L’effet Doppler et le chevauchement des signaux

L’effet Doppler et le chevauchement des signaux

Les réseaux mobiles sans fil peuvent être classés en deux grandes catégories : les réseaux avec infrastructure qui utilisent généralement le modèle de la communication cellulaire dans lequel les clients sans fil sont connectés à un point d’accès (p.ex. répéteur ou commutateur en réseau Ethemet) et les réseaux sans infrastructure ou les réseaux ad hoc, autrement dit les réseaux MANET (Mobile Ad hoc Networks) dans lesquels les clients sont connectés les uns aux autres sans aucun point d’accès, afin de constituer un réseau point à point (peer to peer) dans lequel chaque machine joue en même temps le rôle de client et le rôle de point d’accès (p.ex. , 1 ‘échange de fichiers entre portables dans un train, dans la rue, au café, etc. Les réseaux VANET (Vehicular Ad hoc Networks) sont des réseaux sans infrastructure fixe, composés d’entités mobiles (appelées véhicules). Ils se distinguent des réseaux MANET (Ad hoc mobile) par une topologie très dynamique et par un environnement dynamique dans lequel les nœuds communiquent entre eux et par la forte mobilité qui en résulte. Les réseaux V ANET jouent un rôle primordial dans les systèmes du transport intelligent (STI). Ces réseaux ont comme objectif majeur 1 ‘amélioration de la sécurité routière à travers 1 ‘utilisation des réseaux d’ information et de la communication. Avec le développement des systèmes de transmissions sans-fil, une nouvelle architecture basée sur la communication intra-véhicule (V2V) a vu le jour. Ce type d’architecture est constitué par les véhicules eux-mêmes sans l’appui d’une infrastructure onéreuse pour acheminer les données. Cette technologie (i.e., V2V) suscite un réel enthousiasme de la part des constructeurs automobiles. Cela peut s’avérer bénéfique pour les compagnies industrielles y compns les compagnies minières.

Avant de pouvoir valider une application, elle doit être évaluée dans une situation réelle ou avec des simulateurs informatiques, cette dernière option étant généralement préférée. Cependant, l’un des problèmes majeurs lors de la modélisation du canal de propagation avec l’utilisation de simulateurs est lié à sa topologie très dynamique. Il y a encore plusieurs problèmes tels que la perte de paquets, le débit, la corrélation la fréquence, etc. Ceux-ci sont générés par la nature des réseaux V ANET, dus à leur variabilité importante. Plusieurs études sur le routage, les protocoles de communication robustes et de la diffusion de l’information dans les réseaux V ANET montrent que les résultats obtenus avec les simulateurs qui utilisent des modèles de propagations simples tels que celui de Friis et des modèles de base à deux rayons peuvent donner des résultats erronés. Par conséquent, la connaissance du canal de propagation est devenue un enjeu crucial dans les systèmes de transport intelligents (ITS). En effet, les performances d’un système de communications sans fil dépendent des conditions de propagation entre les antennes émettrices et les antennes réceptrices.

Pour obtenir les meilleures conditions de propagation, le canal de propagation doit être caractérisé dans un environnement où ce système sera déployé. Dans la pratique, la caractérisation d’un canal est souvent obtenue à partir de campagnes de mesures.

LES RÉSEAUX V ANET 

Les réseaux VANET ne sont qu’une application des réseaux ad hoc mobiles MANET. Ils constituent le noyau d’un Système de Transport Intelligent (STI). Les différences entre les réseaux V ANET et les réseaux MANET sont étudiées dans les articles [1-4]. En effet, les réseaux VANET sont caractérisés par une topologie extrêmement dynamique, une forte mobilité des nœuds et un réseau à très grande échelle (un réseau avec une forte densité). Les nœuds dans les réseaux V ANET, contrairement à ceux de MANET, disposent de ressources énergétiques suffisantes. Cependant, ils sont pénalisés par des contraintes élevées du temps réel et par la nonfiabilité des canaux de communication. Autrement dit, la connectivité dans ces réseaux est intermittente, tandis que le canal de propagation varie d’une manière très rapide. À cela, s’ajoutent les exigences du trafic du réseau qui sont également fluctuantes.

Les réseaux ad hoc 

Les réseaux sans infrastructure ou les réseaux mobiles ad hoc, autrement dit les réseaux MANET (Mobile Ad hoc Networks) sont des réseaux sans fil capables de s’organiser spontanément et de façon autonome dans l’environnement dans lequel ils sont déployés. Dans ce type de réseaux, un nœud joue à la fois le rôle du client et, en même temps le rôle de point d’accès; par exemple, 1 ‘échange de fichiers entre portables dans un train, dans la rue, dans un café, etc.

Les réseaux V ANET 

Les réseaux V ANET (Vehicular Ad hoc NETworks) sont des réseaux MANET où les nœuds correspondent aux véhicules et les infrastructures situées aux bords de routes [4,5]. Ces composantes sont en mesure d’échanger des informations et de faire partie d’un réseau auto-organisé sans connaissance préalable les uns des autres. Il est possible de distinguer deux type s de communications; une communication intervéhiculaire (Inter Vehicle Communication – JVC) et une communication entre les véhicules et les équipements de la route (Roadside-to-Vehicle Communication – RVC) [6].

Les modes de communication dans les réseaux V ANET 

D est possible de reconnaître trois modes de communication pour les réseaux V ANET, à savoir les communications V éhicule·à· Véhicule (V2V), les communications Véhicule à Infrastructure (V21) et les communications In:frastructw·e à Infrastructure (!21). Pour établir la communication, les véhicules peuvent utiliser un de ces modes de communications ou bien faire la combinaison des trois modes s’ils n’arrivent pas à communiquer directement.

• Mode de communication Véhicule-à-Véhicule (V2V) : Ce mode de communication ne nécessite aucune infrastructure. V2V est basé sur la simple communication inter-véhicules. Un véhicule peut donc communiquer directement avec un autre véhicule s’il se trouve dans sa zone de couverture. Cependant, une communication vers les voitures lointaines n’est possible que par le biais d’un protocole multi-sauts où les nœuds intermédiaires jouent le rôle des relais [9]. Ce type de communication reste très efficace pour le transfert des informations concernant les services liés à la sécurité routière. Cependant, ce type de communication ne garantit pas une connectivité permanente entre tous les véhicules.
• Mode de communication de Véhicule à Infrastructure (V21) ou (12V) : Contrairement au mode précédent (V2V), le mode de communication V2I est basé sur les points d’accès (ou les RSU). Ces composantes se trouvent généralement au long de la route et permettent une meilleure façon de partager des ressources et de fournir des services tels que 1 ‘accès à Internet, les informations sur les conditions routières, la présence d’embouteillages ou d’accidents [5]. Néanmoins, ce type de communication n ‘est pas idéal pour les applications liées à la sécurité routière à cause des délais d’acheminement relativement élevés.
• Mode de communication d’Infrastructure à Infrastructure (121): Ce type de communication peut être utilisé par exemple entre les RSU ou les stations de base afin d’offrir une connexion aux véhicules.

Les services offerts par les réseaux V ANET 

Comme nous avons signalé précédemment, les réseaux ad hoc sans fil véhiculaire 01 ANET) permettent la communication entre les véhicules et entre les équipements de communication placés le long des routes et chemins. Le concept des réseaux V ANET a été créé dans le but d’augmenter la sécurité routière. Avec ce type de réseau, il est possible d’avertir les conducteurs en cas de présence d’accident ou de travaux majeurs. Dans ces cas d’exemples, les conducteurs sont assez informés pour prendre des décisions telles que celles de ralentir ou de changer de chemin [ 6]. Un autre exemple est celui de donner des notifications en cas de freinage urgent ou d’une présence d’obstacles et de fournir les informations météorologiques.

Les principales caractéristiques des réseaux V ANET

Dans un réseau MANET, pour établir une communication, on utilise juste le principe de routage sans infrastructure fixe et on s’appuie sur les nœuds ordinaires tels que les ordinateurs portables. Cependant, les réseaux V ANET peuvent se comporter de façon différente des MANET, comme le montre le tableau 1. Ils sont caractérisés par une topologie très dynamique (à n’importe quel moment une entité peut joindre ou quitter le réseau) [5], une forte mobilité à cause des infrastructures routières ou bien la mobilité liée directement au comportement des conducteurs et leurs réactions face aux différentes situations. Par exemple, les heures d’embouteillage, les accidents, etc. [11], l’absence de contrainte d’énergie (les entités du réseau V ANET ont des énergies suffisantes pour alimenter les différents équipements électroniques, car les équipements sont alimentés à même l’énergie des véhicules) [5], la disponibilité d’informations fiables de localisation (par exemple, les cartes routières).

CONCLUSION 

Les réseaux véhiculaires constituent un nouveau type de réseaux issu des réseaux ad hoc mobiles (MANET). Leur particularité provient des communications qui peuvent s’instaurer entre véhicules ou bien avec une infrastructure de stations de base. La mobilité est également largement plus une contrainte que dans les réseaux ad hoc traditionnels. Parmi les applications de ces réseaux, les applications qui consistent à permettre aux véhicules de détecter l’environnement proche et d’avertir les conducteurs des véhicules aux alentours suffisamment tôt en cas de risques d’accident.

Table des matières

CHAPITRE 1 INTRODUCTION 
1. 1 Introduction
1.2 Objectif du projet de recherche
1.3 Structure du mémoire
CHAPITRE 2  LES RÉSEAUX V ANET
2.1 Introduction
2.2 Les réseaux ad hoc
2.3 Les réseaux V ANET
2.4 Les modes de communication dans les réseaux V ANET
• Mode de communication Véhicule-à-Véhicule (V2V)
• Mode de communication de Véhicule à Infrastructure (V21) ou (12V)
• Mode de communication d’Infrastructure à Infrastructure (121)
2.5 Les services offerts par les réseaux V ANET
2.6 Les principales caractéristiques des réseaux V ANET
2.7 IEEE 802.llp et les réseaux V ANET
2.8 Conclusion
CHAPITRE 3  CANAL DE PROPAGATION 
3 .1 Introduction
3.2 Canal de propagation
3.2.1 Propagation en espace libre
3.2.2 Propagation par trajets multiples
3.2.3 Principales dégradations de la propagation
3.3 Modélisation du canal de propagation
3.3.1 La réponse impulsionnelle
3.3.2 Paramètres de caractérisation d’un canal
3.3.2.1 Les paramètres de dispersion temporelle (delay spread)
3.3.2.2 Bande de cohérence (coherence bandwidth)
3.3.2.3 Étalement Doppler (Doppler spread)
3.3.2.4 Temps de cohérence (coherence time)
3.3.3 Le type d’évanouissement (fading)
3 .3.3.1 Évanouissements plats
3.3.3.2 Évanouissements sélectifs en fréquence
3 .3.3.3 Évanouissements lents
3.3.3.4 Évanouissements rapides
3.3.4 Distributions statistiques d’amplitudes des signaux
3 .3.4.1 La distribution de Rayleigh
3 .3.4.2 La distribution normale
3.3.4.3 La distribution lognormale
3.3.4.4 La distribution de Weibull
3.3.4.5 La distribution de Rice
3.3.4.6 La distribution de Nakagami
3.3.5 Modèle de propagation de canal
3.3.5.1 Modèle détenniniste de canal
3.3.5.2 Modèle statistique de canal
3.8 Conclusion
CHAPITRE 4  TECHNIQUES ET SYSTÈMES DE MESURES 
4.1 Introduction
4.2 Techniques de mesure
4.2.1 Techniques fréquentielles
4.2.1.1 Propriété de la technique fréquentielle
4.2.2 Les techniques temporelles
4.2.2.1 La technique d’impulsions directes
4.2.3 Critère de choix de la technique
4.2.4 Mesures effectuées dans la littérature
4.3 Protocole de mesure
4.3.1 Système de mesure et équipements
4.3.2 Scenarios de mesures
4.4 Conclusion
CHAPITRE 5  ANALYSE DES RÉ SULTATS 
5.1 L’effet Doppler et le chevauchement des signaux
5.2 La réponse fréquentielle
5.3 Analyse à grande éch elle
5.3.1 La perte de puissance
5.3.2 Effet d’évanouissement dû à l’ombrage
5.4 Analyse à petite échelle
5.4.1 Modèle de distribution
5.4.2 Les paramètres de canal
5.4.2.1 L’écart type des retards (RMS delay spread)
5.4.2.2 Bande de cohérence (coherence bandwidth)
5.4.3 La portée de communication
5.4.4 Capacité du canal
5.4 Conclusion
CHAPITRE 6 CONCLUSION

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