3. Classification des protocoles de routage dans les réseaux VANET

Promotion : 2013 2014

Rpublique Algrienne Dmocratique Et Populaire

Ministre de lEnseignement Suprieur et de Recherche Scientifique

Universit Kasdi Merbah-Ouargla

Facult des Nouvelles Technologies de lInformation et de la Communication

Dpartement d'Informatique et Technologie de l'information

Mmoire Master Acadmique

Domaine : Informatique et Technologie de l'Information

Filire : Informatique

Spcialit : Informatique Industrielle

Prsent par : Ayoub Benchabana et Ramla Bensaci

Thme

Soutenu publiquement

Le : 12/06/2014

Devant le jury :

Prsident Meriem Korichi Matre-assistant, UKM Ouargla

Examinateur Oussama Zerdoumi Matre-assistant, UKM Ouargla

Halima Benhbereche Matre-assistant, UKM Ouargla

Rapporteur Dr. Ahmed korichi Matre de confrences, UKM Ouargla

REMERCIEMENTS

Nous remercions dabord la grce du dieu, pour nous avoir guids et

clairer sur la bonne voie du savoir pour continuer ce travail et atteindre les

objectifs traces.

Nous exprimons nos remerciements particulirement et les plus sincres

notre encadreur Docteur Ahmed Korichi de nous avoir encadr pour

raliser ce travail par ses prcieux conseils et de nous avoir donn le meilleur

de son savoir et aide.

Nous remercions vivement Meriem Korichi ,Oussama Zerdoumi et

Halima Benhbereche ; Matre-assistant UKM Ouargla ,d'avoir acceptons de

faire partie de nos jury de thse.

Nous remercions profondment tous ceux qui faire de son mieux de

prs ou de loin dans llaboration de ce travail, spcialement Mr. A.hakim

Herrouz.

Nous ne pouvons pas sans remercier mon parent et ma famille. Pour

moi, Ramla jexprime ici ma reconnaissance pour mon mari Ayoub davoir ce

tenir et bon courage se travail.

Pour moi Ayoub jexprime ma reconnaissance ma mre et que mon

pouse trouvent ici ma reconnaissance.

Ramla et Ayoub

Table de matire

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page I

Table des matires

Rsum ....................................................................................................................................... V

Abstract ..................................................................................................................................... VI

Introduction gnrale............................................................................................................... VII

Chapitre n1 : Vue densemble des rseaux vhiculaire ............................................................ 9

I. Introduction ................................................................................................................................. 1

1. Les rseaux Ad Hoc et MANET .................................................................................................... 2

1.1 Dfinitions ........................................................................................................................ 2

1.2 Caractristiques des rseaux Ad Hoc ............................................................................... 3

2. Les rseaux ad hoc vhiculaires .................................................................................................. 6

2.1 Les applications ................................................................................................................ 7

2.2 Les Projets de recherche des VANETs ............................................................................. 8

2.3 Les projets en cours ....................................................................................................... 10

2.4 Les Caractristiques ....................................................................................................... 12

2.5 Travaux de standardisation et de normalisation ........................................................... 13

2.6 Architecteur de communication .................................................................................... 14

2.7 Les dfis .......................................................................................................................... 16

II. Conclusion ................................................................................................................................. 18

Chapitre n2 : Protocole de Routage dans les VANETs ............................................................ 19

I. Introduction ............................................................................................................................... 20

1. Routage dans ad hoc ................................................................................................................. 21

2. Routage dans les VANETs .......................................................................................................... 22

3. Classification des protocoles de routage dans les rseaux VANET ........................................... 22

3.1 Les protocoles de routage bass sur la topologie .......................................................... 23

3.2 Les protocoles de routage bass sur la gographique ................................................... 29

II. Conclusion ................................................................................................................................. 34

Chapitre n3 : Simulation et VANET ......................................................................................... 35

I. Introduction ............................................................................................................................... 36

1. La simulation ............................................................................................................................. 37

2. Simulation des MANET .............................................................................................................. 37

2.1 Modlisation des couches protocolaires ....................................................................... 37

2.2 Modlisation du comportement .................................................................................... 38

Table de matire

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page II

3. Simulation des VANET ............................................................................................................... 39

3.1 Simulation de la mobilit dans les VANET...................................................................... 39

3.2 Simulation de la propagation radio dans les environnements vhiculaires .................. 43

4. Vue densemble les simulateurs de VANET ............................................................................... 44

4.1 Comparaison entre les simulateurs : .............................................................................. 47

II. Conclusion ................................................................................................................................. 49

Chapitre n4 : Exprimentation ................................................................................................ 50

I. Introduction ............................................................................................................................... 51

1. Le sujet et Le but ....................................................................................................................... 52

2. Implmentation ......................................................................................................................... 52

2.1 Environnement de travail: .............................................................................................. 52

3. Prparation de lEnvironnement dImplmentation : ............................................................... 56

4. Simulation des nouveaux protocoles dans VEINS ..................................................................... 57

4.1 Lenvironnement et le paramtre de simulation ........................................................... 57

4.1 Rsultats des simulations dun nud de protocole....................................................... 59

II. Conclusion ................................................................................................................................. 65

Conclusion gnrale .................................................................................................................. IX

Perspective ................................................................................................................................. X

Bibliographie ............................................................................................................................. XI

Webographie .......................................................................................................................... XVII

.................................................................................................................................. XVIII Annexe

.......................................................................... XVIII Annexe 1 : Technologies De La Communication

.................................................................................................... XVIII Annexe 2 : Protocole de routage

....................................... XVIII Annexe 3 : Framework pour ralistes modles de mobilit vhiculaires

Glossaire ............................................................................................................................... XXXII

Liste des figures

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page III

Liste des figures

Figure 1 : Un exemple de rseau Ad hoc [Br, 2014]............................................................................... 5

Figure 2 : Un exemple des rseaux VANETS ........................................................................................... 6

Figure 3 : Dynamique autour des rseaux de vhicules [Hannes, 2008] ................................................ 9

Figure 4 : Les modes de communication dans les VANETs [Zhuo et al, 2009] ...................................... 15

Figure 5 : Les protocoles de routage dans les rseaux VANETs....................................................... 32

Figure 6 : Dcomposition plus dtaille des modles de mobilit [Ait Ali, 2012] ................................ 40

Figure 8 : Interface dOMNET++. ........................................................................................................... 54

Figure 9 : Architecteur de Veins . .......................................................................................................... 55

Figure 10 : Environnement de simulation. ............................................................................................ 57

Figure 11 : Rsultat de simulation de mobilit dun nud. .................................................................. 59

Figure 12 : rsultat de simulation de NIC MAC dun nud. .................................................................. 59

Figure 13 : La reprsentation des couleurs dans les diagrammes. ....................................................... 60

Figure 14 : Diagramme de protocole AODV. ......................................................................................... 60

Figure 15 : Diagramme de protocole DSDV. .......................................................................................... 60

Figure 16 : Diagramme de protocole DSR. ............................................................................................ 61

Figure 17 : Diagramme de protocole OLSR. .......................................................................................... 61

Figure 18 : Diagramme de protocole GPSR. .......................................................................................... 61


Figure 20: Diagramme de protocole DSDV. ........................................................................................... 61


Figure 22: Diagramme de protocole OLSR. ........................................................................................... 62

Figure 23: Diagramme de protocole GPSR. ........................................................................................... 62


Figure 25: Diagramme de protocole DSDV. ........................................................................................... 63


Figure 27: Diagramme de protocole OLSR. ........................................................................................... 63

Figure 28 : Diagramme de protocole GPSR. .......................................................................................... 63

Figure 29 : Ensemble de technologies .................................................................................................. XIX

Figure 30 : Composants de la technologie WAVE ............................................................................... XXII

Figure 31 : La propagation du paquet ................................................................................................. XXV

Figure 32 : Le chemin pris par la requte RREP .................................................................................. XXVI

Liste des tableaux

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page IV

Liste des tableaux

Tableau 1 : Comparaison entre protocoles proactifs et protocoles ractifs. .................................. 28

Tableau 2 : Grille danalyse ................................................................................................................... 33

Tableau 3 : Comparaison entre les simulateurs .................................................................................... 48

Tableau 4 : Configuration de l'ordinateur de dveloppement. ............................................................. 52

Tableau 5 : Scnarios de mouvement utiliss. ...................................................................................... 58

Tableau 6 : Tableau rcapitulatif des technologies ............................................................................ XXIII

Tableau 7 : Caractristiques des premiers modles de mobilit pour vhicules ................................ XXX

Tableau 8 : Comparaison des contraintes de mouvement des modles de mobilit pour rseaux

vhiculaires ......................................................................................................................................... XXXI

Tableau 9 : Comparaison des gnrateurs de trafic des modles de mobilit pour rseaux vhiculaires

............................................................................................................................................................ XXXI

Rsum

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page V

Rsum

Dans notre monde contemporain, les rseaux des voitures jouent un rle

significatif. Cest un domaine trs intressant pour toutes les socits de recherche et

d'industrie. En effet, l'objectif de ces systmes de transport intelligents est d'amliorer la

scurit et la sret des passagers et de fournir de nombreux services et facilits aux

usagers routiers.

Ces systmes reposent sur des protocoles qui assurent l'change d'informations et la

communication entre les vhicules puisqu'il est vident que l'amlioration de la

communication entre les vhicules revient la dtermination de l'efficacit de ces

protocoles. Notre but dans mmoire tait d'analyser ces protocoles de routage (par exemple

GPSR, OLSR, DSR, AODV et DSDV) dans VANETs, et ce, pouvoir dterminer le

protocole le plus adquat pour garantir la meilleure efficacit pour ce rseau.

Tout d'abord, nous avons tudi les diffrents types de protocoles de routage et

leurs facteurs de performance dans ces rseaux afin de dterminer le meilleur protocole

pour ce type de rseaux.

Par ailleurs, nous avons simul ces protocoles dans un micro modle d'une ville.

L'objectif de notre recherche est d'valuer les rsultats des protocoles de routage (GPSR,

OLSR, DSR, AODV et DSDV) appliqus dans les rseaux d'un environnement (Urbain) en

utilisant Omnet++ et SOMU. Pour dterminer le meilleur protocole en termes de qualit,

efficacit et adquation d'un tel environnement.

Mots cls : VANET, Protocole de Routage, OMNET++, SOMU, Simulation,

environnement urbain.

Abstract

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page VI

Abstract

Title: Analysis of Routing Protocols in VANETs

Nowadays, vehicle communication represents an interesting field for both research and

industry communities. Indeed, these systems can be used to improve road safety and provide

many other services to road users. Therefore, vehicular communications applications have

been undertaken by several consortium and research projects.

However, to optimize the communication between vehicles, it is indispensable to

define a routing protocol for each application of vehicular networks .Our objective was to

Analysis of Routing Protocols (e.g. GPSR, OLSR, DSR, AODV and DSDV) in VANETs, in

order to define the most suitable and effective protocol.

First, we studied the different kinds of routing protocol and the entire performance

factor in vehicular networks for a better understanding of these types of networks.

The second step of our work was analyzing the performances of the protocols via

simulation using Omnet++ and SOMU in an urban environment to determine the best

protocol in terms of quality, efficiency and appropriateness of such an environment

Keywords: VANET, Routing Protocol, OMNET++, SOMU, Simulation, urban

environment.

Chapitre nI Introduction gnral

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page VII

Introduction gnrale

Depuis la dmocratisation de laccs Internet, Ce dernier a volu trs rapidement.

Ses objectifs attendus lont fait propager jusqu' ce qu'elle devienne un rseau mondial liant

les diffrentes socits, universits et centres de recherche. Actuellement avec l'mergence du

WWW (World Wide Web) - qui a permis l'change d'informations entre les rseaux locaux

travers le monde - et avec le dveloppement de la technologie moderne des

tlcommunications, les chercheurs ont commenc voir la ncessit de dveloppement des

rseaux sans fil afin de ne pas restreindre l'utilisateur dInternet une borne fixe dans le

rseau. Cela tait rendu possible grce lexploitation de la technologie du radio moderne

[Caterina, 2008].

Avec l'mergence de ce rseau, nous sommes devenus capable de rendre ces lments

libres de mouvement. Cest ce que l'on appelle dans le jargon de rseau le MANET

(Mobile ad hoc networks) o chaque lment est capable de se dplacer dans n'importe quelle

direction et de modifier ses liens frquemment. Chacun de ces lments (nuds) dans ce

rseau gre son trafic de transmission sa manire avec ses propres proprits, c..d. il joue

lui-mme un rle de routeur.

Le dfi situ dans le MANET est la faon de tlcharger les informations appropries

et ncessaires pour pouvoir assurer la transmission correcte et systmatique de trafic.

C'est ici que nous obtenons notre domaine de recherche le VANET, cest une mini

partie de MANET.

En 1990, l'Organisation de transports intelligents (STI) a intgr la technologie de

l'information de la connectivit sans fil aux infrastructures de transport et de vhicules pour

amliorer le systme de transportation et sa scurit et pour rsoudre ses problmes de

circulation.

La VANET utilise les voitures comme un nud ou un routeur permettant ces

dernires de communiquer les unes avec les autres et de profiter de cette technologie.

Chapitre nI Introduction gnral

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page VIII

Cette tude sinscrit dans le cadre dun projet de fin tude (PFE) pour lobtention dun

diplme de master en Informatique Industrielle. En gnral les PFEs ont deux objectifs : le

premier est pdagogique visant initier ltudiant dans la recherche scientifique. Le second

est un objectif propre cette tude dans laquelle nous allons essayer danalyser les protocoles

de routage par les techniques de modlisation et simulation.

Lapplication des techniques de simulation dans le domaine des rseaux VANETs a

pour but lidentification des caractristiques, des performances et des mutations des

protocoles de routage dans les VANETs.

Dans le domaine de la simulation, il est communment reconnu que pour pouvoir

utiliser correctement et intelligemment des mthodes de ce domaine, il faut disposer de

connaissances plus ou moins solides dans des domaines varis (Probabilits et Statistiques,

Modlisation, Programmation, etc.) [korichi, 2009].

Malheureusement, de part la nature distribue de l'environnement et la topologie

complexe des rseaux vhiculaires, une mise en uvre relle peut tre difficile aussi bien sur

le plan conomique que logistique. Pour contourner ce problme, la simulation est le moyen

le plus largement utilis. En effet, il est plus facile et moins cher, par le biais de la simulation,

de concevoir, d'analyser et d'valuer les performances de toute solution. Un paramtrage

appropri permet de reproduire les diffrents scnarios de l'environnement et d'analyser leur

impact sur les protocoles et applications dvelopps [Ait Ali, 2012] .

Chapitre n1 Vue densemble des rseaux vhiculaire

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANET Page 1

I. Introduction

Les rseaux VANET ne sont quune application des rseaux Ad hoc mobiles

(MANET). Les rseaux vhiculaires sont une projection des systmes de transports

intelligents (Intelligent transportation Systems - ITS). Leur objectif principal est d'amliorer la

scurit routire par l'utilisation de la technologie des communications et de l'mergence de

dispositifs sans fil faible cot. Pour la mise en place dun tel rseau, certains quipements

lectroniques doivent tre installs au sein de vhicules tels que les dispositifs de perception

de lenvironnement (radars, camras), un systme de localisation GPS, et bien sr une

plateforme de traitement.

Dans ce chapitre, nous prsentons d'abord la mise en rseau VANET, et diffrents

types de services de ces rseaux ainsi que les supports de communication. Enfin, nous

dcrivons les diffrentes caractristiques, les contraintes et les dfis pour les concepteurs ainsi

quune description dtaille pour type de protocole rseau.



1. Les rseaux Ad Hoc et MANET

1.1 Dfinitions

1.1.1 Les rseaux Ad Hoc

Les rseaux ad hoc Les rseaux ad hoc (en latin : qui va vers ce vers quoi il doit aller

, c'est--dire form dans un but prcis ), sont des rseaux sans-fil capables de sorganiser

spontanment et de manire autonome dans l'environnement dans lequel ils sont dploys

sans infrastructure dfinie pralablement, crs la demande pour rpondre un besoin

spcifique. La tche de la gestion du rseau est repartie sur lensemble dentits

communicantes par liaison sans-fil, ces entits sont souvent appeles nuds [Burgod,

2009].

Le groupe MANET de lIETF fournit une dfinition plus prcise en introduction de la

[Corson et al, 1999]: Un rseau ad hoc comprend des plates-formes mobiles (par exemple,

un routeur interconnectant diffrents htes et quipements sans fil) appeles nuds qui sont

libres de se dplacer sans contrainte. Un rseau ad hoc est donc un systme autonome de

nuds mobiles. Ce systme peut fonctionner dune manire isole ou sinterfacer des

rseaux fixes au travers de passerelles. Dans ce dernier cas, un rseau ad hoc est un rseau

dextrmit. Il nen reste pas moins que la terminologie rseau ad hoc est relativement

peu explicite. Cest sans doute la raison pour laquelle la communaut scientifique la remplace

parfois par celle de rseau spontan , traduction de spontaneous network .

1.1.2 Les rseaux MANET

Le rseau mobile ad hoc, appel gnralement MANET (Mobile Ad hoc NETwork)

est un systme autonome se compose d'un nud mobiles dynamiques interconnects par des

liens sans fil sans l'utilisation de l'infrastructure fixe et sans gestion centralise1 [Corson et al,

1999] . Les nuds sont libres de se dplacer de faon alatoire et, par consquent, peuvent

changer la structure du rseau rapidement et de manire imprvisible.

1 http://tools.ietf.org/html/rfc2501



Mobilit : La mobilit des nuds constitue lvidence une caractristique trs

spcifique des rseaux ad hoc. Cette mobilit est intrinsque au fonctionnement du rseau.

Elle se distingue de la nomadicit (mobilit des seuls nuds terminaux) ou de litinrance

(quipements statiques mais pouvant tre dplacs). Dans un rseau ad hoc, la topologie du

rseau peut changer rapidement, de faon alatoire et non prdictible et les techniques de

routage des rseaux classiques, bases sur des routes prtablies, ne peuvent plus fonctionner

correctement [Corson et al, 1999] .

1.2 Caractristiques des rseaux Ad Hoc

A partir de cette dfinition gnrale [Meraihi, 2011], il est intressant de mettre en

avant les caractristiques principales qui diffrencient un rseau ad.

Les rseaux mobiles Ad Hoc prsentent plusieurs caractristiques, savoir :

1.2.1 Absence dinfrastructure

Les nuds dun rseau Ad Hoc travaillent dans un environnement pair pair

totalement distribu, ce qui leur permet de se dplacer librement. Ces nuds agissent en tant

que routeurs pour relayer des communications ou gnrer leurs propres donns.

1.2.2 Routage par relais

Dans un rseau Ad hoc, un terminal peut communiquer directement avec les terminaux

sa porte (ses voisins). Lorsquune machine veut communiquer avec une autre se trouvant

hors de sa porte, chaque nud actif du rseau sert de routeur pour ses voisins.

1.2.3 Topologie dynamique

Une particularit trs importante qui distingue les rseaux mobiles Ad Hoc des rseaux

filaires est la mobilit de ses nuds. Les nuds sont libres de se dplacer arbitrairement, des

routes peuvent se crer et disparatre trs souvent, ce qui provoque des changements frquents

dans la topologie du rseau. Ces modifications doivent tre prises en compte par le protocole

de routage. Cette caractristique rend la topologie de ce type du rseau sans fil trs

dynamique.



1.2.4 Lhtrognit des nuds

Un nud mobile peut tre quip dune ou plusieurs interfaces radio ayant des

capacits de transmission varies et oprant dans des plages de frquences diffrentes.

Cette htrognit de capacit peut engendrer des liens asymtriques dans le rseau.

De plus, les nuds peuvent avoir des diffrences en terme de capacit de traitement (CPU,

mmoire), de logiciel, de taille (petit, grand) et de mobilit (lent, rapide). Dans ce cas, une

adaptation dynamique des protocoles savre ncessaire pour supporter de telles situations.

1.2.5 La taille des rseaux ad hoc

Elle est souvent de petite ou moyenne taille (une centaine de nuds) ; le rseau est

utilis pour tendre temporairement un rseau filaire, comme pour une confrence ou des

situations o le dploiement du rseau fixe ne sont pas appropri. Cependant, certains

applications des rseaux ad hoc peuvent ncessiter une utilisation allant jusqu des dizaines

de milliers de nuds.

1.2.6 Multi-sauts

Les rseaux Ad Hoc utilisent souvent des sauts multiples pour viter les obstacles,

minimiser la consommation dnergie ou pour joindre un nud qui nest pas dans la porte de

communication de lmetteur.



Figure 1 : Un exemple de rseau Ad hoc [Br, 2014].



2. Les rseaux ad hoc vhiculaires

Les rseaux vhiculaires aussi appels VANETS (Vehicular Ad-hoc Network)

constituent une sous-classe des MANETS, sont une projection des systmes de transports

intelligents (Intelligent transportation Systems - ITS), raliss par la runion d'opportunits de

plusieurs vhicules mobiles sans infrastructure prexistante pour communiquer [Ahizoune,

2011].

Les vhicules communiquent les uns avec les autres par l'intermdiaire de la

communication de V2V aussi bien qu'avec les quipements de la route par l'intermdiaire de

la communication de V2I. Lobjectif est que les rseaux VANETs contribueront

llaboration de routes plus sres et plus efficaces l'avenir en fournissant des informations

opportunes aux conducteurs et aux autorits intresses. Un exemple de rseau VANET

urbain est illustr dans la figure2.

Figure 2 : Un exemple des rseaux VANETS [Ken, 2014].



2.1 Les applications

Il existe de nombreuses applications pour les rseaux vhicules proposs [Khaleda et

all, 2009]. Et peuvent tre classs en trois catgories gnrales.

2.1.1 Application dans la scurit routire

Les applications de scurit qui visent amliorer la scurit des passagers sur les

routes en avisant les vhicules de toute situation dangereuse. Ces applications se basent en

gnral sur une diffusion, priodique ou non, de messages informatifs permettant aux

conducteurs d'avoir une connaissance de l'tat de la route et des vhicules voisins.

A titre dexemple, alerter un conducteur en cas daccidents permet davertir les

vhicules qui se dirigent vers le lieu de laccident que les conditions de circulations se

trouvent modifies et quil est ncessaire de redoubler de vigilance. Les messages dalertes et

de scurit doivent tre de taille rduite pour tre transmis le plus rapidement possible et

doivent tre mis des priodes rgulires. La scurit des plus importantes applications.

2.1.2 Les applications de gestion de trafic

Les applications de gestion de trafic sont axes sur l'amlioration des conditions de

circulation dans le but de rduire les embouteillages et les risques d'accidents. Elles consistent

fournir aux conducteurs des informations leur permettant d'adapter leur parcours la

situation du trafic routier. Ces applications visent quilibrer la circulation des vhicules sur

les routes pour une utilisation efficace de la capacit des routes et des carrefours et rduire

par consquent les pertes humaines, la dure des voyages et la consommation d'nergie.etc.



2.1.3 Les applications de confort ou de divertissement

les applications de confort ou de divertissement dont l'objectif est de rendre les

voyages plus agrables en permettant aux passagers de communiquer soit avec d'autres

vhicules ou avec des stations fixes comme laccs internet, la messagerie, le chat inter

vhicule, etc. Les passagers dans la voiture peuvent jouer en rseaux, tlcharger des fichiers

MP3, envoyer des cartes des amis, etc.

2.2 Les Projets de recherche des VANETs

A suscit de nombreuses applications impliquant des rseaux vhicules dans les

diffrentes institutions et organisations gouvernementales et de la normalisation, des

entreprises ou des centres de recherche. Partout dans le monde et comme le montre la figure

il existe de nombreux projets nationales / internationales qui leur sont ddis. Nous pouvons

citer :

Le consortium VSC (Vehicle Safety Consortium, US)2 [Vehicle, 2014] CAMP

(Collision Avoidance metrics Partnership, US)3 [Collision, 2014], C2C-CC (Car-2-Car

Communication Consortium, Europe)4 [Car-to-car , 2014], ASV Program (Advanced Safety

Vehicle, Japon)5 [Advanced, 2014], beaucoup d'efforts de standardisation comme nous le

verrons plus bas et des exprimentations relles telles que faites par le programme VII

(Vehicle Infrastructure Integration, US)6 [Vehicle , 2014].

2 http://www.car-tocar

3 http://www.its.dot.gov/cicas/cicas_current_act.htm

4 http://www.car-to-car.org

5 http://www.itslectures.ae.keio.ac.jp/2001/2001_eb_45.htm

6http://www.its.dot.gov/vii/



Figure 3 : Dynamique autour des rseaux de vhicules [Hannes, 2008]



2.3 Les projets en cours

Plusieurs centres de recherche, de standardisation et dveloppement vise avancer

dans le domaine des vhicules.

Nous vous proposons quelques-uns des grands projets qui traitent des communications

vhiculaires en Europe et partout dans le monde

PReVENT : le projet intgre europen PReVENT [Car-to-car, 2014], a pour

objectif de dvelopper, tester et valuer les demandes relatives la scurit en utilisant des

capteurs avancs et de systmes de communication intgrs. Ces systmes analysent la nature

et l'importance de tout danger potentiel, tout en tenant compte de la situation du conducteur.

SafeSpot est un projet intgr de recherche co-financ par [SafeSpot, 2014]

les technologies de la socit d'information entre les initiatives de la Commission europenne

6e programme-cadre.

SAFESPOT cre une dynamique de rseaux de collaboration o des vhicules de

communication et l'infrastructure routire pour l'change d'informations qui ont t recueillies

bord et sur le ct de la route pour promouvoir la sensibilisation des conducteurs de

l'environnement du vhicule.

WATCH-OVER a commenc en Janvier 2006, un projet co-financ par les

technologies de la socit information la Commission europenne l'objectif stratgique des

systmes lectroniques de scurit pour le transport routier cooprative.[WATCH-OVER,

2014] L'objectif est de concevoir et dvelopper un systme de coopration pour la prvention

des accidents impliquant des usagers de la route risque dans les zones urbaines et extrieur

des zones urbaines.



Le concept innovant est reprsent par une plateforme embarque et un module

utilisateur. Le systme repose sur la communication faible distance et les capteurs de vision

CVIS : le projet CVIS (Cooperative. Vehicle-Infrastructure Systems)

"systmes coopratifs pour les vhicules, les infrastructures" vise concevoir

[http://www.cvisproject.org/], et dvelopper et tester de nouvelles technologies ncessaires

pour permettre aux vhicules de communiquer entre eux et avec l'infrastructure sur le ct de

la route proximit.

GST : (Global System for Telematics ) [Global, 2014] Projet intgr financ

par l'Union europenne et la cration d'une architecture ouverte et d'information standardise

vhicules de services.

Le but est de crer un environnement dans lequel les services d'information innovants

peuvent tre labors et excuts de manire rentable, et donc d'augmenter la plage de

services d'information conomique disponible pour les fabricants et les consommateurs.

NoW est un projet de recherche soutenu par le Ministre fdral allemand de

l'ducation et de la Recherche scientifique.

Les principaux objectifs en vue de rsoudre les problmes techniques cls sur les

protocoles de communication et de scurit des donnes pour la communication de voitures -2

- vhicules et fournir les rsultats des activits de normalisation des vhicules -2 - vhicules

de l'Union des tlcommunications, qui est une initiative des plus grands fabricants et

fournisseurs europens de vhicules.

SeVeCom (Secure Vehicular Communication) est un projet financ par l'Union

europenne, qui se concentre sur la fourniture de la dfinition et de la mise en uvre des

besoins de scurit des vhicules de communication compltement [Secure, 2014].

SeVeCom vision est que les moyens de communication l'avenir, et les infrastructures

pour les communications entre les vhicules et sera dploy grande chelle afin d'obtenir la

promesse d'amliorer la scurit routire et l'optimisation de la circulation routire.



2.4 Les Caractristiques

Dans [Ait Ali, 2012] la prsente section, nous vous proposons les lments cls qui

distinguent les rseaux vhicules :

Forte mobilit : c'est le premier facteur qui distingue les rseaux vhiculaires

des autres classes de rseaux sans fil. La vitesse des vhicules varie selon l'environnent, elle

est en moyenne de 50km/h en zones urbaines et peut atteindre 130km/h sur autoroute. Bien

que les mouvements des vhicules soient relativement prdictibles, l'impact de la mobilit sur

la connectivit du rseau reste l'une des difficults majeures des rseaux vhiculaires.

Caractristiques inhrentes au canal radio : dans les rseaux sans fil

traditionnels, les changes de donnes s'effectuent gnralement dans des espaces ouverts

sans obstacle ou dans des espaces clos en intrieur. Les communications dans les rseaux

vhiculaires se font en environnement externe dfavorable pour l'tablissement des liens radio

en raison de la multitude d'obstacles (forts, montagnes, btiments . . .) notamment en zones

urbaines.

Ces obstacles causent une svre dgradation de la qualit et de la puissance des

signauxmis.

Connectivit intermittente : une consquence directe de la forte mobilit et

des obstacles de l'environnement est une connectivit intermittente. Un lien tabli entre deux

entits du rseau peut rapidement disparaitre en raison soit de la mobilit qui loigne les deux

entits communicantes, soit des obstacles qui empchent la propagation du signal.

Diversit de la densit : la densit des nouds dans un rseau vhiculaire n'est

pas uniforme mais variation spatio-temporelle. La densit en milieu urbain est par exemple

beaucoup plus leve qu'en milieu rural. Le nombre de vhicules dans une intersection ou

dans un embouteillage est plus important que sur des routes extra-urbaines o le trafic est

souvent fluide. D'un point de vue temporel, la densit est par exemple diffrente selon qu'on

considre la nuit ou la journe, les heures de pointe ou les heures creuses. Cette diversit de la

densit rend difficile la conception de solutions gnriques tant donn que les problmes

rencontrs forte densit sont diffrents de ceux causs par la faible densit.



Partitionnement du rseau : le problme du partitionnement du rseau

survient essentiellement lorsque la densit des nouds est faible. Les vhicules se dplacent

alors en groupes isols non connects. Il devient dans ce cas difficile d'assurer les

communications de bout-en-bout.

Broadcast storm: le problme du broadcast storm an t considr depuis

longtemps dans les rseaux MANET et diverses solutions ont t proposes [Ni et al, 1999].

Ce problme se pose en particulier dans les protocoles de routage qui inondent le rseau avec

les paquets de contrle la recherche de routes. Les retransmissions successives des paquets

causent de srieuses redondances qui saturent le rseau. Dans le cas des rseaux vhiculaires,

le problme du broadcast storm se pose galement au niveau application. En effet, les

principaux services proposs pour les rseaux vhiculaires sont des services de scurit qui se

basent presque exclusivement sur les retransmissions de proche en proche des donnes. De

plus, le problme du broadcast storm est aggrav dans les rseaux forte densit notamment

dans des scnarios tels les embouteillages et les files d'attente aux intersections.

2.5 Travaux de standardisation et de normalisation

2.5.1 Dedicated Short Range Communications

Les premiers standards dfinis pour les communications sans fil dans les STI utilisent

la bande de frquence de 915MHz essentiellement pour assurer des services tels que, le page

lectronique, l'accrditation et la surveillance des oprations des vhicules commerciaux [Ait

Ali, 2012].

Cette bande de frquence tant trop troite et pollue pour supporter l'volution

envisage pour les applications dans les rseaux vhiculaires, l'ITSA a sollicit la FCC

(Federal Communications Commission) pour l'allocation d'une bande passante de 75MHz

dans la gamme de frquences 5,850-5,925GHz pour les communications courte porte

ddies aux STI aux USA. Cette demande a t accorde par la FCC en 1999 et a donn

naissance la technologie DSRC.



2.5.2 La norme IEEE 802.11p

La norme IEEE 802.11p [IEEE802.11p, 2006] [Ait Ali, 2012] est un amendement du

standard IEEE802.11 que le groupe de travail IEEE (TGP : Task Group p) a commenc

dvelopper en 2004 pour l'accs sans l dans les systmes de transport intelligents. Il dfinit les

spcifications des couches MAC et PHY dans le cadre des rseaux vhiculaires.

2.5.3 Wireless Access in Vehicular Environments

L'IEEE a dvelopp une architecture connue sous le nom de WAVE (Wireless Access

in Vehicular Environments), pour fournir l'accs sans fil dans les environnements vhiculaires

[TGp, 2006] [Ait Ali, 2012]. Deux modes de communication sont possibles dans l'architecture

WAVE, vhicule--vhicule et vhicule--infrastructure. Les vhicules communiquent via un

dispositif install leur bord dit, OBU (On Board Unit)

2.6 Architecteur de communication

Dans les rseaux de vhicules, on peut distinguer trois modes de communication, les

communications Vhicule--Vhicule (V2V), les communications Vhicule--Infrastructure

(V2I) et hybride.

Dans cette section, nous prsentons le principe de chaque mode :

2.6.1 Mode de communication Vhicule--Vhicule (V2V)

Ce mode de communication fonctionne suivant une architecture dcentralise, et

reprsente un cas particulier des rseaux ad hoc mobiles, Il est bas sur la simple

communication inter-vhicules ne ncessitant pas une infrastructure. En effet, un vhicule

peut communiquer directement avec un autre vhicule sil se situe dans sa zone radio, ou bien

par le biais dun protocole multi-sauts qui se charge de transmettre les messages de bout en

bout en utilisant les nuds voisins qui les sparent comme des relais. Dans ce mode, les

supports de communication utiliss sont caractriss par une petite latence et un grand dbit

de transmission [Santa et al, 2008] [Xu et al, 2003]. Les communications V2V sont trs

efficaces pour le transfert des informations concernant les services lis la scurit routire,

mais elles ne garantissent pas une connectivit permanente entre les vhicules.



2.6.2 Communications de Vhicule Infrastructure (V2I)

Ce mode de communication permet une meilleure utilisation des ressources partages

et dmultiplie les services fournis (par exemple : accs Internet, change de donnes de

voiture--domicile, communications de voiture--garage de rparation pour le diagnostique

distant, ...etc.) grce des points d'accs RSU (Road Side Units) dploys aux bords des

routes; ce mode est inadquat pour les applications lies la scurit routire car les rseaux

infrastructure ne sont pas performants quant aux dlais dacheminement [Jerbi, 2008].

Figure 4 : Les modes de communication dans les VANETs [Zhuo et al, 2009].



2.6.3 Communications hybrides

La combinaison de ces deux types de communications permet d'obtenir une

communication hybride trs intressante. En effet, les portes des infrastructures tant

limites, l'utilisation de vhicules comme relais permet d'tendre cette distance. Dans un but

conomique et en vitant de multiplier les bornes chaque coin de rue, l'utilisation de sauts

par vhicules intermdiaires prend toute son importance.

2.7 Les dfis

Des caractristiques des rseaux vhiculaires dcoulent plusieurs dfis que l'on peut

rsumer en ces points :

Qualit de service : la demande en qualit de service dpend des applications

supportes. La principale contrainte des applications de scurit est la latence. La validit des

informations tant limite dans le temps, les messages doivent parvenir destination dans des

dlais courts pour tre considrs comme pertinents. Dans le cas des applications de gestion

de trafic, il s'agit essentiellement de la dfinition d'algorithmes d'agrgation des donnes qui

permettent d'inclure autant d'informations de trafic que possible dans les paquets diffuss

[Toor et al, 2008]. Pour les applications de confort tel le transfert de fichiers ou le

tlchargement le besoin est une connectivit permanente.

Canal radio fiable : le rle des mcanismes de gestion du canal radio est

d'offrir des transmissions fiables et robustes et un partage quitable du mdium de

communication.

Pour atteindre cet objectif dans le cas des rseaux vhiculaires, il est ncessaire de

dfinir des mthodes qui permettent de faire face aux deux problmes majeurs des

transmissions qui sont, les interfrences inter-symboles dues la propagation des ondes par

trajets multiples et l'effet Doppler caus par le mouvement des vhicules.



Routage : les protocoles de routage sont utiliss en communications ad hoc. Ils

permettent de dterminer la suite des nouds que les paquets doivent traverser pour un

change d'information entre entits distantes. Les problmes auxquels doivent rpondre les

protocoles de routage sont la connectivit intermittente qui rend les routes dj tablies

obsoltes et le partitionnement du rseau qui empche la propagation des paquets.

Adressage gographique et geocasting : le routage geocast [Maihfer , 2004]

est un mcanisme similaire au multicasting dans lequel les destinataires sont identifis par des

contraintes gographiques. Il est utilis par les applications diffusant des donnes qui ne sont

utiles que pour les vhicules se trouvant dans une zone gographique spcifique. Par exemple,

l'information sur un accident n'est pertinente que pour les vhicules qui se dirigent vers le lieu

de l'accident. La diffusion des paquets vers tout autre vhicule cause une surcharge inutile du

rseau. La complexit dans le geocasting rside dans la dtermination de la zone

gographique et la dfinition d'un mcanisme de relayage efficace qui rduit la surcharge du

rseau et qui soit adapt toutes les densits [Khaleda et all, 2009].

Scurit : les exigences en scurit doivent tre prises en compte aussi bien

dans la conception architecturale du rseau que dans la conception des protocoles de

communication. Elles diffrent en fonction des applications et comprennent principalement la

confidentialit, l'authentification, la cohrence et l'intgrit des donnes et la disponibilit.

La satisfaction de ces exigences dans des systmes aussi dynamiques et mobiles que

les rseaux vhiculaires est difficile mais particulirement importante tant donn que des

vies humaines sont concernes.

Normalisation vis--vis de la flexibilit : il est videmment ncessaire

d'uniformiser les communications afin de permettre aux vhicules conus par diffrents

fabricants de pouvoir collaborer. Cependant, en raison des enjeux commerciaux, il est

probable que les constructeurs voudront crer une certaine diffrenciation des standards.



II. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons montr que la communication avec chacun des

composants V2I et modes V2V nous permettent d'amliorer la scurit routire par des

messages changs entre les vhicules. Toutes ces applications ncessitent des concepteurs en

tenant compte de l'importance de l'change d'informations entre les vhicules. Une des

contraintes des rseaux MANET et VANET est le problme dacheminement des donnes

entres les nuds mobiles du rseau.

Dans le chapitre suivant, nous prsenterons le routage dans les rseaux VANET, le

types et la classification des protocoles de routage, ainsi que des dtails sur les protocoles

spcifiques et sur leur fonctionnement, etc. Ensuite nous prsenterons et nous analyserons les

diffrentes propositions existantes.

Chapitre n2 : Protocole de routage dans les VANETs

Analyse des protocoles de routage dans les rseaux VANE Page 20

I. Introduction

Le routage dans les rseaux VANET est un problme trs difficile qui pose des dfis

pour de nombreux chercheurs. Alors pour que les vhicules puissent communiquer entre eux,

nous devons dfinir le protocole de routage. En fait, quand les terminaux ne sont pas une

porte de transmission radio directe, le routage est exig pour tablir la communication entre

les vhicules

Dans ce chapitre, nous prsentons la problmatique du routage dans les rseaux de

vhicules et dcrivons les diffrentes solutions pour le routage dans VANET et nous illustrons

les problmes lis ces protocoles. Dans la section suivante, nous discutons les diverses

applications/services de communications inter-vhicules exiges par notre solution de routage

pour conclure ce chapitre.



1. Routage dans ad hoc

Les rseaux ad hoc se caractrisent par une absence d'infrastructure et de gestion

centralise. Dans ce type de rseaux, chaque lment peut bien videmment mettre et

recevoir des messages, mais assure galement un rle de relais de l'information afin que les

messages circulent dans le rseau de proche en proche. Chaque nud du rseau doit donc

possder des capacits de routage, c'est le routage dit ad hoc. Grce ce routage, la porte

radio d'un nud peut tre virtuellement tendue en utilisant ses voisins comme relais de

l'information.

Le principal dfi des rseaux ad hoc est la conception de protocoles de routage la

fois robustes (tolrants aux pannes, adaptatifs la mobilit des nuds) et permettant le

passage lchelle. Cette proprit permet au protocole de conserver des performances

raisonnables lorsque la taille du rseau ou le nombre de nuds augmente : limite de lover-

head gnr, dlai dacheminement, longueur des chemins, rupture des chemins [Florent et

all, 2009].

Le routage est en quelque sorte le mcanisme cl des rseaux ad hoc. C'est grce au

mcanisme de routage que les stations formant le rseau vont pouvoir communiquer, mme si

elles ne sont pas porte directe de communication. Il est donc trs important d'avoir un

protocole de routage efficace si on veut pouvoir tirer parti du potentiel des rseaux ad hoc

[Hauspie, 2005] .



2. Routage dans les VANETs

Le routage joue un rle trs important dans les VANET puisque tous les services

supports, unicast ou multicast, se basent sur des communications multi-saut pour

l'acheminement des donnes. Les transferts de fichiers et les jeux. Les communications

multicast sont utilises dans les applications de scurit et de gestion de trafic telles que

l'avertissement de collision et le platooning. Pour raliser les changes, les protocoles de

routage utilisent des informations locales, sur le voisinage immdiat, ou globales, concernant

tout le rseau, an de dterminer les nouds relais qui participent l'acheminement des donnes

communications unicast sont gnralement utilises dans les applications de confort telles que

le [Ait Ali, 2012].

3. Classification des protocoles de routage dans les

rseaux VANET

Les rseaux vhiculaires ont comme caractristique principale une forte mobilit qui

entrane une topologie trs dynamique. Cette caractristique fait que les protocoles de routage

traditionnels des MANETS sont pour la plupart in adapte aux VANETS. En effet, dans les

VANETS, la vitesse peut tre beaucoup plus leve que les MANETS dans certains

environnements de communication comme les autoroutes. Dans [Amadou, 2011] [Qabajeh,

2009] Diffrentes solutions pour le routage dans les rseaux VANET ont t proposes, nous

distinguons deux classes de protocoles de routage: les protocoles bass sur la Unicast

(topologie) qui sont diviss en protocoles proactifs, ractifs et hybrides et les protocoles bass

sur la localisation (gographique) qui utilisent la position physique des nuds mobiles pour

configurer le routage.



3.1 Les protocoles de routage bass sur la topologie

3.1.1 Les protocoles ractifs

Les protocoles ractifs adoptent des algorithmes classiques tels que le routage par

vecteur de distance. Les routes sont tablies uniquement sur demande et seules les routes en

cours dutilisation sont maintenues. Dans ce cas, un dlai supplmentaire est ncessaire au

dbut de chaque session pour la recherche du chemin .Lorsquun nud veut envoyer des

paquets, une tape de dcouverte de route est initie par la diffusion dun message de

recherche de route. Tout nud qui reoit ce message et qui ne dispose pas dinformations

propos de la destination diffuse son tour le message. Ce mcanisme est appel mcanisme

dinondation [Amadou, 2011].

a. Le protocole AODV

Le protocole de routage AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector) [Guizani, 2012]

est un protocole dcrit dans la [Charles et al, 2003] 7

Ce protocole cre les routes au besoin et

utilise le principe de numro de squence afin dutiliser les routes les plus nouvelles, dites

encore les plus fraches. En plus, il utilise le nombre de sauts comme mtrique pour choisir

entre plusieurs routes disponibles. Trois types de paquets sont utiliss par AODV : les paquets

de requte de route RREQ (Route Request Message), les paquets de rponse de route RREP

(Route Reply Message) et les paquets derreur de route RERR (Route Error Message). En

plus de ces paquets, AODV invoque des paquets de contrle HELLO qui permettent de

vrifier la connectivit des routes. AODV repose sur deux mcanismes : dcouverte de route

et maintenance de route. La dcouverte de route permet de trouver une route pour atteindre

une destination et la maintenance de route permet de dtecter et signaler les coupures de

routes provoques ventuellement par la mobilit des nuds.

7 http://www.ietf.org/rfc/rfc3561.txt



b. Le protocole DSR

Le protocole de routage DSR (Dynamic Source Routing) [Guizani, 2012] est un

protocole qui est normalis dans la [Johnson et al, 2007] 8 Ce protocole cre les routes la

demande comme le protocole AODV. Il utilise la technique "routage la source" dans

laquelle la source inclut dans lentte du paquet la route complte par laquelle un paquet doit

passer pour atteindre sa destination. Les nuds intermdiaires entre la source et la destination

nont pas besoin de maintenir jour les informations sur la route traverse puisque la route

complte est insre dans lentte du paquet. DSR est compos de deux mcanismes : la

dcouverte de route et la maintenance de route. Le premier permet de chercher les routes

ncessaires la demande, tandis que le second permet de sassurer de la maintenance des

routes tout au long de leur utilisation.

3.1.2 Les protocoles proactifs

Dans [Ait Ali, 2012] les protocoles proactifs, chaque noud garde une image de la

topologie de tout le rseau. Cette image est mise jour, priodiquement ou chaque

modification topologique, par un change de messages de contrle. Les routes sont

dtermines sur la base de cette image.

a. Le protocole OLSR

Le protocole de routage OLSR (Optimized Link State Routing) [Badis et al, 2004]

[Clausen et al, 2003] [Meraihi, 2011] est un protocole de routage proactif dvelopp dans le

cadre du projet Hypercom de lInstitut National de la Recherche en Informatique et

Automatique (INRIA) de France et propos en tant que RFC (Request For Comment)

exprimentale lIETF (Internet Engineering Task Force). Il est considr comme une

optimisation du protocole tat des liens filaires pour les rseaux mobiles Ad Hoc. Il a pour

objectif de fournir des routes de plus court chemin vers une destination en termes de nombre

de sauts en utilisant lalgorithme de Dijkstra. Son innovation rside dans sa faon

dconomiser les ressources radio lors des diffusions, ceci est ralis grce lutilisation de la

technique des relais multipoints (MPR : Multi-Point Relaying), donc le principe est que

chaque nud construit un sous ensemble appel MPR, parmi ses voisins, qui permet

datteindre tous ses voisins deux sauts, les nuds de cet ensemble servent acheminer et

8 http://www.ietf.org/rfc/rfc4728.txt



retransmettre les messages quils reoivent. Les voisins dun nud qui ne sont pas MPRs,

lisent et traitent les paquets mais ne les retransmettent pas.

b. Le protocole DSDV

Le protocole de routage DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector) [Guizani,

2012] [Charles et al, 1994] est un protocole de routage de type vecteur de distance. Chaque

nud maintient une table de routage contenant des informations sur les destinations

accessibles dans le rseau. Ces informations comprennent le nud suivant utilis pour

atteindre la destination, le nombre de sauts qui spare le nud de la destination et le numro

de squence estampill par la destinataire. Ce numro de squence permet de distinguer les

nouvelles routes des anciennes. Chaque nud envoie priodiquement ses voisins la totalit

de sa table de routage. Dautres paquets de mise jour sont aussi envoys la suite dun

changement dans la topologie du rseau. Ces paquets nincluent que les entres de la table

affectes par le changement et ont pour objectif de propager les informations de routage aussi

rapidement que possible. Quand un nud reoit un paquet de mise jour, il le compare avec

les informations existantes dans sa table de routage. Toute entre dans la table est mise jour

si linformation reue est plus rcente (ayant un numro de squence plus grand), ou si elles

ont le mme numro de squence mais avec une distance plus courte.

Dans le protocole DSDV, une unit mobile doit attendre jusqu ce quelle reoive la

prochaine mise jour initie par la destination afin de mettre jour lentre associe cette

destination dans la table de distance. De ce fait, la raction de DSDV aux changements de la

topologie est considre lente. Dautre part, ce protocole cause une charge de contrle

importante dans le rseau cause des paquets de mise jour envoys priodiquement ou la

suite des vnements.

c. Le protocole GSR

Le protocole GSR (Global State Routing) [Guizani, 2012] est un protocole proactif

tat de liens o chaque nud connat la topologie globale du rseau ce qui lui permet de

calculer les routes pour atteindre chaque destination. GSR diffre des protocoles tat de

liens dans le fait que les nuds ne diffusent pas leurs tats de liens tout le rseau, mais ils se

limitent lenvoyer aux voisins uniquement. Ainsi, GSR rduit le trafic des paquets de

contrle. Le problme de GSR est la taille de ses paquets de mise jour (table de topologie)



qui peuvent devenir considrable si le rseau contient un grand nombre de nuds. En plus, il

a une lenteur dans la dtection des changements de la topologie.

3.1.3 Protocoles hybrides

a. Le protocole ZRP

Le protocole de routage ZRP (Zone Routing Protocol) [Guizani, 2012] [Zygmunt et al,

2003a] 9 est un protocole hybride qui combine les deux approches proactives et ractive. Le

protocole ZRP divise le rseau en diffrentes zones. Pour chaque nud, il dfinit une zone de

routage exprime en nombre de sauts maximal . Ainsi, la zone de routage dun nud inclut

tous les nuds qui sont une distance au maximum de sauts. Les nuds qui sont

exactement sauts sont appels nuds priphriques.

lintrieur de cette zone, ZRP utilise un protocole proactif et lextrieur de cette

zone de routage, il fait appel un protocole ractif.

Le protocole proactif est IARP (IntrAzone Routing Protocol) [Zygmunt et al, 2002d]

10 et celui ractif est IERP (IntErzone Routing Protocol) [Zygmunt et al, 2002c]

11 Chaque

nud doit tout dabord connatre ses voisins. Pour cela, ZRP utilise soit le protocole de

contrle daccs au support (MAC) pour connatre les voisins immdiats ou le protocole NDP

(NeighbourDiscovery Protocol) pour la transmission et la gestion des changes de messages

HELLO. Par la suite, chaque nud invoque le protocole IARP pour dcouvrir les routes vers

tous les autres nuds qui se trouvent dans sa zone de routage. Cependant, le protocole IERP

est utilis la demande pour chercher les routes entre un nud et une destination qui se

trouvent lextrieur de sa zone de routage. Un troisime protocole BRP (Bordercast

Resolution Protocol) [Zygmunt et al, 2002b]12

est inclus avec IERP pour guider la

propagation des requtes de recherche de route dans le rseau. BRP utilise les donnes de la

topologie fournies par le protocole IARP afin de construire sa liste des nuds de priphrie et

la faon de les atteindre.

9 http://www.ietf.org/proceedings/02nov/I-D/draft-ietf-manet-zone-zrp-04.txt

10 http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-manet-zone-iarp-02

11 http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-manet-zone-ierp-02

12 http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-manet-zone-brp-02



3.1.4 Comparaison les protocoles de routage proactive et

ractive

Une comparaison entre les deux classes proactive et ractive est prsente dans

Tableau 1 [Chaidet et al, 2003]13

:

Dans un protocole de routage ractif, les mobiles ne conservent pratiquement aucune

information sur la topologie globale du rseau. Seules sont stockes les informations sur les

routes actives. Les routes sont construites la demande et sont dtruites lorsquelles ne sont

plus utilises.

Dans un protocole de routage proactif, la topologie du rseau est connue de tous les

mobiles. Les routes sont disponibles immdiatement mais, en contrepartie, il faut diffuser

rgulirement des informations sur les changements de topologie du rseau.

Les protocoles ractifs gnrent a priori un volume plus faible de signalisation mais en

contrepartie engendrent un dlai lors de la construction (ou de la reconstruction) des routes et

produisent plus difficilement des routes optimales (quel que soit le critre).

Les protocoles proactifs disposent en permanence dune route pour chaque destination

dans le rseau mais gnrent en contrepartie un volume de signalisation important. De

nombreux dbats ont lieu sur la performance des deux approches.

13

http://hal.inria.fr/docs/00/07/18/86/PDF/RR-4700.pdf



Routage proactif Routage ractif

Avantages inconvnients Avantages inconvnients

La topologie du rseau

est connue de tous les

mobiles. Les routes

sont disponibles

immdiatement.

Il faut diffuser rgulirement des

informations sur les

changements de

topologie du rseau.

Les mobiles ne

conservent

pratiquement aucune

information sur la

topologie globale du

rseau : seules les

informations sur les

routes actives sont

stockes.

Les protocoles

proactifs disposent en

permanence d'une

route pour chaque

destination dans le

rseau.

Un volume de

signalisations

important.

Les protocoles

ractifs gnrent

priori un volume plus

faible de

signalisations.

Les protocoles

ractifs engendrent un

dlai lors de la

construction (ou de la

reconstruction) des

routes et produisent

plus difficilement des

routes optimales.

Tableau 1 : Comparaison entre protocoles proactifs et protocoles ractifs.

Lavantage des protocoles hybrides est le fait quils sadaptent mieux aux rseaux de

grandes tailles. Cependant, ce type de protocole cumule les inconvnients des protocoles

proactifs et ceux des protocoles ractifs, tels que lchange de paquets de contrle rguliers et

inondation de lensemble de rseau pour chercher une route vers un nud loign.



3.2 Les protocoles de routage bass sur la gographique

Les protocoles de routage gographiques sont les plus adapts pour les rseaux ad hoc

de vhicules, puisque le mcanisme de routage se base sur les donnes gographiques des

nuds.

a. Le protocole A-STAR

Le protocole de routage A-STAR (Anchor-based Street and Traffic Aware Routing)

[Niu et al, 2008] [Zhao et al, 2006] [Meraihi, 2011] est un protocole de routage bas sur la

localisation (position) pour un environnement de communication vhiculaire mtropolitain. Il

utilise particulirement les informations sur les itinraires dautobus de ville pour identifier

une route dancre (anchor route) avec une connectivit leve pour lacheminement des

paquets. A-STAR adopte une approche de routage base sur lancrage (anchor based) qui tient

compte des caractristiques des rues. Un point est associ chaque rue en fonction de sa

capacit (grande ou petite rue qui est desservie par un nombre de bus diffrent). Les

informations de routes fournies par les bus donnent une ide sur la charge du rseau

vhiculaire dans chaque rue. Ce qui donne une image de la ville a des moments diffrents.

b. Le protocole UMB

Le protocole de routage UMB (Urban Multi hop Broadcast Protocol) [Meraihi , 2011]

Cest un protocole efficace de la norme 802.11, bas sur lalgorithme de diffusion multi saut

pour les rseaux inter vhiculaires avec support dinfrastructure, dans le but de rduire les

collisions et dutiliser efficacement la bande passante. Contrairement aux protocoles de

diffusion par inondation, UMB confie les oprations denvoi et de reconnaissance des paquets

aux nuds les plus loigns sans connatre priori des informations sur la topologie du

rseau.

UMB est dcompos en deux phases : la premire appele diffusion directionnelle, o

le vhicule source slectionne un nud dans la direction de diffusion pour faire un relayage

de donnes sans aucune information sur la topologie. La deuxime diffusion aux intersections

pour dissminer les paquets dans toutes les directions, pour cela UMB utilise des rpteurs

installs dans les intersections pour lenvoi des paquets vers tous les segments. On suppose

que chaque vhicule est quip par un rcepteur GPS (Global Position System) et une carte



routire lectronique. Le principal avantage du protocole UMB est la fiabilit de diffusion

multi-saut dans les canaux urbains [Wu et al, 2004] [Korkmaz et al, 2006].

c. Le protocole GyTAR

Le protocole de routage GyTAR (improved Greedy Traffic-Aware Routing protocol)

[Niu et al, 2008] [Amit et al, 2004] est un protocole de routage gographique bas sur la

localisation (position) et adapt aux rseaux vhiculaires capable de trouver des chemins

robustes dans un environnement urbain. Lobjectif de ce protocole est de router les donnes

de proche en proche en considrant les diffrents facteurs spcifiques ce genre

denvironnements/rseaux. Ce protocole suppose que chaque vhicule connat sa position

courante et ceci grce au GPS. De plus un nud source est sens connatre la position du

destinataire pour pouvoir prendre des dcisions de routage, cette information est donne par

un service de localisation tel que GLS (Grid Location Service) et peut dterminer la position

des intersections voisines travers des cartes numriques.

d. Le protocole VADD

Le protocole de routage VADD (Vehicle-Assisted Data Delivery) [Zhao et al, 2006]

[Jerbi, 2008] est un protocole de routage qui prend en considration le contexte des rseaux de

vhicules et exploite le mouvement prvisible des vhicules pour dcider de retransmettre ou

non le message. Il utilise particulirement les informations sur le trafic routier au niveau d'une

route pour estimer le dlai mis par un paquet pour parcourir un tel segment. Par consquent,

les paquets seront achemines le long d'un chemin ayant le plus faible dlai de bout en bout.

e. Le protocole MORA

Le protocole de routage MORA (MOvement-based Routing Algorithm) propose dans

[Granelli et al, 2006] [Jerbi, 2008] exploite la position et la direction de mouvement de

vhicules pour adapter les dcisions de retransmission au contexte des vhicules et faire face

ainsi a la forte mobilit des nuds et au changement assez frquent de la topologie.



f. Le protocole GPSR

Le protocole de routage GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) [Menouar, 2008]

est donc un protocole de routage bas sur la position, qui contient deux parties. La premire

correspond une mthode de choix du prochain noud transmetteur qui aura le rle de

retransmettre les paquets, et cela tout en se basant sur les informations de position des voisins

(nouds candidats) et de la destination des paquets. Cette mthode consiste choisir le

candidat qui est une distance la plus proche vol d'oiseau de la destination. La deuxime

partie de GPSR est en fait une mthode pour contourner les obstacles et les zones

gographiques vides, qui ne prsentent aucun candidat transmetteur dans le voisinage.



Figure 5 : Les protocoles de routage dans les rseaux VANETs



Tableau 2 : Grille danalyse

Contrainte de

performance AODV DSR OLSR DSDV GSR ZRP GPSR

Catgorie Ractif Ractif Proactif Proactif Proactif Hybride Gographique (ractif)

Type de

protocole Vecteur de

distance

Schma tat de

lien

Schma tat de

lien

Vecteur de

distance Schma tat de

lien Indfini Vecteur de distance

Routes

maintenues dans Table de routage Table de routage Table de routage Table de routage Table de topologie Table de routage Table de position

Libert de boucle Oui Oui Oui Oui Non Oui Non

Routes multiples Non Oui Non Oui Non Oui Oui

Multicast Oui Non Oui Oui Oui Oui Oui

Surcharge rseau Modre Modre Minimale Minimale Modre Modre Modre

Diffusion

priodique Possible Possible Possible Possible Pas possible Possible Possible

Requiert des

squences de

donnes

Oui Non Non Non Oui - NO

Mthode de

reconfiguration

des routes

Suppression des

routes &

notification la

source

Message derreur

et suppression du

chemin

sauvegard

Messages de

contrles envoys

en avance afin

d'augmenter la

ractivit

Des paquets de mise

jour. Numro de

squence estampill

Paquets de mise

jour (table de

topologie)

Ce dpendent du

protocole ractif utilis

Supprimer le noued

nappartient pas dans sa zone

Rsume

Dcouverte des

routes, expansion

en anneau,

recherche,

poursuite du

chemin.

routes la

demande, routage

la source, la

dcouverte de

route et la

maintenance de

route

Messages de

contrle pour

dtection de liaison,

dtection des

voisins (MPR),

dtection de

multiples interfaces,

calcul des routes.

Des informations

sur les destinations

numro de

squence. Envoie

priodiquement aux

les voisins la totalit

de table de routage.

Chaque nud

connat la topologie

globale. Lenvoyer

aux voisins

uniquement.

Chaque nud connat les

voisins, IARP pour

dcouvrir les routes, IERP est utilis la

demande pour chercher

les routes, BRP utilise les donnes de la topologie

fournies

Mme plan. l'acheminement

des paquets de donnes ou de

contrle gographiquement.

utilis deux modes: Greedy

Forwarding le Perimeter

Forwarding. dtermine la

route suivre en minimisant

les distances entre les nuds

et la destination.



II. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons compar diffrentes approches pour montres que la

performance de chacune dpende normment des conditions dutilisation. Les protocoles

construisant des routes par diffusion sont plus performants que leurs concurrents lorsque le

nombre de routes actives est faible ou lorsque la mobilit dans le rseau est leve.

Cependant, de part la nature distribue, l'environnement et la topologie complexe des rseaux

vhiculaires, une mise en uvre relle peut tre difficile aussi bien sur le plan conomique

que logistique.

Pour contourner ce problme, la simulation est le moyen le plus largement utilis. En

effet, il est plus facile et moins cher, par le biais de la simulation, de concevoir, d'analyser et

d'valuer les performances de toute solution. Un paramtrage appropri permet de reproduire

les diffrents scnarios de l'environnement et d'analyser leur impact sur les protocoles et

applications dans un prochain chapitre.

Chapitre n3 Simulation et VANET


I. Introduction

Toute nouvelle solution passe par un processus d'valuation et de validation avant son

ventuel dploiement. Le moyen idal de raliser cette tche est de pouvoir effectuer des tests

dans des environnements rels. Cependant, de part la nature distribue, l'environnement et la

topologie complexe des rseaux vhiculaires et Pour contourner ce problme, la simulation

est le moyen le plus largement utilis. En effet, il est plus facile et moins cher, par le biais de

la simulation, de concevoir, d'analyser et d'valuer les performances de toute solution

Le chapitre prsente les travaux de simulation apparents sur les rseaux vhiculaires.

Il est consacr la modlisation de la mobilit et de la propagation radio dans les rseaux

vhiculaires. Nous dcrivons, en plus les travaux rcemment raliss dans ce contexte. Les

diffrentes approches de modlisation sont mises en avant ainsi que les principaux paramtres

que doivent intgrer les modles de mobilit et de propagation radio pour atteindre le niveau

de ralisme requis et garantir la validit et la fiabilit des rsultats de simulation.



1. La simulation

La simulation est largement reconnue comme la technique la plus efficace pour

lanalyse et la conception la disposition des concepteurs et des gestionnaires des systmes

complexes. Elle peut tre applique dans divers domaines, tels que, lanalyse des systmes de

services, les systmes de production, les systmes naturels, les systmes informatiques. ..Etc.

Cette technique connat actuellement un essor considrable. Ceci est d aussi bien l'intrt

thorique que prsente la modlisation des systmes simuls, que par le besoin croissant de

simuler par VANET des ralisations de plus en plus complexes .

La simulation utilise souvent des rseaux VANETs pour limiter les vnements

causals et les actions consquentes dans le systme rel. Les statistiques sont accumules

durant la priode de simulation pour valuer les mesures d'intrts qui sont rsumes et

rapportes la fin de l'excution du programme de simulation. De ce fait, on peut dire que la

simulation implique la gnration d'un historique artificielle du comportement du systme

[korichi, 2009], et l'observation d'un historique pareil pour connatre les caractristiques

opratoires du systme rel.

2. Simulation des MANET

Dans [Ait Ali, 2012], Deux aspects peuvent tre distingus dans la simulation d'un

MANET: l'aspect protocolaire qui consiste modliser les protocoles et mcanismes utiliss

par les services et applications rseau et l'aspect comportement qui est ax sur la modlisation

du comportement des entits du rseau.

2.1 Modlisation des couches protocolaires

La modlisation des couches protocolaires consiste en la dfinition d'algorithmes

permettant de reproduire les mcanismes utiliss dans les dfrentes couches qui

interviennent dans les communications rseau tels que :

L'tablissement des connexions au niveau transport.

L'adressage au niveau rseau ou encore la politique d'accs au canal

D'ordonnancement au niveau liaison de donnes.



2.2 Modlisation du comportement

Il s'agit de la modlisation de la mobilit des entits du rseau et de la propagation des

signaux radio dans l'environnement.

Les environnements pris en compte par les rseaux Manet sont souvent limits des

espaces ouverts ou indoor (tel que: dune confrence ou lintrieur dun btiment). Les

dplacements des vhicules quant eux sont lis aux structures des routes (intersections,

panneaux de signalisation, etc) et aux stations de base routires (infrastructures) que se soit

dans les autoroutes ou au sein dune zone urbaine. Il ya aussi, les obstacles radio et les effets

de la propagation trajets multiples (multipath) ou dvanouissement (fading), affectent

considrablement le modle de mobilit et la qualit des transmissions radio prendre en

compte dans les protocoles de routage. En outre la mobilit est un facteur li directement au

conducteur du vhicule.

Ce schma est utilis par les simulateurs rseaux pour crer des topologies alatoires

bases sur la position des mobiles et les signaux radio.



3. Simulation des VANET

La modlisation des couches protocolaires dans les rseaux vhiculaires est similaire

celle des rseaux MANET. Les simulateurs dfinis pour les MANET peuvent tre utiliss

pour les VANET. Cependant ces simulateurs doivent tre tendus pour inclure les solutions

spcifiques aux rseaux vhiculaires tels que, la go-localisation, les protocoles de routage

gographiques et la norme 802.11p (un systme de communication pour vhicule).

La diffrence entre les simulateurs des rseaux MANET et ceux des rseaux VANET

rside dans la modlisation de la mobilit et de la propagation des signaux radio :

3.1 Simulation de la mobilit dans les VANET

Un modle de mobilit dcrit l'ensemble des rgles qui dfinissent le schma de

mouvement des mobiles. En tant que, Les dplacements des vhicules ne peuvent pas tre

reprsents par les modles de mobilit dfinis pour les individus.

Il y a plusieurs rgles qui s'appliquent (ils ne peuvent se dplacer que sur les routes et

doivent obir aux rgles de circulation, et d'autre part, par la prise en compte de l'interaction

entre vhicules.). La difficult dans la conception de modles de mobilit partir de traces

rside dans l'extrapolation des schmas.

3.1.1 Les fonctionnels d'un modles de mobilit

Selon [Fiore et al, 2007] afin de garantir sa validit par rapport la mobilit relle, un

modle de mobilit doit intgrer deux niveaux, la macro-mobilit et la micro-mobilit.

La macro-mobilit consiste modliser les aspects macroscopiques qui

influencent le trafic vhiculaire. Il s'agit de dcrire la topologie du rseau routier, les

caractristiques de chaque route ( double sens ou sens unique, le nombre de voies, la

vitesse limite.), les rgles de dpassement et de scurit au niveau de chaque route, les

signaux prsents au niveau des intersections (feux de signalisation, panneaux stop.)...etc.

La micro-mobilit se concentre plutt sur le comportement individuel de

chaque conducteur. Elle consiste modliser des caractristiques telles que, l'acclration, la

dclration, le freinage et l'interaction du conducteur avec les autres conducteurs et avec

l'infrastructure routire.



Dans [Hrri et al, 2009] , les auteurs proposent une dcomposition plus dtaille des

modles de mobilit pour vhicules que nous rsumons en quatre modules fonctionnels

reprsents dans la figure ci-dessous.

Figure 6 : Dcomposition plus dtaille des modles de mobilit [Ait Ali, 2012]

3.1.2 Modles de mobilit pour VANET

Les premiers modles qui ont t proposs sont simplistes, ils intgrent uniquement

des contraintes gographiques dans le schma de mobilit en restreignant le mouvement des

vhicules un graphe qui reprsente une topologie de route donne. Ces modles accordent

peu ou pas d'attention aux interactions entre vhicules (City Section, Manhattan, Obstacle

Mobility Model).

Pour avoir plus de ralisme, SSM (Stop Sign Model) et TSM (Trafic Sign Model) se

basent sur des topologies routires relles tires de la base de donnes TIGER/Lines

auxquelles sont ajouts des mcanismes de gestion des intersections, trouverez plus de dtails

dans [Mahajan et al, 2006]. SSM dfinit chaque intersection un signal Stop qui oblige le

vhicule s'arrter. Ce comportement est irraliste tant donn qu'il est impossible de trouver

une rgion avec des signaux d'arrt chaque intersection. Par consquent, les mmes auteurs

ont propos TSM. Dans ce modle, les signaux d'arrt sont remplacs par des feux de

signalisation.



A. Simulateurs de mobilit

STRAW : Street Random Wa

3. Classification des protocoles de routage dans les réseaux VANET

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