Prédiction de comportement des algorithmes coopératifs dans les réseaux véhiculaires

Prediction of performances for cooperative algorithms in vehicular networks

• Auteur / Autrice : Guillaume Béduneau
• Direction : Bertrand Ducourthial, Ghada Jaber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique : Unité de recherche Heudyasic (UMR-7253)
• Date : Soutenance le 31/03/2023
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Heuristique et Diagnostic des Systèmes Complexes [Compiègne] / Heudiasyc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Émulateurs (logiciels)

Émulation (informatique)

Graphes dynamiques

Algorithmes parallèles

Protection

Mesures de sécurité

Piétons

Lutte contre

Prévention

Accidents de la route

Sécurité routière

Réseaux routiers intelligents

Réseaux ad hoc de véhicules

Systèmes de transport intelligent

Mots clés libres

Réseaux véhiculaires ad hoc

Simulation réseau

Validation d’algorithmes répartis

Emulation réseau

VANET

Airplug

Dynamic graphs

Intelligent Transportation Systems (ITS)

Network simulation

Network emulation

Distributed algorithm validation

Vehicular ad hoc networks

Emulators

Computer simulation

Traffic safety

Pedestrians

Traffic accidents

Airplug

VANET

Résumé

L’arrivée de technologies de plus en plus avancées dans les véhicules du quotidien (voitures, camions, bus) permet, depuis plusieurs décennies, d’améliorer le confort des usagers de la route et leur sécurité. Ces technologies permettent également d’échanger des informations entre véhicules (communications Véhicule à Véhicule V2V) ou avec l’infrastructure routière (communications Véhicule à Infrastructure V2I). Des applications coopératives destinées à améliorer la sécurité routière ou à optimiser l’utilisation du réseau routier peuvent alors se baser sur de tels échanges. Pour la sécurité de leurs utilisateurs, on attend de ces applications qu’elles soient réactives et aient un comportement prédictible. En effet, les conséquences d’un comportement erratique d’une application coopérative de sécurité peuvent être désastreuses, tandis que son utilité est limitée si sa trop faible réactivité ne permet pas d’anticiper suffisamment les risques. Dans ce contexte, cette thèse cherche comment assurer la validation des applications de coopération entre véhicules au sein d’un réseau routier déjà complexe. En effet, la validation des applications véhiculaires coopératives pose différents problèmes. Elle peut être théorique, par exemple à travers une preuve de l’algorithme, mais cette approche s’avère parfois manquer de réalisme. Cela l’a rendu alors peu représentative du comportement de l’application au cours d’un déploiement réel. La validation empirique d’une application est possible mais ces expériences sont souvent difficiles à extrapoler à un déploiement réel. Leur cout et les difficultés logistiques qu’elles imposent sont également parfois dissuasifs. Les difficultés de validation d’applications véhiculaires coopératives nous conduisent ensuite à proposer une méthode de prédiction de performance conçue pour simplifier une telle validation. Cette méthode est basée sur une observation réelle de réseau véhiculaire et sur une analyse théorique du fonctionnement de l’algorithme de coopération. Une évaluation empirique de la méthode de prédiction proposée est également menée, afin d’en vérifier l’efficacité. Elle est finalement appliquée dans un cas concret, démontrant son fonctionnement face à un réel problème de sécurité routière identifié par la communauté scientifique qui concerne l’amélioration de la sécurité des piétons sur la route.

The arrival of increasingly advanced technologies in everyday vehicles (cars, trucks, buses) has made it possible, for several decades, to improve the comfort of road users and their safety. These technologies also enable to exchange information between vehicles (V2V Vehicle-to-Vehicle communications) or with the road infrastructure (V2I Vehicle-to-Infrastructure communications). Cooperative applications intended to improve road safety or to optimize the use of the road network can then be based on such exchanges. For the safety of their users, these applications are expected to be responsive and have predictable behavior. Indeed, the consequences of an erratic behavior of a cooperative security application can be disastrous, while its usefulness is limited if it is not reactive enough to enable to anticipate the risks. In this context, this thesis seeks how to ensure the validation of cooperative applications between vehicles within an already complex road network. Indeed, the validation of cooperative vehicular applications poses various problems. It can be theoretical, for example through a proof of the algorithm, but this approach sometimes turns out to be unrealistic. This then makes it unrepresentative of the behavior of the application during an actual deployment. Empirical validation of an application is possible but the involved experiments are often difficult to extrapolate to a real deployment. Their cost and the logistical difficultiesthey impose may also be dissuasive. The difficulties of validating cooperative vehicular applications then lead us to propose a performance prediction method designed to simplify such validation. This method is based on a real observation of a vehicular network and on a theoretical analysis of the behavior of the cooperative algorithm. An empirical evaluation of the proposed prediction method is also conducted, in order to verify its effectiveness. It is finally applied in a concrete use case, demonstrating its operation in the face of a real road safety problem identified by the scientific community, which concerns the improvement of pedestrian safety on the road.