Soutenance mémoire
Les réseaux de communication pour véhicules constituent l’une des pierres angulaires d’un système de transport intelligent (ITS). Leur but est d’offrir aux véhicules une connectivité réseau ubiquitaire sur route (à tout moment et à tout endroit où un véhicule se présente) avec le niveau de performances que requièrent les divers services ITS. Ces services sont conçus autour des principaux objectifs du système ITS, à savoir la réduction des accidents sur la route et l’amélioration de l’expérience de conduite. Certains services ont des exigences très strictes en terme de qualité de service réseau, principalement la latence et la fiabilité de transmission. L’infrastructure de communication à adopter pour supporter cette variété de services et leurs exigences fait l’objet de nombreux études et travaux. Les principales technologies de communication étudiées dans la majorité des travaux sont les communications DSRC (Direct Short Range Communication) et les communications cellulaires.
Deux principales visions sont présentes. La première consiste à proposer des architectures combinant les deux technologies (DSRC et cellulaire), en les considérant comme étant complémentaires. La deuxième mise sur le développement de la technologie cellulaire 5G, comme unique support des communications véhiculaires. Dans la lignée de la première vision et sous l’égide du paradigme SDN, nous proposons une architecture de réseau hybride qui permet le contrôle conjoint des différentes technologies réseaux d’accès pour véhicules. Nous explorons également les possibilités offertes par une telle architecture combinant à la fois les avantages d’une hybridation des diverses technologies et les propriétés du paradigme SDN. Nous montrons à travers quelques cas d’utilisation, qu’en plus de la flexibilité et de la programmabilité fine apportées par le paradigme SDN, ce dernier ouvre la voie au développement de fonctions de contrôle de réseau efficaces. Ces fonctions sont incontestablement la clé d’un support réussi des services ITS et en particulier les plus exigeants en terme de qualité de service réseau. Nous montrons également comment ces fonctions pourraient bénéficier davantage d’informations relatives au contexte dans lequel les véhicules évoluent (densité du trafic, potentielle trajectoire, etc). Ces informations qui peuvent être dérivées à partir des données exposées par les divers acteurs de l’écosystème des systèmes de transport intelligents.
Notions préliminaires, terminologie et motivations
Système de transport intelligent (ITS)
Les systèmes de transport intelligents (ITS – Intelligent Transport System) sont considérés comme l’un des principaux piliers de la ville intelligente (smart city) [Arroub 2016]. L’organisme de standardisation ETSI [ets ] les définit comme étant l’intégration des technologies d’information et de communication (ICT) dans les infrastructures de transports et dans les véhicules, dans le but d’améliorer leur sécurité, fiabilité, efficacité et qualité [def ]. Ces systèmes visent principalement à réduire le nombre d’accidents sur la route, et à optimiser le temps de transport et la consommation du carburant, afin d’offrir un transport plus écologique et plus sûr. Toutefois, le déploiement de ces systèmes ne se limite pas seulement au transport routier (considéré dans nos études), mais inclut d’autres domaines tels que les transports ferroviaires, aériens et maritimes [def ]. De ces définitions, nous pouvons déduire que le principe clé d’un système ITS est de doter les infrastructures de transport et les véhicules de capacités de communication et de traitement, et ceci dans l’objectif d’avoir une mobilité sûre (moins d’accidents), efficace (moins de temps sur les routes) et beaucoup plus confortable (expérience utilisateur plus riche).
Dans ces systèmes, les véhicules sont équipés d’une ou de plusieurs interfaces réseau leur permettant de communiquer avec les véhicules à proximité et avec l’infrastructure. En effet, les véhicules partagent les informations issues principalement de leurs capteurs embarqués avec leur entourage. Dans le cas où ces informations sont destinées à d’autres véhicules, on parle de communication véhicule-à-véhicule (V2V), par exemple des informations concernant la mobilité du véhicule (vitesse, direction, etc). Dans le cas où ces messages sont destinés à l’infrastructure, par exemple, des informations liées aux conditions de la route (signalement d’un danger sur la route), on distingue deux types : i) communication Véhicule-à-Infrastructure (V2I), lorsque la communication se limite aux unités de bords de la route (RSU – Road Side Units), et aux stations de base en cas de réseau cellulaire et ii) communication Véhicule-à-Réseau (V2N) lorsque le véhicule communique avec une entité dans le réseau, par exemple un serveur connecté au réseau, ou un système d’information de trafic. Toutefois, lorsque ces messages sont initiés par l’infrastructure à destination des véhicules, on parle de communication Infrastructure-à-Véhicule (I2V). Le système peut intégrer également des échanges entre les véhicules et d’autres acteurs (i.e. autre que l’infrastructure) par exemple, entre les véhicules et les piétons, on parle alors de communication Véhicule-à-Piéton (V2P) [(3rd Generation Partnership Project) 2015] (par exemple pour signaler à un piéton le passage d’un véhicule). L’ensemble de ces communications est désigné dans la littérature par le terme (V2X) pour (Vehicle to Everything).
Services ITS
Divers organismes de recherche et acteurs de l’industrie (constructeurs d’automobiles et opérateurs de télécommunication) collaborent afin de proposer des services ITS. Ces services impliquent les divers acteurs du système ITS et sont conçus autour des principaux objectifs du système. Ces services sont classés généralement en deux catégories principales, en fonction de leur finalité, si elles sont liées ou pas à la sécurité routière ; safety et non-safety, respectivement [ETSI 2009] :
— Services de type safety : L’objectif de ces services est d’améliorer la sécurité routière. Ils visent principalement à réduire le nombre d’accidents et à diminuer le taux de mortalité sur les routes.
— Services de type non-safety : L’objectif de ces services est l’amélioration de la fluidité du trafic routier (contrôle de congestion, évitement des embouteillages,…) et la mise à disposition des passagers des services rendant l’expérience de conduite plus confortable (services d’infotainment, accès internet, etc).
Une panoplie de services et de cas d’utilisation ont été proposés dans la littérature [ETSI 2009] [5G-PPP 2015]. La grande majorité de ces services sont définis par l’organisme de standardisation ETSI, et le groupe de travail 3GPP. Lorsque ces services impliquent l’interaction entre deux ou plusieurs entités du système ITS (véhicule, infrastructure, piéton, etc), on parle de coopératif ITS (C-ITS) [ci]. Nous présentons dans ce qui suit quelques exemples de services (safety et non safety).
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Table des matières
Introduction générale
1 Architecture de réseau véhiculaire multi-RAT, basée sur un contrôle SDN, hiérarchique, et guidé par les données
1.1 Introduction
1.2 Notions préliminaires, terminologie et motivations
1.2.1 Système de transport intelligent (ITS)
1.2.2 Services ITS
1.2.3 Technologies de communication véhiculaire
1.2.4 Synthèse et positionnement
1.3 État de l’art
1.4 Architecture proposée
1.4.1 Paradigme SDN
1.4.2 Description générale de l’architecture proposée
1.4.3 Principes clés de l’architecture proposée
1.4.4 Caractéristiques conceptuelles de l’architecture proposée
1.4.5 Opportunités de l’architecture proposée
1.5 Cas d’utilisation de l’architecture proposée
1.5.1 Évitement coopératif des accidents
1.5.2 Perception coopérative – Vue d’oiseau
1.6 Défis de l’architecture proposée
1.7 Conclusion
2 Vers un placement dynamique de contrôleurs SDN dans SDVN
2.1 Introduction
2.2 Problème de placement des contrôleurs SDN : Motivations, définitions et terminologie
2.2.1 Réseaux filaires
2.2.2 Cas particulier des réseaux véhiculaires (SDVN)
2.3 État de l’art
2.3.1 Réseaux filaires
2.3.2 Réseaux véhiculaires (SDVN)
2.3.3 Synthèse et positionnement de notre travail
2.4 Limitations de l’approche statique dans SDVN
2.4.1 Environnement de simulation
2.4.2 Scénario de mobilité considéré
2.4.3 Résultats de simulation
2.5 Approche proposée
2.5.1 Description générale
2.5.2 Modélisation
2.6 Évaluation expérimentale
2.6.1 Environnement de simulation et scénarios considérés
2.6.2 Résultats de simulation
2.6.3 Comparaison des scénarios. Synthèse
2.7 Conclusion
3 Service de découverte de topologie dans SDVN
3.1 Introduction
3.2 Service de découverte de topologie réseau : Motivations, définitions et terminologie
3.2.1 Réseaux filaires
3.2.2 Cas particulier du réseau véhiculaire (SDVN)
3.3 Approche de découverte basée OpenFlow/OFDP
3.3.1 Représentation du réseau
3.3.2 Mécanismes de découverte
3.4 Etat de l’art
3.5 Évaluation de l’approche OpenFlow/OFDP dans le contexte SDVN
3.5.1 Environnement de simulation
3.5.2 Résultats
3.6 Limitations de l’approche OpenFlow/OFDP dans le contexte SDVN
3.6.1 Découverte des nœuds
3.6.2 Découverte des liens
3.7 Vers un service de découverte de topologie adapté au contexte SDVN
3.7.1 Besoins des fonctions de contrôle réseau
3.7.2 Représentation de la topologie du réseau sous-jacent
3.7.3 Mécanisme de découverte et remontée d’informations
3.8 Synthèse
3.9 Conclusion
4 Vers une gestion proactive et intelligente du réseau – Service d’estimation de topologie
Conclusion générale
