Domaines d’application des réseaux VANETs

Domaines d’application des réseaux VANETs

Généralités sur les réseaux VANETs

Les communications qui peuvent être établies par un véhicule joueront un rôle important dans les années à venir. Ces communications peuvent être entre véhicules ou entre un véhicule (V2V) et une infrastructure existante au bord de la route (V2I). En effet, les véhicules de demain ne se contenteront plus de détecter les dangers grâce à des radars ou des caméras, ils seront capables de recevoir des messages d’alertes envoyés par les autres véhicules ou par l’infrastructure (panneaux, portiques, etc.) et de transmettre ces informations à d’autres véhicules. Le nombre de véhicules en circulation est de plus en plus important. En 2010, nous avons dépassé le milliard de voitures sur les routes, et l’augmentation est en moyenne de 35 millions par an.

Liés à cette croissance constante, les accidents de la route font partie de dix principales causes de la mortalité dans le monde. Afin de réagir à cette situation, l’amélioration de la sécurité routière est devenue une préoccupation de tous les gouvernements dans le monde. C’est dans cet esprit que sont apparues un certain nombre de recherches qui visent non seulement à réduire le nombre de mort sur les routes et à améliorer les conditions de la circulation, mais aussi à diminuer les embouteillages et la pollution en particulier dans les grandes villes [3]. Cette pollution a aussi un impact négatif sur la santé des citoyens. Dans cette optique, un nouveau type de réseaux est apparu, qui sont connus sous le nom « Réseaux Véhiculaires (VANETs3) ». Ces réseaux est un type particulier des réseaux ad-hoc mobiles (MANETs). Ils constituent le noyau des Systèmes de Transport Intelligents (STI) qui ont objectif principal l’amélioration de la sécurité routière en tirant profit de l’émergence de la technologie de communication et la baisse du coût des dispositifs sans fil. En effet, grâce à des capteurs installés à bord des véhicules, ou bien situés au bord des routes et des centres de contrôle, les communications véhiculaires permettront aux conducteurs d’être avertis suffisamment tôt de dangers éventuels.

De plus, ces réseaux ne se contenteront plus d’améliorer la sécurité routière seulement, mais ils permettront aussi d’offrir de nouveaux services aux usagers des routes rendant la conduite plus agréable. Dans ce chapitre, nous présentons d’abord les réseaux ad-hoc de manière général, puis nous se focalisons sur les réseaux VANETs, les différents types de services offerts par ces réseaux et les modes de communication existants. Enfin, nous décrivons les différentes caractéristiques, contraintes et défis qui affronteront les concepteurs lors de la conception des protocoles de routage dédiés à ce type de réseaux.

Le routage dans les réseaux VANETs

Le routage joue un rôle très important dans les réseaux VANETs puisque tous les services supportés, unicast ou multicast, se basent sur des communications multi-sauts pour l’acheminement des données. Les communications unicast sont généralement utilisées dans les applications de confort telles que le transfert de fichiers et les jeux alors que Les communications multicast sont utilisées dans les applications de sécurité et de gestion de trafic telles que l’avertissement de collision et les alertes. Pour réaliser les échanges, les protocoles de routage utilisent des informations locales, sur le voisinage immédiat, ou globales, concernant tout le réseau, afin de déterminer les noeuds relais qui participent à l’acheminement des données. Ces informations sont obtenues par des échanges de paquets de contrôle entre les noeuds. La fréquence des échanges et les informations spécifiées dans les paquets diffèrent d’un protocole à l’autre tout comme les mécanismes utilisés pour déterminer les noeuds relais. Dans les réseaux VANETs, le routage pose des défis pour de nombreux chercheurs. Alors pour que les véhicules puissent communiquer entre eux, nous devons définir un protocole de routage efficace et fiable qui est à la mesure de remonter une information d’un véhicule à un autre. Dans ce chapitre, nous présentons les différents protocoles de routage utilisés dans les réseaux véhiculaires, leurs objectifs ainsi que leurs principes. Finalement, nous terminons par une conclusion dans laquelle nous récapitulons le résultat de cette étude.

L’objectif du routage dans les réseaux VANETs est d’améliorer la sécurité routière, les conditions de circulation et d’apporter aux conducteurs et aux passagers quelques applications publicitaires ou de divertissements. Pour cela, il est important de faire circuler l’information de la manière la plus efficace possible entre les différents véhicules et de déterminer une route respectant certaines contraintes, pour établir une connexion entre l’émetteur et le récepteur. Le but d’un algorithme de routage est de permettre le calcul de route entre la source et la destination au sens de certains critères, et la diffusion des informations nécessaires à ce calcul.

Routage dans les MANETs

Les réseaux ad-hoc mobiles (MANETs) sont des réseaux sans infrastructure fixe, composés d’entités mobiles, appelées noeuds. Ces noeuds communiquent entre eux directement sans l’intervention de points d’accès stationnaires si ils sont au voisinage et via un schéma de routage multi-saut si ils sont éloignés. Dans les années 2000, les réseaux ad-hoc mobiles ont été déployés en particulier dans les environnements fortement dynamiques tels que les réseaux inter-véhicules. Dans les réseaux MANETs, tous les noeuds coopèrent pour assurer le service du routage. L’approche la plus intuitive dans la conception des protocoles de routage consiste en l’adaptation des protocoles de routage traditionnels (vecteur de distance ou à état de lien) au contexte des MANETs, ce qui a donné naissance à la classe des protocoles de routage dits « proactifs ». D’autres protocoles de routage reposent sur des approches complètement novatrices. Elles consistent, par exemple à calculer les chemins à la demande, à exploiter les informations de géolocalisation ou à définir une topologie logique au-dessus de celle physique, etc, ces protocoles sont dits « réactifs ». Évidemment, des combinaisons de différentes approches sont aussi envisageables, ce que génèrent des protocoles dits « hybrides »

Un réseau ad-hoc de véhicules (VANET), est une sous-classe de réseaux mobiles ad-hoc (MANETs). Il est considéré comme une approche prometteuse pour le système de transport intelligent (STI). La conception des protocoles de routage dans les VANETs est un problème important et nécessaire pour supporter les STI. La principale différence entre les VANETs et les MANETs est le modèle de mobilités spéciales et la topologie rapidement modifiable. Il n’est pas effectivement pratique d’appliquer les protocoles de routage existants des MANET pour les réseaux VANETs. Le routage est basé sur des communications multi-sauts, cela rend la communication entre deux noeuds ou plusieurs possible même s’ils ne sont pas dans la même portée de transmission radio. La stratégie de routage doit prendre en considération les différentes caractéristiques des réseaux VANETs (changements de topologie, la mobilité forte, la capacité limitée des liaisons radio …) pour assurer une stratégie permettant de garantir une connectivité du réseau permanente.

Version améliorée du protocole EGyTAR

La mise en oeuvre dans des environnements réels et avec une topologie complexe est très difficile à réaliser. Pour cela des simulateurs réseaux ont été conçus pour faire des évaluations et des validations. La simulation est l’implantation d’un modèle simplifié du système à l’aide d’un programme de simulation adéquat dans un environnement qui imite l’environnement réel. Cette démarche traduit le comportement du système à évaluer d’une manière réaliste. La simulation permet de tester et visualiser à moindre coût les résultats sous forme de graphe facile à analyser et à interpréter. L’étude des performances d’un protocole de routage dédié aux réseaux véhiculaires sans fil, fait appel à deux types de simulateurs : le simulateur de trafic routier et le simulateur réseau. Le premier permet de générer la mobilité des véhicules sur une carte alors que le deuxième modélise le comportement de différentes entités du réseau. Il y a plusieurs simulateurs réseau parmi lesquels nous citons NS-2 (Network Simulator 2) et son successeur NS3 (Network Simulator 3), COOJA (Contiki OS Java Simulator), SUMO (Simulation of Urban Mobility), OMNET++ (Operation and Maintenance New Equipment Training++) [28], etc. Dans ce chapitre nous allons commencer tout d’abord par la description de quelques simulateurs et faire une comparaison entre eux, par la suite nous présentons notre environnement de travail et nous concluons par l’implémentation et l’évaluation du protocole de routage EGyTAR [27] et la version améliorée que nous avons proposée.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I Généralités sur les réseaux VANETs
I.1 Introduction
I.2 Généralités sur les réseaux sans fil
I.2.1 Les réseaux sans fil « Wirless Network »
a) Réseaux sans fil avec infrastructure
b) Réseaux sans fil sans infrastructure
I.2.2 Les réseaux mobiles sans fil MANETs
I.2.3 Les réseaux Ad-hoc véhiculaire (VANETs)
I.3 Présentation détaillée sur les VANETs
I.3.1 Noeud d’un réseau VANET
I.3.2 Composants d’un réseau VANET
I.3.3 Les modes de communication dans les réseaux VANETs
a) Le mode de communication de véhicule à véhicule (V2V)
b) Le mode de communication de véhicule à infrastructure (V2I)
c) Le mode de communication hybride
I.3.4 Les caractéristiques des réseaux VANET
a) Topologie hautement dynamique
b) Réseau déconnecté fréquemment
c) Mobilité de la modélisation et de la prévention
d) Environnement de communication
e) Contrainte de délai difficile
f) Interaction avec les capteurs embarqués
g) Batterie et stockage illimités
I.3.5 Domaines d’application des réseaux VANETs
a) Application de sécurité
b) Application commerciales
c) Applications de commodité
d) Applications productives
I.3.6 La sécurité dans les réseaux VANETs
a) Caractéristique de la sécurité
b) Menaces sur la sécurité
c) Mécanismes de base de la sécurité
I.4 Norme et standard de communication
I.4.1 DSRC
I.4.2 IEEE 802.11 p
I.4.3 WAVE
a) La couche physique du WAVE
b) La couche MAC du WAVE
I.5 Les avantages et les inconvénients des réseaux VANETs
I.5.1 Les avantages
a) Topologie dynamique
b) Echange entre des noeuds hétérogène
c) Propagation par trajet multiple
d) Relais d’information
I.5.2 Les inconvénients
a) Canal radio partagé et limité
b) Les interférences
I.6 Conclusion
Chapitre II Le routage dans les réseaux VANETs
II.1 Introduction
II.2 Objectifs du routage dans les réseaux sans fil
II.3 Routage dans les MANETs
II.4 Routage dans les réseaux VANETs
II.5 La différence entre les MANETs et les VANETs
II.6 Classification des protocoles de routage dans les réseaux VANETs
II.6.1 Les protocoles de routage basé sur la topologie
a) Les protocoles réactifs
b) Les protocoles proactifs
c) Les protocoles hybrides
II.6.2 Les protocoles de routage géographiques
II.7 Les principaux protocoles de routage dans les réseaux VANETs
II.7.1 AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector)
a) Les avantages
b) Les inconvénients
II.7.2 GSR (Global State Routing)
a) Les avantages
b) Les inconvénients
II.7.3 A-STAR (Anchor-based Street and Traffic Aware Routing)
a) Les avantages
b) Les inconvénients
II.7.4 GPSR (Greedy Perimeter Stateess Routing)
a) Les avantages
b) Les inconvénients
II.7.5 GyTAR (Greedy Traffic Aware Routing)
a) Les avantages
b) Les inconvénients
II.8 Conclusion
Chapitre III Version améliorée du protocole EGyTAR
III.1 Introduction
III.2 Environnement de simulation de notre application
III.2.1 Simulateur : OMNET++
a) Présentation du simulateur
b) Architecture d’OMNET++
c) Comparaison entre OMNET++ et d’autres simulateurs
d) Bonn Motion
e) ManhattanGrid
III.2.2 Outils d’implémentation et d’évaluation
a) Environnement matériel
b) Environnement logiciel
III.2.3 Implémentation et évaluation
a) Fonctionnement GyTAR
b) Amélioration proposé : CDP périodique
d) Métriques d’évaluation
III.2.4 Résultats et discussion
a) Taux de paquets délivrés
b) Taux d’utilisation du trafic véhiculaire
c) Délai de bout en bout
III.3 Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Références
Liste des figures
Liste des tableaux
Glossaire
Annexe A : Comment installer les outils de simulation ?
Annexe B : Composants d’un projet OMNET

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