Sélection auto-adaptative des technologies d'accès radio pour répondre aux besoins de communication sur route pour le déploiement des véhicules autonomes

par Kouninang sidoine juicielle Kambire

Projet de thèse en Informatique

Sous la direction de Francine Krief et de Marion Berbineau.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale de mathématiques et informatique , en partenariat avec LaBRI - Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (laboratoire) et de Programmation Réseaux et Systèmes (PROGRESS) (equipe de recherche) depuis le 18-11-2019 .


  • Résumé

    Les besoins de communication sur route vont évoluer et connaître une forte croissance grâce à l'arrivée des réseaux véhiculaires (Vehicular Ad-Hoc Network : VANET) et du véhicule autonome qui permettront le déploiement d'une large variété d'applications. Si ces nouvelles applications viseront principalement à améliorer la sécurité routière et le confort des usagers lors de leurs déplacements, de nouveaux services verront le jour comme le platooning qui permettra àun véhicule avec chauffeur de guider des véhicules autonomes rassemblés en convoi sur le réseau urbain. L'Internet des Objets va encore élargir le champ de services offerts. Ces applications, toujours plus nombreuses, auront des exigences très variées en termes de qualité de service et de sécurité des communications auxquelles il conviendra de répondre. En particulier, pour devenir une réalité au quotidien, la conduite sans chauffeur doit pouvoir compter à tout moment sur des moyens de communication fiables. Les technologies d'accès radio qui permettent aux véhicules de communiquer, soit directement (V2V-Véhicule à Véhicule), soit avec une infrastructure de communication routière située au bord de la route (V2I-Véhicule à Infrastructure), soit encore directement avec un réseau cellulaire, connaissent aujourd'hui un développement considérable avec des technologies telles que le système ITS-G5 dérivé du Wi-Fi ou le LTE (Long Term Evolution). Ces développements vont se poursuivre avec l'arrivée de la 5G qui devrait aussi standardiser les communications de type véhicule à véhicule (V2V). Chacune de ces technologies présente des caractéristiques notamment de bande passante, de portée radio, de disponibilité et de sécurité, qui lui sont spécifiques. Bien que des bandes spécifiques soient allouées pour les applications véhiculaires (bande ITS-Intelligent Transport System), la couverture d'un réseau de télécommunications le long des routes et dans les zones à faible densité est loin d'être totale car les déploiements sont coûteux. La radio intelligente (ou Cognitive radio en anglais) est une technologie émergente qui sera capable de détecter les bandes de fréquences non occupées et d'adapter ses paramètres de transmission en fonction des contraintes de la communication afin d'émettre dans ces bandes. Elle pourra ainsi utiliser des bandes de fréquences inutilisées temporairement, dans les zones sans infrastructure de communication ou dans les zones où le trafic radio est faible. En plus d'être capable de percevoir et de s'adapter à son environnement, la radio intelligente a aussi des capacités de raisonnement et d'apprentissage via l'utilisation des technologies de l'intelligence artificielle. L'objectif de cette thèse est de proposer une solution qui doit permettre au véhicule de sélectionner, de manière autonome et en temps réel, la ou les technologies d'accès radio qui répond(en)t le mieux aux besoins des applications sur route. Il s'agira en particulier d'adapter le fonctionnement de la radio intelligente pour qu'elle soit capable de sélectionner la/les meilleures technologies d'accès en présence d'un certain nombre de contraintes (qualité de service, sécurité, économie d'énergie, etc.) et d'ajuster les protocoles de communication et les paramètres opérationnels en conséquence. De plus, la virtualisation des fonction réseau facilitera la prise en charge des évolutions liées aux technologies d'accès radio. La solution proposée sera validée par simulation et/ou expérimentation à l'aide d'une plateforme radio intelligente et en considérant différents scenarios de communication.

  • Titre traduit

    Self-adaptive selection of radio access technologies to answer road communications needs with the autonomous vehicle deployment


  • Résumé

    Communication needs for automotive applications will evolve and grow strongly with the arrival of Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) and autonomous vehicles, which will enable the deployment of a wide variety of applications. While these new applications will focus on improving road safety and the comfort of users while traveling, new services will emerge such as platooning that will allow a vehicle with driver to guide autonomous vehicles assembled in a convoy on the urban network. The Internet of Things will further expand the scope of services offered. These applications, always more numerous, will have very different requirements in terms of quality of service (QoS) and security of the communications to which it will be necessary to answer. In particular, to become a reality on a daily basis, driving without a driver must be able to count on reliable means of communication at all times. Radio access technologies that allow vehicles to communicate, either directly (V2V- Vehicle-to-Vehicle), or with a roadside communications infrastructure (V2I-Vehicle to Infrastructure), or directly with a network, are experiencing today considerable development with technologies such as ITS-G5 derived from Wi-Fi or Long Term Evolution (LTE). These developments will continue with the arrival of 5G NR, which should also standardize vehicle-to-vehicle (V2V) communications. Each of these technologies has particular characteristics such as bandwidth, radio range, availability and security, which are specific to it. Although specific bands are allocated for vehicular applications (ITS- Intelligent Transport System band), the coverage of a telecommunications network along roads and in low-density areas is far from complete because deployments are expensive. Cognitive radio (or Cognitive radio in English) is an emerging technology that will be able to detect unoccupied frequency bands and adapt its transmission parameters according to the constraints of communication in order to transmit in these bands. It will be able to use temporarily unused frequency bands in areas without communication infrastructure or in areas where radio traffic is low. In addition to being able to perceive and adapt itself to its environment, cognitive radio has reasoning and learning capabilities through the use of artificial intelligence technologies. The aim of this thesis is to propose a solution that will allow the vehicle to select, in an autonomous way and in real time, the radio access technology (ies) that best meets the needs of road applications. In particular, it will be necessary to adapt the operation of cognitive radio so that it is able to select the best access technology (ies) in the presence of a certain number of constraints (quality of service, security, energy saving, etc.) and adjust the communication protocols and operational parameters accordingly. In addition, virtualization of network functions will facilitate the support of developments related to radio access technologies. The proposed solution will be validated by simulations and/or experimentations using a cognitive radio platform and considering different communication scenarios.