Généralités sur les réseaux VANETs

VANET (Vehicular Ad hoc NETwork) est une nouvelle technologie qui utilise les véhicules comme des noeuds pour créer un réseau mobile. Ces véhicules sont équipés d’interfaces sans fil leur permettant de communiquer entre eux. En effet, les VANETs peuvent êtreutilisés pour étendre la portée des informations de sécurité (messages d’alerte,informations sur les anomalies, etc.) ou d’autres types d’applications (multimédia, …). Les réseaux véhiculaires sont une projection des systèmes de transports intelligents(Intelligent Transportation Systems – ITS). Les véhicules peuvent communiquer les unsavec les autres par l’intermédiaire aussi bien qu’avec les équipements de la route par l’intermédiaire de la communication d’équipement-à-Véhicule (Roadside-to-Vehicle).

Dans ce type de réseaux, tous les véhicules jouent le rôle comme routeurs en permettant de relayer les informations d’un véhicule à un autre jusqu’à l’arrivée au véhicule destinataire. La portée de communication dans les VANETs peut atteindre 300m. Comme les véhicules peuvent se trouver hors de la portée du signal et abandonnent le réseau, d’autres véhicules peuvent rejoindre le réseau véhiculaire, reliant les véhicules les uns aux autres de sorte qu’un Internet mobile soit créé. Nous estimons que le premier système qui a intégré cette nouvelle technologie est le réseau véhiculaire de la police qui permet aux véhicules qui le compose de communiquer les uns avec les autres pour des besoins de sécurité. Les réseaux ad-hoc véhiculaires sont censés mettre en oeuvre une variété de technologies sans fil telles que DSRC (Dedicated Short Range Communications) [2]qui est un type de Wi-Fi. Les autres technologies sans fil sont les suivantes : cellulaire, satellite et WiMAX. Les VANETs peuvent être considérés comme composante du Transport Intelligent Systèmes (ITS)[3]. Ce chapitre est consacré à la présentation des réseaux ad hoc sans fil. Nous mettonsl’accent sur les réseaux VANETs avec description de la norme IEEE 802.11p [4]et sonmécanisme d’accès au canal.

DSRC (Dedicated Short-Range Communication)

La création de la première génération de systèmes detransport intelligents (ITS), dont l’objectif principal est d’améliorer la sécurité routière.A travers cette génération, c’était le premier effort visant à normaliser la communication des réseaux ad hoc véhiculaires. Après, DSRC (Communication à courte portée dédiée) a été indiquée comme norme conçue pour l’usage automobile par le FCC3. La première génération du système de communication dédiée àcourte distance fonctionne à 915 MHz et a un taux de transmission de 0.5 Mbps.Ce projet a eu un succès limité et a été utilisé principalement pour des servicescommerciaux tels que le péage. Après 8 ans, ils ont pu allouer une bande passante de75 MHz dans la bande 5.9 GHz pour la deuxième génération de DSRC [2].Cette norme IEEE permet d’avoir des canaux de communication sans fil à un sens ouà double sens sur un rayon de 1000m avec un débit allant jusqu’à 27Mbps. Ellefonctionne sur une bande de fréquences autorisée, par contre, ces bandes ne sont pas compatiblesd’un pays à un autre. DSRC est active dans une bande de fréquence des 5.9GHz (Europe et Etats-Unis) ou5.8GHz (Japon) et sur une largeur de bande de 75 MHz.

Elle est segmentée en 7canaux de 10 MHz chacun avec les premiers 5Mhz utilisée comme intervalle de garde. L’ensemble des canaux se répartissent en un canal de contrôle (CCH) et 6 canaux de service (SCH). Les numéros de canaux sont déterminés par leur décalagede la fréquence centrale 5.000 GHz avec des unités de 5 Mhz (les premiers 10 Mhzsont répartis de 5.855 à 5.865 GHz avec une fréquence centrale de 5.860 GHz qui est860 Mhz au-dessus de la ligne de base, c’est un décalage de 172 unités de 5 Mhz d’oùle numéro 172). Les canaux 174 et 176 peuvent être combinés afin de former le canal175 de 20 Mhz, tel est le cas aussi pour les canaux 180 et 182. Le canal de contrôleest réservé à la transmission des messages de gestion du réseau et aux messages detrès haute priorité tels que les messages critiques liés à la sécurité routière. Les six autres canaux sont quant à eux dédiés à la transmission des données des différentsservices annoncés sur le canal de contrôle. Le spectre DSRC est partagé entre les OBU et les RSU dans un espace donné. Avec cepartage une interférence est possible entre un noeud qui émet et un autre qui écoute.Deux types d’interférences sont identifiées ; interférence co-canal (si les deux noeudsutilisent le même canal), l’interférence entre deux canaux adjacents. Le spectre DSRC 5.9 GHz est composé de six canaux de service (SCH) et d’un canal de commande (CCH) comme montre la Figure I.7.

Déploiement efficace des RSUs dans les réseaux VANETs

Pour garantir une dissémination efficace des informations dans les réseaux VANETs en particulier dans un environnement urbain, il est recommandé de placer un nombre suffisant de RSUs au niveau des intersections. De ce fait, nous avons proposé dans le cadre de ce projet de fin d’études de trouver un nombre minimal de RSUs tout en garantissant une performance de routage acceptable. Et vu que le nombre de combinaisons est très grand alors que les méthodes exactes ne peuvent pas résoudre ce problème considéré comme un problème d’optimisation combinatoire d’une manière efficace. D’où nous avons fait recours à des métaheuristiques qui ont prouvé leur efficacité pour traiter ce type de problèmes. Une des métaheuristiques fait partie des méthodes à solution unique (recuit simulé) et une autre méthode à population de solutions (les algorithmes génétiques). Ces deux métaheuristiques sont réalisées en deux versions chacune. La première version est basique et la deuxième est une version améliorée pour accélérer la convergence. La résolution de ce problème se fait en deux phases : la première phase est réalisé en Java sous l’IDE éclipse pour trouver le nombre de RSUs et la deuxième phase consiste à injecter ces résultats dans une autre application développée en OMNET++ pour évaluer les performances de routage. Dans ce chapitre, nous exposons le problème abordé dans le cadre de ce PFE. Puis, nous présentons notre démarche de résolution et les outils nécessaires pour ce faire.

Conclusion Générale

Les réseaux VANETs sont un type particulier de réseaux sans fil dans lequel lesnoeuds sont des véhicules en mouvement sur les routes. Ce type de réseaux est uneversion spécifique des réseaux mobiles ad-hoc MANET avec des spécificités supplémentaires. Ils déploient la communication et l’échange d’informations entre les usagers de la route. Pour assurer la dissémination des informations d’une manière efficace dans ce type de réseaux il est judicieux de mettre en place des RSUs au niveau des intersections. Or, le coût de ces RSUs est plus ou moins élevé ce qui nous oblige de minimiser leur nombre tout en garantissant des critères de routage acceptables. Pour ce faire nous avons développé une application qui permet de déployer un nombre minimal de RSUs en utilisant deux métaheuristiques : les algorithmes génétiques et le recuit simulé. Les résultats obtenus sont prometteurs vu qu’on est arrivé à déployer moins de 50% des RSUs au niveau des intersections.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 Généralités sur les réseaux VANETs
1.1 Introduction
1.2 Réseaux VANETs
1.2.1 Les composants d’un réseau VANET
1.2.2 Les services offerts par les réseaux VANETs
1.2.3 Les modes de communication dans les réseaux VANETs
1.2.4 Les caractéristiques des VANETs
1.3 Les Normes et les Standards
1.3.1 IEEE 802.11p – WAVE
1.3.2 DSRC (Dedicated Short-Range Communication)
1.4 Conclusion
Chapitre 2 Généralités sur les techniques d’optimisation
1.1 Introduction
2.2 Optimisation Combinatoire
2.2.1 Définition
2.2.2 Contexte de résolution d’un problème d’optimisation combinatoire
2.2.3 Les approches de résolution d’un problème de combinaison combinatoire
2.3 Métaheuristiques
2.3.1 Recuit Simulé
2.3.2 Les Algorithmes Génétiques
2.4 Conclusion
Chapitre 3 Déploiement efficace des RSUs dans les réseaux VANETs
3.1 Introduction
3.2 Problématique
3.3 Solution proposée
3.3.1 Modélisation
3.3.2 Fonction fitness
3.3 Résolution par les algorithmes Génétiques
3.3.1 Version basique des AGs
3.3.2 Version améliorée des AGs
3.4 Résolution par la métaheuristique Recuit Simulée
3.4.1 Version basique du recuit simulé
3.4.2 Version améliorée du recuit simulé
3.5 Evaluation et Simulation
3.5.1 Calcul du nombre de RSUs
3.5.2 Evaluation des performances de routage
3.6 Conclusion
Conclusion Générale
Bibliographie