Développement d'une infrastructure numérique hybride à base des réseaux 5G pour le support des services C-ITS résilients

par Abdennour Rachedi

Projet de thèse en Informatique

Sous la direction de Toufik Ahmed et de Mohamed Mosbah.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire bordelais de recherche en informatique (laboratoire) et de Programmation Réseaux et Systèmes (PROGRESS) (equipe de recherche) depuis le 24-10-2019 .


  • Résumé

    Les communications V2X sont largement dominées par l'utilisation de la technologie dédiée de communications directes à courte portée (DSRC et G5 ITS), considérée aujourd'hui, comme la seule technologie sans fil capable de fournir des communications sécurisées et à faible latence. Cependant, de nombreuses technologies voient le jour régulièrement et évoluent constamment, ce qui nécessite un état de l'art approfondi sur différents aspects techniques et stratégiques. En effet, nombreuses de ces technologies peuvent bénéficier à la construction d'une infrastructure routière numérique de type C-ITS (Cooperative Intelligent Transport Systems). Actuellement, il existe un intérêt croissant pour les réseaux cellulaires tels que LTE direct (LTE-V2X) et dans ce contexte la 5ème génération des réseaux (5G) promet d'offrir simultanément des temps de latence faibles et des débits élevés adaptés à la fourniture de services C-ITS temps réel. La 5G devrait offrir une qualité de service sans précédent, notamment des débits de pointe exprimés en multi-Gbps, une latence ultra-faible et une capacité importante avec une expérience utilisateur améliorée. Différents cas d'utilisation et scenarios ont été définis pour prendre en charge un large éventail d'applications telles que l'accès large bande partout, l'Internet des objets, les services de diffusion, etc. Cependant, la définition des scenarios C-ITS compatibles avec la 5G n'a pas été correctement examinée à ce jour et encore moins implémentée et démontrée. L'objectif de cette thèse est d'étudier différents services de communication V2X pour les C-ITS, avec un focus sur l'hybridation de plusieurs technologies qui peuvent apporter des avantages importants dans des scénarios d'usages. Les travaux considérés dans cette thèse se décompose de la manière suivante. Tout d'abord, nous réalisons une étude d'évaluation du réseau 5G dans la prise en charge des services C-ITS. L'objectif est d'étudier l'état d'avancement actuel des travaux autour du réseau 5G et de mesurer son degré de maturité pour répondre aux besoins des scenarios C-ITS. Notamment, il est question d'identifier les différentes recommandations publiées et d'analyser leurs potentielles et leurs lacunes à combler. L'évaluation permettra de déterminer les différentes options de communication disponibles afin de mettre en œuvre les services actuels appelés services de type « Day 1 » et « Day 1.5 » et d'envisager les services à venir appelés services « Day 2 ». Dans ce contexte, nous envisageons d'explorer les avantages de la virtualisation réseau ainsi que le découpage en tranches « slicing » 5G et ce dans la création des réseaux de bout-en-bout entièrement opérationnels. Les « slices » 5G permettent la combinaison dynamique de plusieurs ressources telles que la bande passante, la ressource de calcul, le stockage, etc., afin de répondre aux exigences de services C-ITS en termes de disponibilité, de résilience et, de qualité de service. Dans ce contexte, notre étude porte aussi sur la caractérisation du trafic échangé entre les unités OBU et RSU (trafic de signalisation, de contrôle ou de data) pour tirer des modèles (sporadicité, taille des paquets, inter-arrivée des paquets, …), et déterminer des contraintes de classes de services nécessaires à la création des réseaux virtuels. Deuxièmement, nous étudierons l'hybridation de plusieurs technologies de communications potentiels telles que (DSRC / G5 ITS, LTE-V2X, 5G) afin d'augmenter la résilience de l'infrastructure numérique dans le support des services C-ITS. L'hybridation technologique nécessite, d'une part, des protocoles agnostiques, et, d'autre part, des mécanismes hautement flexibles et dynamiques. Ainsi, nous envisageons de contribuer aux efforts visant à développer de nouvelles normes de communication hybride V2X. Enfin, il est important d'exploiter les avantages de l'adoption des technologies telles que la virtualisation des fonctions de réseau (NFV), l'approche SDN et l'informatique de périphérie (Edge Computing), dans le support des services C-ITS.

  • Titre traduit

    Development of a hybrid digital infrastructure based on 5G networks to support resilient C-ITS services


  • Résumé

    Today, many enabling technologies are constantly evolving and demanding continuous monitoring and surveillance. Many of them can benefit for building C-ITS digital road infrastructure. Although, V2X communications are dominated by the use of dedicated short-range communications (DSRC and G5 ITS) technology, which is considered the only wireless technology that can provide trusted and secure, low latency communications. However, there is a growing interest for considering cellular networks such as LTE direct (LTE-V2X) and 5G that promise to offer simultaneously low latencies and high throughputs suitable to provide real-time services for end-users. The 5G is expected to deliver unprecedented quality of service including multi-Gbps peak rates, ultra-low latency, and massive capacity with enhanced user experience. Different use cases have been defined to support wide range of applications such as Broadband Access Everywhere, Massive Internet of Things, Broadcast-like Services, etc. However, figuring-out the 5G use cases for C-ITS has not been straightforward and remains a work in progress to be investigated and demonstrated. The aim of this thesis is to investigate different communication requirement for V2X and C-ITS, and to focus on the combination of different communication approaches that could bring important benefits in many scenarios. The working items considered in this thesis are as follows. First, we perform an assessment study of the 5G network to support C-ITS services. The aim is to survey the status of actual advance in 5G network and its degree of maturity to support C-ITS services including discussions and recommendations of known and potential gaps that need to be addressed. The assessment will allow to identify the different communications options available to ensure that multiple choices can be possible to implement Day-1 and Day-1.5 services and are expected to be fully leveraged in the upcoming Day-2 services. Additionally, it is important to explore the benefit and the potential of network virtualization and 5G slicing to create end-to-end fully operable network. The 5G slices allows the combination of different network resources dynamically such as bandwidth, computing servers, and storage in order to create new services, balance loads, recover from failure, enhance resiliency, etc. All these features may have advantages for implementing various C-ITS services categories. Second, (DSRC / G5 ITS, LTE-V2X, 5G) will be investigated to achieve increased network resiliency and improved C-ITS service delivery. Technology hybridization and heterogeneous networking necessitate in one hand, technology-agnostic protocols and on the other hand, highly intelligent cross layer techniques. To this end, efforts to develop extended/new European standards for high performance hybrid V2X communication will be studied. Finally, it is important to explore the benefit of using key enabling technologies such as Network Functions Virtualization (NFV), Software-Defined-Networking (SDN) and Edge-computing to unburden the networking potential in the adoption of C-ITS services and ensuing seamless continuity of services.