Adaptive and Opportunistic QoS-based Routing Protocol in VANETs (2015)

Les reseaux vehicules (VANET) permettent d’offrir des solutions efficaces et rentables pour diverses applications telles que celles liees a : la securite routiere, la gestion du trafic routier et les applications multimedia en utilisant les communications sans fil multi-sauts entre les vehicules communicants. Cependant, la mise en place et le maintien de liens multi-sauts fiables dans les environnements VANET posent de reels defis principalement a cause des changements rapides de topologie et des deconnexions frequentes des liens, ce qui conduit a l'echec et l'inefficacite des protocoles de routage ad hoc traditionnels. Cette these propose une nouvelle famille de protocoles de routage (nommes AQRV, AQRV-1 et AQRV-2) adaptes aux caracteristiques intrinseques des reseaux VANET. Bases sur l’estimation de la qualite de service en temps reel des segments de route (a savoir la probabilite de connectivite, le taux de perte de paquets et le delai), ces trois protocoles de routage reposent sur la selection dynamique aux intersections du meilleur prochain segment de route pour un routage de bout-en-bout affichant la meilleure QoS (Quality of Service). Cette propriete de selection opportuniste confere aux protocoles AQRV une bonne adaptation aux scenarios urbains a grande echelle tout en repondant aux contraintes QoS d'un grand nombre d'applications. Afin d'explorer la meilleure route en termes de QoS, la question du routage est vue comme un probleme d'optimisation pour lequel un algorithme base sur l’approche de colonie de fourmis ACO (Ant Colony Optimization) est employe. Par ailleurs, afin de reduire le temps d’exploration des routes et diminuer la charge du trafic de signalisation sur le reseau, une methode opportuniste est proposee pour explorer efficacement le reseau et rechercher les meilleurs chemins disponibles en termes de QoS locale et globale. En outre, en exploitant des informations sur le trafic, telles que la densite vehiculaire, la vitesse des vehicules et de la longueur des segments de routes, des modeles theoriques sont elabores pour estimer la qualite de service en temps reel pour deux scenarios distincts : des segments de routes a 1 et a 2 voies. Ces modeles offrent deux principaux avantages: des estimations precises de la qualite des segments de routes et un gain en charge de trafic de signalisation par rapport a la methode d'estimation traditionnelle reposant sur l’envoi periodique de paquets de signalisation dedies. Par ailleurs, le concept de TI (Terminal Intersection) est introduit pour mutualiser les routes entre intersections et eviter un routage base sur nœuds communicants. Ainsi, les differentes paires de communication partagent les informations les plus a jour sur les meilleures routes, ce qui est benefique a la reduction de la charge de signalisation et au delai d’etablissement des routes. Enfin, pour reduire davantage le trafic de signalisation et diminuer ainsi la congestion du reseau, la technique de transmission a un saut est amelioree, dans le protocole AQRV-2, grâce au concept d'election distribuee du relayeur qui permet d’eviter la decouverte du voisinage par echanges periodiques de paquets Hello. Les performances des protocoles proposes et la pertinence des modeles mathematiques de QoS derives ont ete evaluees par des series de simulations implementant des scenarios realistes. Une analyse approfondie a permis de montrer la meilleure performance des protocoles de routage developpes en termes de signalisation, de delai et de taux de remise de paquets en comparaison aux protocoles de routage de reference. L’etude a egalement montre l’effet des differents parametres protocolaires sur les performances globales.