Congestion Control in Vehicular Ad Hoc Networks

Les réseaux Véhiculaires ad hoc (VANets) sont conçus pour permettre des communications sans fil fiables entre les nœuds mobiles à haute vitesse. Afin d'améliorer la performance des applications dans ce type de réseaux et garantir un environnement sûr et confortable pour ses utilisateurs, la Qualité de Service (QoS) doit être supportée dans ces réseaux. Le délai ainsi que les pertes de paquets sont deux principaux indicateurs de QoS qui augmentent de manière significative en raison de la congestion dans les réseaux. En effet, la congestion du réseau entraîne une saturation des canaux ainsi qu'une augmentation des collisions de paquets dans les canaux. Par conséquent, elle doit être contrôlée pour réduire les pertes de paquets ainsi que le délai, et améliorer les performances des réseaux véhiculaires. Le contrôle de congestion dans les réseaux VANets est une tâche difficile en raison des caractéristiques spécifiques des VANets, telles que la grande mobilité des nœuds à haute vitesse, le taux élevé de changement de topologie, etc. Le contrôle de congestion dans les réseaux VANets peut être effectué en ayant recours à une stratégie qui utilise l'un des paramètres suivants : le taux de transmission, la puissance de transmission, la priorisation et l'ordonnancement, ainsi que les stratégies hybrides. Les stratégies de contrôle de congestion dans les réseaux VANets doivent faire face à quelques défis tels que l'utilisation inéquitable des ressources, la surcharge de communication, le délai de transmission élevé, et l'utilisation inefficace de la bande passante, etc. Par conséquent, il est nécessaire de développer de nouvelles approches pour faire face à ces défis et améliorer la performance des réseaux VANets. Dans cette thèse, dans un premier temps, une stratégie de contrôle de congestion en boucle fermée est développée. Cette stratégie est une méthode de contrôle de congestion dynamique et distribuée qui détecte la congestion en mesurant le niveau d'utilisation du canal. Ensuite, la congestion est contrôlée en ajustant la portée et le taux de transmission qui ont un impact considérable sur la saturation du canal. Ajuster la portée et le taux de transmission au sein des VANets est un problème NP-difficile en raison de la grande complexité de la détermination des valeurs appropriées pour ces paramètres. Considérant les avantages de la méthode de recherche Tabou et son adaptabilité au problème, une méthode de recherche multi-objective est utilisée pour trouver une portée et un taux de transmission dans un délai raisonnable. Le délai et la gigue, fonctions multi-objectifs de l'algorithme Tabou, sont minimisés dans l'algorithme proposé. Par la suite, deux stratégies de contrôle de congestion en boucle ouverte sont proposées afin de réduire la congestion dans les canaux en utilisant la priorisation et l'ordonnancement des messages. Ces stratégies définissent la priorité pour chaque message en considérant son type de contenu (par exemple les messages d'urgence, de beacon, et de service), la taille des messages, et l'état du réseau (par exemple, les métriques de la vélocité, la direction, l'utilité, la distance, et la validité). L'ordonnancement des messages est effectué sur la base des priorités définies. De plus, comme seconde technique d'ordonnancement, une méthode de recherche Tabou est employée pour planifier les files d'attente de contrôle et de service des canaux de transmission dans un délai raisonnable. A cet effet, le délai et la gigue lors de l'acheminement des messages sont minimisés. Enfin, une stratégie localisée et centralisée qui utilise les ensembles RSU fixés aux intersections pour détecter et contrôler de la congestion est proposée. Cette stratégie regroupe tous les messages transférés entre les véhicules qui se sont arrêtés à une lumière de signalisation en utilisant les algorithmes de Machine Learning. Dans cette stratégie, un algorithme de k-means est utilisé pour regrouper les messages en fonction de leurs caractéristiques (par exemple la taille des messages, la validité des messages, et le type de messages, etc.). Les paramètres de communication, y compris le portée et le taux de transmission, la taille de la fenêtre de contention, et le paramètre AIFS (Arbitration Inter-Frame Spacing) sont déterminés pour chaque grappe de messages en vue de minimiser le délai de livraison. Ensuite, les paramètres de communication déterminés sont envoyés aux véhicules par les RSUs, et les véhicules opèrent en fonction de ces paramètres pour le transfert des messages. Les performances des trois stratégies proposées ont été évaluées en simulant des scénarios dans les autoroutes et la circulation urbaine avec les simulateurs NS2 et SUMO. Des comparaisons ont aussi été faites entre les résultats obtenus à partir des stratégies proposées et les stratégies de contrôle de congestion communément utilisées. Les résultats révèlent qu'avec les stratégies de contrôle de congestion proposées, le débit du réseau augmente et le taux de perte de paquets ainsi que de délai diminuent de manière significative en comparaison aux autres stratégies. Par conséquent, l'application des méthodes proposées aide à améliorer la performance, la sureté et la fiabilité des VANets.