Soutenance mémoire
Depuis une dizaine d’année, l’industrie automobile est en pleine transformation et les véhicules ne sont plus considérés comme des systèmes thermomécaniques contrôlés avec quelques composants électroniques. Les véhicules d’aujourd’hui sont des systèmes complexes dont les fonctions les plus importantes sont contrôlées par des réseaux d’ordinateurs. Plusieurs facteurs ont contribué à ce virage de l’industrie automobile tels que : l’augmentation des coûts d’essence et de la pollution des véhicules, les menaces de sécurité potentielles, la haute densité d’automobiles.
Pour ces raisons, les Systèmes de Transport Intelligents (STI) ont constitué un domaine des nouvelles technologies de l’information et de la communication appliquées aux transports telles que : la communication sans fil, la localisation GPS, la détection d’obstacles et de piétons. Ils visent à améliorer la sécurité routière et l’efficacité du trafic en réduisant le nombre d’accidents sur les routes. Depuis quelques années, les systèmes avancés autonomes d’aide à la conduite ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) sont apparus sur les véhicules comme les systèmes ABS (Automatic Breaking System) et ESP (Electronic Stability Program) pour l’aide au freinage. Ces systèmes ADAS autonomes peuvent être considérés comme des dispositifs de sécurité actifs intégrant quatre fonctions primordiales qui précèdent l’accident : la perception, l’analyse d’environnement proche et lointain, la décision et l’action. Ils interagissent non seulement avec l’environnement et le véhicule mais aussi avec le conducteur à travers des interfaces passives et actives. Pour améliorer le fonctionnement et la robustesse de ces systèmes ADAS autonomes, des systèmes coopératifs on été élaborés à travers des réseaux VANETs (Vehicular Ad-hoc NETworks). Afin d’exécuter les fonctionnalités des ADAS, les véhicules doivent être équipés d’un ensemble de capteurs synchronisés et connectés via les réseaux VANETs. La mise en œuvre de ces systèmes est délicate du fait qu’ils nécessitent une compatibilité, une synchronisation et une calibration des capteurs, ainsi que l’utilisation de systèmes temps réel et de simulateurs de réseaux ad-hoc très proches de la réalité.
Contributions
L’objectif principal de notre recherche est de concevoir un système d’alerte embarqué basé sur les communications entre véhicules. Plus particulièrement, cette étude traite une classe différente d’application de communications à courte portée qui est largement utilisée dans les communications de type V2V. Pour réaliser ceci, nous étudions d’abord les systèmes d’aide à la conduite ADAS et nous mettons en œuvre par la suite le prototypage de ces systèmes à l’aide des simulations sous ns-2. Notre stratégie consiste à étudier le couplage en temps différés entre le système de communication entre véhicules sous « ns-2 » et le système de prototypage avancé ADAS en temps réel sous RTMaps. L’intégration des données réelles et simulées dans les deux systèmes sera détaillée en mettant l’accent sur différents aspects de l’environnement de communication entre véhicules.
Importation des positions de véhicules dans le simulateur de réseau sans fil
Vu que le simulateur de réseaux sans fil n’est pas capable de représenter un trafic réel de réseaux de véhicules, il est nécessaire d’avoir un modèle de mobilité précis qui représente le mouvement de ces véhicules. Ce modèle de mobilité est obtenu à travers des fichiers de traces GPS enregistrés sous RTMaps. Nous proposons d’utiliser les positions réelles des véhicules, appelées traces, extraites d’un véritable scénario. Les fichiers de positions GPS nécessitent une phase de traitement pour sortir des traces compatibles et utilisables par le simulateur ns-2. Les simulations rejouent alors le mouvement exact des véhicules. Le résultat sous ns-2 indique que les véhicules simulés suivent le même chemin observé en réalité.
Interaction entre le simulateur ns-2 et le logiciel de prototypage avancé en temps réel RTMaps
Après l’importation des positions de véhicules dans ns-2, il est important d’évoquer l’application d’alerte pour l’aide à la conduite, en utilisant les communications sans fil. L’objectif de cette étude consiste à proposer une méthode coopérative pour alerter le conducteur et éviter la collision. Cette méthode permet aux deux logiciels ns-2 et RTMaps d’échanger entre eux leurs différentes données. Les résultats de simulations sous ns-2 sont définis par des fichiers de traces de communications et les temps de transfert associés à chaque paquet. Ces fichiers seront aussi traités afin d’extraire des informations nécessaires pour le rejeu des données avec RTMaps. Nous avons d’une part implementé un composant qui permet l’échange d’informations entre les simulations ns-2 et RTMaps de telle manière que le simulateur fournisse des traces de communications avec les temps, les positions, les vitesses des véhicules et les transferts associés. D’autre part, nous avons développé un système d’alerte sous RTMaps utilisant les communications V2V simulées afin de calculer à quel moment nous devons alerter les conducteurs. Nous avons évalué les paramètres de distance et le temps à collision dans ce système d’alerte coopératif. L’idée est d’envoyer le signal d’alerte lorsque les véhicules sont trop proches (i.e. la distance entre les deux véhicules est inférieur au seuil déterminé). Nous avons comparé les résultats obtenus avec la situation réelle enregistrée lors des essais qui nous servent de référence. Nous avons testé ce système sous plusieurs scénarios correspondent aux différentes situations routières.
Les systèmes de transport intelligents (appelés STI, ou « Intelligent Transport Systems »,ITS) désignent des nouvelles technologies appliquées aux réseaux de transport pour améliorer la conduite, la gestion et l’exploitation ainsi que pour apporter de nouveaux services aux utilisateurs. Ils répondent aux problématiques de sécurité routière et de congestion du trafic. Ils fournissent aussi une assistance évoluée prenant en compte l’environnement et les risques sur les routes [Grégoire-Girard 2008]. Les systèmes de transport intelligents proposent des solutions intéressantes pour :
– Réaliser une gestion du trafic à partir de données dynamiques pour diminuer les congestions.
– Etablir un système de gestion de la circulation qui permet l’intervention rapide en cas d’incidents.
– Réduire le temps de déplacement (Travel Time) sans modifier ni le chemin ni les moyens utilisés.
A partir de ces solutions intéressantes décrites ci-dessus nous pouvons déduire les principaux objectifs des systèmes de transport intelligents :
– L’amélioration de la sécurité routière.
– L’amélioration de l’efficacité énergétique des transports.
– Le développement durable ou la diminution de la pollution et la maîtrise de la mobilité.
– Le développement des services et des enjeux industriels et commerciaux.
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Table des matières
1 Introduction
1.1 Introduction générale
1.2 Contributions
1.2.1 Importation des positions de véhicules dans le simulateur de réseau sans fil
1.2.2 Interaction entre le simulateur ns-2 et le logiciel de prototypage avancé en temps réel RTMaps
1.3 Organisation de la thèse
2 Etat de l’art
2.1 Introduction
2.2 Les systèmes avancés d’aide à la conduite
2.2.1 Les systèmes ADAS autonomes
2.2.2 Les systèmes ADAS coopératifs
2.2.3 Le système d’alerte et de prévention du risque
2.3 Système de communications inter-véhicules
2.3.1 Introduction
2.3.2 Le modèle OSI
2.3.3 Les technologies de communications pour les réseaux véhiculaires existantes
2.3.4 Architecture de réseaux VANETs
2.3.5 Les grands projets sur les véhicules communicants
2.3.6 Expérimentation de communication entre véhicules
2.3.7 Les protocoles de routage
2.3.8 Applications de réseaux VANETs
2.3.9 Les simulateurs de réseaux Ad-hoc sans fil
2.4 Conclusion
3 Coopération entre deux systèmes logiciels
3.1 Introduction
3.2 Présentation de notre approche coopérative
3.2.1 Présentation de RTMaps
3.2.2 Le système de communication
3.2.3 Présentation de l’outil de simulation ns-2
3.2.4 Approche coopérative entre deux systèmes logiciels
3.3 Le module de communication V2V sous ns-2
3.3.1 Les caractérisations des couches sous ns-2
3.3.2 Les caractéristiques d’une simulation V2V sous ns-2
3.3.3 Simulation des protocoles de routage
3.3.4 Intégration du modèle de propagation
3.4 Modèle Benchmark dans les systèmes ADAS
3.5 Conclusion
4 Mise en œuvre et résultats
4.1 Introduction
4.1.1 Contexte et objectifs
4.2 Expérimentations sur la Plate-forme LaRA
4.2.1 Le prototype LaRA (C3)
4.2.2 Acquisition des données réelles
4.2.3 Les contraintes expérimentales
4.3 Scénarios de communication entre véhicules
4.4 Analyse des simulations V2V sous ns-2
4.4.1 Evaluation des protocoles de routage avec des données réelles
4.5 Mise en œuvre et évaluation d’un système d’alerte coopératif
4.5.1 Evaluation du système d’alerte
4.5.2 Le module d’alerte
4.5.3 Dégradation des scénarios de communication
4.6 Conclusion
5 Conclusion
