i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT iv THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI vii THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ix MỞ ĐẦU x CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET 1 1.1. Quan niệm mới phát triển các mạng thông tin 1 1.2. Tự cấu hình mạng trong quan niệm mạng IoT 5 1.3. Mạng VANET 7 1.4. Mạng USN 9 CHƯƠNG 2. MẠNG VANET TRONG HỆ THỐNG ITS 12 2.1. Khái niệm về hệ thống ITS 12 2.2. Kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ trong hệ thống ITS 14 2.3. Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET 19 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA VANET TRONG ITS 31 3.1. Các phương án tổ chức VANET trong ITS 31 3.2. Ứng dụng của VANET trong ITS 33 KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mạng Viễn thông - Công nghệ thông tin giai đoạn 2000-2020. 2 Hình 1.2. Các ví dụ sử dụng mạng USN. 2 Hình 1.3. Cấu trúc mô hình mạng SUN. 3 Hình 1.4. Cấu trúc IoT. 3 Hình 1.5. Kiến trúc WoT. 4 Hình 1.6. Cấu trúc M2M. 5 Hình 1.7. Kiến trúc mạng tùy biến. 6 Hình 1.8. Kiến trúc mạng VANET. 8 Hình 1.9. Ví dụ kết nối mạng cảm biến đến mạng công cộng. 10 Hình 1.10. Kiến trúc cụm USN. 11 Hình 2.1. Kiến trúc hệ thống giao thông thông minh. 13 Hình 2.2. Kiến trúc chức năng ITS 14 Hình 2.3. Kiến trúc chức năng trạm ITS. 15 Hình 2.4. Kiến trúc ITS của phân hệ phương tiện (xe). 17 Hình 2.5. Kiến trúc phân hệ bên đường. 18 Hình 2.6. Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET. 19 Hình 3.1. Phương án phát theo hướng địa lý. 32 Hình 3.2. Phương án phát quảng bá. 32 Hình 3.3. Kiến trúc hệ thống thông minh cảnh báo tai nạn giao thông đường bộ. 36 iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Các tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động 2G GSM, GPRS, EDGE, EDGE Evolution. 20 Bảng 2.2. Các tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động 3G WCDMA/HSPA/HSPA+. 22 Bảng 2.3. Các tham số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thông tin di động 4G LTE. 23 Bảng 2.4. Các thông số cơ bản lớp vật lý của hệ thống WiMAX. 24 Bảng 2.5. Các thông số các chuẩn lớp liên kết dữ liệu mạng nội bộ không dây họ 802.11. 25 Bảng 2.6. Các tham số kỹ thuật cơ bản của Bluetooth và Bluetooth v2. 27 Bảng 2.7. Bảng thống kê các hệ thống không dây sử dụng trong mạng VANET. 28 Bảng 3.1. Chọn nhóm các ứng dụng VANET. 33 iv DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT 2G The Second Generation Mạng di động thế hệ 2 3G The Third Generation Mạng di động thế hệ 3 4G The Fourth Generation Mạng di động thế hệ 4 8-PSK 8 - Phase Shift Keying Khóa dịch pha 8 trạng thái AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích ứng BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha 2 trạng thái DPSK Different Phase Shift Keying Khóa dịch pha các trạng thái khác nhau DSRC Dedicatesd Short Range Communications Truyền thông chuyên dụng tầm gần DSSS Direct Sequence Spread spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp ECU Electronic Control Unit Khối điều khiển điện tử EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tốc độ số liệu tăng cường cho phát triển GPRS ETSI European Telecommunications Standards Institude Viễn chuẩn hóa viễn thông châu Âu FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FHSS Frequency Hoping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Khóa dịch pha cực tiểu Gauss GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu GW Gateway Cổng HANET Home Adhoc Networks Mạng tùy biến trong nhà HARQ Hybrid Automatic Repeat request Yêu cầu phát lại tự động HSDPA Hight Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSPA Hight Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IN Intelligent Networks Mạng thông minh IoT Internet of Thing Internet cho vạn vật IPTV Internet Protocol Television Truyền hình IP IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức liên mạng phiên bản 4 v IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức liên mạng phiên bản 6 IPv6- 6LoWPAN Low energy IPv6 based Wireless Personal Area Networks Protocol IPv6 năng lượng thấp dựa trên giao thức mạng cá nhân không dây ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ ISM Industrial, Scientìic and Medical band Băng tần dùng cho y tế, khoa khọc và công nghiệp ITS Intelligent Transport System Hệ thống giao thông thông minh LTS/SAE Long Term Evolution/Service Architecture Evolution Tiến hóa dài hạn/tiến hóa kiến trúc dịch vụ M2M Machine - to - Machine Máy - máy MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MANET Mobile Adhoc Network Mạng Adhoc di động MBAN Medicine Body Area Network Mạng trong cơ thể người dành cho y tế MOC Machine Oriented Communnication Kết nối hướng thiết bị NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau OBU On Board Unit Khối đặt trên xe OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OQPSK Offset Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc bù PAN Personal Area Network Mạng cá nhân PM Phase Modulation Điều chế pha PSTN Public Switching Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc R2V Roadside to Vehicular Trạm ven đường - Phương tiện RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng bằng sóng vô tuyến SUN Smart Ubiquitous Network Mạng diện rộng thông minh TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Giao thức điều khiển lưu lượng/giao thức liên mạng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu vi USN Ubiquitous Sensor Network Mạng cảm biến diện rộng UWB Ultra Wideband Băng cực rộng V2G Vehicular to Grid Phương tiện - Mạng lưới V2H Velicular to Home Phương tiện - Nhà V2I Vehicular to Infrastructure Phương tiện - Hạ tầng V2R Vehicular to Roadside Phương tiện - Trạm ven đường V2V Vehicular to Vehicular Phương tiện - Phương tiện VANET Vehicular Adhoc Network Mạng tùy biến dành cho phương tiện giao thông VMS Variable Message Signs Biển báo biển số xe VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua IP WAVE Wireless Access in Vahicular Environments Truy nhập không dây trong môi trường phương tiện giao thông WiFi Wireless Fidelity Mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến WiMax Worldwide Interoperability for Microware Access Mạng truy cập không dây thành WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây WoT Web of Things Web cho vạn vật vii TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh ITS”. - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quý Tuấn Anh Cao Văn Đức Triệu Trung Hiếu Bùi Thị Trang Chu Thị Yến - Lớp: Kỹ thuật Viễn thông K52 Khoa: Điện - Điện tử - Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4 - Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Cảnh Minh 2. Mục tiêu đề tài:  Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET (Vehicular Ad hoc Network).  Các phương án tổ chức mạng VANET trong hệ thống ITS. 3. Tính mới và sáng tạo:  Nghiên cứu mạng Ad Hoc dành cho các phương tiện giao thông VANET là một trong các hướng mới có nhiều triển vọng nhất trong phát triển các hệ thống truy nhập không dây. 4. Kết quả nghiên cứu:  Các phương án tổ chức mạng VANET trong hệ thống ITS.  Ứng dụng của mạng VANET trong hệ thống ITS. 5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:  Tăng độ an toàn và hiệu quả các quá trình vận tải;  Cải thiện lưu lượng thông qua và tối ưu hóa mạng các tuyến đường;  Giảm hậu quả và rủi ro xuất hiện trong các tình huống bất thường;  Cung cấp các thông tin cho các người tham gia giao thông và cho các trung tâm quản lý giao thông về tình trạng trên các tuyến đường. viii 6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng 03 năm 2015 Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài CHU THỊ YẾN Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài: Ngày tháng 03 năm 2015 Xác nhận của trường Đại học Người hướng dẫn TS. NGUYỄN CẢNH MINH ix TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN Họ và tên: Chu Thị Yến Sinh ngày: 04 tháng 10 năm 1993 Nơi sinh: Quảng Minh - Việt Yên - Bắc Giang Lớp: Kỹ thuật Viễn thông Khóa: 52 Khoa: Điện - Điện tử Địa chỉ liên hệ: Quảng Minh - Việt Yên - Bắc Giang Điện thoại: 01696.769.662 Email: yenk52bg@gmail.com II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP * Năm thứ 1: Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.23/4 * Năm thứ 2: Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.66/4 * Năm thứ 3: Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.69/4 * Năm thứ 4: Ngành học: Kỹ thuật Viễn thông Khoa: Điện - Điện tử Kết quả xếp loại học tập: Điểm TBC tích lũy : 3.95/4 Ngày tháng 03 năm 2015 Xác nhận của trường đại học Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài CHU THỊ YẾN Ảnh x MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ mạng không dây đã thực sự rất phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới. Những chiếc điện thoại đi động tiên tiến ra đời tương thích với các thế hệ di động tiên tiến. Mô hình mạng MANET (Mobile Adhoc Network) đã được triển khai và ứng dụng phổ biến tại thị trường Việt Nam từ nhiều năm nay. Nó giúp cho các thiết bị di động có thể kết nối với nhau mọi lúc mọi nơi dựa trên công nghệ truy cập của mạng Ad Hoc mà không cần thiết phải triển khai cơ sở hạ tầng phức tạp. Tuy nhiên, không dừng ở đó, thế giới đang tiến tới một công nghệ mới hơn, đó chính là mạng di động tùy biến VANET (Vehicular Ad hoc Network). Với mạng di động tùy biến VANET, nhiều nước đã đưa vào hệ thống giao thông thông minh. Mỗi chiếc xe chuyển động trên đường được coi như một node mạng, chúng trao đổi thông tin với nhau theo các giao thức định tuyến của mạng Ad Hoc nói chung và của mạng VANET nói riêng. Việc triển khai mạng VANET trong hệ thống giao thông là rất thực tế và hữu dụng. Nhờ công nghệ này, tình trạng tắc đường, tai nạn giao thông sẽ được kiểm soát. Việc thu phí đường cũng trở nên nhanh gọn và dễ kiểm soát hơn mà không cần tốn nhân lực. Từ đó nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh ITS” để có cái nhìn tổng quan về mạng VANET và các ứng dụng của nó trong lĩnh vực giao thông đường bộ.  Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:  Nghiên cứu mạng VANET và các công nghệ không dây được sử dụng  Nghiên cứu hệ thống ITS về kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ  Các phương án tổ chức của mạng VANET trong hệ thống ITS  Các nhóm ứng dụng được đưa ra theo ITU-T và ETSI  Ứng dụng của VANET trong hệ thống thông minh cảnh báo tai nạn giao thông  Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích kết hợp nghiên cứu lý thuyết cơ sở và dựa vào các bài báo, báo cáo chuyên môn, sách tham khảo mới đăng tải trên các tạp chí, hội thảo quốc tế để giải quyết các vấn đề đưa ra trong báo cáo.  Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: [...]...xi Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh ITS với ứng dụng cụ thể trong hệ thống cảnh báo tai nạn giao thông  Kết cấu của báo cáo: Báo cáo gồm 3 chương:  Chương 1: Tổng quan về mạng VANET  Chương 2: Mạng VANET trong hệ thống ITS  Chương 3: Ứng dụng của VANET trong ITS Do còn hạn chế về kiến thức và chưa có kinh nghiệm thực tế nên bài nghiên cứu không tránh... NGN và mạng Nano Trên cơ sở quan niệm IoT là các mạng tùy biến, mạng VANET và mạng SUN là hai trong số những ứng dụng của mạng tùy biến 12 CHƯƠNG 2 MẠNG VANET TRONG HỆ THỐNG ITS Khái niệm VANET đã được làm rõ ở chương 1 Trong chương 2 này sẽ đi tìm hiểu về hệ thống giao thông thông minh ITS và các công nghệ không dây sử dụng cho mạng VANET trong hệ thống giao thông thông minh ITS Nội dung nghiên cứu. ..  Các mạng riêng;  Các mạng truy nhập ITS;  Các mạng truy nhập của mạng công cộng;  Mạng truy nhập của các mạng viễn thông để liên lạc với mạng lõi dùng chung hoặc mạng Internet Mạng truy nhập từng phần Mạng ấn định (VANET) Mạng nội bộ ITS Mạng riêng Mạng truy nhập ITS Mạng truy nhập thuộc công cộng Hình 2.2 Kiến trúc chức năng ITS Mạng chung và/ hoặc Internet 15 Các khối chức năng chính của ITS được... phủ ITS Trạm ITS Trạm trung tâm ITS Hình 1.8 Kiến trúc mạng VANET 9 Việc chuẩn hóa ITS, bao gồm cả VANET, hiện nay được thực hiện bởi tất cả các tổ chức chuẩn hóa hàng đầu:  ITU-T đưa ra khuyến nghị Y2281 “Cấu trúc dịch vụ và ứng dụng sử dụng tài nguyên NGN cho mạng lưới các phương tiện giao thông”  ETSI đưa ra các chuẩn sêri 102 636 cho kiến trúc và các giao thức ITS, sêri  102 637 cho các ứng dụng. .. chỉnh sửa và góp ý để bài nghiên cứu được hoàn chỉnh hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Cảnh Minh và các Thầy cô trong bộ môn đã giúp nhóm em thực hiện nghiên cứu này Chúng em xin chân thành cảm ơn! 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET Chương 1 gồm các nội dung: Quan niệm mới phát triển các mạng thông tin; Tự cấu hình mạng trong quan niệm mạng IoT; Mạng VANET; Mạng USN... niệm về hệ thống ITS  Kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ trong hệ thống ITS  Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET 2.1 Khái niệm về hệ thống ITS Hệ thống giao thông thông minh bắt đầu được sử dụng ở Mỹ, Nhật và Châu Âu vào đầu năm 1960 ở Mỹ, Nhật và Châu Âu với mục đích :  Tăng độ an toàn và hiệu quả các quá trình vận tải;  Cải thiện lưu lượng thông qua và tối ưu hóa mạng các tuyến... nút ở mạng này cũng mang tính ngẫu nhiên theo thời gian và được tạo thành mạng để đạt được mục đích nào đó hoặc để truyền thông tin vào mạng công cộng hoặc vào mạng khác 6 Kiến trúc mạng tùy biến được đưa ra trên hình 1.7 MẠNG CHUNG Các cổng Mesh Nút mẹ Ad Hoc Nút con Hình 1.7 Kiến trúc mạng tùy biến Mạng tùy biến cũng như tất cả các mạng thông tin, gồm các mạng truy nhập và mạng chuyển tiếp Mạng truy... rằng, người sử dụng hiện nay theo quy định được coi là một cặp xe và người lái Trong kiến trúc ITS còn có cơ sở dữ liệu thông tin mà được sử dụng trong việc quản lý các trạm, các ứng dụng, cũng như khi cần thiết tương tác giữa các lớp 17 2.2.2 Phân hệ phương tiện Phân hệ ITS thuộc xe đưa ra trên hình 2.4 Nó gồm một trạm ITS trong thành phần cổng ITS, máy chủ ITS và bộ định tuyến ITS Cổng ITS đảm bảo... nút mẹ, ví dụ trong các mạng không dây cùng loại Xuất phát từ mạng tùy biến Ad Hoc người ta đưa ra khái niệm về mạng tùy biến di động MANET (Mobile Ad-hoc Network) là hệ thống mạng tự cấu hình của các định tuyến di động sử dụng các kết nối không dây Mạng MANET là một mạng trong đó các nút mạng có thể di chuyển tự do và không lệ thuộc vào bất kỳ nút mạng hay thiết bị mạng nào Môi trường mạng này có thể... Hình 1.1 Mạng Viễn thông - Công nghệ thông tin giai đoạn 2000-2020 Hình 1.2 đưa ra ví dụ sử dụng các nút cảm biến, kể cả các bộ nhận dạng tần số vô tuyến RFID, trong số đó có các ứng dụng mới nhất của USN như giám sát tăng trưởng của động vật và thực vật Mạng tự động hóa trong tòa nhà Mạng tự động hóa trong sản xuất Mạng logistic Mạng cho các phương tiện giao thông USN Mạng cảm biến trong quân sự Mạng . hệ trong hệ thống ITS 14 2.3. Các công nghệ không dây sử dụng trong mạng VANET 19 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA VANET TRONG ITS 31 3.1. Các phương án tổ chức VANET trong ITS 31 3.2. Ứng dụng của VANET. đó nhóm em chọn đề tài Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh ITS để có cái nhìn tổng quan về mạng VANET và các ứng dụng của nó trong lĩnh vực giao thông. ra trong báo cáo.  Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: xi Nghiên cứu mạng VANET và các ứng dụng trong hệ thống giao thông thông minh ITS với ứng dụng cụ thể trong hệ thống cảnh báo tai nạn