Modeling and enhancement of wireless access and mesh infrastructure vehicular networks
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Abstract EN:
A major technological breakthrough to improve road safety and traffic efficiency will be cooperative communications for transports systems. Through the use of wireless communications, cooperative systems will allow the dynamic exchange of messages between transportation system such as vehicle-to-vehicle (V21) and velicle-to-infrastructure (V21) communications. Cooperative vehicular systems are composed by Road Side Units (RSUs) and On Board Units (OBUs). OBUs provide network connectivity to the users and are inside their cars whereas the RSUs are fixed and deployed equipment on the public roads. The RSUs can be connected to each other and to the Internet using Wireless Mesh Network backbone. We call “service level / access of the vehicular network” the network composed by the RSUs and the OBUs and we call “backbone level / infrastructure of the vehicular network” the network connecting the RSUs to the Internet. In this thesis, we develop several contributions to improve the vehicular network performances at both service level and backbone level. For the service level, 802. 11p defines a control frequency channel for control and most critical data packets and one or several service frequency channels for less critical packets. As a first step, we propose an analytical model for the 802. 11p operations in the control frequency. It captures all suggested enhancements important for exchanging data packets generated by road safety applications. The model is a simple tool that is able to reproduce expected results. This is an important step toward the improvement of vehicular networks performances. The model is then combined with optimization criteria for optimal placement of roadside units. For the backbone level, we conduct a rich study to identify what are the significant factors and mechanisms that have the most important impact on the WMNs backbone performances. We concluded that investigating on channel allocation and routing is the best answer to that issue. After that, we focused and classified the most interesting work are those proposing a common-layer design between MAC layer and network layer and are the mostly concerning a centralized manner. However, in a wireless environment, presenting centralized approach is not too realistic. Our contributions in this area concern the development of two interesting approaches to solve the addressed problem in distributed fashion.
Abstract FR:
Une percée technologique majeure pour améliorer la sécurité routière et l’efficacité du trafic sera la coopération des communications pour les systèmes de transport. Grâce à l’utilisation des communications sans fil, les systèmes coopératifs permettront l’échange dynamique de messages entre les systèmes de transport tels que la communication véhicule à véhicule (V21) et véhicule à infrastructure (V21). Ces systèmes coopératifs sont composés par des unités placées au bord de la route (RSUs) et des unités embarquées (OBUs). Les OBUs fournissent la connectivité réseau aux utilisateurs et sont dans leurs voitures alors que les RSUs sont fixes et déployées sur la voie publique. Les RSUs peuvent être connectées les unes aux autres et à Internet en utilisant les réseaux maillés (Mesh networks). Nous appelons « niveau de service / accès du réseau véhiculaire » la partie du réseau composée par les RSUs et les OBUs et nous appelons « niveau épine dorsale (backbone) » la partie du réseau reliant les RSUs à Internet. Dans cette thèse, nous développons plusieurs contributions pour améliorer les performances du réseau véhiculaire, tant au niveau de service qu’au niveau backbone. 802. 11p définit un canal de fréquence de contrôle pour le contrôle et les paquets de données les plus critiques et un ou plusieurs canaux de fréquence de service pour les paquets moins critiques. Dans un premier temps, nous proposons un modèle analytique pour les opérations de la 802. 11p dans la fréquence de contrôle. Ce modèle inclut toutes les améliorations suggérées pour l’échange de paquets de données générées par les applications de sécurité routière. Le modèle est un outil simple qui est capable de reproduire les résultats escomptés. C’est une étape importante vers les performances réseaux véhiculaires. Le modèle est ensuite combiné avec des critères d’optimisation pour un positionnement optimal des RSUs. Pour le niveau Backbone, nous menons une étude riche afin d’identifier les facteurs importants et les mécanismes qui ont l’impact le plus important sur les performances du backbone du WMNs. Nous avons conclu que l’attribution de canaux et le routage sont la meilleure réponse à cette question. Après cela, nous nous sommes concentrés et nous avons classé les approches les plus importantes pour l’attribution des canaux et le routage. En conclusion, nous pouvons dire que les travaux les plus intéressants sont ceux qui proposent une conception en couche commune entre la couche MAC et la couche réseau et sont pour la plupart abordée de manière centralisée. Toutefois, dans un environnement sans fil, présenter une approche centralisée n’est pas trop réaliste. Nos contributions dans ce domaine concernent le développement de deux approches intéressantes pour résoudre le problème de manière distribuée.