Contrôle de Congestion dans les Réseaux Véhiculaires

Congestion Control in Vehicular Ad Hoc Networks

• Auteur / Autrice : Razvan Stanica
• Direction : André-Luc Beylot, Emmanuel Chaput
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécommunications, Systèmes et Architechture
• Date : Soutenance le 17/11/2011
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)

Mots clés

Mots clés libres

Communications véhiculaires

Sécurité routière

Contrôle de congestion

Couche MAC

Réseaux ad-hoc

Vehicular networks

Safety applications

Medium access control

Congestion control

IEEE 802.11p

Contention window

Carrier sense

Résumé

Cette thèse analyse la possibilité d'utiliser des communications sans fil inter-véhiculaires pour améliorer la sécurité routière. Les performances du nouveau réseau ainsi créé (réseau ad-hoc véhiculaire) sont étudiées analytiquement et par des simulations dans un environnement réaliste. La thèse se concentre surtout sur des scénarios avec une forte densité de véhicules. Dans ce cas, l'accès au support devient un problème essentiel, en principal pour les applications de sécurité routière qui nécessitent une qualité de service élevée pour fonctionner dans un tel contexte. Ce travail montre que la version actuelle du standard IEEE 802.11, proposé comme méthode d'accès dans les réseaux véhiculaires, ne peut pas résoudre ce problème de passage à l'échelle pour supporter correctement les applications de sécurité routière. Plusieurs améliorations possibles sont analysées, liées à l'utilisation optimale de certains paramètres du protocole comme la taille de la fenêtre de contention ou bien le seuil de détection de la porteuse. Des nouveaux mécanismes adaptatifs visant ces paramètres sont proposés et les améliorations ainsi obtenues sont non-négligeables. Finalement, une nouvelle méthode d'accès est définie, en tenant compte des caractéristiques des applications de sécurité routière. Toujours basée sur des techniques CSMA, cette technique donne des résultats largement supérieurs à la version standard actuelle.

The equipment of vehicles with wireless communication devices in order to improve road safety is a major component of a future intelligent transportation system. The success and availability of IEEE 802.11-based products make this technology the main competitor for the Medium Access Control (MAC) layer used in vehicle-to-vehicle communication. The IEEE 802.11p amendment has been specially designed in this special context of wireless access in vehicular environments. However, as all the other approaches based on Carrier Sense Multiple Access (CSMA), this protocol presents scalability problems, which leads to poor performance in high density scenarios, quite frequent in the case of a vehicular ad hoc network (VANET). This thesis studies the congestion control problem in the context of safety vehicular communications, with a special focus on the back-off mechanism and the carrier sense function. First of all, a number of important characteristics presented by the safety messages are discovered and understood by the means of an analytical framework. Second, the lessons learned from the analytical study are put into practice with the design of two adaptive mechanisms (one for the contention window and the other one for the carrier sense threshold) that take into account the local vehicular density. These mechanisms remain simple, but highly efficient, while also being straightforward to integrate in IEEE 802.11 devices. Finally, by taking into account the most important properties of a safety VANET, a new CSMA-based MAC protocol is proposed. This new access method, named Safety Range CSMA (SR-CSMA), relies on the idea that collisions can not be avoided in a high density network. However, by increasing the number of simultaneous transmissions between geographically distant nodes, SR-CSMA manages to better protect the immediate neighborhood, the most important area for safety applications.