Les réseaux véhiculaires, connus sous le terme VANETs, sont des réseaux impliquant des communications entre deux ou plusieurs véhicules et éventuellement une communication avec des éléments d’infrastructure sur la route. Récemment, le concept de systèmes de transports intelligent a connu beaucoup d’intérêt. Les STI sont des systèmes utilisant les nouvelles technologies de communication sans fil appliquées au domaine du transport pour améliorer la sécurité routière, la logistique et les services d’information. Des défis majeurs ont besoin cependant d'être abordés pour offrir une communication sur la route sécurisée et fiable dans des environnements anonymes et quelquefois hostiles à la communication. Comme dans tout système de communication, les réseaux véhiculaires doivent opérer en respectant des contraintes en termes de qualité de service. Ces contraintes sont d’autant plus strictes quand il s’agit de fournir des services de sécurité sur la route. Ce projet vise à développer des techniques de communication véhiculaires pour le relayage d’informations de manière fiable et à faible délai entre véhicules voyageant à haute vitesse. Ces techniques devront permettre de respecter des contraintes temporelles sévères afin d’envisager leur utilisation dans des applications de sécurité sur la route. Pour ce faire, cette thèse proposera d’abord des techniques efficaces de dissémination d’informations utilisant des approches multi-métriques basées sur différentes mesures en temps-réel. Des méthodes de relayage seront proposées qui permettent de diminuer les délais d’acheminement et augmenter la probabilité de réception. Ces méthodes utiliseront, entre autres, des approches d’adaptation de la portée et/ou de la priorité des messages en fonction de leur type et de l’intérêt éventuels des véhicules récepteurs en la réception de ces messages. Dans un second volet, ce projet proposera des concepts et des méthodes afin de palier au problème de congestion dans les réseaux véhiculaires qui peut résulter conjointement à la dissémination d’informations. Ces concepts et méthodes viseront à respecter la fiabilité exigée par les applications de sécurité, tout en restant conforme aux nouveaux standards de communications véhiculaires.

Dans de proches années, les véhicules électriques (VEs) vont faire leur apparition massive sur les marchés. Cela peut avoir un impact important sur le fonctionnement des réseaux d’électricité actuels qui devront ajuster leur fonctionnement à la nouvelle demande massive d'électricité provenant des VEs. Par contre, les VEs peuvent aussi être vus comme une nouvelle opportunité dans le futur marché d’électricité. En effet, une décharge/recharge intelligente peut permettre aux VEs d’être un support de stockage d’électricité important, valable, et permanent dont la capacité croit en fonction du nombre des VEs. Ce projet a comme objectifs de : (1) proposer un schéma d’interaction V2G (Vehicle-to-Grid) intégrant des techniques permettant de : (a) adapter le fonctionnement de la grille aux contraintes temporelles et spatiales relatives au processus de recharge des VEs dans un milieu résidentiel. On cherchera à satisfaire de différentes demandes en puissance des VEs branchés au secteur sans trop stresser la grille intelligente, (b) optimiser les opérations de chargement/déchargement entre les VEs et la grille dans les deux sens. (2) Proposer de nouveaux schémas de communication sans fil, entre les VEs et la grille intelligente loin des bornes de recharge, qui soient basés sur les standards de communications véhiculaires (VANETs) ainsi que sur d’autres standards de communication à grande échelle. On introduira des techniques d’accès à la grille intelligente pour négocier le coût de recharge/décharge des batteries, le temps d’attente du service, les emplacements et aussi pour planifier la motivation du consommateur afin de favoriser la stabilité de la grille.

Au cours des dernières années, on a observé l'intérêt croissant envers l'accessibilité à l'information et, en particulier, envers des approches innovantes utilisant les services à distance accessibles depuis les appareils mobiles à travers le monde. Parallèlement, la communication des véhicules, utilisant des capteurs embarqués et des dispositifs de communication sans fil, a été introduite pour améliorer la sécurité routière et l'expérience de conduite à travers ce qui est communément appelé réseaux véhiculaires (VANET). L'accès sans fil à l’Internet à partir des véhicules a déclenché l'émergence de nouveaux services pouvant être disponibles à partir ceux-ci. Par ailleurs, une extension du paradigme des réseaux véhiculaires a été récemment promue à un autre niveau. Le nuage véhiculaire (Vehicular Cloud) (VC) est la convergence ultime entre le concept de l’infonuagique (cloud computing) et les réseaux véhiculaires dans le but de l’approvisionnement et la gestion des services. Avec cette approche, les véhicules peuvent être connectés au nuage, où une multitude de services sont disponibles, ou ils peuvent aussi être des fournisseurs de services. Cela est possible en raison de la variété des ressources disponibles dans les véhicules: informatique, bande passante, stockage et capteurs. Dans cette thèse, on propose des méthodes innovantes et efficaces pour permettre la délivrance de services par des véhicules dans le VC. Plusieurs schémas, notamment la formation de grappes ou nuages de véhicules, la planification de transmission, l'annulation des interférences et l'affectation des fréquences à l'aide de réseaux définis par logiciel (SDN), ont été développés et leurs performances ont été analysées. Les schémas de formation de grappes proposés sont DHCV (un algorithme de clustering D-hop distribué pour VANET) et DCEV (une formation de grappes distribuée pour VANET basée sur la mobilité relative de bout en bout). Ces schémas de regroupement sont utilisés pour former dynamiquement des nuages de véhicules. Les systèmes regroupent les véhicules dans des nuages qui ne se chevauchent pas et qui ont des tailles adaptées à leurs mobilités. Les VC sont créés de telle sorte que chaque véhicule soit au plus D sauts plus loin d'un coordonnateur de nuage. La planification de transmission proposée implémente un contrôle d'accès moyen basé sur la contention où les conditions physiques du canal sont entièrement analysées. Le système d'annulation d'interférence permet d'éliminer les interférences les plus importantes; cela améliore les performances de planification d’utilisation de la bande passante et le partage des ressources dans les nuages construits. Enfin, on a proposé une solution à l'aide de réseaux définis par logiciel, SDN, où différentes bandes de fréquences sont affectées aux différentes liens de transmission de chaque VC afin d’améliorer les performances du réseau. / Abstract : In recent years, we have observed a growing interest in information accessibility and especially innovative approaches for making distant services accessible from mobile devices across the world. In tandem with this growth of interest, there was the introduction of vehicular communication, also known as vehicular ad hoc networks (VANET), leveraging onboard sensors and wireless communication devices to enhance road safety and driving experience. Vehicles wireless accessibility to the internet has triggered the emergence of service packages that can be available to or from vehicles. Recently, an extension of the vehicular networks paradigm has been promoted to a new level. Vehicular cloud (VC) is the ultimate convergence between the cloud computing concept and vehicular networks for the purpose of service provisioning and management. Vehicles can get connected to the cloud, where a multitude of services are available to them. Also vehicles can offer services and act as service providers rather than service consumers. This is possible because of the variety of resources available in vehicles: computing, bandwidth, storage and sensors. In this thesis, we propose novel and efficient methods to enable vehicle service delivery in VC. Several schemes including cluster/cloud formation, transmission scheduling, interference cancellation, and frequency assignment using software defined networking (SDN) have been developed and their performances have been analysed. The proposed cluster formation schemes are DHCV (a distributed D-hop clustering algorithm for VANET) and DCEV (a distributed cluster formation for VANET based on end-to-end relative mobility). These clustering schemes are used to dynamically form vehicle clouds. The schemes group vehicles into non-overlapping clouds, which have adaptive sizes according to their mobility. VCs are created in such a way that each vehicle is at most D-hops away from a cloud coordinator. The proposed transmission scheduling implements a contention-free-based medium access control where physical conditions of the channel are fully analyzed. The interference cancellation scheme makes it possible to remove the strongest interferences; this improves the scheduling performance and resource sharing inside the constructed clouds. Finally, we proposed an SDN based vehicular cloud solution where different frequency bands are assigned to different transmission links to improve the network performance.

Les réseaux véhiculaires, connus sous le terme VANETs, sont des réseaux impliquant des communications entre deux ou plusieurs véhicules et éventuellement une communication avec des éléments d’infrastructure sur la route. Récemment, le concept de systèmes de transport intelligents (STI) a connu beaucoup d’intérêt. Les STI sont des systèmes utilisant les nouvelles technologies de communication sans fil appliquées au domaine du transport pour améliorer la sécurité routière, la logistique et les services d’information. Des défis majeurs ont besoin cependant d'être abordés pour offrir une communication sur la route sécurisée et fiable dans des environnements anonymes et quelquefois hostiles à la communication. Comme dans tout système de communication, les réseaux véhiculaires doivent opérer en respectant des contraintes en termes de qualité de service. Ces contraintes sont d’autant plus strictes quand il s’agit de fournir des services de sécurité sur la route. Ce projet vise à développer des techniques de communication véhiculaires pour le transfert des informations de manière fiable entre véhicules roulant à grande vitesse tout en contrôlant la surcharge du réseau. Ces techniques visent la prise en compte des contraintes temporelles sur les délais de transfert afin d’envisager leur utilisation dans des applications critiques telle que la sécurité sur la route. Pour ce faire, cette thèse propose d’abord un protocole optimal de dissémination de messages d’urgence pour les VANETs. Il est basé sur une stratégie de diffusion qui exploite les véhicules sur la direction opposée afin d’accélérer la dissémination du message d’urgence tout en réduisant le nombre de transmissions. Ainsi, et dans le but d’assurer une dissémination fiable et à faible surcoût, une technique de retransmission périodique intelligente permettant l’adaptation du protocol proposé à différentes densités du trafic routier est proposée. Dans un second volet, ce projet propose une approche hybride de dissémination de messages d’urgence qui combine alternativement les avantages des deux principales approches de dissémination existantes (Sender-oriented et Receiver-oriented dont notre première proposition fait partie) afin de garantir une transmission fiable des alertes tout en réduisant les délais. Les approches Receiver-Oriented qui sont les plus adaptées pour les applications de sécurité dans les VANETs peuvent minimiser la latence et les limitations des approches Sender-Oriented. Mais, ilsdoivent aussi mieux exploiter les apports des messages hello (beacons) échangés dans la technologie IEEE802.11P. Ainsi, et dans le but de surmonter les limites des approches de retransmissions périodiques et celles de relais- multiples afin d’assurer des échanges fiables de messages de sécurité tout en réduisant la surcharge de la bande passante, nous introduisons un nouveau mécanisme DR/BDR (Designated Relay/Backup Designated Relay). Le BDR, dans ce mécanisme, doit remplacer le DR et assurer sa tâche quand il détecte, à travers les beacons colorés échangés,l’échec de ce dernier dans la dissémination du message d’urgence. / Vehicular Ad hoc NETworks (VANETs) have gained considerable attention in the past few years due to their promising applications such as safety warning, transport efficiency or mobile infotainment. Avoiding accidents and traffic jams are two main immediate benefits of vehicular networks. For instance, most drivers would like to receive real-time alerts about accidents happening at a short distance in front of their vehicles since these accidents could lead to collision chains involving tens of vehicles. Also, the ability to receive an alert about a potential traffic jam would allow drivers to take alternate routes, saving both time and fuel. In both cases, warning messages should be broadcasted to all vehicles traveling over a geographical area, and need to be delivered with high reliability, low delay and low overhead. It is therefore important to develop a reliable and efficient safety information dissemination protocol in vehicular networks. Due to the vehicle mobility and lossy wireless channel, highly reliable, scalable and fast multi-hop broadcast protocol is very challenging to design. A number of solutions have been proposed in the past few years. However, the tradeoff between reliability and efficiency in such solutions needs to be carefully considered. This thesis presents an optimal protocol for the broadcast of safety messages in VANETs. Optimality, in terms of delay and transmission count, is achieved using a broadcast strategy that exploits opposite vehicles. To carry out reliable and efficient broadcast coordination, intelligent periodic rebroadcasts, which effectively adapt our protocol to sparse and dense networks, are proposed. Simulations are conducted and results are presented to show that it has a better performance over existing competing protocols. As a second contribution, we propose an alternative Receiver-Sender approach that combines advantages of the two existing dissemination approaches (Sender-oriented and Receiver-oriented to which our first proposal belongs) to ensure low latency and high reliability. The proposal can use any sender or receiver oriented protocol but the same selected one is used during all the dissemination process. In order to overcome the unreliability and broadcast overhead generated by periodic rebroadcasts and multiple relays schemes, we introduce a DR/BDR (Designated Relay/Backup Designated Relay) mechanism where the BDR has to replace the DR when detecting,from exchanged colored beacons, its failure in informing concerned vehicles.