Les handovers sont des phénomènes inévitables dans les réseaux sans-fil mobiles. Lors du passage d'une station mobile d'un point d'accès à un autre, le handover affecte la qualité des transmissions, et ainsi, il est néfaste à la performance des réseaux sans-fil. De nombreuses techniques de réduction du délai lié au handover ont été proposées, mais la plupart ne sont pas adaptées aux attentes du nouveau type de réseau sans-fil mobile qu'est le réseau véhiculaire. Ce travail propose donc l'implémentation d'une méthode de réduction du délai encouru lors d'un handover dans les réseaux véhiculaires qui opèrent sous une technologie d'accès sans-fil adaptée pour les besoins des réseaux véhiculaires. Le travail est composé de deux blocs : le premier est l'implémentation d'IEEE 802.11p, qui est une variante de la norme générique d'IEEE 802.11 et qui est développée spécialement pour l'accès dans les réseaux véhiculaires, dans un simulateur de réseaux. L'autre partie concerne le choix d'une méthode de réduction du délai lié à l'étape de la recherche du handover. En tenant compte des réalités technologiques, le choix s'est porté sur une technique préconisant l'utilisation des cache pour contenir et diffuser de l'information sur les points d'accès avoisinants. La méthode proposée a été testée et a donné de très bons résultats réalistes. L'intégration des modules complémentaires pour refléter l'ensemble de la technique proposée au niveau du simulateur s'est aussi faite sans problèmes majeurs.

Dans ces dernières années, les Systèmes de Transport Intelligents (STI) ont été considérés comme l'un des domaines de recherche les plus émergents en raison de leur rôle prometteur dans l'amélioration de la gestion du trafic et de la sécurité routière. Les applications coopératives de sécurité, étant les plus cruciales, ont gagné beaucoup d'intérêt. L'efficacité de ces applications dépend largement de l'échange efficace de deux principaux types d'informations. L'information de localisation périodique correspondant à l'information de localisation du voisinage et l'information événementielle qui est transmise en multi-sauts et générée lors de la détection d'une situation d'urgence. En raison de la caractéristique à grande échelle des STI, cette information fait l'objet du problème de congestion dans le réseau. L'objectif de cette thèse est d'assurer un contrôle fiable et robuste des informations de sécurité permettant de réduire la congestion du canal tout en tenant en compte des exigences des applications de sécurité. Nous examinons la diffusion de l'information événementielle en proposant une approche a multi-sauts qui a montré une amélioration de la réception de l'information. Cependant, cette approche reste très sensible à la charge de canal résultant de transmissions de l'information de localisation périodiques. D'autre part, la transmission efficace de l'information événementielle repose essentiellement sur la détection précise des événements de sécurité et en conséquence sur la précision de l'information de localisation. Ainsi, nous proposons un mécanisme de contrôle de l'information de localisation afin de fournir une meilleure précision et limiter la charge du canal. Les approches proposées dans cette thèse ont profondément étudié le compromis entre le respect des exigences des applications de sécurité et la gestion efficace de la congestion dans le réseau véhiculaire. / In the last decades, Intelligent Transportation Systems (ITS) have been considered as one of the most emerging research area due to their promising role in promoting traffic efficiency and enhancing road safety. ITS cooperative safety applications, being the most vital and critical, have gained a lot of attention. The effectiveness of these applications depends widely on the efficient exchange of two main types of information. The periodic awareness corresponding to the one-hop location information of surrounding environment and the multi-hop event-driven information generated at the detection of a safety situation. Due to the large scale characteristic of ITS, this information is expected to be subject to severe congestion which might impact its reliable reception. The goal of this thesis is to focus on the reliable and robust control of safety-related information by reducing the channel congestion and at the same time taking into account the requirements of safety applications. We address first the event-driven safety information. We proposed a multi-hop policy showed to improve the dissemination of the event-driven information. However, it remains strongly sensitive to the channel load resulting from periodic awareness transmissions. On the other hand, the effective transmission of event-driven information depends primarily on the accurate detection of safety events and accordingly on the accuracy of awareness. Thus, we provide an efficient awareness control mechanism in order to provide better accuracy and limit the channel congestion. The approaches proposed in this thesis have deeply investigated the trade-off between ensuring the requirements of cooperative safety and the efficient management of congestion in vehicular network.

Dans ces dernières années, les Systèmes de Transport Intelligents (STI) ont été considérés comme l'un des domaines de recherche les plus émergents en raison de leur rôle prometteur dans l'amélioration de la gestion du trafic et de la sécurité routière. Les applications coopératives de sécurité, étant les plus cruciales, ont gagné beaucoup d'intérêt. L'efficacité de ces applications dépend largement de l'échange efficace de deux principaux types d'informations. L'information de localisation périodique correspondant à l'information de localisation du voisinage et l'information événementielle qui est transmise en multi-sauts et générée lors de la détection d'une situation d'urgence. En raison de la caractéristique à grande échelle des STI, cette information fait l'objet du problème de congestion dans le réseau. L'objectif de cette thèse est d'assurer un contrôle fiable et robuste des informations de sécurité permettant de réduire la congestion du canal tout en tenant en compte des exigences des applications de sécurité. Nous examinons la diffusion de l'information événementielle en proposant une approche a multi-sauts qui a montré une amélioration de la réception de l'information. Cependant, cette approche reste très sensible à la charge de canal résultant de transmissions de l'information de localisation périodiques. D'autre part, la transmission efficace de l'information événementielle repose essentiellement sur la détection précise des événements de sécurité et en conséquence sur la précision de l'information de localisation. Ainsi, nous proposons un mécanisme de contrôle de l'information de localisation afin de fournir une meilleure précision et limiter la charge du canal. Les approches proposées dans cette thèse ont profondément étudié le compromis entre le respect des exigences des applications de sécurité et la gestion efficace de la congestion dans le réseau véhiculaire.

Le protocole MAC du standard IEEE 802.11p dédié aux réseaux véhiculaires interdit les transmissions simultanées dans une même zone de détection afin d’éviter d’éventuelles interférences entre les véhicules voisins. Cette interdiction entraîne un blocage temporaire de réception de données, ce qui diminue le débit global du réseau. Pour résoudre ce problème, nous proposons dans cette thèse une architecture cross-layer PHY/MAC basée sur un algorithme de sélection d’antennes émettrices et un protocole MAC dédié afin de réduire le blocage. Ce cross-layer permet au récepteur de choisir la meilleure combinaison d’antennes émettrices pour améliorer le débit utile normalisé de chaque lien V2V. L’algorithme est présenté avec une méthode de détection multi-utilisateurs. Cette méthode annule les interférences entre voisins et permet à plusieurs véhicules d’émettre des données simultanément. Le protocole MAC associé assure la coordination entre les véhicules durant les communications. Les résultats de simulation montrent une amélioration du débit utile normalisé du réseau en comparaison au standard actuel. Néanmoins, ces bonnes performances diminuent avec l’augmentation de la densité véhiculaire. Pour pallier à cette baisse, nous proposons de joindre à la première solution une nouvelle architecture crosslayer PHY/MAC. Cette architecture est basée sur un algorithme d’adaptation de la puissance émise en fonction de la densité de voisinage du récepteur. Elle est également accompagnée par un protocole MAC dédié. Les résultats de simulation montrent que cette solution permet à plus de véhicules de communiquer simultanément et ainsi améliore significativement le débit utile normalisé notamment dans les réseaux véhiculaires denses. / The MAC protocol IEEE 802.11p, dedicated to vehicular ad-hoc networks VANETs, prohibits simultaneous transmissions in the same detection area, in order to avoid interference between neighboring vehicles. This prohibition causes a temporary data reception blocking, which reduces the network throughput. To reduce this adverse impact, we propose in this thesis a cross-layer design PHY/MAC based on a transmit antennas selection algorithm jointly with a dedicated MAC protocol. This design allows receivers to select the best combination of transmit antennas to improve the throughput of each V2V link. The algorithm is presented with a multi-user detection method, which cancels neighbor’s interference and allows vehicles to transmit data simultaneously. The associated MAC protocol ensures the coordination between vehicles during the simultaneous transmission period. The simulation results show a significant network throughput improvement compared to the conventional case. However, this improvement is less important in dense VANETs. For this purpose, we propose to join a cross-layer design PHY/MAC based on a transmit power adaptation algorithm. This design allows transmitters to choice the adequate power level based on corresponding receivers density. The simulation results show that this solution allows more vehicles to communicate simultaneously and thus improves the network throughput, in particular in dense VANETs.

Les réseaux véhiculaires sont des réseaux émergents qui permettent de connecter des véhicules entre eux et avec les infrastructures routières. Ils permettent de mettre en œuvre des applications de sécurité (évitement des collisions, prévention des travaux, etc.), des applications temps-réel (aide à la conduite automatisée), des applications des systèmes de transport intelligents (gestion du trafic, proposition de détours, etc.), des applications de confort (péage automatique des autoroutes, connexion à du contenu multimédia en ligne, etc.). Pour fonctionner pleinement, le véhicule a besoin d’une puissance de calcul de plus en plus grande et d’une connexion quasi-continue. Afin de garantir cette contrainte, les réseaux véhiculaires font de plus en plus appel au Cloud. Cette thèse vise à explorer les différentes interactions entre les réseaux véhiculaire et Cloud. / Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) are a new kind of networks which allow to connect vehicles between them and with the road infrastructures. It make possible to deploy safety applications (colision avoidance, roadworks advertisement, etc.), real time application (driver assistance, automated driving, etc.), comfort application (automatic toll payment, access to multimedia contents via internet, etc.). In order to be functioning completely, the vehicle needs more and more computing power and a connection with almost no interruption. To guarantee this constraints, VANETs are using more and more often the Cloud Computing. This thesis aims to explore the differents intereactions between VANETs and the Cloud

Dans le cadre du développement des innovations dans les Systèmes de Transport Intelligents, les véhicules connectés devront être capables de télécharger des informations basées sur la position sur et depuis des serveurs distants. Ces véhicules seront équipés avec des différentes technologies d’accès radio, telles que les réseaux cellulaires ou les réseaux véhicule-à-véhicule (V2V) comme IEEE 802.11p. Les réseaux cellulaires, avec une couverture presque omniprésente, fournissent un accès à internet avec garanties de qualité de service. Cependant, l’accès à ces réseaux est payant. Dans cette thèse, un algorithme de clustering multi-saut est proposé avec pour objectif de réduire le coût d’accès au réseau cellulaire en agrégeant des données sur le réseau V2V. Pour faire ceci, le leader du cluster (CH, de l’anglais Cluster Head) est utilisé comme passerelle unique vers le réseau cellulaire. Pour le test d’une application d’exemple pour télécharger du Floating Car Data agrégé, les résultats des simulations montrent que cette approche réduit l’utilisation du réseau cellulaire de plus de 80%, en s’attaquant à la redondance typique des données basées sur la position dans les réseaux véhiculaires. Il y a une contribution en trois parties : Premièrement, une approche pour déléguer la sélection du CH à la station de base du réseau cellulaire afin de maximiser la taille des clusters, et par conséquent le taux de compression. Deuxièmement, un algorithme auto-adaptatif qui change dynamiquement le nombre maximum de sauts afin de maintenir un équilibre entre la réduction des coûts d’accès au réseau cellulaire et le taux de perte de paquets dans le réseau V2V. Finalement, l’incorporation d’une théorie de la justice distributive, afin d’améliorer l’équité sur la durée concernant la distribution des coûts auxquels les CH doivent faire face, améliorant ainsi l’acceptabilité sociale de la proposition. Les algorithmes proposés ont été testés via simulation, et les résultats montrent une réduction significative dans l’utilisation du réseau cellulaire, une adaptation réussie du nombre de sauts aux changements de la densité du trafic véhiculaire, et une amélioration dans les métriques d’équité, sans affecter la performance des réseaux. / For the development of innovative Intelligent Transportation Systems applications, connected vehicles will frequently need to upload and download position-based information to and from servers. These vehicles will be equipped with different Radio Access Technologies (RAT), like cellular and vehicle-to-vehicle (V2V) technologies such as LTE and IEEE 802.11p respectively. Cellular networkscan provide internet access almost anywhere, with QoS guarantees. However, accessing these networks has an economic cost. In this thesis, a multi-hop clustering algorithm is proposed in the aim of reducing the cellular access costs by aggregating information and off-loading data in the V2V network, using the Cluster Head as a single gateway to the cellular network. For the example application of uploading aggregated Floating Car Data, simulation results show that this approach reduce cellular data consumption by more than 80% by reducing the typical redundancy of position-based data in a vehicular network. There is a threefold contribution: First, an approach that delegates the Cluster Head selection to the cellular base station in order to maximize the cluster size, thus maximizing aggregation. Secondly, a self-adaptation algorithm that dynamically changes the maximum number of hops, addressing the trade-off between cellular access reduction and V2V packet loss. Finally, the incorporation of a theory of distributive justice, for improving fairness over time regarding the distribution of the cost in which Cluster Heads have to incur, thus improving the proposal’s social acceptability. The proposed algorithms were tested via simulation, and the results show a significant reduction in cellular network usage, a successful adaptation of the number of hops to changes in the vehicular traffic density, and an improvement in fairness metrics, without affecting network performance.