شبیه سازی سیستم سریع و امن انتقال پیام در شبکه بین خودرویی VANET با OPNET

شبیه سازی سیستم سریع و امن انتقال پیام در VANET با نرم افزار OPNET

در این بخش پروژه شبیه سازی سیستم سریع و امن انتقال پیام در شبکه بین خودرویی VANET با نرم افزار OPNET را به همراه فیلم آموزشی فارسی از نحوه عملکرد پروژه آماده کرده ایم که در ادامه به توضیحاتی از موضوع پروژه و روش کار آن پرداخته و فیلم و تصاویر خروجی در محیط شبیه ساز آپنت قرار داده شده است. مقاله پایه این پروژه با عنوان The design of speedy seamless safe messaging mechanism in VANET می باشد. پروژه شبیه سازی شده بهبود هایی نسبت به مقاله پایه دارد.

سرعت ، دقت و امنیت در شبکه VANET

یکی از مهم ترین چالش ­ها در شبکه­ های بین خودرویی (VANET) این است که به دلیل سرعت بالای خودروها و رفتار غیر قابل پیش ­بینی رانندگان، باید سرعت انتقال داده ­ها بالا باشد تا قبل از تغییر جهت خودروها یا افزایش یکباره سرعت، داده­ ها انتقال یابد. از دیگر چالش این نوع شبکه ­ها دقت ارسال داده­ ها می­ باشد که دقت بیشتر در انتقال داده­ ها باعث افزایش کارایی می شود. و مورد دیگر امنیت در شبکه می ­باشد که از به سرقت رفتن اطلاعات، نفوذ و تخریب یا تضعیف آنها جلوگیری می ­کند.

افزایش کارایی شبکه­ VANET

در الگوریتم ­های شبکه ­های خودرویی (شبکه ونت) پارامترهایی مانند نرخ ارسال داده، نرخ دریافت داده و غیره از جمله موارد مهمی هستند که بهبود این پارامترها باعث بهبود در سرعت و دقت و همچنین افزایش کارایی شبکه­ های خودرویی می گردد. در این پروژه با استفاده از نرم افزار OPNET 17.5 و شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی برای شبکه های VANET قصد داریم تا این پارامترهای موثر شبکه را مورد بررسی قرار داده و نتایج حاصل از خروجی آنها را مورد مقایسه قرار دهیم.

سناریو شبیه ­سازی

در این سناریو محیط شبیه­ سازی ما یک چهار­ راه است که دلیل اصلی این کار، این است که در چهار راه­ ها تراکم خودروها بیشتر بوده و همچنین خودرو­ها با تغییر جهت­ های زیاد روبرو می شوند. خودرو­ها در این شبیه ­سازی از یک خیابان وارد چهار­ راه شده و مسیرخود را به یک خیابان دیگر تغییر می­ دهند و همچنین دو ایستگاه پایه کنار جاده ای (RSU) نیز در چهار ­راه قرار گرفته که مسئول دریافت اطلاعات و انتقال آن­ها از طریق اینترنت را بر عهده دارد. همچنین یک مرجع صدور کننده گواهی (CA) نیز در نظر گرفته شده که هدف آن اطمینان از ایمنی بودن جاده و کمک در انتقال پیام ها و دادها به صورت امن می باشد. در این مسیر خودروها باید با سرعت بالا، دقت زیاد و با امنیت بالا اطلاعات را منتقل کنند.

سیستم انتقال پیام در شبکه بین خودرویی

در این بخش به بررسی سیستم انتقال پیام در شبکه های موردی خودرو پرداخته خواهد شد. در ادامه 1- ارتباط بین وسایل نقلیه یا ارتباط خودرو به خودرو (Vehicle-to-Vehicle – V2V) 2- ارتباط بین وسایل نقلیه و تجهیزات کنار جاده ‌ای یا زیر ساخت (Vehicle-to-Infrastructure – V2I) 3- ارتباطات مبتنی بر مسیریابی شرح داده شده است.

ارتباطات بین خودرویی (V2V)

پیکربندی ارتباطات وسیله نقلیه یا خودرو با استفاده از چند پخشی چندگانه (Multiple Broadcast) انتقال اطلاعات، ارسال ترافیک را از طریق چندین گام به گروهی از گیرندگان انجام می دهد. وسایل نقلیه پیام هایی را به صورت دوره ای و در فواصل معین منتشر می کنند. اگر این پیام از یک وسیله نقلیه در مقابل ارسال شده باشد، وسیله نقلیه دریافت کننده، پیام های منتشر شده را برای وسایل نقلیه پشت سر ارسال می کند. این تضمین می کند که تمام وسایل نقلیه فعال در حال حرکت در جهت جلو دریافت کننده همه پیام های منتشر شده می باشند.

ارتباط بین خودروها و تجهیزات کنار جاده ‌ای (V2I)

پیکربندی ارتباطات بین وسایل نقلیه و تجهیزات کنار جاده ای نشان دهنده پخش تک گامه در جایی است که واحد کنار جاده یک پیام انتشار را برای تمامی وسایل نقلیه یا خودروهای مجاور ارسال می کند. پیکربندی ارتباطات بین وسایل نقلیه و تجهیزات کنار جاده ای یک لینک با پهنای باند بالا را بین وسایل نقلیه و واحد تجهیزات کنار جاده ای فراهم می سازد. واحد تجهیزات کنار جاده ای (Roadside Unit – RSU) که ممکن است در هر یک کیلومتر یا کمتر قرار گیرند، قابلیت پشتیبانی از نرخ داده بالا در ترافیک سنگین را نیز دارا می باشد. به عنوان مثال، در زمان اعمال (انتشار) محدودیت پویای سرعت، واحد تجهیزات کنار جاده ای، حد سرعت مناسبی را با توجه به شرایط جدول زمانی و ترافیک داخلی خود تعیین می کند.

ارتباطات مبتنی بر مسیریابی

پیکربندی ارتباطات مبتنی بر مسیریابی یک انتشار تک بخشی چندگانه است که در آن یک پیام در حالت چند گامه تا زمانی که به وسیله نقلیه حامل داده های مورد نظر نرسیده است، منتشر می شود.  زمانی که پرس و جو توسط وسیله نقلیه حامل قطعه مورد نظر از اطلاعات دریافت شد، برنامه موجود در آن وسیله نقلیه بلافاصله یک پیام حاوی اطلاعات مورد نظر را برای وسیله نقلیه درخواست کننده ارسال می کند، که این با ارسال رو به جلو به سمت مبدأ پیام همراه خواهد بود.

بررسی روش کار پروژه

در شبکه های موردی خودرو (VANET) تمام پیام ها قبل از انتقال باید مورد تائید قرار گیرند. دو روش برای این کار وجود دارد که یکی به صورت مجزا و دیگری به صورت گروهی می باشد که در روش اول، کارایی پایین است و در روش دوم، تائید کردن گروهی پیام ها که محاسبات پیچیده ای دارند. علاوه بر این، در این روش هر خودرو می بایست تعداد زیادی پیام را در حافظه سیستم خود نگهداری کند و از انجا که باید برای همه پیام ­ها کلید تبادل رمز تولید کند، با یک چالش های اساسی رو به رو می شود. در روش کار ما، از ارسال گروهی پیام استفاده می شود و همچنین از یک روش خوشه بندی ناحیه برای کم کردن حجم محاسبات استفاده شده که این خوشه در واقع ناحیه ها در شبکه موردی خودرو می باشد. هدف روش کار ما در واقعی ارائه مدلی می باشد که بتواند سرعت ، دقت و امنیت را در ارتباطات بین خوردو و خودرو و همچنین بین خودرو و تجهیزات بی سیم کنار جاده ای تامین شود.

مراحل روش کار

روش کار ما به پنج بخش تقسیم می شود که شامل 1- صدور گواهی 2- تبادل گواهی 3- ارتباطات 4- تجدید گواهی 5– ابطال گواهی. در این روش ابتدا واحد درون خودرویی اقدام به ایجاد یک گواهی در یک ناحیه خاصه می کند و سپس از طریق این گواهی با خوردورهای اطراف خود ارتباط برقرار می کند و سپس گواهی های تولید شده را در یک لیست قرار می دهد تا تمام خوردهایی که در یک ناحیه قرار دارند این فرایند را تکرار کرده و برای خود یک لیست تشکیل دهند. بعد از این مرحله واحد درون خودرویی اقدام به تبادل گواهی کرده و سپس در مرحله بعد با استفاده از این گواهی های صادره شده، یک ارتباط امن برقرا می کنند. اگر خودرویی از یک ناحیه خارج و به ناحیه دیگر انتقال پیدا کرد، یک گواهی جدید صادر خواهد شد و گواهی قبلی باطل می شود و این فرایند مدام انجام می پذیرد.

---

---

تصاویری از خروجی