Fiabilité et sécurité des systèmes embarqués communicants pour les transports : modélisation et optimisation

par Fatma Elmetkatry (Salem)

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Smail Niar et de Yassin El Hillali.

Soutenue le 06-09-2018

à Valenciennes , dans le cadre de Sciences pour l'ingénieur (SPI) , en partenariat avec Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines (laboratoire) et de ComUE Lille Nord de France (Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE)) .

Le président du jury était Fouzia Boukour.

Le jury était composé de Smail Niar, Yassin El Hillali, Ahmed Eltawil, Vahid Meghdadi Neyshabouri, Noureddine Idboufker.

Les rapporteurs étaient Ahmed Eltawil, Vahid Meghdadi Neyshabouri.


  • Résumé

    Véhicule-à-tous (V2X) se réfère à un Système de Transport Intelligent (ITS) où les véhicules et l'infrastructure sont interconnectés. Cette connectivité permet une connaissance précise des conditions de circulation sur l'ensemble du réseau routier, ce qui contribue à améliorer la sécurité routière, réduire les temps d'encombrement et éviter les pertes économiques. Cette communication permet aussi une variété de nouvelles applications pour la sécurité routière et l'infodivertissement. Bien que la communauté de scientifique ait réalisé de grands progrès dans l'étude sur le V2X, il reste encore des défis à surmonter et des problèmes clés qui doivent être étudiés plus en profondeur. Cette thèse considère deux des questions les plus importantes; fiabilité et sécurité des communications V2X. Du point de vue de la fiabilité, nous proposons d'abord une méthode basée sur la modélisation de l'utilisateur pour évaluer la capacité de la norme DSRC IEEE 802.11p à répondre aux exigences de Qualité De Service (QoS) de la diffusion des messages de sécurité. La nouveauté de la méthode réside dans son application qui élimine le problème de la définition d'un modèle Markovien par la détermination des moments d'équilibre du processus de retard. Cette méthode fournit des informations importantes sur les paramètres de conception IEEE 802.11p et sur ses fonctionnalités, ce qui permet d'améliorer la configuration proposée. De plus, nous proposons un modèle Régénératif pour résoudre le problème de la caractérisation des processus de trafic interconnecté dans les réseaux V2X hybrides à grande échelle. Ce dernier est une préoccupation majeure pour parvenir à une opérabilité efficace et adéquate pour les réseaux de véhicules à grande échelle. Du point de vue de la sécurité, nous introduisons une nouvelle méthodologie d'optimisation. Notre méthodologie lie les exigences de QoS des différentes classes d'application avec le paramètre de conception de base du mécanisme de résolution de contention dans le protocole MAC IEEE 802.11p. En outre, un nouvel algorithme de détection d'attaque de brouillage dans l'environnement véhiculaire est proposé. L'algorithme utilise la méthodologie d'optimisation développée pour définir un seuil de détection et intègre la méthode séquentielle de détection pour détecter les attaques de brouillage à chaque fois que la valeur seuil est franchie. Des expérimentations analytiques et de simulation approfondies ont été effectuées pour chaque contribution afin de montrer la validité des méthodes/modèles proposés et de prouver leur efficacité.

  • Titre traduit

    Reliability and security of embedded communication systems in intelligent vehicular networks : modeling and optimization


  • Résumé

    Vehicle-to-anything (V2X) refers to an Intelligent Transportation System (ITS) where the vehicles and infrastructure systems are all interconnected with each other. This connectivity provides precise knowledge of the traffic situations across the entire road network which in turn helps to enhance traffic safety, reduce congestion time, avoid economic losses, in addition to enable a variety of novel ITS applications for road safety and passenger infotainment. V2X communications is based on two technologies; Dedicated Short-Range Communications (DSRC) which is an essential technology for realizing V2X and cellular networks which provide an o_-the-shelf potential solution for V2X communications. Although the research community has achieved much great progress on V2X study, there are still some challenges that need to be overcome and some key issues that need to be further investigated. This thesis considers two of the most prominent issues; reliability and security of V2X communications. From the reliability perspective, we first propose User Model-based Method to evaluate the capacity of IEEE 802.11p-based DSRC standard to meet the Quality-of-Service (QoS) requirements of safety messages dissemination. The novelty of the method lies in its application which avoids the problem of defining a Markovian model by determining the steady state moments of the induced delay process. This applicability feature provides important insights about IEEE 802.11p design parameters and its functionality leading to proposed reconfigurations for enhanced performance. Moreover, we propose Regenerative model, that we believe to be the first to address the problem of interconnected-traffic process characterization in large-scale hybrid V2X networks. The latter is a primary concern in achieving efficient and adequate operability for large-scale vehicular networks. From the security perspective, we introduce a new optimization methodology which ties the QoS requirements of different application classes with the basic design parameters of the contention resolution mechanism in IEEE 802.11p MAC protocol. In addition, a novel detection algorithm for jamming attacks in the vehicular environment is proposed. The algorithm utilizes the developed optimization methodology to de_ne a detection threshold. By integrating the sequential detection of change method it traces and detects jamming attacks whenever the threshold value is crossed. Analytical and simulation experimentations have been performed for each contribution to show the validity of the proposed methods/models and to prove their efficiency.


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