Véhicule-à-tous (V2X) se réfère à un Système de Transport Intelligent (ITS) où les véhicules et l'infrastructure sont interconnectés. Cette connectivité permet une connaissance précise des conditions de circulation sur l'ensemble du réseau routier, ce qui contribue à améliorer la sécurité routière, réduire les temps d'encombrement et éviter les pertes économiques. Cette communication permet aussi une variété de nouvelles applications pour la sécurité routière et l'infodivertissement. Bien que la communauté de scientifique ait réalisé de grands progrès dans l'étude sur le V2X, il reste encore des défis à surmonter et des problèmes clés qui doivent être étudiés plus en profondeur. Cette thèse considère deux des questions les plus importantes; fiabilité et sécurité des communications V2X. Du point de vue de la fiabilité, nous proposons d'abord une méthode basée sur la modélisation de l'utilisateur pour évaluer la capacité de la norme DSRC IEEE 802.11p à répondre aux exigences de Qualité De Service (QoS) de la diffusion des messages de sécurité. La nouveauté de la méthode réside dans son application qui élimine le problème de la définition d'un modèle Markovien par la détermination des moments d'équilibre du processus de retard. Cette méthode fournit des informations importantes sur les paramètres de conception IEEE 802.11p et sur ses fonctionnalités, ce qui permet d'améliorer la configuration proposée. De plus, nous proposons un modèle Régénératif pour résoudre le problème de la caractérisation des processus de trafic interconnecté dans les réseaux V2X hybrides à grande échelle. Ce dernier est une préoccupation majeure pour parvenir à une opérabilité efficace et adéquate pour les réseaux de véhicules à grande échelle. Du point de vue de la sécurité, nous introduisons une nouvelle méthodologie d'optimisation. Notre méthodologie lie les exigences de QoS des différentes classes d'application avec le paramètre de conception de base du mécanisme de résolution de contention dans le protocole MAC IEEE 802.11p. En outre, un nouvel algorithme de détection d'attaque de brouillage dans l'environnement véhiculaire est proposé. L'algorithme utilise la méthodologie d'optimisation développée pour définir un seuil de détection et intègre la méthode séquentielle de détection pour détecter les attaques de brouillage à chaque fois que la valeur seuil est franchie. Des expérimentations analytiques et de simulation approfondies ont été effectuées pour chaque contribution afin de montrer la validité des méthodes/modèles proposés et de prouver leur efficacité. / Vehicle-to-anything (V2X) refers to an Intelligent Transportation System (ITS) where the vehicles and infrastructure systems are all interconnected with each other. This connectivity provides precise knowledge of the traffic situations across the entire road network which in turn helps to enhance traffic safety, reduce congestion time, avoid economic losses, in addition to enable a variety of novel ITS applications for road safety and passenger infotainment. V2X communications is based on two technologies; Dedicated Short-Range Communications (DSRC) which is an essential technology for realizing V2X and cellular networks which provide an o_-the-shelf potential solution for V2X communications. Although the research community has achieved much great progress on V2X study, there are still some challenges that need to be overcome and some key issues that need to be further investigated. This thesis considers two of the most prominent issues; reliability and security of V2X communications. From the reliability perspective, we first propose User Model-based Method to evaluate the capacity of IEEE 802.11p-based DSRC standard to meet the Quality-of-Service (QoS) requirements of safety messages dissemination. The novelty of the method lies in its application which avoids the problem of defining a Markovian model by determining the steady state moments of the induced delay process. This applicability feature provides important insights about IEEE 802.11p design parameters and its functionality leading to proposed reconfigurations for enhanced performance. Moreover, we propose Regenerative model, that we believe to be the first to address the problem of interconnected-traffic process characterization in large-scale hybrid V2X networks. The latter is a primary concern in achieving efficient and adequate operability for large-scale vehicular networks. From the security perspective, we introduce a new optimization methodology which ties the QoS requirements of different application classes with the basic design parameters of the contention resolution mechanism in IEEE 802.11p MAC protocol. In addition, a novel detection algorithm for jamming attacks in the vehicular environment is proposed. The algorithm utilizes the developed optimization methodology to de_ne a detection threshold. By integrating the sequential detection of change method it traces and detects jamming attacks whenever the threshold value is crossed. Analytical and simulation experimentations have been performed for each contribution to show the validity of the proposed methods/models and to prove their efficiency.

Cette thèse porte sur l'étude des techniques de fusion de données réparties et incertaines au sein d’un réseau de véhicules pour gérer la confiance dans les autres véhicules ou dans les données reçues. L'algorithme de fusion distribuée proposé est basé sur les fonctions de croyance et est appliqué par chaque nœud à la réception des messages. In se base sur la gestion d'une connaissance directe, locale à chaque nœud et d'une connaissance distribuée diffusée dans le réseau. Cette dernière résulte de la fusion des messages par un opérateur adapté prenant en compte les cycles éventuels et limitant l'effet de "data incest". Chaque nœud peut être autonome pour estimer la confiance mais la coopération entre les véhicules permet d'améliorer et de rendre plus robuste cette estimation. L'algorithme peut être adapté au cas d'étude en considérant un ou plusieurs éléments d'observation et en prenant en compte l'obsolescence des données. Lorsqu'il y a plusieurs éléments d'observation, se pose le problème de l'association de données nécessaire avant l'étape de combinaison. Un nouvel algorithme d'association a été formalisé dans le cadre des fonctions de croyance. Il a été démontré que ce problème est équivalent à un problème d'affectation linéaire, qui peut être résolu en temps polynomial. Cette solution est à la fois optimale et beaucoup plus efficace que d'autres approches développées dans ce formalisme. La gestion de la confiance dans les nœuds et dans les données échangées ont été illustrées par la mise en œuvre de deux applications : la détection de faux nœuds dans une attaque Sybil et la gestion de la confiance dans les cartes dynamiques pour la perception augmentée. / This thesis focuses on the study of fusion techniques for distributed and uncertain data in a vehicle network in order to manage the confidence in other vehicles or in received data. The proposed distributed fusion algorithm is based on belief functions and is applied by each node when it receives messages. It is based on the management of direct knowledge, local for each node, and the management of a distributed knowledge broadcasted over the network. The distributed knowledge is the result of the fusion of messages by a suitable operator taking into account the possible cycles and limiting the effect of "data incest". Each node can be autonomous to estimate confidence but cooperation between vehicles can improve and make more robust this estimation. The algorithm can be adapted to the case of study by considering one or more elements of observation and taking into account the data obsolescence. When there are multiple elements of observation, the data association is necessary before the combination step. A new association algorithm was formalized in the framework of belief functions.It has been shown that this problem is equivalent to a linear assignment problem which can be solved in polynomial time. This solution is both optimal and more effective than other approaches developed in this formalism. The confidence management in the nodes and in the received data were illustrated by the implementation of two applications : the detection of false nodes in a Sybil attack and the distributed dynamic maps for enhanced perception

Cette thèse porte sur l'étude des techniques de fusion de données réparties et incertaines au sein d'un réseau de véhicules pour gérer la confiance dans les autres véhicules ou dans les données reçues. L'algorithme de fusion distribuée proposé est basé sur les fonctions de croyance et est appliqué par chaque nœud à la réception des messages. In se base sur la gestion d'une connaissance directe, locale à chaque nœud et d'une connaissance distribuée diffusée dans le réseau. Cette dernière résulte de la fusion des messages par un opérateur adapté prenant en compte les cycles éventuels et limitant l'effet de "data incest". Chaque nœud peut être autonome pour estimer la confiance mais la coopération entre les véhicules permet d'améliorer et de rendre plus robuste cette estimation. L'algorithme peut être adapté au cas d'étude en considérant un ou plusieurs éléments d'observation et en prenant en compte l'obsolescence des données. Lorsqu'il y a plusieurs éléments d'observation, se pose le problème de l'association de données nécessaire avant l'étape de combinaison. Un nouvel algorithme d'association a été formalisé dans le cadre des fonctions de croyance. Il a été démontré que ce problème est équivalent à un problème d'affectation linéaire, qui peut être résolu en temps polynomial. Cette solution est à la fois optimale et beaucoup plus efficace que d'autres approches développées dans ce formalisme. La gestion de la confiance dans les nœuds et dans les données échangées ont été illustrées par la mise en œuvre de deux applications : la détection de faux nœuds dans une attaque Sybil et la gestion de la confiance dans les cartes dynamiques pour la perception augmentée.

De nos jours, Le nombre de dispositifs ne cesse d’augmenter ce qui induit une forte demande des applications en données multimédia. Cependant gérer des données massives générées et consommées par les utilisateurs mobiles dans une zone urbaine reste une problématique de taille pour les réseaux cellulaires existants qui sont à la fois limités en termes de cout et de bande passante mais aussi due à la nature de telles données centrées- connexion. D’autre part, l’avancée technologique en matière de véhicules autonomes permet de constituer une infrastructure prometteuse capable de prendre en charge le traitement, la sauvegarde, et la communication de ces données. En effet, Il est maintenant possible de recruter des véhicules intelligents pour des fins de collecte, de stockage, et de partage des données hétérogènes en provenance d’un réseau routier afin de répondre aux demandes des citoyens via des applications. Par conséquent, nous tirons profit de l'évolution récente en « information Centric Networking » ICN afin d'introduire deux nouvelles approches de collecte et de stockage de contenu par les véhicules, nommées respectivement VISIT et SAVING, plus efficaces et plus proches de l'utilisateur mobile en zone urbaine ainsi nous remédions aux problèmes liés à la bande passante et le coût. VISIT est une plate-forme qui définit de nouvelles mesures de centralité basées sur l'intérêt social des citoyens afin d’identifier et de sélectionner l'ensemble approprié des meilleurs véhicules candidats pour la collecte des données urbaines. SAVING est un système de stockage de données sociales, qui présente une solution de mise en cache des données d’une façon collaborative entre un ensemble de véhicules parmi d’autres désignés et recrutés selon une stratégie des théorie des jeux basée sur les réseaux complexes. Nous avons testé ces deux méthodes VISIT et SAVING sur des données simulées pour environ 2986 véhicules avec des traces de mobilité réalistes en zone urbaine, et les résultats ont prouvés que les deux méthodes permettent non seulement une collecte et un stockage efficaces mais aussi bien scalables / The growth in the number of mobile devices today result in an increasing demand for large amount of rich multimedia content to support numerous applications. It is however challenging for the current cellular networks to deal with such increasing demand, both in terms of cost and bandwidth for the ``massive'' content generated and consumed by mobile users in an urban environment due to its connection-centric nature. The technological advancement in modern vehicles allow us to harness their computing, caching and communication capabilities to supplement infrastructure network. It is now possible to recruit smart vehicles to collect, store and share heterogeneous data on urban streets in order to provide citizens with different services. Therefore, we leverage the recent shift towards Information Centric Networking (ICN) to introduce two schemes, VISIT and SAVING for the efficient collection and storage of content at vehicles, closer to the urban mobile user to avoid bandwidth and cost. VISIT is a platform which defines novel centrality metrics based on the social interest of urban users to identify and select the appropriate set of best candidate vehicles to perform urban data collection. SAVING is a social-aware data storage system which exploits complex networks to present game-theoretic solutions for finding and recruiting vehicles adequate to perform collaborative content caching in an urban environment. VISIT and SAVING are simulated for around 2986 vehicles with realistic urban mobility traces and comparison results with other schemes in literature suggest both not only efficient but also scalable data collection and storage systems

Le degré de pénétration du marché des appareils intelligents tels que les smartphones et les tablettes avec les technologies de communication embarquées comme le WiFi, 3G et LTE a explosé en moins d’une décennie. En complément de cette tendance technologique, les applications des réseaux sociaux ont virtuellement connectées une grande partie de la popula- tion, en génerant une demande croissante de trafic de données vers et depuis l’infrastructure de communication. Les communications pervasives ont aussi acquis une importance dans l’industrie automobile. L’émergence d’une gamme impressionnante d’appareils intelligents dans les véhicules a permis des services tels que : l’assistante au conducteur, l’infotainment, le suivi à distance du véhicule, et la connectivité aux réseaux sociaux même en déplacement La demande exponentielle de connectivité a encore défié les fournisseurs de services de télé- communications pour répondre aux attentes des utilisateurs.L’objectif de cette thèse est de modéliser et comprendre la mobilité dynamique des utilisateurs à grande vitesse et leurs effets sur les architectures de réseau sans fil. Compte tenu de l’ importance du développement de notre étude sur une représentation réal- iste de la mobilité des véhicules, nous étudions tout d’abord les approches les plus populaires pour la génération de trafic routier synthétique et discutons les caractéristiques des ensem- bles de données accessibles au public qui décrivent des mobilités véhiculaires. En utilisant l’information des déplacements de la population dans une région métropolitaine, les données détaillées du réseau routier et les modèles réalistes des conduites microscopiques, nous pro- posons un jeu de données de mobilité véhiculaire original qui redéfinit l’état de l’art et qui replie la circulation routière de façon réaliste dans le temps et dans l’espace. Nous étudions ensuite l’impact des dynamiques des mobilité du point de vue de la couverture cellulaire en présence d’un déploiement réel des stations de base. En outre, en examinant les effets de la mobilité des véhicules sur les réseaux autonomes, nous voyons des possibilités pour les futurs paradigmes de réseaux hétérogènes. Motivés par l’évolution dynamique dans le temps, de la mobilité des véhicules observée dans notre jeux de données, nous proposons également une approche en ligne pour prédire les flux de trafic macroscopiques. Nous analysons les paramètres affectant la prédiction de la mobilité en milieu urbain. Nous dévoilons quand et où la gestion des ressources réseaux est la plus cruciale pour accueillir le trafic généré par les utilisateurs à bord. Ces études révèlent de multiples opportunités de gestion intelligente des transports, soit pour construire de nouvelles routes, soit pour l’installation de bornes de recharge électriques, ou pour la conception de systèmes de feux de circulation intelligents, contribuant ainsi à la planification urbaine. / The market penetration of smart devices like smartphones and tablets with embedded communication technologies like WiFi, 3G and LTE has exploded in less than a decade. Complementing this technological trend, social networking applications have virtually connected a large portion of the population generating an ever-growing data traffic demand on the communication infrastructure. Pervasive communications have gained significance in the automobile industry as well, with the emergence of an impressive range of in-vehicle smart devices enabling driver assistance, infotainment, over-the-air vehicle monitoring, and even social connectivity on the move. This surge in the demand for connectivity has further challenged telecommunication service providers to meet the expectations of high-speed network users. The goal of this thesis is to model and understand the mobility dynamics of high-speed users and their effect on wireless network architectures. Given the importance of developing our study on a realistic representation of vehicular mobility, we first survey the most popular approaches for the generation of synthetic road traffic and discuss the features of publicly available vehicular mobility datasets. Using original travel demand information of the population of a metropolitan area, detailed road network data and realistic microscopic driving models, we propose a novel state-of-art vehicular mobility dataset that closely mimics the real-world road traffic dynamics in both time and space. We then study the impact of such mobility dynamics from the perspective of wireless cellular network architecture in presence of a real-world base station deployment. In addition, by discussing the effects of vehicular mobility on autonomous network architecture, we hint at the opportunities for future heterogenous network paradigms. Motivated by the time-evolving mobility dynamics observed in our original dataset, we also propose an online approach to predict near-future macroscopic traffic flows. We analyze the parameters affecting the mobility prediction in an urban environment and unveil when and where network resource management is more crucial to accommodate the traffic generated by users onboard. Such studies unveil multiple opportunities in transportation management either for building new roads, installing electric charging points, or for designing intelligent traffic light systems, thereby contributing to urban planning.

Aujourd'hui, les véhicules sont devenus de plus en plus sophistiqués, intelligents et connectés. En effet, ils sont équipés de capteurs, radars, GPS, interfaces de communication et capacités de traitement et de stockage élevés. Ils peuvent collecter, traiter et communiquer les informations relatives à leurs conditions de travail et leur environnement formant un réseau véhiculaire. L'intégration des technologies de communication sur les véhicules fait l'objet d'une immense attention de l'industrie, des autorités gouvernementales et des organisations de standardisations; elle a ouvert la voie à des applications innovantes qui vont révolutionner le marché de l'automobile avec les principaux objectifs d'assurer la sécurité sur les routes, augmenter l'efficacité des transports et offrir un confort aux conducteurs et passagers. En outre, le transport est un secteur en évolution active. Des moyens de transport plus durables comme les véhicules électriques s'introduisent progressivement sur le marché de l'automobile tout en créant de nouveaux défis liés à la contrainte énergétique et la protection de l'environnement qui restent à résoudre.De nombreux projets et études ont été initiés exploitant les avantages des technologies de l'information et de communication (TIC) afin de répondre aux différents défis des systèmes de transport. Cependant, avoir des véhicules connectés et coopératifs crée un réseau hautement dynamique caractérisé par des ruptures de lien et de pertes de messages très fréquentes. Pour résoudre ces problèmes de communication, cette thèse se concentre sur deux axes majeurs: (i) le véhicule connecté (ou mobilité connectée) et (ii) la mobilité durable. Dans la première partie de cette thèse, la diffusion, la collecte et l'acheminement de données dans un réseau de véhicule sont adressés. Ainsi, un nouveau protocole de diffusion est proposé afin de faire face à la fragmentation et la connectivité intermittente dans ces réseaux. Ensuite, une nouvelle stratégie de déploiement d'infrastructure de communication est conçue afin d'améliorer la connectivité réseau et l'utilisation des ressources. Enfin, un nouveau protocole de routage, pour applications sensibles au délai, utilisant cette nouvelle infrastructure de communication est proposé. La deuxième partie se concentre sur la mobilité durable avec un focus sur les véhicules électriques et avec un objectif de réduire les problèmes de pollution et d'utiliser efficacement l'énergie. Une nouvelle architecture de gestion de flottes de véhicules électriques est proposée. Cette dernière utilise les protocoles implémentés dans la première partie de cette thèse afin de collecter, traiter et diffuser les données. Elle permet de surmonter les limitations liées à la courte autonomie des batteries des véhicules électriques. Ensuite, pour répondre aux besoins et défis d'équilibre énergétique, un nouveau schéma de déploiement des stations de recharge pour véhicules électriques est proposé. Cette solution permet de satisfaire les demandes des conducteurs en terme d'énergie, tout en tenant compte les capacités énergétiques disponibles. / Today, vehicles have become more sophisticated, intelligent and connected. Indeed, they are equipped with sensors, radars, GPS, communication interfaces and high processing and storage capacities. They can collect, process and communicate information related to their working conditions and their environment forming a vehicular network. The incorporation of communication technologies on vehicles garnered a huge attention of industry, government authorities and standardizations organizations and opened the way for innovative applications that revolutionized the automotive market with the main goals to ensure safety on roads, increase transport efficiency and provide comfort to drivers and passengers. In addition, transportation is still an actively evolving sector. More sustainable means of transportation such as electric vehicles are introduced progressively to the automotive market with new challenges related to energy consumption and environment preservation that remain to be solved. Many research investigations and industrial projects are done to exploit the advantages of information and communication technologies (ICT) to fit with transportation challenges. However, having connected and cooperative vehicles creates a highly dynamic network characterized by frequent link breaks and message losses. To cope with these communication limitations, this thesis focuses on two major axis: (i) connected vehicle or connected mobility and (ii) sustainable mobility. In the first part of this thesis, data dissemination, collection and routing in vehicular networks are addressed. Thus, a new dissemination protocol is proposed to deal with frequent network fragmentation and intermittent connectivity in these networks. Then, a new deployment strategy of new communication infrastructure is developed in order to increase network connectivity and enhance the utilization of the network resources. Finally, a new routing protocol, for delay-sensitive applications, that uses the optimized infrastructure deployment is proposed. The second part focuses on sustainable mobility with a focus on electric vehicles and with the main objective is to reduce pollution issues and make better use of energy. A new architecture for electric vehicles fleet management is proposed. This latter uses the implemented protocols of the first part of this thesis in order to collect, process and disseminate data. It helps to overcome the limitations related to short autonomy of electric vehicles. Then, to meet energy balance challenges, a new deployment scheme for electric vehicles charging stations is developed. This solution helps to satisfy drivers’ demands in term of energy while taking into account available resources.