Communication contextuelle pour les systèmes de transport intelligents dans les réseaux hybrides

Contextual communication for intelligent transportation systems in hybrid networks

• Auteur / Autrice : Ameni Chtourou
• Direction : Fethi Ben Ouezdou, Oyunchimeg Shagdar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, information et communications
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• 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'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Vèque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fawzi Nashashibi, Jérôme Härri, Miguel Sepulcre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fawzi Nashashibi, Jérôme Härri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Réseaux ad hoc de véhicules

Réseaux routiers intelligents

Mots clés libres

Communication hybride

Systèmes de transport intelligents

Communication contextuelle

Hybrid communication

Contextual communication

Intelligent transportation systems

Résumé

Un rôle important des C-ITS est d'élargir la perception des usagers de la route afin d'éviter les accidents de la route. Une telle perception étendue est construite par l'échange d'informations entre les véhicules, les piétons et l'infrastructures à l'aide de différents types de messages, notamment le message CAM et le message de perception collective (CPM). Bien que les données transportées par ces messages soient critiques, elles consomment beaucoup de ressources. Actuellement, les CAM et les CPM sont diffusés périodiquement avec une fréquence minimale de 1 Hz. De plus, leurs fréquences peuvent être adaptées en fonction de la dynamique du véhicule (vitesse, accélération,...) et en outre avec l'état du canal sans fil lorsqu'une fonctionnalité de contrôle de congestion distribué (DCC) est activée. Cependant, il peut être vital pour un véhicule de transmettre ses informations à un débit élevé dans les zones critiques, telles que les intersections, même si cela peut entraîner un taux d'occupation de canal (CBR) plus élevé. Au contraire, les véhicules à faible risque de collision peuvent réduire leur fréquence de transmission pour éviter une charge inutile sur le canal. Par conséquent, la diffusion de tels messages doit être effectuée de manière efficace afin que les exigences d'application de la sécurité routière soient garanties et que l'utilisation des ressources soit optimisée.Cela nécessite que la communication soit contextuelle, capable de contrôler les paramètres de communication en tenant compte des exigences de l'application, de la disponibilité des technologies de communication et des ressources radio ainsi que des conditions environnementales (configuration des routes, densité du trafic, présence d'infrastructures en bordure de route, etc.) . Par conséquent, établir des contextes qui caractérisent les informations collectées environnementales et non environnementales est un défi majeur pour la communication contextuelle.La thèse vise à étudier et à développer une communication contextuelle pour les applications de sécurité routière. L'objectif principal est de concevoir des algorithmes capables d'optimiser la communication V2X sur la base d'une reconnaissance des contextes, notamment la disponibilité des ressources radio, les conditions environnementales et les exigences de l'application. Le travail comprend deux phases. Dans la première phase, nous présentons une architecture de communication contextuelle et nous modélisons des contextes en termes d'exigences applicatives (contexte1) et de contexte environnemental (contexte2). Le premier contexte vise à définir les exigences de l'application et à évaluer les performances des stratégies de diffusion des messages CAM par rapport aux exigences. Le contexte environnemental particulièrement la disponibilité de l'infrastructure permettant une communication I2V qui peut remplacer la communication V2V dans cette zone locale, ce qui améliore la perception collective et réduit la charge du canal grâce à sa plus grande couverture de communication et son plus large champ de vision de capteurs. La deuxième phase vise à concevoir et développer des algorithmes qui contrôlent le contenu des messages en tenant compte des contextes préalablement modélisés tout en assurant un haut niveau de perception/conscience collective.

An important role of C-ITS is to extend perception of individual road users so that traffic accidents are avoided. Such an extended perception is built by information exchange among vehicles, pedestrians, and infrastructure using different types of messages including cooperative awareness message (CAM) and Collective Perception Message (CPM). While data carried by these messages are critical, they are resource-consuming. Currently, CAMs and CPMs are broadcasted periodically with a minimum frequency of 1Hz. In addition, their frequencies can be adapted based on vehicle dynamics (speed, acceleration,...) and further with wireless channel condition when a distributed congestion control (DCC) functionality is enabled. However, it might be vital for a vehicle to transmit its beacons at a high rate in critical areas, such as intersections, even if this may result in higher channel busy ratio (CBR). On the contrary, vehicles with a low risk of collision may reduce their transmission frequency to avoid unnecessary load on the channel. Hence, dissemination of such messages must be made in an efficient way so that road safety application requirement is ensured and resource utilization is optimized.This requires the communication be context-aware, being able to control communication parameters by taking into account application requirements, availability of communication technologies and radio resources as well as environmental condition (road layout, traffic density, presence of roadside infrastructure, and etc.). Hence, establishing contexts that characterize environmental and non-environmental collected information is a key challenge for context-aware communication.The thesis targets at studying and developing context aware communication for road safety applications. The main goal is to design algorithms that are able to optimize V2X communication based on a recognition of the contexts particularly radio resource availability, environmental condition and application requirements. The work consists of two phases. In the first phase, we present context aware communication architecture and study/model contexts in terms of application requirement (context1) and environmental context (context2). The first context aims to define application requirement and evaluate performances of Cooperative Awareness Service strategies against requirements. Environmental context consists on infrastructure availability allowing I2V communication that may replace V2V communication in that local area resulting in improved collective perception and reduced channel load thanks to its larger communication coverage and sensor field of view. The second phase intends to design and develop algorithms that control/select message data contents taking into account contexts previously modeled while ensuring a high level of collective perception/awareness.