Gestion de Mobilité et Qualité de Service basée SDN dans les réseaux 5G véhiculaires

SDN based Mobility Management and Quality of Service Provisioning for 5G Vehicular Networks

• Auteur / Autrice : Nadia Mouawad
• Direction : Samir Tohmé, Rola Naja
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, information et communications
• Date : Soutenance le 24/01/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’informatique parallélisme réseaux algorithmes distribués (Saint-Quentin en Yvelines, Yvelines ; 2015-....) - Laboratoire d'Informatique Parallélisme Réseaux Algorithmes Distribués / LI-PaRAD
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Francine Krief
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Toufik Ahmed, Djamal Zeghlache, Marceau Coupechoux, Mérouane Debbah, Abed Ellatif Samhat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Toufik Ahmed, Djamal Zeghlache

Mots clés

Mots clés contrôlés

Itinérance (télécommunications)

Systèmes de transport intelligent

Qualité de Service (télécommunications)

SDN (architecture des réseaux d'ordinateurs)

Mots clés libres

Software defined networking

Réseaux véhiculaires

5g

Gestion de Mobilité

Qulité de Service

Découpage du réseau

5g

Quality of Service

Software defined networking

Mobility management

Vehicular Networks

Network Slicing

Résumé

Vehicle to Everything (V2X), y compris véhicule à véhicule (V2V) et véhicule à infrastructure (V2I), est la base de communications véhiculaires, où Les messages de sécurité routière active, d’infotainment et de gestion du trafic sont transmis sur des liaisons à bande passante élevée, à faible temps de latence et à haute fiabilité, ouvrant ainsi la voie à une conduite totalement autonome. L’objectif ultime des systèmes de communication V2X de la prochaine génération est de permettre une conduite coopérative sans accident. Pour atteindre cet objectif, le système de communication devra permettre un ensemble diversifié de cas d'usage, chacun avec un ensemble spécifique d'exigences. L'analyse des exigences relatives aux principales catégories de cas d’usage, en particulier les applications de temps réel critiques, souligne la nécessité d'une conception de système V2X efficace, capable de fournir les performances du réseau. La technologie de cinquième génération (5G), avec sa Qualité de Service (QoS) fournie en termes de capacité élevée et de faible temps de latence, est préconisée comme solution pour faire face aux exigences strictes imposées par les applications V2X.Dans cet écosystème 5G véhiculaire, diverses technologies de communication sont envisagés, allant des communications IEEE 802.11p, LTE, LTE-V aux Visible Light Communications. Par conséquent, l’hétérogénéité des technologies d’accès radio suscitera des inquiétudes quant à la gestion transparente de la mobilité et à la garantie de qualité de service.Cette thèse propose un nouveau système de gestion de la mobilité conçu pour les réseaux de véhicules 5G, basé sur la technologie émergente SDN (Software Defined Networking). SDN offre une programmabilité réseau qui vise à obtenir une allocation efficace des ressources du réseau et une gestion de la mobilité.Notre travail de recherche vise trois objectifs. Dans un premier temps, nous concevons une architecture de réseau de véhicules. Au sommet de cette architecture, nous implémentons deux Applications SDN, à savoir application de sélection de réseau et gestion de la mobilité Application. L'architecture proposée est renforcée par une solution de placement de contrôleur visant à réduire le temps de latence des communications. De plus, une préoccupation particulière est consacrée à la conception d’une application de sécurité active de la route SDN contrôlant l’emplacement des capteurs de vitesse sur les routes. L’application proposée vise à réduire le taux d’accidents, objectif principal du futur système de transport intelligent.Le deuxième objectif de cette thèse aborde le problème de la gestion de la mobilité.Ceci est réalisé en implémentant des applications liées à la mobilité SDN au sommet de la topologie de réseau adoptée. La première application est dédiée à la résolution du problème de sélection du réseau. Son objectif est de mapper les sessions V2X en cours sur la technologie correspondante. La deuxième application est conçue pour résoudre le handover; ceci est réalisé en utilisant la duplication de paquets et en introduisant un algorithme de routage efficace.Le troisième objectif de la thèse est axé sur l’approvisionnement en qualité de service pour les communications V2X.

Vehicle to everything (V2X), including vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure(V2I), is the umbrella for the vehicular communication system, where active road safety, infotainment and traffic management messages are transmitted over high-bandwidth, low-latency, high-reliability links, paving the way to fully autonomous driving. The ultimate objective of next generation V2X communication systems is enabling accident-free cooperative driving that uses the available roadway efficiently. To achieve this goal, the communication system will need to enable a diverse set of use cases, each with a specific set of requirements.The main use case categories requirements analysis, specifically the critical realtime applications, points out the need for an efficient V2X system design that could fulfill the network performance. The Fifth Generation (5G) technology, with its provisioned QoS features in terms of high capacity and low latency, is advocated as a prominent solution to cope with the firm requirements imposed by V2X applications.In this multifaceted vehicular 5G ecosystem, diverse communication technologies are envisioned, spanning from IEEE 802.11p, LTE, LTE-V to vehicular visible light communications. Therefore, the heterogeneity of radio access technologies will raise a concern regarding the seamless mobility management and the quality of service guarantee.This thesis provides a novel mobility management scheme devised for 5G vehicular networks based on the emerging Software Defined Networking (SDN) technology.SDN provides network programmability that strives to achieve an efficient network resource allocation and mobility management.Our research work tackles three objectives. At a first stage, we design a software defined vehicular network topology. On the top of this topology, we implement twoSDN applications, namely Network Selection Application and Mobility Management Application. The proposed architecture is enhanced by a controller placement solution that aims at reducing communication latency. Moreover, a special concern is devoted to design a SDN road active safety application that controls speed traps placement. The proposed application aims at reducing accidents rate which is a main purpose of future Intelligent Transportation System.The second objective of this thesis tackles the mobility management problem. This is achieved by implementing SDN mobility related applications on the top of the adopted network topology. The first application is dedicated to solve the network selection problem; it aims at mapping running V2X sessions to the corresponding technology. The second application is conceived to solve the handover procedure; this is achieved using packets duplication and introducing an efficient routing algorithm.The third thesis objective is focused on QoS provisioning for V2X communications.