Protocoles et mécanisemes de routage dans les VANETs

Standarisation

L’utilisation des normes et des standards permet de simplifier le développement des produits, réduire les coûts, et permet aux utilisateurs de comparer les produits de concurrence. On trouve une multitude de normes qui se rapportent à l’accès sans fil dans les environnements véhiculaires [2]. Par ailleurs, en raison du large déploiement des réseaux de type WLAN, de nombreux travaux de recherche ont été réalisés considérant cette technologie pour les communications en mode infrastructure ou en mode ad hoc. Cependant, les WLAN étant conçus pour les réseaux à faible mobilité et à faible portée (variable selon les standards nationaux de puissance et les normes), ils ne peuvent répondre aux exigences de la plupart des applications envisagées pour les réseaux véhiculaires. Pour surmonter cette limitation, une nouvelle technologie de type WLAN a été proposée par l’ITSA5 spécifiquement pour les communications dans les réseaux véhiculaires. Cette technologie, nommée DSRC (Dedicated Short-Range Communications), se base sur une nouvelle variante de la norme IEEE 802.11 dite IEEE 802.11p, et une famille de protocoles appelée IEEE 1609 qui a été proposée, au sein de la pile protocolaire Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE). En utilisant la gamme de fréquences des 5,9GHz et la technique de codage OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) [5].

La norme 802.11p

La norme IEEE 802.11p est un amendement du standard IEEE 802.11 que le groupe de travail IEEE (TGP, task group) a commencé à développer en 2004 pour l’accés sans fil dans les systèmes de transport intelligents. Il définit les spécications des couches MAC et PHY dans le cadre des réseaux véhiculaires. En ce qui concerne la norme 802.11p, sa couche physique utilise les mêmes mécanismes de traitement de signal et les mêmes spécifications que dans le standard 802.11a avec cependant quelques modifications pour l’adapter aux environnements véhiculaires. Pour offrir des communications à grandes portées, quatre classes de puissance maximale EIRP (Eective Isotropic Radiated Power) sont autorisées. La plus grande valeur, 44.8 dBm (30w), est réservée pour les véhicules d’urgence (approching emergency vehicules). La valeur typique des messages de sécurité pertinents est de 33 dBm. Pour augmenter la tolérance à l’effet de propagation des signaux par trajets multiples, une bande passante de 10 MHz est utilisée au lieu de 20MHz comme dans la norme 802.11a.

En réduisant la bande passante, tous les paramètres du domaine temporel sont doublés. Ceci permet de réduire d’une part l’effet Doppler grâce à l’utilisation d’une bande passante plus petite et d’autre part, les interférences inter symboles en doublant la valeur des intervalles de garde. Ces modifications permettent à la norme 802.11p d’offrir des débits allant de 3 à 27 Mbit/s sur des portées de communications de 300m à 1000m. La couche MAC de la norme 802.11p est équivalente à la technique EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) de la norme 802.11e. Dans EDCA, les messages sont classifiés en quatre catégories d’accès (AC, Access Category) avec, AC0 la catégorie de messages ayant la plus faible priorité et AC3 la catégorie de ceux ayant la plus grande priorité. A chaque catégorie est associée une file d’attente où sont gardés les paquets en attente d’envoi. La priorité est assurée en affectant différents paramètres d’accés à chaque catégorie [5].

Le protocole GSR

Le protocole GSR (Geographic Source Routing) est un protocole géographique qui combine le routage basé sur la position avec des informations relatives à la topologie des routes pour construire une connaissance adaptée à l’environnement urbain. Selon le protocole GSR, un véhicule source désirant émettre un paquet de données à un véhicule cible, calcule le chemin de routage le plus court pour atteindre ce véhicule cible, à partir des informations géographiques d’une carte routière. On notera que le chemin de routage en question est calculé dans son intégralité, en utilisant par exemple l’algorithme de Dijkstra. [21]. A partir du chemin de routage calculé, le véhicule source sélectionne ensuite une sequence d’intersections par lesquelles le paquet de données doit transiter afin d’atteindre le véhicule cible. Cette séquence d’intersections est constituée par un ensemble de points géographiques fixes de passage du paquet de données (Chemin d’Ancrage, en anglais Anchor Path), sur cette sequence, les messages circulent en utilisant le mode Greedy [22]. Tous les paquets dans GSR ne contiennent que des informations sur la source, la destination, et les chemins d’ancrages. En conséquence, le protocole GSR ne prend pas en considération l’état du trafic pour assurer la connectivité. Un autre inconvénient de ce protocole de routage est qu’il ne tient pas compte de certaines situations comme un réseau dispersé, où le nombre de noeuds pour la transmission des paquets est insuffisant. Ce qui en fait un réseau adapté pour le milieu urbain [23].

Présentation du protcole A-RTIP

A-RTIP est un protocole de routage géographique basé sur la diffusion des informations du trafic routier afin d’améliorer les performances de routage dans l’environnement urbain. L’idée principale de ce protocole est de maintenir l’information sur le trafic routier et de la partager avec les routes successeurs comme le montre la figure 19. Le véhicule le plus proche d’une intersection est sélectionné en tant que RIN (RTIP Initiator Node). Les RINs sont chargés d’initier périodiquement le paquet d’informations sur la circulation routière (RTIP) et de le transmettre en direction de toutes les intersections voisines. Contrairement au principe de GyTAR et EGyTAR, le RIN initie le RTIP même si les vihécules sont sur le point de quitter la route actuelle. Par ailleurs le véhicule le plus proche d’une intersection ne signifie pas nécessairement qu’il est sur le point de quitter la route actuelle. Lorsque le RTIP atteint la fin de la route, le noeud de diffusion du RTIP (RBN : RTIP Broadcasted Node) diffusera d’abord le RTIP autour de la fin de la route (comme le concept de GyTAR et EGyTAR) ce qui permet à tous les véhicules situés au bout de la route de connaître toutes les informations relatives à la circulation routière dans le RTIP. Deuxièmement, contrairement au concept GyTAR et EGyTAR, le RBN duplique et transmet le RTIP en direction de toutes les intersections voisines, cela est uniquement si le timeout n’est pas expiré.

La propriété intéressante de notre mécanisme de diffusion est que le paquet RTIP peut contenir un certain nombre d’informations sur les routes en fonction du délai d’attente RTIP. Il est conseillé de contourner la vision locale comme c’est le cas chez de nombreux protocoles de routage tels que GyTAR et EGyTAR et s’orienter vers une vision avancée. La figure 20 montre un exemple de vision locale et de vision avancée. Dans la section précédente on a donné un bref aperçu sur notre proposition et dans la section suivante on décrit les éléments fondamentaux de notre proposition avec plus de détails.

Conclusion générale et perspectives

Le développement du réseau Internet a connu une évolution terrible avec l’arrivé de l’IoT (Internet des Objets), |Aussi le domaine de télécommunication a beaucoup évolué avec la 5G, Ces 2 technologies vont contribuer efficacement dans le developpement des réseaux VANETs Les réseaux véhiculaires sont une projection des systèmes de transports intelligents (Intelligent Transportation System – ITS). Leur objectif principal est d’améliorer la sécurité routière par l’utilisation de la technologie des communications et de l’émergence de dispositif sans fil à faible coût. Le fait que la topologie du réseau soit de type très dynamique rend d’autant plus difficile à conserver les informations sur les noeuds, en effet le routage s’impose avec un rôle très important afin d’acheminer ces informations vers la bonne destination. Dans notre projet, nous avons présenté quelques protocoles de routage classiques basé sur la topologie et autres protocoles de routage géographique basés sur la position géographique ; et faire une étude pour choisir le meilleur qui s’adapte aux réseaux VANETs. Notre objectif est de proposer une amélioration du protocole A-RTIP afin d’avoir régulièrement une inforamation correcte, exclusive et au bon moment. La modification effectuée a touché l’algorithme « Periodic Road Traffic Information Initiation » et apporte de meilleur résultat dans la phase d’évaluation par le simulateur OMNET++ et BonnMotion. Enfin, je souhaite que ce mémoire apporte une contribution aux étudiants de notre université qui désire s’initier au domaine de la recherche dans les réseaux VANETs.

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Table des matières

Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Introduction générale
1.Réseaux véhiculaires : Caractéristiques et Architectures
1.1 Introduction
1.2 Généralités sur les réseaux sans fil
1.2.1 Réseaux sans fil
1.2.2 Réseaux ad hoc
1.2.3 Variantes de réseaux sans fil ad hoc
I.3 Les réseaux VANETs
I.3.1 Architecture des VANETs
1.3.2 Types de Communications
1.3.3 Standarisation
1.3.4 Carectéristiques
1.3.5 Domaines d’applications
1.3.6 Les défis dans les VANETs
1.4 Conclusion
2.Protocoles et mécanisemes de routage dans les VANETs
2.1 Introduction
2.2 Routage dans les VANETs
2.2.1 Protocoles de routage basés sur la topologie
2.2.2 Protocoles de routage basés sur la géo-position
2.3 Les services de localisation
2.3.1 HLS (Hierachical Location Services)
2.3.2 GLS (Grid Location Service )
2.4 Conclusion
3.Le protocole A-RTIP (Advanced Mesurement of Road Traffic Information Protocol).
3.1 Introduction
3.2 Le protcole A-RTIP
3.2.1 Présentation du protcole A-RTIP
3.2.2 Maintien des informations sur le traffic routier
3.2.3 Paquet d’informations sur le trafic routier
3.2.4 Connectivité: deux véhicules, Cellule et route
3.2.5 Information périodique sur le trafic routier
3.2.6 Algorithme de transmission d’informations sur le trafic routier
3.2.7 Mécanisme de sélection des intersections
3.3 Conclusion
4.Implémtation et évaluation des performances du protocole A-RTIP
4.1 Introduction
4.2 Outils logiciels utilisés
4.2.1 Outils de travail
4.2.2 Description architecturale d’OMNET++
4.2.3 Les générateurs de mobilité
4.2.4 Les FrameWorks
4.3 Implémentation et évaluation
4.3.1 Descripion du problème 1
4.3.2 Solution proposée
4.3.3 Descripion du problème 2
4.3.4 Solution Proposée
4.4 Résultats et discussions
4.5 Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Bibliographie