Conception et optimisation de protocoles de diffusion et de protocoles d'accès pour les réseaux de véhicules

Design and optimization of broadcast and MAC protocols for VANETs

• Auteur / Autrice : Yasser Toor
• Direction : Paul Mühlethaler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Réseau ad hoc

Réseau Vehiculaire

Messages d'urgence

Diffusion opportuniste

Csma

Aloha

Optimisations

Analyse stochastique

Résumé

Les réseaux véhiculaires (Vehicular Ad Hoc Networks ou VANETs) ont pris une grande importance au cours des dernières annés car on espère qu'ils pourront sauver des vies sur nos routes et offrir également de nouvelles opportunités commerciales. Même s'ils font l'objet d'intenses recherches et d'efforts de normalisation, plusieurs problèmes restent encore posés pour la conception des protocoles et des applications. Ces problèmes sont surtout dus aux caractéristiques particulières de ces réseaux : grande mobilité, haute vitesse relative, topologie variable et faible bande passante utilisable. Les concepteurs de protocoles doivent être conscients des exigences des applications pour les réseaux véhiculaires ainsi que des limitations imposées par la technologie de ces réseaux. Il existe deux grandes catégories d'applications pour les réseaux véhiculaires. La première consiste en les applications de sécurité; celles-ci visent à garantir la sécurité immédiate du conducteur et de son véhicule. Par exemple une application d'évitement de collision ou de mise en garde de danger imminent pourra être considéré comme une application de sécurité. Dans la deuxième catégorie, les applications n'agissent pas sur la sécurité imédiate du conducteur et de son véhicule mais offrent aux conducteurs ou aux passagers des services de confort : information du trafic, planification d'itinéraire, offres commerciales, jeux etc. Ces deux catégories d'applications ont leurs exigences particulières. Très grossièrement, les applications utilisateur seront beaucoup moins sensibles au délai que les applications de sécurité. Pour les applications de sécurité, le délais d'acheminement de l'information est une caractéristique essentielle. Par ailleurs elles doivent fonctionner en diffusion ce qui est particulièrement difficile si les délais d'acheminement sont aussi contraints. Cela pose donc des exigences contradictoires. Au niveau des topologies des réseaux véhiculaires, il y a deux scénarios courants : le scénario urbain et le scénario de l'autoroute. Dans le scénario urbain , le réseau est fortement maillé. Dans le scénario de l'autoroute , le réseau est généralement linéaire. Nous nous occuperons surtout du scénario de l'autoroute car c'est dans ce cas que la problématique de sécurité est la plus vive. On pense que l'impact des accidents sur les autoroutes peut être réduit fortement par le déploiement d'applications de sécurité. étant donné que les applications de sécurité nécessitent l'envoi rapide des messages d'urgence à tous les véhicules de la zone, ces messages d'urgence doivent être diffusés. Cela pose un problème difficile parce que, comme souligné plus haut, le mécanisme de diffusion doit être rapide et efficace en bande passante. La diffusion classique est rapide, mais elle engendre une occupation canal importante. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le développement de solutions offrant de bons délais et efficaces en bande passante pour la diffusion de messages d'urgence. Nous avons conçu deux protocoles à cet effet: (1) un protocole de diffusion basé sur la technique des relais multipoint (MPR) du protocole OLSR (Optimized Link State Routing) et (2) un protocole de diffusion opportuniste. Plus précisément, nos contributions sont les suivantes. Premièrement, nous proposons un protocole robuste de diffusion qui utilise la technique des relais multipoint pour la diffusion de messages d'urgence. Cette technique minimise les transmissions dans le réseau et est robuste même en présence d'autres trafics simultanés ayant une charge significative. En outre, il fournit un délai d'acheminement comparable à d'autres protocoles standard basés sur la diffusion classique pure ou utilisant des informations géographiques. Deuxièmement, nous proposons un protocole opportuniste qui utilise un signalement actif pour sélectionner le meilleur relais, en termes de distance de propagation dans une zone donnée. Nous avons aussi fiabilisé ce protocole pour obtenir un meilleur taux d'acheminement en permettant d'éliminer les paquets perdus dans les zones d'ombre. Nous avons testé ce protocole de fiabilisation en considérant plusieurs types de véhicules et les zones d'ombre pour la propagation qu'ils peuvent engendrer. Troisièmement, nous avons fait une analyse stochastique des réseaux véhiculaires linéaires utilisant le protocole Aloha comme protocole d'accès. Nous avons cherché à maximiser leur débit réseau en optimisant la probabilité de transmission et la portée de transmission. Nous avons aussi étudié les effets de la variation du bruit et des conditions de fading, sur les délais d'acheminement, le débit du réseau et sur l'utilisation du canal. Pour résumer, les contributions de cette thèse concernent les réseaux véhiculaires linéaires. Elles abordent des aspects théoriques tels que l'optimisation du débit réseau, aussi bien que des aspects pratiques, tels que la conception et l'évaluation de protocoles de diffusion de message d'urgence.