Véhicules connectés contributions à la communication véhicule-réseau mobile et la localisation coopérative

Véhicules connectés, ou « connected vehicles », est un nouveau paradigme des systèmes de transport intelligents (STI) qui vise à améliorer la sécurité et l'efficacité du trafic routier en utilisant les communications sans fil. Les communications des véhicules connectés (ou, V2X) englobent les communications sans fil entre véhicules et infrastructures (V2I), entre véhicule et véhicule (V2V), et entre les véhicules et les dispositifs sans fil (V2D). Considéré comme la norme de facto pour les communications V2X, le DSRC/WAVE est le principal standard de communication sans fil spécifiquement conçu pour les communications véhiculaires. L'efficacité du DSRC/WAVE pour les communications V2V et V2I a été prouvée par de nombreuses études et bancs d'essai dans le monde réel. En ce qui concerne la communication V2V, le passage au stade de déploiement à grande échelle est prévu à l'horizon 2020. En ce qui a trait à la communication V2I, bien que le déploiement d'une infrastructure DSRC (RSU) soit critique pour plusieurs applications STI, il n'y a toujours pas de plan pour son déploiement à grande échelle, essentiellement en raison de la nécessité d'investissements publics considérables. Avec les progrès réalisés au niveau des dernières versions du réseau mobile 4G LTE-A, les réseaux mobiles émergent comme l'une des principales technologies pour les communications V2I. En effet, le réseau mobile LTE-A permet aujourd'hui un plus grand débit (100Mb/s - 1Gb/s) avec relativement un faible délai (10ms) grâce à une évolution au niveau de l'architecture du réseau et l'introduction de nouvelles technologies telles que la densification du réseau à l'aide de petites cellules, relais (fixes et mobiles), la connectivité double (Dual Connectivity, DC), l'agrégation de porteuses (Carrier Aggregation, CA), etc.; des évolutions qui ouvrent la voie vers la 5G à l'horizon 2020 avec la promesse d'un débit encore plus élevé (10Gb/s) et d'un plus faible délai (1ms), ce qui renforce ainsi la tendance pour une future intégration véhicule et réseau mobile. Afin d'atteindre une plus grande efficacité spectrale, les petites cellules sont largement adoptées par les opérateurs de réseaux mobiles, dans les réseaux dits hétérogènes (HetNets), comme une solution clé pour désengorger le trafic au niveau des macrocellules et améliorer la capacité et la couverture du réseau d'accès. Cependant, bien que l'utilisation des petites cellules soit une solution intéressante pour les communications V2I, étant donné leur faible portée, cela provoque des relèves fréquentes qui mènent à une surcharge élevée de signalisation vers le réseau cœur. De plus, étant donné que les petites cellules sont généralement connectées au réseau cœur via une connexion Internet, celle-ci devient le goulot d'étranglement pour la relève et le transfert de données. D'où l'importance de compléter un maximum de relève localement. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'intégration véhicule infrastructure. L'objectif général est de proposer une architecture pour véhicule connecté basée sur la localisation coopérative, la communication V2I et la gestion de relève pour une meilleure intégration VANET – réseau mobile. Cette thèse fait état de trois principales contributions. 1. La première contribution concerne la proposition d'algorithmes de localisation coopérative, basés sur une approche ensembliste, qui permettent d'améliorer la précision de localisation. Le premier algorithme appelé (CLES) est un algorithme générique pour la localisation coopérative basée sur une approche ensembliste. Le deuxième algorithme, appelé (CLEF), est une application de l'algorithme CLES à la localisation par approche des signatures. De plus, nous caractérisons leur précision en évaluant la réduction du diamètre maximal et l'aire du polygone en fonction de différents paramètres tels que le nombre de polygones, la configuration géométrique, la proximité du nœud par rapport à la frontière de son polygone, et l'incertitude sur les mesures de distances. 2. La deuxième contribution porte sur la sélection des passerelles mobiles pour connecter efficacement les véhicules aux petites cellules du réseau mobile. Nous formulons le problème de sélection des passerelles mobiles sous forme d'un problème de programmation linéaire binaire multi-objectif (MO-BIP). Ensuite, nous évaluons l'efficacité de l'algorithme au niveau du temps de calcul pour différents degrés de connectivité et un nombre variable de véhicules. 3. La troisième contribution concerne la gestion de la relève dans les petites cellules du réseau mobile (LTE-A) afin de supporter efficacement les communications des véhicules connectés et réduire la surcharge de signalisation vers le réseau cœur. Pour ce faire, nous proposons un nouveau schéma basé sur le transfert local de trafic en utilisant les liens X2 et les nœuds d'ancrage. Trois procédures sont proposées, à savoir: 1) intra-domaine, 2) inter-domaines, 3) et K-sauts inter-domaines. Ensuite, en utilisant un modèle analytique, nous évaluons l'efficacité du schéma proposé.