GALLO Laurent

Thesis

Contrôle d'Accès pour Réseaux Véhiculaires Cellulaires Ad-Hoc

Les communications Véhicule-à-Véhicule (V2V) représentent une composante fondamentale pour les applications de sûreté telles que la conduite automatisée. Elles doivent donc respecter des strictes contraintes de fiabilité. Le standard de-facto pour V2V est actuellement 802.11p, qui a été formalisé en Europe par le ETSI (European Telecommunications Standardization Institute) et aux Etats-Unis par le FCC (Federal Communications Commission). 

Au même temps, communication cellulaires comme le LTE (Long Term Evolution) sont aussi en train de s'évoluer, pour pouvoir supporter le V2V. LTE, différemment de 802.11p, gère les communications de façon centralisée, ce que c'est une limitation pour le type de traffic, la topologie du réseau, et les contraintes de sûreté imposée par les communications véhiculaires. Toutefois, les dernières évolutions du standard LTE rendent possibles les communications Device-to-Device (D2D), qui ouvrent à l'utilisation de LTE en coexistence avec 802.11p. De cette façon, on fournis une redondance technologique qui est particulièrement importante pour les systèmes de sûreté. LTE D2D, notamment nommé "Proximity Services" (ProSe), retient une structure centralisée; le mode opérationnel non supervisé par le réseau est maintenant réservé aux utilisateur de sûreté publique.
Finalement, aucune des technologies couramment disponibles a été projetée pour supporter des applications véhiculaires. Le support de V2V à travers de LTE D2D, en particulier, nécessite d'une analyse attentive, car plusieurs questions se posent: comment peut-on transférer le contrôle des transmission de la station de base aux terminaux (véhicules)? Comment est-ce qu'on peut exploiter la structure du canal radio LTE pour des communications broadcast, inter-cellules, et pan-opérateur?

Dans cette thèse, nous montrons que les opérations non-supervisées, maintenant faiblement spécifiées en ProSe, sont essentielles pour V2V. Nous proposons un nouveau mécanisme pour V2V, qui partage le contrôle d'accès en deux phases: la phase de reservation des ressources, et l'ordonnancement distribué, dont seulement la première dépends du réseau. Nous proposons un mécanisme de réservation de ressources semi-statique, périodique, basé sur un groupement de ressources partagé. Ce système permets de organiser le canal en slots, qui permettent de traiter le problème de l'accès au ressources comme un système quasi-TDMA, dans lequel les slots sont  arrangés en temps et en fréquence.  

Nous présentons deux différents approches pour l'accès distribué au canal. Le premier, basé sur les Optical Orthogonal Codes (OOC), accède au canal de façon aléatoire; le deuxième nommé S-TDMA (Self Organizing TDMA), est basé sur la réservation de slots de transmissions, et exploite la connaissance des positions et des slots réservés par les autres véhicules. Leurs performances sont évaluées analytiquement, et comparées avec 802.11p. L'impact de la configuration de canal LTE V2X proposée sur les performances de ce deux protocole est évaluée mathématiquement et par simulation.

Le mécanisme cellulaire V2X que nous proposons permets communications broadcast, entre cellules différentes et opérateurs différents. La structure flexible du canal permet la coexistence avec 802.11p, ce que c'est problématique, à cause de la diversité entre les deux systèmes d'accès au canal. Nous montrons que OOC atteint une probabilité de réception meilleure de 802.11p, et au même ne subi que marginalement  les pertes dues au fait que les slots sont disposés en temps et fréquence, et les terminaux opèrent en modalité half duplex. Toutefois, les performances de OOC dégradent rapidement quand la charge canal croit. STDMA, au contraire, atteint une performance meilleure de 802.11p et plus stable de OOC, mais son mécanisme de réservation des slots est plus sensible aux pertes de paquets due au half duplex, ce qui rend nécessaires des modifications pour l'adapter à la canal LTE V2X proposé.