Stratégie d'adaptation de liens sur canaux radios dynamiques pour les communications entre véhicules (Optimisation de la qualité de service)

Cette thèse traite de l'optimisation des communications dans les réseaux véhiculaires à l'aide d'une plate-forme de simulation réaliste. Un environnement réaliste implique des modèles de mobilité adaptés aux véhicules ainsi que des modèles de couche physique détaillés (modèles decanaux et chaîne de transmission numérique). Notre travail a d'abord consisté à concevoir une plate-forme de simulation réaliste dédiée aux VANETs (Vehicular Ad hoc NETworks). Cette plate-forme a été complétée par un modèle de propagation semi-déterministe que nous avons conçu. L'avantage de ce modèle, appelé UMCRT, est d'avoir un réalisme équivalent à un modèle déterministe tout en réduisant significativement le temps de calcul. Ce modèle a été validé par comparaison avec unsimulateur déterministe à tracé de rayons.Nous avons ensuite utilisé cette plate-forme pour évaluer des protocoles de routage.L'efficacité de ces différents protocoles ad hoc testés en conditions réalistes nous a permis defocaliser notre étude sur les protocoles réactifs. De cette évaluation, nous avons retenu AODV (Ad hoc On demand Distance Vector) auquel nous avons notamment appliqué une métrique cross layer pour pallier la baisse de performance induite par le réalisme. Nous avons ensuite utilisé une technique de tuning appliquée à des protocoles réactifs. Finalement, nous avons évalué différentes couches physiques, SISO (Simple Input Simple Output) et MIMO (Multiple Imput Multiple Output). Ces travaux montrent que seules des améliorations combinées à différents niveaux (physique et réseau) permettraient d'apporter une amélioration significative des performances.This thesis deals with the optimization of communications in vehicular networks by using arealistic simulation platform. A realistic environment implies the usage of mobility modelsadapted to vehicles and also highly detailed physical models (channel models and digital transmission chain). The first part of our work has consisted in the design of a realistic simulation platformdedicated to VANETs (Vehicular Ad hoc NETworks). This platform has been completed by a semi-deterministic propagation model which we have designed. This model called UM-CRThas the advantage to have the same level of realism than a deterministic model while requiringmuch less computation time. This model has been validated by comparison with a deterministicray tracing simulator. We then have used this platform to evaluate routing protocols. The efficiency of different adhoc routing protocols in realistic conditions has led us to focus our study on the family of reactive protocols. From this evaluation we have selected AODV (Ad hoc On demand Distance Vector) to which we have applied a cross-layer metric in order to reduce the performance degradation caused by the realistic environment. We then have used a tuning technique with reactive protocols. Finally, we have evaluated several SISO and MIMO physical layers. This work shows that only improvements combined at different levels (physicaland network) can yield a significant increase in performance.POITIERS-SCD-Bib. électronique (861949901) / SudocSudocFranceF

Agrégation et extraction des connaissances dans les réseaux inter-véhicules

Les travaux réalisés dans cette thèse traitent de la gestion des données dans les réseaux inter-véhiculaires (VANETs). Ces derniers sont constitués d un ensemble d objets mobiles qui communiquent entre eux à l aide de réseaux sans fil de type IEEE 802.11, Bluetooth, ou Ultra Wide Band (UWB). Avec de tels mécanismes de communication, un véhicule peut recevoir des informations de ses voisins proches ou d autres plus distants, grâce aux techniques de multi-sauts qui exploitent dans ce cas des objets intermédiaires comme relais. De nombreuses informations peuvent être échangées dans le contexte des VANETs , notamment pour alerter les conducteurs lorsqu un événement survient (accident, freinage d urgence, véhicule quittant une place de stationnement et souhaitant en informer les autres, etc.). Au fur et à mesure de leurs déplacements, les véhicules sont ensuite contaminés par les informations transmises par d autres. Dans ce travail, nous voulons exploiter les données de manière sensiblement différente par rapport aux travaux existants. Ces derniers visent en effet à utiliser les données échangées pour produire des alertes aux conducteurs. Une fois ces données utilisées, elles deviennent obsolètes et sont détruites. Dans ce travail, nous cherchons à générer dynamiquement à partir des données collectées par les véhicules au cours de leur trajet, un résumé (ou agrégat) qui fourni des informations aux conducteurs, y compris lorsqu aucun véhicule communicant ne se trouve pas à proximité. Pour ce faire, nous proposons tout d abord une structure d agrégation spatio-temporelle permettant à un véhicule de résumer l ensemble des événements observés. Ensuite, nous définissons un protocole d échange des résumés entre véhicules sans l intermédiaire d une infrastructure, permettant à un véhicule d améliorer sa base de connaissances locale par échange avec ses voisins. Enfin, nous définissons nos stratégies d exploitation de résumé afin d aider le conducteur dans la prise de décision. Nous avons validé l ensemble de nos propositions en utilisant le simulateur VESPA en l étendant pour prendre en compte la notion de résumés. Les résultats de simulation montrent que notre approche permet effectivement d aider les conducteurs à prendre de bonnes décisions, sans avoir besoin de recourir à une infrastructure centralisatriceThe works in this thesis focus on data management in inter-vehicular networks (VANETs). These networks consist of a set of moving objects that communicate with wireless networks IEEE 802.11, Bluetooth, or Ultra Wide Band (UWB). With such communication mechanisms, a vehicle may receive information from its close neighbors or other more remote, thanks to multi-jump techniques that operate in this case intermediate objects as relays. A lot of information can be exchanged in the context of VANETs , especially to alert drivers when an event occurs (accident, emergency braking, vehicle leaving a parking place and want to inform others, etc.). In their move vehicles are then contaminated by the information provided by others. In this work, we use the data substantially different from the existing work. These are, in fact, use the data exchanged to produce alerts drivers. Once these data are used, they become obsolete and are destroyed. In this work, we seek to generate dynamically from data collected by vehicles in their path, a summary (or aggregate) which provides information to drivers, including when no communicating vehicle is nearby. To do this, we first propose a spatio-temporal aggregation structure enabling a vehicle to summarize all the observed events. Next, we define a protocol for exchanging summaries between vehicles without the mediation of an infrastructure, allowing a vehicle to improve its local knowledge base by exchange with its neighbors. Finally, we define our operating strategies of the summary to assist the driver in making decision. We validated all of our proposals using the VESPA simulator by extending it to take into account the concept of summaries. Simulation results show that our approach can effectively help drivers make good decisions without the need to use a centralized infrastructureEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

BMP : un protocole de communication basé sur la distance entre les objets de l'Internet des objets

La quatrième révolution technologique est en marche et stimule des avancées majeures dans les domaines de l’intelligence artificielle et de l’Internet des objets. Cette thèse s’intéresse aux communications entre les objets intelligents. Une revue de la littérature scientifique sur le sujet permet de constater que les protocoles créés pour ces communications s’appuient sur les méthodes de fonctionnement établies à l’époque de la communication entre postes informatiques fixes. Cette thèse propose un nouveau protocole de communication abandonnant ces idées pour plutôt s’appuyer sur la notion de position des objets. Le protocole se nomme BMP, pour Bounded Message Protocol. Les caractéristiques principales du protocole sont que tous les messages sont envoyés en mode diffusion et que la propagation s’arrête lorsqu’une distance du point d’émission est atteinte. Les messages de ce protocole présentent aussi une durée de vie au bout de laquelle chaque message doit être détruit. Ce protocole est conçu pour être léger avec un en-tête minimal à son fonctionnement. Deux implémentations sont réalisées. Une première est en C++ et est utilisée sur des microcontrôleurs de type Arduino. L’expérience réalisée avec cette implémentation permet de valider le bon fonctionnement des mécanismes de contrôle de BMP. Une deuxième implémentation est en Java et est utilisée sur des tablettes et téléphones Android. L’implémentation est utilisée pour un scénario imitant la vie réelle dans un appartement intelligent et confirme que BMP fonctionne dans ce type d’environnement. Parallèlement à BMP, cette thèse présente IPADL (pour Indoor Positioning for Activities of Daily Living), une méthode de positionnement d’objets devant permettre l’usage de BMP à l’intérieur des bâtiments. IPADL utilise des arbres de décision pour convertir un vecteur de puissances de signal issues d’antennes RFID en une position approximative. La méthode est améliorée par l’addition de mesures statistiques sur les puissances

Délestage de données en D2D : de la modélisation à la mise en oeuvre

Mobile data traffic is expected to reach 24.3 exabytes by 2019. Accommodating this growth in a traditional way would require major investments in the radio access network. In this thesis, we turn our attention to an unconventional solution: mobile data offloading through device-to-device (D2D) communications. Our first contribution is DROiD, an offloading strategy that exploits the availability of the cellular infrastructure as a feedback channel. DROiD adapts the injection strategy to the pace of the dissemination, resulting at the same time reactive and relatively simple, allowing to save a relevant amount of data traffic even in the case of tight delivery delay constraints.Then, we shift the focus to the gains that D2D communications could bring if coupled with multicast wireless networks. We demonstrate that by employing a wise balance of multicast and D2D communications we can improve both the spectral efficiency and the load in cellular networks. In order to let the network adapt to current conditions, we devise a learning strategy based on the multi-armed bandit algorithm to identify the best mix of multicast and D2D communications. Finally, we investigate the cost models for operators wanting to reward users who cooperate in D2D offloading. We propose separating the notion of seeders (users that carry content but do not distribute it) and forwarders (users that are tasked to distribute content). With the aid of the analytic framework based on Pontryagin's Maximum Principle, we develop an optimal offloading strategy. Results provide us with an insight on the interactions between seeders, forwarders, and the evolution of data dissemination.Le trafic mobile global atteindra 24,3 exa-octets en 2019. Accueillir cette croissance dans les réseaux d’accès radio devient un véritable casse-tête. Nous porterons donc toute notre attention sur l'une des solutions à ce problème : le délestage (offloading) grâce à des communications de dispositif à dispositif (D2D). Notre première contribution est DROiD, une stratégie qui exploite la disponibilité de l'infrastructure cellulaire comme un canal de retour afin de suivre l'évolution de la diffusion d’un contenu. DROiD s’adapte au rythme de la diffusion, permettant d'économiser une quantité élevée de données cellulaires, même dans le cas de contraintes de réception très serrées. Ensuite, nous mettons l'accent sur les gains que les communications D2D pourraient apporter si elles étaient couplées avec les transmissions multicast. Par l’utilisation équilibrée d'un mix de multicast, et de communications D2D, nous pouvons améliorer, à la fois, l'efficacité spectrale ainsi que la charge du réseau. Afin de permettre l’adaptation aux conditions réelles, nous élaborons une stratégie d'apprentissage basée sur l'algorithme dit ‘’bandit manchot’’ pour identifier la meilleure combinaison de communications multicast et D2D. Enfin, nous mettrons en avant des modèles de coûts pour les opérateurs, désireux de récompenser les utilisateurs qui coopèrent dans le délestage D2D. Nous proposons, pour cela, de séparer la notion de seeders (utilisateurs qui transportent contenu, mais ne le distribuent pas) et de forwarders (utilisateurs qui sont chargés de distribuer le contenu). Avec l'aide d’un outil analytique basée sur le principe maximal de Pontryagin, nous développons une stratégie optimale de délestage

Applications et services DTN pour flotte collaborative de drones

Les travaux présentés dans cette thèse effectuée au LaBRI portent sur la mise en place d une flotte de drones et le portage sur celle-ci d applications collaboratives distribuées utilisant des communications asynchrones non sûres. Ces applications sont formalisées grâce au modèle de réétiquetage de graphes Asynchronous Dynamicity Aware Graph Relabeling System (ADAGRS) que nous proposons. Au delà des contributions théoriques, ces travaux ont débouché sur la mise en place du démonstrateur CARUS dans lequel cinq drones se partagent la surveillance d'une grille de 15 points d incidents potentiels (au sol).Lorsqu un drone détecte un incident, il s'en rapproche pour le traiter. Le reste de la flotte doit alors prendre en charge les points que ce drone ne traite plus.Les réorganisations nécessaires de la flotte se font en totale autonomie vis-à-vis du sol et sous hypothèse de perte éventuelle de drones et de messages.The work presented in this thesis, carried out at LaBRI, deals with the set up of a fleet of UAVs and the porting on it of distributed collaborative applications that use unsafe asynchronous communications. These applications are modeled with Asynchronous Dynamicity Aware Graph Relabeling System (ADAGRS), the formal model based on graph relabellings that we propose.Beyond the theoretical contributions, this work led to the development of the CARUS demonstrator in which five UAVs share the supervision of a grid of 15 points of potential ground incidents.When a UAV detects an incident, it comes close to it in order to deal with it. The rest of the fleet must then take care of the points that this UAV no longer visits.The necessary reorganizations of the fleet are done in total autonomy with respect to the ground and under the hypothesis of possible loss of UAVs and messages.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Développement d’une nouvelle approche d’essais pour l’évaluation de systèmes avancés d'assistance et d'aide à la conduite (ADAS) dans les véhicules intelligents ou hautement automatisés sous de multiples conditions

Les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) doivent passer des tests intensifs avant d’être mis en production, mais les tests avec des véhicules réels prennent beaucoup de temps, sont coûteux, difficiles à reproduire et présentent des risques. Des essais avec des véhicules réels seront toujours nécessaires à l’avenir, mais ne seront pas suffisants pour répondre à la totalité des exigences de fiabilité et de sécurité. Pour démontrer les performances attendues d’un système ADAS dans un véhicule intelligent ou autonome, les méthodes d’évaluation doivent inclure des simulations, des essais sur piste et des essais sur route [25]. Les véhicules intelligents et autonomes continueront à rendre la conduite plus facile et plus sécuritaire. Néanmoins, la question ultime reste à savoir quelle est l'approche d'évaluation optimale à proposer, qui aura la capacité de valider le comportement et les performances attendues des systèmes embarqués dans des véhicules intelligents et autonomes pendant tous les stades: développement, démonstration et déploiement. À notre connaissance, la plupart des études / propositions qui tentent de combiner plusieurs approches (2 ou 3) sont appliquées pendant le stade de développement. Cette thèse présente une nouvelle approche d'évaluation des systèmes avancés d’aide à la conduite dans un véhicule intelligent ou hautement automatisé conduit par une entité externe pendant la phase de déploiement. Cette approche permet à la fois d'identifier un ensemble de pires scénarios pour une application ADAS donnée et de combiner les trois approches d’évaluation mentionnées précédemment. Pour ce faire, cette étude propose plusieurs solutions qui sont regroupées en trois parties. La première « Synthèse de scénarios, stratégie d’échantillonnage et simulations » comprend une description du système ADAS à évaluer et de ses différents critères d'évaluation, propose une synthèse des scénarios de tests les plus pertinents avec les paramètres de fonctionnement de chaque scénario. Ensuite, nous traitons la base de données FOT en implémentant une stratégie d'échantillonnage appropriée et à la fin de cette partie, des tests virtuels sont mis en oeuvre dans un environnement de simulation véhiculaire. La deuxième partie « Évaluation et classification des risques » se concentre sur la collecte des résultats de simulation, puis sur l’évaluation et la classification du risque de chaque test, ce qui nous permet ensuite de récupérer les niveaux de risques et d’avoir une estimation approximative de l’ensemble de scénarios défavorables. La troisième partie « Validation » traite les résultats des essais sur piste de l’ADAS étudié et des différentes techniques d'apprentissage automatique et ensembliste utilisées pour créer son modèle prédictif. Ensuite, le traitement de la base de données FOT et l’implémentation d’une stratégie d'échantillonnage plus avancée et à la fin la collecte des résultats de prédiction, puis sur l’évaluation de risque de chaque test et sur sa classification à l’aide d’une technique de classification non supervisée, ce qui nous permet de construire et sélectionner finalement un ensemble des pires scénarios