới góc độ cấu trúc phần cứng, thiết bị hệ thống VANET gồm hai thiết bị OBU RSU a, Đơn vị truyền thông phương tiện OBU OBU đặt xe để đáp ứng giao tiếp V2V V2I Nó cung cấp dịch vụ truyền thông AU chuyển tiếp liệu thay cho OBU khác mạng Adhoc Một OBU trang bị giao tiếp không dây tầm ngắn dựa công nghệ 802.11p Hình 1.3 Tổng quan thiết bị OBU b, Đơn vị truyền thông lề đường RSU RSU thiết bị vật lý có vị trí cố định đường vị trí chuyên dụng trạm xăng, bãi đỗ xe, nhà hàng Một RSU trang bị thiết bị mạng giao tiếp không dây tầm ngắn dựa chuẩn IEEE 802.11p Một RSU trang bị thiết bị mạng khác phép liên lạc với mạng lưới sở hạ tầng Các chức RSU sau: Mở rộng phạm vi giao tiếp mạng tùy biến, có nghĩa phân phối lại thông tin để OBU với RSU chuyển tiếp, phân phối thông tin an toàn Chạy ứng dụng an toàn, chẳng hạn cảnh báo cho V2I (cảnh báo cầu thấp, công trường thi công,…) hoạt động nguồn phát nhận thông tin Cung cấp kết nối Internet cho OBU 1.3 Các ứng dụng dịch vụ Thông tin liên lạc VANET sử dụng cho yêu cầu đa dạng với ứng dụng tiềm Căn vào loại hình giao tiếp V2I hay V2V, ứng dụng VANET liệt kê vào lớp sau: a, Ứng dụng theo định hướng an toàn Ứng dụng an toàn bao gồm giám sát đường xung quanh, tiếp cận xe, mặt đường… Các ứng dụng an toàn đường phân loại là: Thông báo mối nguy hiểm đường Hợp tác cảnh báo va chạm Giám sát giao thông b, Ứng dụng thương mại Ứng dụng thương mại cung cấp cho người lái xe dịch vụ giải trí Các ứng dụng thương mại phân loại là: Truy cập Internet Đỗ xe tự động Chuyển tiếp Video thời gian thực c, Ứng dụng tiện ích Ứng dụng tiện ích sử dụng chủ yếu quản lý giao thông với mục tiêu nâng cao hiệu giao thông cách thúc đẩy mức độ thuận tiện cho người lái xe Các ứng dụng tiện lợi phân loại là: Tìm đường Thu phí điện tử Chỗ trống bãi đậu xe d, Các ứng dụng gia tăng giá trị Ứng dụng bổ sung với ứng dụng nói Các ứng dụng gia tăng giá trị là: Lợi ích môi trường Thời gian sử dụng Tiết kiệm nhiên liệu 1.4 CÁC THÁCH THỨC CHÍNH CỦA VANET Các điểm đặc thù chuyển động VANET tạo nên điểm đặc biệt VANET gây thách thức định truyền thông phương tiện giao thông Vận tốc nút: Vận tốc nút biến đổi từ (cho RSU đặt cố định, xe đứng yên, tắc đường) mức xe chuyển động 200 km/h Mô hình chuyển động: VANET đặc trưng số nút di động (tức theo tốc độ xe ô tô) Tính di động ảnh hưởng hay nhiều dựa vào cấu trúc đường phố (đường phố nhỏ, đường cao tốc) Mật độ nút cao: Ngoài tốc độ mô hình di chuyển, mật độ nút phần quan trọng mạng xe cộ Quản lý mạng: Do tính di động cao, cấu trúc liên kết mạng tình trạng kênh thay đổi nhanh chóng Điều khiển giao thông cảnh báo va chạm: kích thước mạng thay đổi liên tục lưu lượng truy cập xe cộ thấp vùng nông thôn đêm khu vực đô thị vào cao điểm mạng bị nghẽn va chạm xảy mạng Bảo mật: VANET cung cấp ứng dụng quan trọng dịch vụ an toàn giao thông Vì vậy, tin phải bảo mật tuyệt đối 1.5 TRUYỀN VIDEO TRÊN VANET 1.5.1 Nhu cầu truyền thông video VANET Sự hỗ trợ truyền thông đa phương tiện phương tiện giao thông đem lại số lợi ích định cho ứng dụng an toàn ứng dụng giải trí Ví dụ, kịch sử dụng khả truyền video VANET sau: camera cài đặt ngã tư nắm bắt thông tin quan trọng vụ tai nạn truyền trực tiếp thông tin đến xe cứu thương hay chí đến bác sĩ bệnh viện để đáp ứng nhu cầu chữa trị cách nhanh chóng Chiếc camera đưa tình trạng đường phố để người tham gia giao thông đánh giá điều kiện giao thông đưa định việc lựa chọn cung đường hợp lý Cảnh sát có thông tin điểm mà họ giám sát hay việc truy đuổi nghi phạm nhờ camera Đây bước để cung cấp khả giao tiếp nhập thông tin nhận (ví dụ: tốc độ, đối tượng gần nhau, xe bị trục trặc), chế tự động (ví dụ: Bãi đậu xe, điều khiển hành trình) thiết bị thông tin giải trí (như hiển thị hình, video, hệ thống âm thanh, video game) số loại xe có sẵn nhiều dịch vụ (ví dụ: tránh va chạm, cảnh báo tai nạn, thông tin để phản ứng, dịch vụ điện toán đám mây, trò chơi trực tuyến) Sự hợp thiết bị, thông tin dịch vụ cần hợp tác tất thực thể tham gia để đưa tới hệ thống an toàn giao thông hữu ích Vấn đề thách thức truyền Video qua VANET làm để đạt tỷ lệ cao việc truyền tải thành công Tỷ lệ chuyển phát gói tin tỷ lệ phần trăm gói tin/khung hình tiếp nhận nút quan tâm đến nội dung tổng số gói tin/khung hình gửi nguồn Bên cạnh tỷ lệ chuyển phát gói tin, độ trễ vấn đề khó khăn việc cung cấp dịch vụ tryền video VANET Độ trễ khác biệt thời gian việc tái video người nhận cuối người gửi Mặc dù số giải pháp mã hóa cung cấp độ trễ trung bình thấp, lại ảnh hưởng tiêu cực đến khả máy thu để tái tạo video Vấn đề trễ Jitter gây suy giảm nghiêm trọng chất lượng 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG Trong chương trình bày khái quát mạng truyền thông cho phương tiện giao thông khía cạnh mô hình chung, kiến trúc ứng dụng Các đặc tính khái quát cho thấy loạt điều kiện đặc thù tạo ràng buộc gây trở ngại cho mục tiêu triển khai dịch vụ hữu ích thực tế Việc truyền video mạng VANET khẳng định thông qua ứng dụng hữu ích không dành cho dịch vụ an toàn mà cho dịch vụ giải trí Bên cạnh đó, thách thức VANET tóm tắt với yêu cầu cung cấp chất lượng dịch vụ cho vấn đề truyền thông video VANET đưa Chương đánh giá chi tiết đặc tính kỹ thuật lớp điều khiển truy nhập phương tiện lớp mạng để rõ vấn đề kỹ thuật cần giải toán cải thiện chất lượng truyền video VANET CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN VIDEO TRONG MẠNG VANET 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Các giao thức định tuyến mạng coi trung tâm hiệu mạng VANET Vì vậy, đánh giá toàn diện giải pháp truy nhập lớp truy nhập phương tiện giao thức định tuyến mạng truyền thông đa bước không dây bước nhằm phân tích điểm cần cải thiện Dưới khái quát lại đặc tính kỹ thuật công nghệ truyền thông lớp VANET với giao thức định tuyến điển hình nhằm xem xét giải pháp truyền video tác giả trước góc độ học thuật 2.2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG MẠNG VANET 2.2.1 Một số công nghệ truyền thông sử dụng VANET Đặc điểm công nghệ không giây phương thức truyền thông mạng VANET trình bày bảng 2.1 Trong đó, DSRC xu hướng công nghệ cung cấp lưu lượng thông tin đáp ứng yêu cầu thời gian thực với trình thực hiệu hệ thống truyền thông thông minh Vì vậy, phần tập trung giới thiệu công nghệ DSRC cho mạng VANET Bảng 2.1 Các công nghệ không dây truyền thông mạng VANET Công nghệ Phạm vi Bluetooth 100 m WLAN 200 m DSRC WiMAX Km 10 Km Cellular 10 Km Kiểu kết nối Tốc độ Băng tần sử liệu dụng 1-to-n 1Mbps 1-to-1 101-to-n 50Mbps 1-to-n 50 Mbps 1-to-n ~20Mbps 2,4GHz 2/4,5GHz 5,9GHz 2,4 GHz 700 – 2000 1-to-n ~10Mbps MHz Tiêu chuẩn IEEE 802.15.1 IEEE 802.11a/b/g IEEE 802.11p IEEE 802.16e n/a 1-to-n 1187,5 bps 87,5108MHz CENELEC EN 50067 CEN ENV 12313 Vệ tinh > 10.000Km 1-to-n 300-500 Kbps 9501450MHz n/a RDS/TMC 80 Km Khả ứng dụng V2V V2I I2V * ** ** * * ** ** ** ** ** * ** 10 2.3 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VANET 2.3.1 Yêu cầu định tuyến VANET Một số yêu cầu giao thức định tuyến mạng VANET: Hoạt động phân tán Không lặp vòng Một số mô hình sử dụng siêu nút Hoạt động dựa yêu cầu Hỗ trợ liên kết chiều Bảo mật Bảo toàn lượng Nhiều đường định tuyến Hỗ trợ QoS 2.3.2 Phân loại giao thức định tuyến VANET Các giao thức định tuyến có MANET nghiên cứu điều kiện VANET áp dụng trực tiếp đặc điểm riêng biệt VANET Hiệu suất giao thức định tuyến mạng VANET phụ thuộc lớn vào nhiều yếu tố bên bên Các yếu tố bên bao gồm tính di động nút, mạng lưới phân vùng cao gián đoạn đường mạng lưới Hình 2.2 Phân loại giao thức định tuyến 2.4 CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG VIDEO TRÊN VANET Các giải pháp truyền thông gần tập trung vào vấn đề định tuyến mạng VANET với nhiều hướng tiếp cận quan điểm khác Định tuyến 11 mạng VANET khác biệt đáng kể so với mạng MANET Topo mạng có xu hướng chuyển động theo mô hình mạng lưới giao thông ràng buộc nhiều quy định thực tế Hơn nữa, chúng không đồng mật độ thách thức lớn khó khăn đòi hỏi giải pháp khác cho khu vực khác Dưới liệt kê số giải pháp gần với hướng tiếp cận đề tài Các giải pháp cải thiện truyền liệu Các giải pháp liên quan tới định vị Các giải pháp liên quan tới mô hình di chuyển Các giải pháp truyền video trực tuyến 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chương trình bày vai trò đặc biệt quan trọng định tuyến mạng VANET, từ đưa hướng nghiên cứu tập trung thiết kế giao thức định tuyến cho hệ thống Trong chương đưa khái niệm kiểu giao thức định tuyến: Proactive, Reactive, Hybrid, giải thích lí lựa chọn giao thức truyền Video quảng bá Video Unicast mạng VANET để làm tảng thiết kế hệ thống Chương liệt kê số giải pháp gần với hướng tiếp cận đề tài Các giải pháp truyền thông gần tập trung vào vấn đề định tuyến mạng VANET với nhiều hướng tiếp cận quan điểm khác Định tuyến mạng VANET khác biệt đáng kể so với mạng MANET Topo mạng có xu hướng chuyển động theo mô hình mạng lưới giao thông ràng buộc nhiều quy định thực tế Hơn nữa, chúng không đồng mật độ thách thức lớn khó khăn đòi hỏi giải pháp khác cho khu vực khác Vì vậy, sở để xem xét lại giải pháp MANET tìm giải pháp phù hợp cho mô hình theo đặc tính VANET Chương đưa đặc trưng giao thức định tuyến hỗ trợ truyền video mạng VANET Phân tích đặc tính kỹ thuật lựa chọn giao thức truyền Video quảng bá Video đơn hướng mạng VANET đề xuất giải pháp cải thiện 12 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUÂT CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG TRUYỀN VIDEO TRONG MẠNG VANET 3.1 MỞ ĐẦU Chương tập trung vào việc truyền quảng bá nội dung video mạng VANET Trong ngữ cảnh mạng VANET, truyền quảng bá trình truyền liệu từ nút nguồn cho tất nút khoảng cách định Trong kịch ứng dụng thông thường, kết nối đơn hướng sử dụng cho mục tiêu truyền gói tin tới nút khu vực định từ sử dụng kỹ thuật truyền quảng bá tới nút lại vùng Trong chương giới thiệu số giao thức định tuyến để xuất cho truyền Video VANET sở cải thiện giao thức định tuyến phổ biến VANET Các điểm phân tích góc độ kỹ thuật tương thích với môi trường ứng dụng giả định 3.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN REACT-DIS 3.2.1 Nguyên lý chung Trong [57] đề xuất giao thức truyền quảng bá video REACT-DIS giao thức định tuyến phản ứng dựa theo thời gian tức thời mật độ Dưới đây, đánh giá khả hoạt động giao thức số điều kiện định Trên sở tiếp cận từ phía nút thu, việc việc lựa chọn phản hồi hay chuyển tiếp nút thực phía nút thu thay phía gửi cho phép nút có định nhận hay không nhận tin quảng bá Kết hợp với khoảng thời gian lên lịch cụ thể tùy thuộc vào mật độ nút mạng, tiếp cận có khả hướng tới mục tiêu tối ưu lưu lượng tin quảng bá cần truyền chu kỳ thời gian 3.2.2 Thuật toán kiểm soát hoạt động truyền Giao thức REACT-DIS chứa ba thuật toán để kiểm soát hoạt động truyền Lựa chọn độ trễ thích hợp, nhận thức mật độ chuyển tiếp tối đa Lựa chọn độ trễ chuyển tiếp Mỗi nút nhận thông báo để lựa chọn độ trễ chuyển tiếp dựa vào khoảng cách nút gửi Thời gian trễ tỉ lệ nghịch với khoảng cách Do đó, nút tiếp tục từ người gửi có ưu tiên cao để chuyển tiếp thông báo 13 distance t Tmax Tmin Tmin R (3.2) Nhận thức mật độ Để tránh tình trạng xung đột gói môi trường mật độ nút cao, giao thức chứa xác suất chuyển tiếp để định Mỗi nút đếm lần gói tin nhận thời gian trễ tính toán xác suất chuyển tiếp dựa vào số lượng Với gia tăng gói liệu, khả truyền lại giảm Các mối quan hệ thể sau: r (3.3) count 1 Với r xác xuât chuyển tiếp giảm Giá trị lý tưởng r 10 [38] Chuyển tiếp tối đa Một vấn đề giao thức phản ứng độ trễ đầu cuối tích lũy từ thời gian chờ từ chặng Để tránh vấn đề này, một nút định để chuyển tiếp gói tin, giữ lại chế độ chuyển tiếp thời gian định Kết là, nút chế độ chuyển tiếp không cạnh tranh cho chuyển tiếp dựa khoảng cách khoảng thời gian Tuy nhiên, để tránh khả xung đột, việc chuyển tiếp dựa xác suất sau: 1 c k * ck ck (3.4) Trong đó, c số gói tin chuyển tiếp; k số gói tin mong muốn chuyển tiếp 𝜏 tham số hiệu chỉnh giảm chuyển tiếp 3.3 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN REDEC 3.3.1 Nguyên lý chung Một giải pháp khác [24] đề xuất có tên gọi REDEC Giải pháp dựa đặc tính thu tín hiệu trạm gốc Cách tiếp cận nhằm mục đích kết hợp giao thức phản ứng với lựa chọn trạm thu để tránh vấn đề lựa chọn nút chuyển tiếp tác động truyền nhận gói tin mang nội dung Video Các định nút chuyển tiếp phụ thuộc phía nhận bên phía gửi Các nút trung gian xác định tính phù hợp nút để chuyển tiếp gói tin nhận, việc xác định dựa thời gian chờ trước đánh giá xem có phát gói 14 tin hay không Nút thích hợp với thông số truyền chờ khoảng thời gian ngắn nút thích hợp phải chờ lâu 3.3.2 Hoạt động điều khiển REDEC Thời gian việc truyền gói điều khiển vấn đề liên quan tới hiệu truyền dẫn Vì vậy, topo mạng thay đổi, REDEC xử lý thay đổi topo thông qua tin điều khiển cần đạt trạng thái cân bằn nhằm tối ưu hiệu phương pháp Hoạt động giao thức REDEC dựa cách thức nút định có nên tham gia vào trình truyền hay không Một nút sử dụng giao thức REDEC có bốn trạng thái sau đây: Không chuyển tiếp, lập lịch, chuyển tiếp chuyển lập lịch Hình 3.1: Sơ đồ trạng thái nút REDEC 3.3.3 Thời gian chờ nút Việc tính toán thời gian chờ để xác định tính phù hợp nút chuyển tiếp Điều liên quan trực tiếp tới hiệu hoạt động REDEC Như đề cập trước, thời gian nút chờ để định xem nút chuyển tiếp gói tin nhận nút chuyển tiếp hay không Giao thức REDEC giữ trạng thái chuyển tiếp nút khoảng thời gian dài so với truyền dẫn đơn Vì lý này, tính ổn định lựa chọn nút chuyển tiếp cần phải tính tới 3.4 MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ VỀ HIỆU SUẤT CỦA REACT-DIS VÀ REDEC Trong phần này, hiều suất Giao thức REDEC REACT-DIS đánh giá so sánh Các chế độ khác hai giải pháp tình khác kết quả, kết luận phần cung cấp nhìn cụ thể vấn đề truyền quảng bá Video mạng VANET 15 3.4.1 Hiệu suất giao thức REACT-DIS Hiệu suất giao thức REACT-DIS đánh giá qua mô phần mềm Network Simulation (ns3) EvalVid - A Video Quality Evaluation Tool-set [58] sử dụng đánh giá chất lượng - để có kết video streaming Đó đoạn video MPEG với độ phân giải 360x486 gồm 300 khung hình gắn vào 353 gói gói có dung lượng 1.000 byte Những thông số kỹ thuật liệt kê Bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thông số video Tham số Độ phân giải Nén Khung hình Packets (1000 byte) Giá trị 360x486 MPEG 300 353 Hiệu suất giao thức REACT-DIS chịu ảnh hưởng lớn cấu hình bốn thông số , , , Những thông số là: - Thời gian chờ tối đa , - Các yếu tố làm giảm khả chuyển tiếp - Thời gian nút nút chuyển tiếp - Các yếu tố làm giảm khả chuyển tiếp nút chuyển tiếp 3.4.2 Hiệu suất giao thức REDEC Hiệu suất giao thức REDEC đánh giá theo ba số: Tỉ lệ truyền, trễ số lần truyền Tỉ lệ truyền đưa 100% trừ tỷ lệ khung hình video bị (tính thông qua EvalVid) Độ trễ tính toán từ góc độ Video, độ trễ thời gian trung bình việc tiếp nhận thông tin cần thiết cho việc tập hợp khung hình Video thời gian mà gói đầu tiên, có chứa thông tin khung, truyền nút nguồn Trong giao thức REDEC chi phí xác định tổng số lần truyền mạng gói tin có chứa thông tin Video Chỉ số chất lượng PSNR, SSIM (Mean Opinion Score) MOS không sử dụng số lượng Video xem xét cho thông số đánh giá Việc đánh giá tỉ lệ truyền đủ để hiểu tác động thông số giao thức REDEC 3.5 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VIRTUS Giải pháp Video Reactive Tracking-Base Unicast (VIRTUS) sử dụng chiến lược thu dựa khả lựa chọn nút chuyển tiếp khoảng thời gian thay 16 có đường truyền đơn, tương tự phản ứng REACT-DIS VIRTUS sử dụng vị trí xe ước tính vị trí tương lai để lựa chọn tốt nút chuyển tiếp VIRTUS cân phù hợp nút để chuyển tiếp gói tin vị trí tương lai nút ổn định kết nối nút đến nút trước 3.5.1 Cơ chế hoạt động Virtus Giao thức VIRTUS giải pháp thu dựa thiết kế để cung cấp gói tin cách kịp thời Nó thích ứng với mô hình truyền định phía thu với nút tham gia vào trình chuyển tiếp từ nguồn tới đích theo yêu cầu truyền Video Streaming a, Lựa chọn node trung gian VIRTUS cung cấp gói tin từ nguồn tới đích, việc lựa chọn nút chuyển tiếp tối ưu hóa để tránh việc truyền không cần thiết nút trung gian Giải pháp dựa trạm thu thay đổi mô hình cho việc lựa chọn nút chuyển tiếp từ người gửi đến người nhận; đó, nút mạng không cần thông tin vùng lân cận cho việc lựa chọn nút chuyển tiếp Hình 3.2 Chuyển tiếp, loại bỏ lập lịch lại b, Nhận thức mật độ cho truyền Video Trong việc truyền quảng bá Video, việc thực giải pháp dựa trạm thu cho video unicast làm giảm tỷ lệ truyền Tốc độ truyền dẫn cao dẫn tới tranh chấp thường xuyên ngăn cản nút ứng cử khác Việc truyền lại không cần thiết gây nghẽn môi trường chia sẻ Trong khi, việc truyền Video Streaming đòi hỏi phải truyền tải liệu với tốc độ cao đặc biệt với video chất lượng cao 3.5.2 Hiệu suất giao thức VIRTUS Việc đánh giá hiệu suất giao thức VIRTUS để đưa lợi giao thức Với thông số này, hỗ trợ việc lựa chọn giá trị cho thông số 17 giao thức VIRTUS sau so sánh với phiên mà phần mở rộng với trạng thái giải pháp tiên tiến khác Việc so sánh hiệu suất chạy tình giống với thực tế có mật độ xe khác Hiệu suẩt giao thức đo theo khung hình độ trễ Bên cạnh đó, tính khả thi mặt chi phí coi xem xét cách đo tỉ lệ tổng số lần truyền gói tin gửi Khung hình tỷ lệ khung hình mà người nhận không nhận Tất giải pháp sử dụng giao thức với vị trí cập nhật việc trao đổi nút nguồn nút đích Giao thức chứng minh có hiệu mô hình chuyển động khác chịu tác động (hình 3.3(a)-3.3(c)) 3.6 ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN GIAO THỨC REACT-DIS 3.6.1 Đánh giá giao thức REACT-DIS giao thức tràn lụt Để đánh giá hiệu giao thức REACT-DIS, cấu hình mô lập sau: giả định tất nút biết vị trí không gian hai chiều 750mx750m Các nút có tầm nhìn thẳng có phạm vi truyền dẫn giống Để đơn giản thử nghiệm, định nút phát gói nút khác nút nhận Cả hai nút trung tâm đồ di chuyển theo hướng ngược lại với tốc độ không đổi Đồng thời, có hàng trăm nút cố định phân bố không gian 2D đóng vai trò nút chuyển tiếp Hình 3.4 cho thấy cấu trúc liên kết chung mô Hình 3.4 Mô cấu trúc liên kết Có hai kịch thiết kế dựa số lượng nút chuyển tiếp từ 256 nút 961 nút (xem bảng 3) Từ kịch tới kịch 2, đại diện cho môi trường mật độ thấp môi trường mật độ cao 18 Bảng 3.2 Các kịch mô Kịch Số nút cho hàng 16 31 Khoảng cách theo mét(d) 50 25 Số hàng 16 31 Số nút 256 961 Vận tốc nút nhận gói liệu nút phát gói 35,35 m/s tất mô Các nút nhận gói tin phía nút nút tạo gói phía nút n mô a, Các thông số giao thức REACT-DIS Bảng 3.3 Thông số giao thức REACT-DIS Ký hiệu R Tmax Bán kính thời gian trễ tối đa 180 m 100 ms Tmin thời gian trễ tối thiểu 10 ms Mô tả Giá trị r xác suất giảm chuyển tiếp 10 k dự kiến số lượng chuyển tiếp yếu tố làm giảm chuyển tiếp τ Thuật toán distance t Tmax Tmin Tmin R count 1 r 1 c k * ck ck 0.1 Trong giao thức REACT-DIS, giá trị sử dụng cho thông số ba thuật toán thể Bảng 3.3 Bên cạnh thông số trên, thời gian tối đa cho nút để lại chế độ chuyển tiếp (thời gian ) 100ms b, Cấu hình chung Việc truyền liệu bắt đầu giây sau bắt đầu mô để tạo khoảng cách ban đầu nút phát nút thu giữ nút phạm vi chặng Bảng 3.4 cấu hình chung Thời gian gửi (ms) Phạm vi truyền dẫn tối đa WIFI Số chặng cho phép tối đa Lịch sử thời gian chờ gói (ms) Kích thước gói (byte) 100 250 m 2000 1000 19 c, Kết mô So sánh kết mô với kịch 963 nút, tình trạng truyền gói tin giao thức tràn lụt nhiều so với giao thức REACT-DIS Mặc dù mặt lý thuyết mạng giao thức tràn lụt truyền nhiều gói tin, số gói vận chuyển 498 gói tin với giao thức tràn lụt, với giao thức REACT-DIS 794 gói truyền mạng Điều vụ va chạm gói liệu tình trạng nghiêm trọng xảy mạng với giao thức tràn lụt Hình 3.5 Tình trạng truyền gói liệu giao thức REACT-DIS tràn lụt Từ quan điểm thông lượng, với giao thức tràn lụt tốc độ liệu nút nhận ba mô thấp khoảng 135Kbit/s, Với nghẽn mạng cao, gói va chạm phạm vi bao phủ nhỏ Khi so sánh, với giao thức REACT-DIS tốt nhiều Với gia tăng mật độ, thông lượng tăng lên với việc truyền lại xảy nút khu vực Nói cách khác, giao thức REACT-DIS linh hoạt nhiều có khả mở rộng tốt môi trường động Hình 3.6 Thông lƣợng – Giữa giao thức tràn lụt so với REACT-DIS 20 Tốc độ tới người sử dụng-(goodput) mô với giao thức REACT- DIS 74Kbit/s mạng so sánh với giao thức tràn lụt 51Kbit/s Từ sơ đồ tỷ lệ gói tin, tỷ lệ mạng giao thức REACT-DIS 7,3%, so sánh 36,6% cho giao thức tràn lụt Do đó, hiệu suất tổng thể giao thức REACTDIS tốt nhiều so với giao thức tràn lụt Hình 3.7 (a) Tỷ lệ gói Giữa giao thức Flooding REACT-DIS – (b) Tốc độ tới ngƣời sử dụng(goodput) 3.6.2 Nghiên cứu chế báo nhận hạn chế tích hợp với giao thức REACTDIS để cải thiện chất lượng dịch vụ chế báo nhận hạn chế tích hợp với giao thức REACT-DIS chọn để nghiên cứu cải thiện hiệu suất việc truyền liệu Trong giao thức REACT-DIS với chế ACK hạn chế, có nút nhận phát sóng gói tin xác nhận đến nút lân cận sau nhận gói tin Các nút chuyển tiếp nhận gói tin ACK không chuyển tiếp gói tin ACK thêm Với chế báo nhận hạn chế, nút nguồn truyền gói tin nhận gói tin báo nhận từ nút nhận Cơ chế đẩy nhanh việc truyền liệu nút nhận phạm vi nút nguồn Đồng thời, thay vận chuyển gói tin với số chặng tối đa, nút chuyển tiếp hủy việc chuyển tiếp không nhận gói tin xác nhận từ nút nhận trước Bằng cách phạm vi truyền tải tổng thể giảm băng thông giữ lại a, Giao thức REACT-DIS với chế ACK hạn chế Bên cạnh tiêu chuẩn lựa chọn nút chuyển tiếp giao thức REACTDIS, giao thức REACT-DIS với giới hạn ACK, có ba khác biệt so với giao thức REACT-DIS sau liên quan đến gói tin nhận: 21 Truyền tải nhanh chặng Hàng đợi hủy truyền Điều kiện chặng cuối Truyền tải nhanh phạm vi chặng Khi nút nhận nhận gần đủ thông tin, nút gửi nhận tin báo nhận khởi động đường truyền thay chờ khoảng thời gian cố định Điều thúc đẩy việc truyền liệu Việc truyền tải nhanh tự động bị ngắt người gửi không nhận gói tin ACK từ người nhận Hủy hàng đợi truyền Căn vào gói tin nhận, nút lân cận nhận tình trạng tiếp nhận nút nhận Nút hủy hàng đợi truyền gói liệu nhận báo nhận nút nhận Điều tiết kiệm băng thông giảm xác xuất vụ va chạm Điều kiện chặng cuối Chặng cuối bao gồm khu vực rộng lớn nhiều so với chặng Các phương pháp tiếp cận đề nghị giảm phạm vi truyền nhiều chặng chặng Các nút ngừng chặng cuối không nhận gói tin xác nhận từ nút nhận cho vài gói cuối Nếu không, nút hoàn thành chặng cuối cách gửi gói tin họ nhận gói tin ACK trước Do khả gói tin bị mất, nút nhận cho phép truyền nhiều gói tin báo nhận cho gói liệu giống để tăng độ tin cậy việc truyền thông tin xác nhận b, Thực Để xác định gói liệu gói tin báo nhận, byte thêm tiêu đề gói tin Giá trị có nghĩa gói liệu gói báo nhận ACK Hình 3.8 cho thấy tiêu đề sử dụng cho REACT- DIS với giới hạn ACK Sender Seq No Hop X Position Y Position Packet-Type Hình 3.8 Định dạng tiêu đề giao thức REACT-DIS với giới hạn ACK Các nút chuyển tiếp ghi nhận gói liệu trạng thái ACK nút mô Trong trường hợp gói tin ACK nhận trước gói liệu hoạt động đa chặng, nút chuyển tiếp ghi lại gói tin ACK 22 c, Phân tích kết luận Tương tự trên, ba mô chạy riêng với 258 nút, 963 nút 2.603 nút So với giao thức REACT-DIS, thông lượng phương pháp tiếp cận tốt mật độ nút thấp mật độ nút tăng Việc thực lưu lượng cải thiện nhiều có 258 nút phạm vi mô Với mức tăng 14% thông lượng, với lưu lượng đến 146Kbit/s, gấp đôi lưu lượng giao thức REACT-DIS Tỷ lệ gói tin giảm tới 3,42% so với 11,5% giao thức REACTDIS Trong mô với 963 nút, lưu lượng 98.6Kbit/s, không tốt với 258 nút Nhưng cao so với giao thức REACT-DIS 29% Tỷ lệ gói giảm 1,22%, so với giao thức REACT-DIS 4,48% Hình 3.9 Thông lƣợng tốc độ đến ngƣời sử dụng (goodput) – Giữa giao thức REACT-ACK so với REACT-DIS với chế ACK hạn chế Hình 3.10 Tỉ lệ gói - Giữa giao thức REACT-ACK so với REACT-DIS với chế ACK hạn chế 23 3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chương trình bày ba giao thức định tuyến trội việc truyền multicast REACT-DIS, REDEC việc truyền unicast VIRTUS giải pháp cung cấp khả truyền Video mạng VANET sở cải thiện giao thức định tuyến phổ biến VANET Các điểm phân tích góc độ kỹ thuật tương thích với môi trường ứng dụng giả định Trong chương đưa số đánh giá giao thức REACT-DIS nghiên cứu giải pháp cải thiện giao thức REACT-DIS tác giả REACT-DIS cho phép gói tin chuyển tiếp qua số chặng tối đa theo tất hướng Giao thức thông tin phản hồi từ nút nhận, nút gửi phát gói tin với tần suất mặc định nút tin nhận Điều dẫn tới việc gói tin chuyển tiếp qua nhiều chặng gây lãng phí băng thông gây nên tượng xung đột gói tin Để giải nhược điểm REACT-DIS, thông tin phản hồi sử dụng để thông báo cho nút gửi nút chuyển tiếp trạng thái nhận Giao thức cải thiện đề xuất nghiên cứu chương giao thức REACT-DIS với thông tin phản hồi ACK hạn chế Qua đánh giá mô cho thấy hiệu giao thức có hiệu tốt so với giao thức REACT-DIS truyền tải liệu nhanh hơn, tiết kiệm băng thông giảm xác suất vụ va chạm Tuy nhiên với mật độ nút cao giao thức hoạt động không tốt, thách thức cần nghiên cứu để cải thiện 24 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Luận văn tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu tiến đề tài nghiên cứu mạng VANET đặc biệt việc truyền Video mạng VANET Trình bày khái quát mạng truyền thông cho phương tiện giao thông khía cạnh mô hình chung, kiến trúc ứng dụng Bên cạnh đó, thách thức VANET tóm tắt với yêu cầu cung cấp chất lượng dịch vụ cho vấn đề truyền thông video VANET đưa Vai trò đặc biệt quan trọng định tuyến mạng VANET Trong luận văn đưa khái niệm kiểu giao thức định tuyến: Proactive, Reactive, Hybrid, giải thích lí lựa chọn giao thức truyền Video quảng bá Video Unicast mạng VANETs, để làm tảng thiết kế hệ thống Với Topo mạng có xu hướng chuyển động theo mô hình mạng lưới giao thông ràng buộc nhiều quy định thực tế Hơn nữa, chúng không đồng mật độ thách thức lớn khó khăn đòi hỏi giải pháp khác cho khu vực khác Luận văn giới thiệu số giao thức định tuyến để xuất cho truyền Video VANET Trở ngại lớn phương thức truyền quảng bá video qua mạng VANET xuất phát từ điều kiện ràng buộc nghiêm ngặt chất lượng video cấu trúc động mạng phương tiện giao thông Các video trực tuyến đòi hỏi việc truyền tải kịp thời lượng lớn liệu với tỷ lệ tổn thất liệu thấp Hơn nữa, bất ổn định kênh truyền không dây dẫn đến việc dễ bị gói tin, đặc biệt với việc truyền tải video có chất lượng cao Tuy nhiên, nhiều thách thức mà luận văn chưa đề cập đến đòi hỏi cần phải nghiên cứu thêm Hướng nghiên cứu để cải tiến hoàn thiện mạng VANET: - Nghiên cứu việc truyền Video Streaming mạng VANET sử dụng kỹ thuật mã hóa Video thiết kế cho môi trường khác để làm giảm hiệu việc gói tin - Tìm hiểu giải pháp truyền Unicast sử dụng nhiều đường để truyền thông tin từ nút nguồn tới nút đích nhằm phục hồi cân liệu - Tiếp cận với giải pháp ngăn chặn việc nhiều nút truyền vào chặng giao thức VIRTUS Điều làm hạn chế khả dự phòng mạng ad-hoc việc cân tỷ lệ chuyển giao