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Presentation Congrès ATEC 2019

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Modèle d’auto-organisation pour réseaux ad hoc véhiculaires : application à la perception élargie coopérative

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Presentation Congrès ATEC 2019

  1. 1. Modèle d’auto-organisation pour réseaux ad hoc véhiculaires Application à la perception élargie coopérative  Rivoirard Lucas, Martine Wahl, Patrick Sondi
  2. 2. Plan de la présentation2 Introduction aux réseaux ad hoc véhiculaires Proposition d’organisation structurelle : CBL Application à la perception élargie Conclusion et perspectives
  3. 3. Plan de la présentation2 Introduction aux réseaux ad hoc véhiculaires Proposition d’organisation structurelle : CBL Application à la perception élargie Conclusion et perspectives
  4. 4. Introduction aux réseaux ad hoc véhiculaires Connectivité Automatisation Niveau 0 Manuel Niveau 5 Automatisation complète Niveau 0 Véhicule isolé sans communication Niveau 2 Réception de messages Niveau 3 Communication avec le voisinage proche Niveau 4 Réseau véhiculaire Véhicules autonomes Intelligence réside entièrement dans le véhicule Véhicules connectés Véhicules coordonnés Véhicules coopératifs Niveau 1 Assistance à la conduite Exemple : régulateur adaptatif Niveau 2 Automatisation combinée Exemple : régulateur + maintien dans la voie Niveau 3 Automatisation conditionnelle Exemple : conduite en embouteillages Niveau 4 Automatisation limitée Exemple : conduite sur autoroute 3 Niveau 1 Système d’appel d’urgence (eCall)
  5. 5.  Applications des systèmes de transports intelligents  Types d’application Applications des véhicules communicants Confort • Accès à Internet • Informations touristiques Optimisation du trafic routier • Vitesse recommandée • Itinéraire alternatif Sécurité • Perception élargie • Conduite en convoi Source : visibi.de et car-to-car.org 4
  6. 6.  Applications des systèmes de transports intelligents  Types d’application Applications des véhicules communicants Confort • Accès à Internet • Informations touristiques Optimisation du trafic routier • Vitesse recommandée • Itinéraire alternatif Sécurité • Perception élargie • Conduite en convoi Source : visibi.de et car-to-car.org 4
  7. 7.  Applications des systèmes de transports intelligents  Types d’application Applications des véhicules communicants Source : visibi.de et car-to-car.org 4  Les besoins applicatifs :  Débit  Délai de réception  Portée de communication
  8. 8.  Applications des systèmes de transports intelligents  Types d’application Applications des véhicules communicants Temps avant accident Minutes • Sécurité passive Secondes • Sécurité active Accident • Post-accident Source : visibi.de et car-to-car.org 4  Les besoins applicatifs :  Débit  Délai de réception  Portée de communication  Ordonnancement temporel des applications de sécurité Secondes • Sécurité active
  9. 9.  Applications des systèmes de transports intelligents  Types d’application Applications des véhicules communicants Temps avant accident Minutes • Sécurité passive Secondes • Sécurité active Accident • Post-accident Source : visibi.de et car-to-car.org 4  Les besoins applicatifs :  Débit  Délai de réception  Portée de communication  Ordonnancement temporel des applications de sécurité Secondes • Sécurité active
  10. 10. Contraintes des réseaux véhiculaires  Phénomènes physiques inhérents au médium de communication  Atténuation des ondes : portée limitée 5 Zone de portéeSource DPuissance de réception Distance Seuil de réception Portée max
  11. 11. Contraintes des réseaux véhiculaires  Phénomènes physiques inhérents au médium de communication  Atténuation des ondes : portée limitée 5  Contraintes imposées par le contexte routier  Vitesse élevée  Direction de circulation sécante ou opposée  Temps de connexion faible  Mobilité et densité variables  Temporellement  Spatialement
  12. 12. Contraintes des réseaux véhiculaires  Phénomènes physiques inhérents au médium de communication  Atténuation des ondes : portée limitée 5  Passage à l’échelle  Contraintes imposées par le contexte routier  Vitesse élevée  Direction de circulation sécante ou opposée  Temps de connexion faible  Mobilité et densité variables  Temporellement  Spatialement
  13. 13. Le routage dans les réseaux ad hoc véhiculaires Un protocole de routage définit une routine à exécuter dans le but d’acheminer des données de bout en bout au sein d'un réseau, en utilisant le système d'adressage de la couche réseau. Stratégies de routage 6 Recherche de route Réactive Proactive Hybride Topologie Plate Hiérarchique Modes de communication Unicast Broadcast Multicast  Décomposition en plusieurs phases : Zone de portée Source Destinataire Source : electronics Lab
  14. 14. Plan de la présentation7 Introduction aux réseaux ad hoc véhiculaires Proposition d’organisation structurelle : CBL Application à la perception élargie Conclusion et perspectives
  15. 15. CBL : Chain Branch-Leaf 8  A bord des véhicules :  Une carte de communication sans fil  Technologie 802.11p  Un système de positionnement  Position  Vitesse  Angle de braquage  Architecture V2V  Fonctionnement décentralisé  Sans service global de localisation  Envoi périodique de messages de découverte du voisinage (HELLO)  Connaissance locale du réseau à deux sauts  Formation d’une structure hiérarchique
  16. 16. CBL : Chain Branch-Leaf 8 Envoi des messages HELLO de découverte du voisinage Envoi des messages applicatifs CBL
  17. 17. CBL : Chain Branch-Leaf 8  Noeud feuille : nœud membre d’un groupe qui établit un lien avec un nœud branche Envoi des messages HELLO de découverte du voisinage Envoi des messages applicatifs Élection d’un premier noeud branche CBL
  18. 18. CBL : Chain Branch-Leaf 8  Noeud feuille : nœud membre d’un groupe qui établit un lien avec un nœud branche Envoi des messages HELLO de découverte du voisinage Envoi des messages applicatifs Élection d’un premier noeud branche  Noeud branche : responsable d’un groupe de nœuds, élu par les autres noeuds. Retransmission des messages Construire et maintenir la chaîne CBL
  19. 19.  Une chaîne est un réseau fédérateur virtuel composé d’une séquence de nœuds branche. Les chaînes offrent aux nœuds branche du réseau de communication des chemins pour transmettre les messages applicatifs sur des longues distances. CBL : Chain Branch-Leaf 8
  20. 20. Plan de la présentation9 Introduction aux réseaux ad hoc véhiculaires Proposition d’organisation structurelle : CBL Application à la perception élargie Conclusion et perspectives
  21. 21. Application de perception élargie 10  Objectif : construire une carte locale dynamique Source : Pollard, Evangeline, and Denis Gingras. "Improved low cost GPS localization by using communicative vehicles." 12th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision, ICARCV. 2012.
  22. 22. Application de perception élargie 10  Objectif : construire une carte locale dynamique  Objets mobiles : 24 octets  Ojets statiques : 18 octets Taille (octets) Statique Mobile Position 4 ✓ ✓ Date 8 ✓ ✓ Type 2 ✗ ✓ Vitesse 2 ✗ ✓ Accéleration 2 ✗ ✓ Taille 6 ✓ ✓ Total (octects) 18 24  Besoins applicatifs Source : Nader Chaabouni, Abdelhakim Senhaji Had, Jihene Rezgui, and Soumaya Cherkaoui. Setting up an extended perception in a vehicular network environment : A proof of concept. In Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2016 IEEE, pages 1{7.
  23. 23. Application de perception élargie 10  Objectif : construire une carte locale dynamique  Objets mobiles : 24 octets  Ojets statiques : 18 octets  Besoins applicatifs  Adaptation à CBL :  Les nœuds feuille transmettent leur carte locale à leur nœud branche associé  Les nœuds branche fusionnent les informations reçues et les retransmettent à leurs nœuds feuille et au nœud branche amont et aval
  24. 24. Simulation de CBL 11  OPNET Riverbed Modeler v17  Module WIRELESS  Modèle nœud 802.11p  Affectation automatique de trajectoire Deux outils de simulation des réseaux de communication  Matlab version R2012b  Simplification des communications  Analyse de la structure formée par CBL
  25. 25. Simulation de CBL 11 Nœud mobile
  26. 26. Simulation de CBL 11  Modèle de propagation des ondes  Espace libre  Puissance de transmission : 0,005 W  Seuil de réception : -95 dBm  Portée de 500 m Physique LiaisondedonnéesNorme IEEE 802.11p Modèle de propagation Nœud mobile  IEEE 802.11p  Bande de fréquence 5,9 GHz  Bande passante 12 Mbits/s
  27. 27. Simulation de CBL 11  Modèle de propagation des ondes  Espace libre  Puissance de transmission : 0,005 W  Seuil de réception : -95 dBm  Portée de 500 m Physique LiaisondedonnéesNorme IEEE 802.11p Modèle de propagation Nœud mobile  IEEE 802.11p  Bande de fréquence 5,9 GHz  Bande passante 12 Mbits/s CBL Réseau
  28. 28. Simulation de CBL 11  Modèle de propagation des ondes  Espace libre  Puissance de transmission : 0,005 W  Seuil de réception : -95 dBm  Portée de 500 m Physique LiaisondedonnéesNorme IEEE 802.11p Modèle de propagation Nœud mobile  IEEE 802.11p  Bande de fréquence 5,9 GHz  Bande passante 12 Mbits/s CBL Transport ApplicationPerceptionélargie Réseau
  29. 29. Simulation de CBL 11  Modèle de propagation des ondes  Espace libre  Puissance de transmission : 0,005 W  Seuil de réception : -95 dBm  Portée de 500 m Physique Liaisondedonnées Réseau Modèle de mobilité Norme IEEE 802.11p Modèle de propagation CBL  IEEE 802.11p  Bande de fréquence 5,9 GHz  Bande passante 12 Mbits/s  Modèle de mobilité  Réseaux 10 km de l’autoroute A27 Nœud mobile Transport ApplicationPerceptionélargie  Données réelles
  30. 30. Simulation de CBL 11  Modèle de propagation des ondes  Espace libre  Puissance de transmission : 0,005 W  Seuil de réception : -95 dBm  Portée de 500 m Physique Liaisondedonnées Réseau Modèle de mobilité Norme IEEE 802.11p Modèle de propagation CBL  IEEE 802.11p  Bande de fréquence 5,9 GHz  Bande passante 12 Mbits/s  Modèle de mobilité  Réseaux 10 km de l’autoroute A27 Nœud mobile Transport ApplicationPerceptionélargie  Données réelles
  31. 31. Résultats des simulations 12  Variation de l’intervalle d’envoi :  De 50 ms à 500 ms (2 Hz à 20 Hz) Délai IP  Synchronisation parfaite à 175 ms
  32. 32. Résultats des simulations 12  Variation de l’intervalle d’envoi :  De 50 ms à 500 ms (2 Hz à 20 Hz)  Taux de paquets reçus à 90 % pour un intervalle d’envoi de 175 ms Délai IP Taux de paquets reçus  Synchronisation parfaite à 175 ms
  33. 33. Plan de la présentation13 Introduction aux réseaux ad hoc véhiculaires Proposition d’organisation structurelle : CBL Application à la perception élargie Conclusion et perspectives
  34. 34. Conclusion et perspectives 14  Modélisation d’une application coopérative de perception élargie exploitant les services de communication offerts par CBL  Le réseau VANET supporte la charge du trafic applicatif  Obtention des délais et taux de pertes selon un compromis voulu entre fréquence de messages applicatifs et performances attendues
  35. 35. Conclusion et perspectives 14  Créer une version hybride (H-CBL) prenant en compte l’infrastructure si elle existe pour associer l’architecture V2V et V2I
  36. 36. 36 Merci de votre attention Lucas RIVOIRARD lucas.rivoirard@cerema.fr 05-56-70-66-12 CEREMA / DTerSO / DTISPV / TITANE

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