Communication Inter-Vhicules
SommaireIntroduction:3I. Prsentation de projet:4II- PRESENTATION
DES RESEAUX DE VEHICULES:4III. Technologies des rseaux
vhiculaires:5IV.LES TYPES DE COMMUNICATIONS:71.COMMUNICATIONS DE
VEHICULE A VEHICULE72.COMMUNICATIONS DE VEHICULE A
INFRASTRUCTURE83.COMMUNICATIONS HYBRIDES9V. Proprits et
applicationde VANET:91.Proprits des rseaux VANET:92. APPLICATIONS
DES RESEAUX DE VEHICULES:112.1. APPLICATIONS DE SECURITE
ROUTIERE:122.2. APPLICATIONS DE CONFORT12VI.Protocoles de routage
pour VANETs:15VII-Dissmination et diffusion de donnes dans
VANETs:171 .La go-diffusion17VIII. Outils:191 . Network Simulator
NS2:192. SUMO:193. MOVE:19IX. Dveloppement: 20Installation du
protocole IVG :20Simulation:22Rsultats et
discussion:24Conclusion29Bibliographie:30
2009-2010
Introduction:
De nos jours, la voiture prend de plus en plus de place dans
notre vie mais reste cependant le moyen de transport le moins sr.
La scurit des automobiles devient une question importante et les
constructeurs recherchent de nouveaux systmes pour amliorer la
scurit bord. La communication entre vhicules est une des solutions
prometteuse et permettrai de rduire de 50% les vnements sur la
route. Les rseaux sans-fil de vhicules appels VANET pour Vhicule
Ad-Hoc NETworks attirent de plus en plus lattention des
constructeurs automobiles et des chercheurs.L'apparition des rseaux
VANet a rendu possible la communication entre les voitures rpandant
ainsi l'change d'information. Ce chapitre dbute par la description
des technologies utilises dans les rseaux vhiculaires. Il introduit
la notion du v2v et il finit par prsenter quelques applications de
ces rseaux..
I. Prsentation de projet:Le but de ce projet est la simulation
dun rseau VANET en fonction du trafic routier.
Signaler les incidents pouvant nuire la fluidit du trafic et la
scurit des usagers de la route aussi rapidement que possible est le
but de projet. Il est donc considrer un signalement en temps rel
grce une communication permanente entre les vhicules circulant pour
apporter une certaine solution ce problme.
II- PRESENTATION DES RESEAUX DE VEHICULES:Ces dernires annes, la
communication inter-vhicules a attire beaucoup de chercheurs dans
le monde entier. Dans l'Union Europenne, quelques projets de
recherche examinent le potentiel de rduction des accidents de la
route grce l'initiative eSafety et il en est de mme dans d'autres
pays comme les Etats-Unis ou le Japon. La communication de
voiture--voiture (V2V), souvent mentionne comme des rseaux ad hoc
vhiculaires (VANETs ou Vehicular Ad hoc Networks), permet de
nouveaux services pour des vhicules et cre de nombreuses
opportunits pour amliorer la scurit routire. La communication entre
vhicules peut par exemple tre utilise pour aider la conduite et
proposer des services de scurit active comme l'avertisseur
d'accident, le trafic temps rel et des systmes actifs de diffusion
de l'information (de mtorologie ou de navigation). Cependant, ces
nouveaux services pour les rseaux de vhicules posent beaucoup de
dfis technologiques pour les protocoles rseaux et la scurit des
communications. Le besoin de la recherche dans ce domaine est donc
en pleine expansion. Les rseaux de vhicules ont des caractristiques
semblables ceux des rseaux ad hoc mobiles (MANETs ou Mobile Ad hoc
Networks), souvent sous forme de rseaux multi-sauts. Des
changements de topologie du rseau arrivent frquemment en raison de
la haute mobilit des nuds. Tous les nuds partagent le mme canal
menant la congestion dans des rseaux trs denses. La nature
dcentralise de ces rseaux mne au besoin de nouveaux systmes et
protocoles de diffusion de l'information. De plus, de nouvelles
approches pour la scurit de communication doivent tre conues pour
adapter les besoins spcifiques du rseau et garantir des services
fiables et dignes de confiance.
III. Technologies des rseaux vhiculaires: Les rseaux vhiculaires
offrent une alternative intressante aux rseaux cellulaires vus leur
faible cot et le dbit lev qu'ils offrent. Ils se basent sur les
technologies sans fils.1.WiFi:
C'est une technologie qui vise offrir un accs au Web sans fil et
haut dbit. Le WiFi permet d'affiner le maillage Internet, de rendre
l'accs internet plus confortable et particulirement de prparer une
bonne infrastructure pour les rseaux vhiculaires. En fait, les
rseaux WiFi permettent de faire communiquer des quipements
compatibles en se basant des normes et des protocoles communs qui
se manifeste travers des bornes d'accs publiques appeles Hot Spots
qui se trouvent un peu partout: restaurants, aroports, facults,
etc...
La norme 802.11 s'attache dfinir les couches basses du modle OSI
pour une liaison sans fil utilisant des ondes lectromagntiques,
c'est--dire: la couche physique, proposant trois types de codages
de l'information. la couche liaison de donnes, constitu de deux
sous-couches : le contrle de la liaison logique (Logical Link
Control, ou LLC) et le contrle d'accs au support (Media Access
Control, ou MAC)
2. Rseaux Ad Hoc:
Les rseaux ad hoc en latin: qui va vers ce vers quoi il doit
aller, c'est--dire form dans un but prcis, sont des rseaux sans fil
capables de s'organiser sans infrastructure dfinie
pralablement.Chaque entit (ou node) communique directement avec sa
voisine dans la zone de couverture comme l'indique le figure 1.
Pour communiquer avec d'autres entits, il lui est ncessaire de
faire passer ses donnes par d'autres qui se chargeront de les
acheminer. Pour cela, il est d'abord primordial que les entits se
situent les unes par rapport aux autres, et soient capables de
construire des routes entre elles: c'est le rle du protocole de
routage.Ainsi, le fonctionnement d'un rseau Ad-hoc le diffrencie
notablement d'un rseau comme le rseau GSM, les rseaux Wifi avec des
points d'accs: l o une ou plusieurs stations de base sont
ncessaires la plupart des communications entre les diffrents noeuds
du rseau (mode Infrastructure), les rseaux Ad-hoc s'organisent
d'eux-mmes et chaque entit peut jouer diffrents rles.L'utilisation
la plus simple et la plus courante des rseaux Ad-hoc est faite par
les rseaux sans fil Wifi en permettant une mise en place rapide
d'une connexion rseau entre deux ordinateurs.Les rseaux ad hoc
mobiles, sont connus sous le nom de MANet (pour Mobile Ad-hoc
Networks).Un rseau MANET permet de mettre en oeuvre des noeuds de
communication de grande mobilit, de grande ractivit et qui se
dploient rapidement. Ce rseau est interconnect avec diffrents types
rseaux reposant sur une technologie IP et employant des protocoles
de routage tant dans la famille des ractifs (AODV, DSR) que des
proactifs (OLSR, TBRPF), ou bien encore des hybrides (ZRP).
Figure1: Transmission de donnes avec routage Ad-Hoc
3. Rseaux VANet:
Vehicular Ad-Hoc Network (rseau Ad-Hoc de vhicules), ou VANet,
est une forme de Mobile Ad-hoc Network (rseau mobile Ad-Hoc), pour
fournir des communications au sein d'un groupe de vhicules porte
les uns des autres et entre les vhicules et les quipements fixes
porte, usuellement appels quipements de la route.Plutt que de se
dplacer au hasard, les vhicules tendent se dplacer d'une faon
organise. Les interactions avec les quipements de la route peuvent
de mme tre caractrises de manire assez exacte. Et finalement, la
plupart des vhicules sont limits dans leur gamme de mouvement, par
exemple en tant contraint de suivre une route pave.
Figure 2: exemple de rseau VaNet
IV.LES TYPES DE COMMUNICATIONS:Dans ces rseaux de vhicules, les
services proposs permettent de distinguer plusieurs communications
possibles, comme vous pouvez le voir sur la figure 3.
figure 3:Types de communication dans un rseau de vhicules.
1.COMMUNICATIONS DE VEHICULE A VEHICULE L'ide, dj voque
auparavant, est de permettre aux voitures de communiquer entre
elles. Sous les initiales C se cache donc un systme d'change
d'informations qui va permettre de meilleures ractions dans des
situations comme des bouchons, des routes geles, enneiges, des
accidents de la route etc ...De cette manire, tous les futurs
vhicules quips du systme Car2Car seront capables de communiquer
entre eux, quelle que soit leur marque, afin de vhiculer des
informations importantes. Les relais sont tout simplement les
vhicules qui acheminent l'information de l'un l'autre sans avoir
passer par un maillage d'metteurs et rcepteurs externes pour
couvrir le territoire. L'exemple introductif donn par Car2Car est
simple. Imaginez qu'un accident arrive sur la route que vous
prenez, quelques kilomtres devant vous. Les vhicules accidents vont
envoyer un signal aux voitures arrivant sur le lieu de l'accident.
Ces dernires vont reproduire l'information vers les voitures
derrires elles et ainsi de suite. De cette manire, les
automobilistes pourront tre prvenus quasiment en temps rel des
accidents de la circulation et ils pourront modifier leur itinraire
en consquence. Cet exemple peut tre appliqu d'autres cas de figure
qui ne concernent pas forcment un accident mais d'autres alas du
trafic. On peut imaginer que Car2Car pourra galement concerner un
problme sur un vhicule en panne ou accident seul dans un endroit
inaccessible. L'information sera alors transmise de voiture en
voiture jusqu'au point de surveillance central de l'tat de la
circulation et du trafic jusqu'aux premiers secours. Car2Car est
bas sur la norme WiFi 802.11.A ct des applications sur la conduite
et le trafic, Car2Car sera particulirement bien adapt d'autres
missions et rceptions d'informations en temps rel. Car2Car annonce
dj qu' travers cette norme, il sera possible de rcuprer de la
musique depuis son PC install dans sa maison vers sa voiture et
vice versa. Le figure 4 illustre la communication entre deux
voitures pour grer le trafic.
Figure 4: exemple de rseau C.
2.COMMUNICATIONS DE VEHICULE A INFRASTRUCTURE
Parmi les nouvelles technologies sans fil utiliss par les
conducteurs et les passagers, courte porte de la communication sans
fil bas sur IEEE 802.11 qui a reu une attention considrable dans le
monde entier.Grce son faible cot, sa disponibilit et son dploiement
grande chelle, il est attendu que les futures voitures seront
quipes de dispositifs de bord d'units offrant des interfaces sans
fil IEEE 802.11 et les antennes. La technologie sans fil permet une
rpartition intgrale des vhicules de communication dans un rseau bas
sur l'auto-organisation et d'auto-coordination des noeuds du rseau
ad hoc. La combinaison de la technologie courte-porte de la
communication sans fil et des rseaux ad hoc, facilite la
communication voiture - infrastructure regroups sous CAR-2-I, et
elle est considre comme une pierre angulaire pour l'avenir des
systmes de transport intelligents (ITS).Un objectif majeur de la
CAR-2-I est l'amlioration de la scurit de la routela rduction
durable de dcs dus aux accidents de la route. En outre, la
communication CAR-2-I permet aux d'amliorer l'efficacit du trafic
et l'infotainment, o les frquences ddi sera allou pour la scurit et
l'efficacit de la circulation pour la frquence considre. C' est
pourquoi une grande gamme de possibilits est offerte , pour un
intrt commun et public, de la part des gouvernements, et du monde
industriel pour standardiser et dployer la technologies CAR-2-X
technologies de la communication existe.
Figure 5: exemple de rseau V2I
3.COMMUNICATIONS HYBRIDES La combinaison de ces deux types de
communications permet d'obtenir une communication hybride trs
intressante. En effet, les portes des infrastructures tant limites,
l'utilisation de vhicules comme relai permet d'tendre cette
distance. Dans un but conomique en vitant de multiplier les bornes
chaque coin de rue, l'utilisation de sauts par vhicules
intermdiaires prend toute son importance.
V. Proprits et applicationde VANET: 1.Proprits des rseaux
VANET:Faisant partie intgrante d' un systme ITS(Intelligent
Transportation System), les communications inter-vhicules brassent
les technologies et les disciplines suivantes, comme reprsent dans
la Figure 6 : Collecte d' information et perception de l'
environnement proche : en utilisant diffrents capteurs (conditions
mtorologiques, tat de la route, tat de la voiture, pollution et
autres) et des camras, le conducteur peut bord de son vhicule
disposer d' un certain nombre d' informations et d' une meilleure
visibilit lui permettant ainsi de ragir d' une manire adquate aux
changements de son environnement proche; Traitement : avec une
grande capacit de traitement bord, les vhicules de nos jours sont
dots d' intelligence et sont capables d' LQWHUSUpWHU les
informations collectes pour ensuite aider le conducteur prendre une
dcision (particulirement dans les systmes d' aide la conduite);
Stockage : un grand espace de stockage est ncessaire dans ce
contexte afin de disposer des diffrentes classes et types d'
information. Ces structures de donnes seront alimentes et mises
jour en fonction des vnements et dcisions du systme de
communication. A noter que dans un rseau de vhicules, l' nergie et
l' espace de stockage sont suffisamment disponibles; Routage et
communication : pour l' change et la diffusion d' information dans
le rseau lui-mme ou vers d' autres types de rseaux (IP ou
cellulaire par exemple). Ce qui permet ainsi d' augmenter le
primtre de prcaution grce une perception tendue de l' environnement
et ainsi une meilleure anticipation des difficults de conduite.
Figure 6:Voiture intligente
Ces diffrentes technologies sont prsentes dans l' ensemble des
environnements o la technologie IVC peut tre mise en application.
Nanmoins, suivant les domaines d' application, les environnements
concerns et leur caractristiques peuvent diffrer: espace libre,
rural, semi-urbain, urbain, tunnels; les proprits de communications
sans fil comme la porte et la capacit peuvent tre galement
contrastes. Sur le plan d' architecture, un systme de communication
inter-vhicules peut tre soit : ad hoc vhicule--vhicule pur, ou bien
hybride pour servir ventuellement de passerelle vers d' autres
rseaux et services. Comme mentionn prcdemment, un rseau VANET
reprsente un cas d' application particulier des rseaux MANET.
Nanmoins, les travaux de recherche tudis et raliss dans le domaine
des MANET ne peuvent pas tre directement appliqus dans le contexte
des rseaux de vhicules vus quelques spcificits des rseaux VANET qui
rendent l' application des protocoles et architectures des rseaux
ad hoc inadapte. Dans ce qui suit nous prsentons quelques proprits
et contraintes lies l' environnement des rseaux de vhicules qui les
distinguent des rseaux ad hoc : Capacit de traitement, d' nergie et
de communication : contrairement au contexte des rseaux ad hoc
mobiles o la contrainte d' nergie, titre d' exemple, reprsente une
des problmatiques traites dans la littrature, les lments du rseau
VANET n' ont pas de limite en terme d' nergie et disposent d' une
grande capacit de traitement et peuvent avoir plusieurs interfaces
de communication (Wi-Fi, Bluetooth et autres); Environnement de
dplacement et modle de mobilit : les environnements pris en compte
dans les rseaux ad hoc sont souvent limits des espaces ouverts ou
indoor (comme le cas d' une confrence ou l' intrieur d' un
btiment). Les dplacements des vhicules quant eux sont lis aux
infrastructures routires soit dans des autoroutes ou au sein mme d'
une zone mtropolitaine. Les contraintes imposes par ce type d'
environnement, savoir les obstacles radio (ex: dus aux immeubles)
et les effets du multipath et de fading, affectent considrablement
le modle de mobilit et la qualit des transmissions radio prendre en
compte dans les protocoles et solutions proposes. En outre, la
mobilit est lie directement au comportement des conducteurs; Type
de l' information transporte et diffusion : l' une des applications
cls des rseaux de vhicules tant la prvention et la scurit routire,
les types de communications s' axeront sur les diffusions de
messages d' une source (ou d' un point) vers plusieurs
destinataires. Nanmoins, les vhicules sont concerns par la
diffusion en fonction de leur position gographique et leur degr d'
implication dans l' vnement dclench. Dans de telles situations, les
communications sont principalement unidirectionnelles; Topologie du
rseau et connectivit : la diffrence des rseaux ad hoc, les rseaux
VANET sont caractriss par une forte mobilit, lie la vitesse des
voitures, qui est davantage importante sur les autoroutes. Par
consquent, un lment peut rapidement rejoindre ou quitter le rseau
en un temps trs court, ce qui rend les changements de topologie trs
frquents. De plus, des problmes tels que le partitionnement du
rseau peuvent frquemment apparatre, essentiellement quand le systme
IVC n' est pas largement rpandu et quip dans la majorit des
vhicules. Les solutions proposes doivent alors prendre en
considration cette contrainte spatiotemporelle o la connectivit est
un des paramtres cls, avec un diamtre de rseau limit. L' htrognit
des nuds en terme de vitesse (voitures et bus : les bus ont une
vitesse rgulire et plus petite) offre des informations
supplmentaires prendre en compte dans l' laboration des solutions
et des architectures pour les rseaux de vhicules. Une des
contraintes et des paramtres tudier de prs est le problme de
fragmentation du rseau VANET en fonction des conditions
spatiotemporelles, notamment quand le taux de pntration de ces
systmes dans le march est faible. Cela implique une connectivit
faible et des dures de vie des routes trs limites. Par ailleurs,
les proprits inhrentes aux rseaux VANET notamment en terme de
taille ouvrent des problmatiques de passage l' chelle et ncessitent
une rvision complte des solutions existantes; D' un point de vue
rseaux de capteurs, un nud (vhicule) dans le rseau peut tre considr
comme un capteur de grande capacit, dot de fonctionnalits diverses
ou bien comme tant un rseau local compos de terminaux existants
bord de la voiture. De plus les informations collectes par les
capteurs du vhicule peuvent tre combines pour ainsi liminer les
redondances et rduire le nombre de transmissions. La contrainte d'
nergie et le facteur de mobilit inexistant diffrencient clairement
les rseaux de capteurs des rseaux de vhicules, conus pour des
domaines d' applications diffrents. En outre, les informations
collectes par les capteurs bord des vhicules sont utilises dans le
fonctionnement des protocoles et peuvent affecter le comportement
du rseau d' une manire gnrale.
2. APPLICATIONS DES RESEAUX DE VEHICULES:Une des applications de
ce concept consiste munir nos voitures et nos routes de capacits de
communication permettant de rendre la route plus sure et de rendre
le temps pass sur les routes plus convivial. Cette application est
appele le systme de transport intelligents (ITS, Intelligent
transportation System). On peut donc distinguer deux types
d'applications avec les rseaux de vhicules, les applications de
confort et les applications de scurit routire. Les contraintes de
ces applications sont diffrentes comme par exemple la vitesse de
propagation de l'information. Dans le cas d'un accident, il faut
prvenir les usagers dans un temps born alors que la diffusion de
publicits n'a pas cette contrainte de temps mais elle sera par
contre plus consommatrice de bande passante. Nous allons donc
dcrire dans les paragraphes suivants quelques applications.
2.1. APPLICATIONS DE SECURITE ROUTIERE: a) ALERTER EN CAS
D'ACCIDENTS Ce service permet, dans le cas d'un accident, d'avertir
les vhicules se dirigeant vers le lieu de l'accident que les
conditions de circulation se trouvent modifies et qu'il est
ncessaire de redoubler de vigilance (cf. figure 7 a). Il est
ncessaire, galement, en cas de densit rduite de vhicule de pouvoir
conserver l'information pour pouvoir la retransmettre si un vhicule
entre dans la zone de retransmission. Les messages de scurit
devront tre mis des priodes rgulires. Ainsi le ou les nuds dsigns
pour la retransmission des messages mettront des alertes instants
rguliers. Les messages devront tre de taille rduite pour tre
transmis le plus rapidement possible. Les messages devront
comporter les coordonnes du lieu de l'accident et les paramtres de
la zone de retransmission.
b) ALERTER EN CAS DE RALENTISSEMENT ANORMAL (BOUCHON, TRAVAUX,
INTEMPERIES, ETC.) Ce service permet d'avertir les automobilistes
de situations de circulation particulires (cf. figure 7 b).
L'information quelque soit la nature des difficults de circulation
renseigne l'automobiliste qu'il est ncessaire de ralentir. Le
message d'alerte est mis par un vhicule dtectant les difficults de
circulation (freinage important par exemple, dclenchement des feux
de dtresse, pluie). Un vhicule banalis effectuant des travaux peut
galement tre l'origine du message d'alerte. Comme pour le message
d'alerte informant d'un accident, le message d'alerte informant
d'un ralentissement doit tre transmis aux autres vhicules de faon
efficace et rapide.
c) LA CONDUITE COLLABORATIVE:La conduite collaborative est un
concept qui amliore considrablement la scurit du transport routier
(rduction du nombre de victimes, cf. figure 7 d). Cette innovation
est base sur un change de renseignements entre des vhicules munis
d'instruments (ex : capteurs) leur permettant de percevoir ce qui
les entoure et de collaborer en groupes. Ces groupes de vhicules ou
rseaux ponctuels, peuvent laborer une stratgie de conduite
collective qui exigerait peu ou pas d'interventions de la part des
conducteurs. Depuis ces dernires annes, diffrentes architectures de
vhicules automatiss ont t proposes, mais la plupart d'entre elles
n'ont peu ou pas investi le problme de communication inter
vhicules. On peut aussi sur le mme principe changer des
informations de trafic et de travaux afin de fluidifier le rseau
routier en indiquant par exemple des itinraires bis. La
signalisation automatique est aussi envisageable avec
l'avertissement de passage de vhicule d'urgence, ou encore
l'avertissement d'une panne d'un feu tricolore.
2.2. APPLICATIONS DE CONFORT a) RESEAUX COLLABORATIFS Les rseaux
collaboratifs sont en train de se dvelopper en particulier avec les
rseaux pairs--pairs. On peut imaginer une chane de radio ou de
tlvision distribue o chaque vhicule va partager les musiques et
vidos qu'il a en sa possession pour construire un programme de
diffusion continu. Les cartes collaboratives (wiki) et les petites
annonces peuvent tre des services distribues base de rseaux
collaboratifs. Un serveur relai (dit proxy-cache ) peut permettre
la navigation sur Internet mme dans des zones sans connexion
Internet. Un systme de distribution de publicits et d'informations
pratiques (concerts, restaurants, ) peut tre mise en place l'entre
des villes.
b) INTERNET DANS LES TRANSPORTS Aujourdhui, les hotspots (zone
wifi accs Internet) sont de plus en plus dvelopps dans les villes,
en particulier avec les initiatives des communauts (par exemple,
Fon [FON]) et des oprateurs de tlcommunication. En voiture, on peut
imaginer acheter de la musique et de la vido, au niveau dune
station essence, dune gare ou mme en pleine autoroute (en passant
d'une voiture une autre jusqu'au point d'accs le plus proche). Les
passagers dans la voiture pourront ainsi jouer en rseaux, ou encore
mme naviguer sur Internet (cf. figure 7 e).
c) GESTION DES ESPACES LIBRES DANS LES PARKINGS Ce service
permet de rassembler des informations sur la disponibilit de
l'espace de stationnement dans les parkings et de coordonner entre
automobilistes afin de les guider aux espaces libres (cf. figure 9
c).
Figure 7:Applications des rseaux de vhicules
Figure 8: Fonction d'alerte entre vhicules
Figure 9: Coopration entre vhicules
VI.Protocoles de routage pour VANETs:
Diffrentes solutions pour le routage dans les rseaux VANETs ont
t proposes. Parmi celles-ci : GSR (Geographic Source Routing) est
un protocole gographique qui combine le routage bas sur la position
avec des informations relatives la topologie des routes pour
construire une connaissance adapte l'environnement urbain. Selon le
protocole GSR, un vhicule source dsirant mettre un paquet de donnes
destination dun vhicule cible, calcule le chemin de routage le plus
court pour atteindre ce vhicule cible, partir des informations
gographiques dune carte routire. On notera que le chemin de routage
en question est calcul dans son intgralit, en utilisant par exemple
lalgorithme de Djikstra. A partir du chemin de routage calcul, le
vhicule source slectionne ensuite une squence dintersections par
lesquelles le paquet de donnes doit transiter afin datteindre le
vhicule cible. Cette squence dintersections est constitue par un
ensemble de points gographiques fixes de passage du paquet de
donnes. Et pour envoyer les messages d'une intersection une autre,
les auteurs proposent d'utiliser une approche gloutonne. Les mmes
auteurs ont propos un protocole GPCR (Greedy, Perimeter Coordinator
Routing) qui est une combinaison du protocole GPSR et l'utilisation
de la cartographie des routes. Les auteurs supposent que chaque nud
peut savoir s'il est dans une intersection auquel cas il acquiert
le statut de nud coordonnateur. Ainsi, les messages sont transmis
le long de la route en utilisant une approche gloutonne avec une
prfrence donne aux nuds coordonnateurs. Cela signifie qu'en
choisissant le prochain nud relais, un nud coordonnateur (un nud au
niveau d'une intersection) est prfr un nud non'coordonnateur, mme
s'il n'est pas le plus proche de la destination, et ceci afin
d'viter les obstacles radios (btiments, ..).
A-STAR (Anchor-based Street and Traffic Aware Routing) est un
protocole de routage bas sur la position pour un environnement
vhiculaire mtropolitain. Il utilise particulirement les
informations sur les itinraires d'autobus de ville pour identifier
une route d'ancre (anchor route) avec une connectivit leve pour
l'acheminement des paquets. A-STAR est similaire au protocole GSR
en adoptant une approche de routage base sur l'ancrage (anchor
based) qui tient compte des caractristiques des rues. Cependant,
contrairement GSR il calcule les "anchor paths" en fonction du
trafic (trafics de bus, vhicules, etc...). Un poids est assign
chaque rue en fonction de sa capacit (grande ou petite rue qui est
desservie par un nombre de bus diffrent).Les informations de routes
fournies par les bus donnent une ide sur la charge de trafic dans
chaque rue. Ce qui donne une image de la ville des moments
diffrents.
VADD (Vehicle-Assisted Data Delivery) est un protocole de
routage qui prend en considration le contexte des rseaux de
vhicules et exploite le mouvement prvisible des vhicules pour
dcider de retransmettre ou non le message. Il utilise
particulirement les informations sur le trafic routier au niveau
d'une route pour estimer le dlai mis par un paquet pour parcourir
un tel segment. Par consquent, les paquets seront achemins le long
d'un chemin ayant le plus faible dlai de bout en bout.
Le protocole de routage MORA (MOvement-based Routing Algorithm)
propos dans exploite la position et la direction de mouvement de
vhicules pour adapter les dcisions de retransmission au contexte
des vhicules et faire face ainsi la forte mobilit des nuds et au
changement assez frquent de la topologie.
Le protocole MURU (A Multi-hop Routing protocol for Urban
vehicular ad hoc networks) est un autre protocole de routage bas
sur le mouvement et adapt aux environnements urbains. Les auteurs
utilisent une mtrique appele degr de dconnexion attendu (Expected
Disconnexion Degree) pour valuer la qualit du chemin. Cette mtrique
est calcule partir des informations sur la prdiction de la vitesse
et la trajectoire de chaque vhicule.
Le protocole HOP (Conditional Transmissions) est un protocole de
routage adapt une communication one-to-many. Il utilise une
diffusion base sur les transmissions conditionnelles. La solution
propose ne ncessite pas de connaissance a priori du voisinage, ni
des rcepteurs. Elle permet la transmission de messages dans une
zone gographique donne en avant ou en arrire de l'metteur.
Besoin d'un nouveau protocole:
Contrairement aux rseaux ad hoc classiques MANETs, le routage
dans les rseaux de vhicules constitue un vritable obstacle. La
difficult du routage dans les rseaux VANET rside essentiellement
dans linstabilit des chemins cause par la forte mobilit des nuds et
les fragmentations frquentes du rseau. En effet, les protocoles
proactifs tels que OLSR, FSR seront dbords par un changement de
topologie trs frquent. A l'inverse, les protocoles ractifs comme
DSR et AODV ncessitent un laps de temps pour la recherche d'une
route. Le routage bas sur la localisation semble tre un candidat
idal pour les rseaux VANETs pour plusieurs raisons. Tout d'abord,
ce type de routage permet le passage l'chelle. De plus, ilbnficie
de la disponibilit de rcepteurs GPS peu couteux sur le march.
Ainsi, plusieurs protocoles de routage gographiques ont t proposs
ces dernires annes l'instar de GPSR et LAR. Cependant, le routage
gographique de base pose des problmes dans le cas de communications
dans des environnements o il existe des obstacles (btiments) et des
vides comme c'est le cas dans une ville. GPSR par exemple, utilise
une simple approche gloutonne pour acheminer les messages sans
prendre en considration la topologie des routes. Par consquent,
plusieurs messages ne vont pas pouvoir atteindre leur destination
finale cause de l'existence des obstacles radios (btiments, etc)
dans un environnement urbain. Une adaptation de ces protocoles est
donc ncessaire. Les diffrentes solutions de routage proposes dans
le cadre des rseaux de vhicules ont rsolu ce problme en combinant
un routage bas sur la localisation avec l'utilisation de la
cartographie des routes. En effet, GSR adopte une approche de
routage base sur l'ancre (squence dintersections constitue par un
ensemble de points gographiques fixes de passage du paquet de
donnes). Cependant, il ne prend pas en compte un facteur important
pouvant influer sur les performances, savoir l'information sur le
trafic routier. En effet, le chemin slectionn par GSR peut contenir
des tronons de routes o il n'y a pas assez de voitures et par
consquent, plusieurs paquets peuvent tre perdus par manque de
connectivit. Pour faire face ce problme, A-STAR utilise
particulirement les informations sur les itinraires d'autobus de
ville pour identifier une route d'ancre (anchor route) avec une
connectivit leve pour l'acheminement des paquets. En effet, les
auteurs considrent que les routes prises par les bus sont toujours
des artres principales. Cependant, cette supposition n'est pas
toujours vraie. Pour sa part, VADD choisit les intersections faible
dlai en prenant en compte des paramtres statistiques du trafic
routier (vitesse maximale, densit moyenne, etc). Ces deux
protocoles (A'STAR et VADD) prennent donc en compte l'information
sur le trafic routier lors du choix du chemin. Nanmoins, cette
information est dduite de manire statique en plus de l'utilisation
de quelques paramtres statistiques. Les deux approches ne prennent
donc pas en compte les variations spatio'temporelles du trafic
routier au cours de la journe. Ces variations s'accentuent surtout
lorsque la densit du rseau est assez faible. Un autre problme qu'on
peut identifier dans ces protocoles est lutilisation dune simple
approche gloutonne pour envoyer les paquets tout au long d'une
route. En d'autres termes, lors du choix dun vhicule relais (le
vhicule le plus proche de la destination), on ne prend pas en
compte la vitesse et le sens de dplacement des voitures, on
considre uniquement l'information sur la position gographique des
voisins. Mais quand la dynamique augmente, l'information surla
position, enregistre un instant t, aura une dure de vie limite.
Cette imprcision dans les positions peut influer ngativement sur
les performances de l'approche (le choix du vhicule relais n'est
pas optimal dans le sens o le vhicule slectionn n'est pas forcment
le vhicule le plus proche de la destination l'instant de l'envoi du
paquet). Par ailleurs, dans les VANETs, le mouvement des vhicules
ne peut pas tre contrl pour assurer le routage. Par contre, le
contrle de la trajectoire peut tre utilis pour amliorer les
performances des rseaux ad hoc en gnral. Le routage bas sur le
mouvement (MURU et MORA ) ne peut s'appliquer que dans certaines
situations alors que, dans d'autres cas, il peut tre inefficace.
Ainsi, cette approche ne peut pas tre une solution part entire pour
les rseaux de vhicules. Afin de pallier aux problmes mentionns
ci-dessus, nous proposons un nouveau protocole de routage appel
GyTAR (improved)Greedy Traffic)Aware Routing). Ce dernier est adapt
un environnement urbain en adoptant une approche base sur un choix
adquat des intersections, et utilise une approche gloutonne amliore
afin d'optimiser le choix des nuds relais pour l'acheminement des
donnes entre deux intersections. Plus prcisment, GyTAR est capable
de slectionner des routes connectivit leve grce la prise en compte
des variations spatiotemporelles du trafic routier . Chaque nud
utilise galement une prdiction des dplacements de ses voisins pour
pouvoir dterminer chaque instant le meilleur voisin utiliser. Notre
approche de routage est dtaille dans la section suivante.
VII-Dissmination et diffusion de donnes dans VANETs:1 .La
go-diffusion La dissmination d'information consiste acheminer une
information d'une source vers une ou plusieurs destinations, en
assurant un dlai d'acheminement rduit, une grande fiabilit et une
meilleure utilisation des ressources. Linondation est le protocole
le plus naf pour la diffusion dans les rseaux ad hoc. Dans
celui-ci, chaque nud rediffuse systmatiquement le paquet reu une
seule fois. Le problme est que cette rediffusion systmatique cause
inutilement une consommation excessive de bande passante vu que
chaque nud va recevoir plusieurs fois la mme information via le
canal sans fil. Ce problme est connu sous le nom de tempte de
diffusion ou "broadcast storm problem" [83]. De plus, dans le cas
de rseaux ad hoc denses tels que les rseaux de vhicules, le fait
que chaque nud rediffuse systmatiquement gnre un nombre important
de collisions qui ne seront pas corrigs par la couche MAC (absence
d'acquittement lors de la diffusion). Ce qui rduit donc lefficacit
et la fiabilit de la diffusion. Cette technique est donc non
optimale du point de vue du rseau et non adapte la dissmination
dinformation dans les rseaux de vhicules. La diffusion base sur la
localisation semble tre la mieux adapte aux VANETs pour plusieurs
raisons. Tout d'abord, ce type de diffusion permet d'optimiser la
dissmination des donnes en slectionnant seulement certains nuds
responsables de la rediffusion en fonction de leurs positions
gographiques. De plus, la disponibilit de rcepteurs GPS peu couteux
sur le march permet de caractriser les destinations cibles par
l'opration de dissmination par la position et/ou la rgion
gographique.Dsormais, on parle de go-diffusion qui se base sur le
mme concept que le multicast. En effet, le multicast est utilis par
des applications qui souhaitent transmettre des informations vers
plus d'une destination. Un nud voulant recevoir les donnes, doit
d'abord joindre un groupe multicast. Les messages envoys sont alors
reus par tous les membres du groupe. La go'diffusion quant elle
adopte le mme principe de fonctionnement, la diffrence qu'au lieu
de joindre explicitement un groupe multicast, les nuds sont
implicitement membres du mme groupe s'ils sont dans une certaine
zone gographique. Le groupe devient dans ce cas groupe gocast. Dans
ce type de protocoles, la terminologie suivante est utilise : (i)
Groupe gocast : les membres d'un groupe sont dfinis par leur
localisation gographique, (ii) Zone gocast : l'espace gographique o
l'ensemble des nuds mobiles membres d'un groupe gocast sont
localiss. Entrer dans la zone revient joindre le groupe et vice
versa, et (iii) Zone de relayage (forwarding zone) : la zone o les
paquets de donnes sont relays. Chaque groupe gocast dispose d'une
zone de relayage, et seuls les nuds se trouvant l'intrieur peuvent
relayer les paquets. Une zone gocast peut tre incluse dans une zone
de relayage (cf. figure 10.1 (a)) ou non (cf. figure 10.1 (b)).
Figure 10.1: La go-diffusion.
Dans ce qui suit, nous allons prsenter brivement quelques
solutions de dissmination de donnes dans les rseaux de vhicules. En
effet, vu la nature et les services des applications de scurit
routires, les architectures de communication des rseaux de vhicules
doivent intgrer des mcanismes de dissmination des donnes efficaces
et adapts. MDDV (Mobility-Centric Data Dissemination Algorithm for
Vehicular Networks) [WUH 04] est un algorithme de diffusion qui,
contrairement aux autres algorithmes gographiques, considre que les
vhicules ne disposent pas des positions des vhicules voisins. Le
rseau routier est modlis comme un graphe orient o les n uds
reprsentent les intersections, et les liens les segments routiers.
Un poids est associ chaque lien pour reflter la distance et la
densit de trafic correspondante. MDDV utilise une trajectoire de
relayage spcifie comme le chemin ayant la plus petite somme des
poids d' une source vers la ' rgion destination' dans le graphe
orient. Urban Multi-Hop Broadcast Protocol [KOR 04] est un
algorithme de diffusion qui modifie la couche d' accs 802.11 pour
l' adapter au contexte des IVC dans le but de rduire les collisions
et d' utiliser efficacement la bande passante. Il comprend deux
phases : la premire appele diffusion directionnelle o la source
slectionne un nud dans la direction de diffusion pour effectuer le
relayage des donnes sans aucune information sur la topologie, et la
deuxime diffusion aux intersections, pour dissminer les paquets
dans toutes les directions, en installant des rpteurs vers tous les
segments de route. Dans RBM (Role-Based Multicast) [BRI 00], les
auteurs proposent un protocole de multicast o chaque noeud
maintient deux listes : une liste de voisins et une liste des n uds
metteurs. En fonction des contenus de ces deux listes, un n ud
dcide ou pas de rediffuser le message aprs un certain temps. Dans
cette approche, le protocole suppose l' existence d' une couche
liaison qui maintient la liste des noeuds voisins. Dans [SUN 00]
les protocoles de diffusion appels TRADE (TRack DEtection) et DDT
(Distance Defer Time) ont t proposs. Pour TRADE l' objectif est de
garantir une meilleure fiabilit avec un nombre de rediffusions
limit. Un vhicule doit alors dsigner parmi ses voisins, en fonction
de leurs dplacements, ceux qui assurent la retransmission des
messages. DDT quand lui utilise un temps d' attente (defer time)
avant la rediffusion d' un message reu, et si pendant ce temps il
reoit le mme message provenant d' un autre vhicule il ne le
rediffuse plus. IVG (Inter-Vehicle Geocast) [BEN 04] est une
nouvelle mthode de diffusion qui gnralise les mthodes prcdentes
(TRADE et DDT) et permet de surmonter les problmes de fragmentation
du rseau, de fiabilit et de calcul de voisins. Des relais
dynamiques sont introduits pour rediffuser priodiquement les
messages d' alerte. Ces relais sont dsigns en fonction de la
distance relative au vhicule source. Une comparaison avec les
mthodes TRADE et DDT a t ralise en utilisant un modle analytique et
des simulations, et a montr les amliorations apportes, et ce
indpendamment de l' environnement (rural ou urbain).
VIII. Outils: 1 . Network Simulator NS2:Network Simulator ou
plus communment NS est un logiciel libre de simulation par vnements
discrets trs largement utilis dans la recherche acadmique et dans
l'industrie. Il est considr par beaucoup de spcialistes des
tlcommunications comme le meilleur logiciel de simulation par
vnements discrets, en raison de son modle libre, permettant l'ajout
trs rapide de modles correspondant des technologies mergentes. Il
est bas sur l'utilisation de langages de scripts pour la commande
des simulations (tcl/tk) alors que le cur des simulations est
implment avec le langage C++.Le logiciel NS est fourni avec une
interface graphique (NAM) permettant de dmontrer le fonctionnement
des rseaux, ce qui en fait un outil la valeur pdagogique trs
intressante.2. SUMO: Sumo est un pacquage microscopique de
simulation du trafic routier. Dans lavenir proche il sera prolong
pour modliser d'autres modes de passage simultanment avec le trafic
de voiture ordinaire. Voir annexe pour plus de dtail.3. MOVE: Cest
un logiciel programm en java pour gnrer des simulations du trafic
routier SUMO dune manire rapide et en utilisant linterface
graphique.IX-Dveloppement:Installation du protocole IVG :
Premirement il faut compiler le dossier RAM qui contient tout
les fichiers c et bibliothques h du protocole IVG dans votre
rpertoire NS2
*Editez le fichier MAKFILE de NS2 en Ajoutent la ligne en ++
mcast/lms-sender.o \++RAM/IVG/toolsdef.o RAM/IVG/IVG.o
\$(OBJ_STL)aprs modification du fichier MAkfile vous modifier le
fichier /common/packet.h : *Editez le fichier en Ajoutent les
lignes en ++ si vous avez la version ns2.33 : // IVG Protocole ++
static packet_t PT_IVG = 61 ; // insert new packet types here
static packet_t PT_NTYPE = 62; // This MUST be the LAST oneet puis
ajoutez les lignes : // IVG++name_[PT_IVG] = "IVG";name_[PT_NTYPE]=
"undefined";si vous avez la version ns2.3.x : Editez le fichier en
Ajoutent leslignes en ++ ./ns-2.3x/common/packet.h ( ligne 175)enum
packet_t {PT_TCP,PT_UDP,..//IVG++PT_IVG,PT_NTYPE//this must the
last one};dans le mme fichier ajoutez la ligne ++
:../ns-2.3x/common/packet.h ( ligne 273)p_info() {name_[PT_TCP]=
"tcp";name_[PT_UDP]= "udp";..++name_[PT_IVG]=
"IVG";name_[PT_NTYPE]= "undefined";}
il faut modifier aussi le fichier /tcl/lib/ns-packet.tcl
Editez le fichier /tcl/lib/ns-packet.tcl file en ajoutant des
lignes en ++ :
# Application-Layer Protocols:Message # a protocol to carry text
messagesPing # Ping PBC # PBC #IVG
++ IVG # Ivg protocol "at line 159"
6- il faut modifier le fichier/tcl/lib/ns-default.tcl :
Editez le fichier /tcl/lib/ns-default.tcl file en ajoutant des
lignes en ++ :
dans la fin du fichier ajoutez les lignes ++
# ivg
++Agent/IVG set packetSize_ 64++Agent/IVG set bytes_ 0
aprs ces modifications recompiler ns2 en tapant la commande : #
make
Simulation:Aprs installation du protocole IVG dans NS2 jai ralis
des simulations en utilisant SUMO et MOVE VANET. Le schma suivant
rsume les tapes pour la gnration de la simulation avec MOVE
VANET:
Le scnario de simulation se passe dans une autoroute a 3vois sur
chaque cot et une deux passerelles qui amne les voiture lautoroute
comme suivant:
AutoRoute avec MOVE et SUMO
En utilisant Move on a gnr le code TCL quivalent a cette
simulation le premier code avec 34 nuds situation du trafic Sparse
et le deuxime avec 285 nuds situation du trafic Dense.
Nam du code TCL gnr
Aprs gnration du code TCL jai modifi le code gnr pour mettre en
place le protocole IVG:# implimentation du prtocole IVG sur tous
les noeuds
for {set i 0} {$i < $val(nn)} {incr i} { set p_($i) [new
Agent/IVG]$ns_ attach-agent $node_($i) $p_($i)}
#Connection de tous les noeuds for {set i 0} {$i < $val(nn)}
{incr i} {for {set j 0} {$j < $val(nn)} {incr j} {$ns_ connect
$p_($i) $p_($j)} }#Initialisation du protocolefor {set i 0} {$i
< $val(nn)} {incr i} {
$ns_ at 0.01 "$p_($i) initi" }#Schedule events$ns_ at 38.01
"$p_(10) send"
Les deux types dantenne la premire une porte du 80m et la
deuxime 200m.Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 8.91754e-10 ;# pour
200mPhy/WirelessPhy set RXThresh_ 3.00435e-08 ;#pour 80m
Rsultats et discussion:Selon les simulations que jai effectues,
il y a deux types de trafic routier un Sparse et lautre Dense avec
deux types dantenne; une a 200m et lautre 80m. 1. Rsultats sur le
nombre de voiture avertis temps : Trafic Sparse: Le graphe suivant
reprsente les rsultats de la premire simulation Sparse avec 34
nuds:80m200
Vhicules recevant le message1519
vhicules avertis temps015
Histogramme :
Pour lantenne de 80m nous remarquons que les voitures avertis
temps est 0% par contre lantenne 200m 78% des voitures sont avertis
temps, mme les nombre de voitures qui on reut le message dalarme
pour lantenne 200m est suprieur par rapport a lantenne 80m:19
voitures pour le premier et 15 voitures pour le deuxime.
Trafic Dense: Le graphe suivant reprsente les rsultats de la
premire simulation Dense Sparse avec 285 nuds:80m200m
Vhicules recevant le message78151
vhicules avertis temps1147
Histogramme :
Pour lantenne de 80m en remarque que les voitures avertis temps
est 1% par contre lantenne 200m 97% des voitures sont avertis temps
mme les nombre de voitures qui on reut le message dalarme pour
lantenne 200m est suprieur par rapport a lantenne 80m 151 voitures
pour le premier et 78 voitures pour le deuxime. 3. Rsultats sur le
nombre collision : Trafic Sparse: 80m200m
Paquets reus4878321
Paquets Collision00
Histogramme:
Trafic Dense: 80m200m
Paquets reus53091856509
Paquets Collision72665542
Histogramme:
Nous obtenons comme on pouvait s'attendre un nombre de
collisions plus lev mesure que l'on rajoute des vhicules. Except
avec l'antenne de porte 200m le nombre de collisions est nulles
dans le premier scenario. Par contre dans le dernier les collisions
augmentent significativement pour atteindre 665542 collisions par
contre lantenne 80m 72 collisions. Selon linterprtation des
rsultats suivant lantenne 80m ne peut pas tre une solution viable.
En effet dans les deux Trafic soit Dense ou Sparse le nombre des
voitures avertis temps est faible, Ces rsultats liminent par
consquent de fait ce choix. IVG donnent des rsultats convenables
partir d'une antenne de 200m de porte. Les vhicules en zone de
risque avertis sont de 78,9% dans un rseau ou circulent que trs peu
de vhicules. Ce nombre progresse 97,3% dans un rseau dense.Pour les
rsultats de nombre de collisions pour chaque porte de lantenne,
pour la port de 80m dans le scnario du trafic soit Dense le nombre
de collisions est 72 et dans Sparse le nombre de collisions est 0.
Pour lantenne de la porte 200m dans le trafic Sparse le nombre de
collisions est 0 par contre dans le trafic dense665542.
Nous pouvons dire que pour un rseau Sparse les rsultats sont peu
prs les mmes. En ce qui concerne le rseau dense l'avantage va
clairement l'antenne de 200m on a 4 vhicules avertis en moins mais
le nombre de collisions est trs important.Comme nous avons dj dit
dans la partie Prsentation IVG que le protocole se base sur le
calcul du deferTime et de Theta afin de minimiser le nombre de
message envoyer, en effet ces deux valeurs sont calcules en
fonction notamment du port de l'antenne..
Conclusion
VANETs connaissent de plus en plus dintrt aussi bien en
recherche quen dveloppement. Grce des quipements informatiques
embarqus dans les vhicules et intgrs dans des stations le long des
routes et autoroutes, les vhicules peuvent communiquer les uns avec
les autres et avec des quipements fixes ou mobiles. Les
applications des VANETs sont nombreuses et vont bouleverser une
fois encore laccs linformation. Ces applications incluent notamment
la gestion de trafic, la signalisation daccident ou de congestion
de trafic et lobtention dinformations via Internet pendant que les
vhicules sont en mouvement.
Ltude de VANET est trs intressent car son but optimal est
contribu des routes plus sres et plus efficaces l'avenir en
fournissant des informations opportunes aux conducteurs et aux
autorits intresses.
Bibliographie:Ebook: VANET Vehicular Applications and
inter-networking technologies-Rapid Generation of Realistic
Simulation for VANET-Realistic Vehicular Traces-Security of
Vehicular Networks (contain 802.11p patch)-MobiTools-Vehicular
Network Simulation (Jamal Toutouh El Alamin) -- -
--http://www.scivee.tv/tag/simulation?page=1-Some papers related
VANET Resources for VANETs-VanetMobiSim-STRAW- Street Random
Waypoint vehicular mobility model for network simulation
