Multi-Service Resource Orchestration for Vehicular Safety Communications

par Mohammad Irfan Khan

Thèse de doctorat en Informatique, télécommunications et électroniques

Sous la direction de Jérôme Härri.

Le président du jury était Stefania Sesia.

Le jury était composé de Marcelo Dias De Amorim, John Kenney, Adlen Ksentini.

Les rapporteurs étaient Jean-Marie Bonnin, Antonella Molinaro.

  • Titre traduit

    Orchestration des ressources multi-service pour communications véhiculaires


  • Résumé

    Le contrôle de congestion des canaux sans fil pour la communication véhiculaires (V2X) basée sur IEEE 802.11p ont été conçus pour un seul service de sécurité routière notamment ‘Cooperative Awareness’. Les futurs véhicules connectés seront basés sur plusieurs services V2X, avec un besoin de communication hétérogène, auxquels les mécanismes existants ne répondent pas. Dans cette thèse, on analyse plusieurs protocoles de contrôle de congestion et d’allocation de ressources de canaux, normalisés en Europe pour le déploiement V2X initial. Nous présentons des problèmes liés à l’approche existante, notamment l’utilisation inefficace de la capacité des canaux, la coordination dans la pile protocolaire, la gestion des ressources parmi plusieurs services et l’allocation des ressources pour un besoin asymétrique par les véhicules. On propose des améliorations en tenant compte des exigences des futurs scénarios V2X. Nous montrons les limites de la classification statique des services V2X pour la qualité de service et proposons une classification dynamique. Nous concevons un orchestrateur de ressources afin d'améliorer la coordination dans la pile protocolaire et de répartir dynamiquement la ressource de canal parmi plusieurs services d'un véhicule. En outre, on présente un mécanisme permettant d'orchestrer de manière décentralisée les ressources de canal parmi une distribution mixte de véhicules ayant des exigences d'utilisation de canal diverse, dans un canal de communication congestionné. Les résultats analytiques et résultats par simulations montrent la validité de notre approche qui améliore la performance des applications V2X, par rapport aux protocoles standardisés existants.


  • Résumé

    Wireless channel congestion control and decentralized resource allocation for 802.11p based V2X communication have been widely investigated for a single Cooperative Awareness service, considering mostly homogenous communication requirement per vehicle. Future connected vehicles will be based on multiple V2X services, with heterogenous number of services and communication needs, which existing resource allocation mechanisms does not address. In this thesis, we analyze several decentralized congestion control and channel resource allocation protocols standardized in Europe for initial V2X deployment. We present issues with the existing approach, in particular the inefficient channel capacity utilization, problematic cross layer coordination, inability to balance resources among multiple V2X safety services and distributed resource allocation for asymmetric number of services per vehicle. We propose improvements to the shortcomings, considering the requirements of future V2X scenarios. We demonstrate the limitations of classifying V2X services using static priority for Quality of Service and propose dynamic prioritization. We design a resource orchestrator at the Service Layer to improve cross layer coordination and dynamically distribute the limited channel resource among multiple services of a vehicle. Furthermore, we present a mechanism to decentrally orchestrate channel resource among a mixed distribution of vehicles with diverse channel usage requirements under channel congestion. Analytical and simulation-based results show the validity of our proposed approach, and the V2X application performance improvement it renders, compared to existing standardized protocols.


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