Monsieur Mohamed HADDED présentera ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de Télécom SudParis, préparé avec l’école doctorale EDITE de l’Université Paris 6 en Informatique.
sur le thème de :
» Conception et optimisation de protocoles de contrôle d’accès pour les réseaux véhiculaires VANETs «
Quand: La soutenance se déroulera le : 30 NOVEMBRE 2016 à 14:00 –
Où: Bâtiment C, INRIA de Paris – 2 rue Simone Iff CS 42112, 75589 Paris Cedex 12
Membres du jury :
Directeurs de thèse (France) :
Mr Paul MUHLETHALER – Directeur de recherche – INRIA de Paris – France
Mr Anis LAOUITI – Maître de Conférence – Télécom SudParis – France
Directrice de thèse (Tunisie) :
Mme Leila AZOUZ SAIDANE – Professeur – ENSI -Tunisie
Rapporteurs :
Mr Yacine GHAMRI DOUDANE – Professeur – Université de La Rochelle – France
Mme Sihem GUEMARA – Professeur – Sup’Com – Tunisia
Examinateurs :
Mr Marcelo DIAS AMORIM – Professeur – UPMC – France
Mr Guy FAYOLLE – Directeur de recherche, INRIA, France
Mr Sami TABBANE – Professeur – Sup’Com – Tunisie
Résumé:
Les accidents routiers et leurs dommages (1 million de morts et 23 millions de blessés chaque année) représentent un problème croissant dans le monde entier. Dans ce contexte, les réseaux véhiculaires, appelés VANETs, peuvent être déployés pour réduire le risque d’accident. Ils permettent aux véhicules d’échanger différents types de données. Dans cette thèse, nous étudierons plus particulièrement les applications critiques pour la sécurité routière, visant à fournir une assistance dans des situations dangereuses ou difficiles. Ces applications ont des exigences strictes en termes de délai de bout en bout et de taux de collision. Notre objectif principal sera donc de proposer de nouveaux protocoles de contrôle d’accès au support de transmission (protocoles MAC) et de routage, qui peuvent s’adapter dynamiquement aux changements fréquents de topologies dans les réseaux VANETs. Après un aperçu général des protocoles d’accès sans contention dans les réseaux VANETs, nous proposons plusieurs solutions basées sur la technique de division du temps: Time Division Multiple Access (TDMA). Tout d’abord, nous nous concentrons sur la conception d’un nouveau protocole distribué, appelé DTMAC, qui utilise les informations de localisation et un mécanisme de réutilisation des slots pour assurer un accès au canal efficace et sans collision. Les résultats obtenus ont confirmé l’efficacité de notre protocole en termes de taux de collision. Une étude comparative a montré que DTMAC est plus performant que VeMAC, un protocole MAC basé sur TDMA faisant référence pour les réseaux VANETs. Ensuite, afin d’assurer que les messages de sécurité peuvent être envoyés sur une longue distance, nous proposons TRPM, un protocole de routage basé sur une approche cross-layer. Les résultats de simulation montrent que TRPM offre de meilleures performances en termes de délai de bout en bout, du nombre moyen de relais et de la fiabilité de livraison des messages lorsqu’on le compare à d’autres protocoles du domaine.
Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous focaliserons sur les mécanismes centralisés d’allocation de slots qui utilisent des coordinateurs. D’abord, nous proposons, CTMAC, un protocole basé sur TDMA centralisé qui utilise les RSUs (RoadSide Units) pour créer et maintenir les ordonnancements. Afin d’améliorer encore la performance des mécanismes d’ordonnancement basés sur les coordonnateurs, nous adaptons dans la suite un algorithme d’ordonnancement basé sur le clustering dans lequel certains véhicules dans le réseau sont élus pour gérer l’accès au canal. Ceci permet aux véhicules de rester attachés à leurs clusters durant une plus longue période de temps. Pour ce faire, nous proposons premièrement un protocole de clustering nommé AWCP qui utilise les identifiants des routes et la direction du mouvement afin de former des stables clusters avec une longue durée de vie. Ensuite, nous formulons le réglage des paramètres de protocole AWCP comme un problème d’optimisation multi-objective et nous proposons un outil d’optimisation qui combine la version multi-objective de l’algorithme génétique appelé NSGA-II avec le simulateur de réseau ns-2 pour trouver les meilleurs paramètres du protocole AWCP. Enfin, nous proposons ASAS, une stratégie adaptative pour l’attribution des slots temporels. Cette stratégie est basée sur une approche cross-layer entre TDMA et AWCP. L’objectif est de surmonter le problème d’interférence entre les clusters dans les zones de chevauchement.
Abstract:
Road crashes and the damage they entail represent a serious issue and are one of the main causes of death. In this context, Vehicular Ad hoc NETworks, known as VANETs, are deployed to reduce the risk of road accidents as well as to improve passenger comfort by allowing vehicles to exchange different kinds of data. In this thesis, we particularly focus on safety-critical applications, designed to provide driver assistance in dangerous situations. Such applications must guarantee that the vehicles can access the wireless medium and have strict requirements regarding end-to-end delay and packet loss ratio. Therefore, our main goal is to propose new medium access control and routing protocols, which can efficiently adapt to frequently changing of VANET topologies. After a comprehensive overview of free-contention MAC protocols, we propose several solutions, based on Time Division Multiple Access Technique (TDMA). In the second part, we propose a fully distributed TDMA-based MAC protocol called DTMAC, which uses vehicles’ locations and a slot reuse concept to ensure that vehicles in adjacent areas have collision-free schedule. Using simulations, we prove that DTMAC provides a lower rate of access and merging collisions than VeMAC, a well-known TDMA based MAC protocol in VANET. Then, in order to ensure that safety messages can be sent over a long distance, we propose TRPM, a TDMA aware Routing Protocol for Multi-hop communication. The latter is based on a cross layer approach between the MAC and the routing layers. Simulation results show that TRPM provides better performances in terms of average end-to-end delay, average number of hops and average delivery ratio.
In the second part, we focus on coordinator-based TDMA scheduling mechanisms. First, we propose the Centralized TDMA based MAC protocol (CTMAC) which uses Road Side Units (RSU) as a central coordinator to create and maintain the TDMA schedules. In order to further improve the performance of coordinator-based TDMA scheduling mechanisms, we focus on cluster-based TDMA MAC protocosl in which some vehicles in the network are elected to coordinate the channel access, allowing the vehicles to remain connected with their channel coordinator for a longer period of time. To this end, first we propose an adaptive weighted clustering protocol, named AWCP, which is road map dependent and uses road IDs and vehicle directions to make the clusters’ structure as stable as possible. Then, we formulate the AWCP parameter tuning as a multi-objective problem and we propose an optimization tool to find the optimal parameters of AWCP to ensure its QoS. Next, we propose ASAS, an adaptive slot assignment strategy for a cluster-based TDMA MAC protocol. This strategy is based on a cross layer approach involving TDMA and AWCP. The objective is to overcome the inter-cluster interference issue in overlapping areas by taking into account vehicles’ locations and directions when the cluster head assign slots.