Résilience de la perception collective et augmentée des véhicules autonomes connectés par les C-ITS

Augmented Perception Resiliency of C-ITS based Connected and Autonomous Vehicles

• Auteur / Autrice : Imed Ghnaya
• Direction : Mohamed Mosbah, Toufik Ahmed, Marion Berbineau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 17/04/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Abbas Bradai
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Sondi Obwang, Sidi-Mohammed Senouci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique verte

5G (téléphonie mobile)

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Résilience

Véhicules autonomes

Mots clés libres

Cybersécurité

5G

Green IT

Infrastructure digitale

C-ITS

Résilience

Resilience

5G

Cybersecurity

Digital infrastructure

C-ITS

Green IT

Résumé

Les Systèmes de Transport Intelligents Coopératifs (C-ITS) représentent une approche avancée dans le transport moderne. Ces systèmes exploitent les technologies de communication, telles que ETSI ITS-G5 et Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X), pour améliorer la sécurité routière et le flux de trafic. Au cœur des C-ITS se trouve le concept de perception coopérative, une caractéristique transformatrice qui permet aux Véhicules Coopératifs et Autonomes (CAVs) et aux unités d'infrastructure routière de partager et d'analyser collectivement les données de divers capteurs, y compris les caméras, le lidar et le radar. Cette coopération est facilitée par l'échange de Messages de Perception Coopérative (CPM), qui fournissent une description des objets routiers détectés, via des réseaux de communication. L'objectif principal est d'améliorer la conscience environnementale des CAVs, en particulier dans des scénarios complexes comme les conditions d’obstructions. Cependant, plusieurs défis surviennent avec l'augmentation du volume de données généré par les CAVs et les capteurs d'infrastructure. Ces défis incluent mais ne se limitent pas à :- Surcharge de Données dans les Réseaux de Communication : Le volume croissant de données générées par les capteurs embarqués conduit à des réseaux de communication congestionnés. Cette congestion peut retarder ou empêcher la transmission d'informations cruciales dans les CPMs, empêchant les CAVs de recevoir des informations pertinentes, qui peuvent être essentielles pour une navigation sûre et une opération efficace.- Méthodes Inefficaces de Contrôle de la Congestion et d'Allocation des Ressources : Les méthodes actuelles du contrôle de la congestion et d'allocation des ressources peuvent ne pas gérer efficacement le volume élevé de trafic de données dans les réseaux C-ITS. Ces méthodes échouent souvent à considérer la criticité de certains scénarios contextuels de données qui peuvent conduire à une utilisation sous-optimale des ressources réseau. Cette inefficacité peut entraîner que les informations de perception soient dépriorisées ou perdues, affectant davantage la capacité des CAVs à percevoir et répondre précisément à leurs environnements de conduite.Cette thèse, intitulée « Résilience de la Perception Coopérative et Augmentée des Véhicules Autonomes Connectés par C-ITS », se concentre sur les défis d'amélioration de la résilience et de la qualité des systèmes de perception coopérative et augmentée des CAVs. Elle propose des mécanismes robustes pour aborder les problèmes clés à travers deux contributions principales. La première, intitulée « Stratégies de Perception Coopérative et Augmentée Intelligentes pour les CAVs à travers des Techniques d'Apprentissage par Renforcement », se concentre sur le développement de stratégies intelligentes utilisant l'apprentissage par renforcement pour optimiser la perception coopérative des CAVs. Les méthodes proposées dans le cadre de cette contribution permettent aux CAVs d’adapter continuellement leur partage de données à l’état actuelle de l’environnement, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité dans diverses conditions de conduite. La deuxième contribution, « Allocation de Ressources Adaptative pour une Perception Coopérative et Augmentée Optimisée des CAVs », aborde la gestion des ressources dans les systèmes C-ITS. Elle propose une allocation adaptative des ressources de communication dans le réseau ITS-G5, optimisant l'échange d'informations entre les CAVs et l'infrastructure routière. Cette approche vise à réduire la congestion du canna et assurer une perception environnementale fiable et en temps réel pour les CAVs, contribuant ainsi à la résilience et à la qualité améliorées des systèmes de perception coopérative et augmentée.

Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) represent an advanced approach in modern transportation. They leverage communication technologies, such as ETSI ITS-G5 and Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X), to enhance road safety and traffic flow. Central to C-ITS is the concept of cooperative perception, a transformative feature that enables Cooperative and Autonomous Vehicles (CAVs) and roadside infrastructure units to share and collectively analyze data from various sensors, including cameras, lidar, and radar. This cooperation is facilitated through the exchange of Cooperative Perception Messages (CPM), which provide a high-level description of detected road objects, via communication networks. The primary objective is to enhance the environmental awareness of CAVs, especially in complex scenarios like non-line-of-sight conditions. However, several challenges arise with the increasing volume of data generated by CAVs and infrastructure sensors. These challenges includes but not limited to:- Data Overloads in Communication Networks: The growing volume of data generated by onboard sensors leads to congested communication networks. This congestion can delay or prevent the transmission of crucial information in CPMs, impairing CAVs’ from receiving timely and relevant information, which may be essential for safe navigation and efficient operation.- Inefficient Congestion Control and Resource Allocation Methods: Current methods may not effectively manage the high volume of data traffic in C-ITS networks. They often fail to consider the criticality of certain data contextual scenarios that can lead to suboptimal utilization of network resources. This inefficiency can result in perception information being deprioritized or lost, further affecting the CAVs ability to accurately perceive and respond to their driving environments.This thesis, titled « Resilience of Cooperative and Augmented Perception of Autonomous Vehicles Connected by C-ITS, » focuses on the challenges of improving the resilience and quality of cooperative and augmented perception systems for CAVs. It proposes robust mechanisms to address key issues through two main contributions. The first, titled « Intelligent Cooperative and Augmented Perception Strategies for CAVs through Reinforcement Learning Techniques, » focuses on the development of intelligent strategies using reinforcement learning to optimize the cooperative perception of CAVs. These strategies allow CAVs to continuously adapt their data sharing to the current state of the environment, thus improving safety and efficiency in various driving conditions. The second contribution, « Adaptive Resource Allocation for Optimized Cooperative and Augmented Perception of CAVs, » addresses resource management in C-ITS systems. It proposes an adaptive allocation of communication resources in the ITS-G5 network, optimizing the exchange of information between CAVs and roadside infrastructure. These methods aim to reduce channel congestion and ensure reliable and real-time perception for CAVs, thus contributing to the improved resilience and quality of cooperative and augmented perception systems.