Routage multicast dans les réseaux véhiculaires (VANET)

Catherine Loison Thomas Ruocco

Camille Rives

Session : 2012/2013 Tuteur : Fen Zhou

Table des matières

I- Présentation : Les Réseaux ad hoc

A] Définition

1) Application des réseaux ad hoc

2) Acheminement de l'information

3) Handicaps des réseaux ad-hoca) Les liens asymétriques b) Les interférencesc) La mobilité des nœuds

B] Les différents réseaux ad hoc existant

1) MANETa) Applications du MANETb) Multicast et réseaux MANETs

2) VANETa) Comment fonctionne les différentes communications avec les véhicules ?b) Quel est le rôle de VANET dans la sécurité routière ?c) VANET dans notre étude : l'objectif de notre recherche

II- Les différents protocoles et techniques de routage

A] Définitions et types de routage

B] Les protocoles unicast

1) AODV2) DSR3) GPSR4) GSR5) DSDV

C] Les modèles basés sur le géocast

1) RWP2) STRAW

III] Description et étude du problème

A] But et contraintes

B] Description du problème

1) Modélisation du problème2) Source du message3) Récepteur du message4) Contrainte de délais pour chaque nœud récepteur5) Distance entre deux véhicule et portée de transmission6) Délais total de transmission

IV] Conclusion : Utilisation du logiciel NS2(network simulator 2)

I- Présentation: Les réseaux ad hoc

A] Définition

Les réseaux ad hoc sont des réseaux sans fil capables de s’organiser sans infrastructure définie préalablement.

Les réseaux ad hoc, dans leur configuration mobile, sont connus sous le nom de Réseau mobile ad hoc.

Chaque entité (node) communique directement avec sa voisine. Pour communiquer avec d’autres entités, il lui est nécessaire de faire passer ses données par d’autres qui se chargeront de les acheminer. Pour cela, il est d’abord primordial que les entités se situent les unes par rapport aux autres, et soient capables de construire des routes entre elles : c’est le rôle du protocole de routage.

Ainsi, le fonctionnement d’un réseau ad-hoc le différencie notablement d’un réseau comme le réseau GSM, les réseaux Wi-Fi avec des points d’accès : là où une ou plusieurs stations de base sont nécessaires à la plupart des communications entre les différents nœuds du réseau (mode Infrastructure), les réseaux ad-hoc s’organisent d’eux-mêmes et chaque entité peut jouer différents rôles.

1) Application des réseaux ad hoc

La mise en place d'un réseau de communication de type ad hoc est très rapide. On retrouve ce type d'installation par exemple dans les aéroports et les hôtels là où les espaces sont peu équipés d’infrastructures de communication lourdes ( tout ce qui permet physiquement la transmission analogique des informations)

Le réseau ad hoc est applicable avec la GSM : dispersion de l'infrastructure pour une couverture globale. Celle-ci n'est pas sans difficulté du fait d'espaces contraignants pour les réseaux comme par exemple dans les restaurants et les lignes de métro. Dans ces cas là on adopte différentes mesures pour utiliser le réseau ad hoc comme réservé une bande de fréquences et utiliser des programmes logiciels spécifiques.

La meilleure solution reste d'utiliser ce type de réseau dans des zones très peu peuplées avec une couverture partielle des opérateurs et des terminaux qui peuvent servir de relais.

2) Acheminement de l'information

Le système de communication se fait d'une source vers une destination, le support de transmission est de type wireless, plus précisément hertzien avec pour principal support des réseaux ad hoc existants ou l'infra-rouge.

La transmission hertzienne se fait uniquement par envoi direct c'est à dire sur des supports mobiles suffisamment proches ou sur un signal peu atténué. Ou bien par envoi par routage avec des nœuds relativement éloignés avec affaiblissement des signaux émis ici les nœuds jouent à la fois le rôle de client et de serveurs on les appellent relais.

3) Handicaps des réseaux ad-hoc

Les communications entre un émetteur et un récepteur sont à sens unique on dit que les liens sont asymétriques.

L'accroissement du nombre d'erreurs sur la transmission et l'amoindrissement des performances du lien radio sont dues aux interférences.

Enfin la modification de la topologie du réseau et la transformation du tracé des routes lors des échanges du paquet rend les nœuds mobiles et augmente davantage le délais de convergence de l'information.

a) Les liens asymétriques

En théorie les liens de communication sont symétriques c'est à dire que l'affaiblissement du signal est proportionnel à la distance entre l'émetteur et le récepteur et inversement.

Mais en pratique les liens sont asymétriques dû aux multiples réflexions du signal sur différents obstacles c'est le déphasage. Il y a également l'évanouissement (fading) du signal et la bonne réception du signal dans une sens unique qui fait que les liens sont asymétriques.

b) Les interférences

Chaque donnée est réceptionnée par tous les nœuds, à des puissances variables, les interférences s'ajoutent au bruit et détériore les communications ce qui entraîne une augmentation du taux d'erreur. Ainsi la transmission des paquets devient irrécupérable et le débit de la liaison diminue. On appelle ce phénomène une interface radio partagée.

Un autre facteur lié aux interférences entre aussi en compte, la redondance. Son principe est de diffuser un message à tous ces voisins et de manière volontaire elle insère un paramètre de contournement des nœuds en panne ou défaillants. Autrement dit elle ralentit volontairement l'arrivée du message à destination ce qui fait de la redondance un facteur parasitaire pour les réseaux ad hoc.

c) La mobilité des nœuds

Le fait que la topologie du réseau soit de type dynamique rend d'autant plus difficile à conservé les informations sur les nœuds avec une modification fréquente des routes ce qui peut entraîné des erreurs de transmission.

Le routage dynamique demande d'énormes ressources pour véhiculer le signal indispensable aux mouvements des nœuds.

Par conséquent cette forte mobilité rend inapte à l'utilisation de la plupart des réseaux ad hoc, ce qui fait de cette problématique un sujet de recherche très important.

B] Les différents réseaux ad hoc existant

1) MANET

MANET ou Mobile ad hoc networks, est le nom d'un groupe de travail de l'IETF (Internet Engineering Task Force ), créé en 1998-1999, chargé de standardiser des protocoles de routage basés sur la technologie IP pour les réseaux ad hoc.

MANET fait aussi références aux réseaux sans infrastructure dans lesquels toutes les stations peuvent être mobiles.

Depuis la naissance de ce groupe de travail, le nom propre MANET est parfois utilisé comme nom commun pour désigner un réseau ad hoc, spécialement dans les pays anglophones.

Dans un premier temps, le groupe de travail s'est attaché aux questions de performances dans les réseaux ad hoc et au développement d'une série de protocoles de routage alors expérimentaux, tant dans la famille des réactifs (AODV, DSR) que des proactifs (OLSR, TBRPF), ou bien encore des hybrides (ZRP). Ces différents protocoles seront vu plus en détails dans la seconde partie de notre étude.

À partir de cet ensemble de protocoles et d'une certaine expérience acquise, MANET a d'une part introduit certains de ces protocoles dans les standards d'Internet et d'autre part travaillé sur les différentes approches proposées par la communauté scientifique.

Les premiers travaux ont donné lieu à la RFC informatif 2501 qui souligne l'utilité d'un nouveau protocole de routage pour les réseaux ad hoc mobiles.

a) Applications du MANET

Une application du MANET peut être par exemple la mise en communication d'unités de secours sur des zones larges, par exemple lors de catastrophes naturelles.

Ou encore de type militaire, puisque ce type de réseau peut être utilisé afin d'assurer la liaison entre les différentes unités d'une armée.

On peut également retrouver dans les réseaux ad hoc les réseaux de capteurs où les nœuds détiennent des capteurs, par exemple de température, qui peuvent être applicable dans les réseaux domestiques ce qui n'est pas négligeable.

Enfin, les réseaux ad hoc s'inscrivent plus largement comme un des outils de base de l'informatique omniprésente, ils se retrouvent partout dans tous objets utilisés dans les activités journalières.

b) Multicast et réseaux MANETs

De nombreux protocoles de routages unicast ont été développés spécifiquement pour les réseaux MANETs, il en est de même pour les protocoles de routage multicast.

La mobilité accrue des nœuds de ce type de réseaux, ne permet pas d’utiliser un protocole multicast habituel comme dans les réseaux filaires.

En effet, PIM-SM par exemple, construit pour chaque groupe un arbre de diffusion unidirectionnelle, chaque arbre prenant racine sur un nœud spécifique appelé point de rendez-vous ou RP (Rendez-vous Point).

Le problème est que tous les nœuds étant égaux dans les réseaux MANET, et tous étant très mobiles on se demande comment on peut élire un RP qui ne risque pas de disparaître. Soit en se déconnectant tout simplement, soit en se déplaçant à l’autre bout du réseau.

De plus, la topologie de ce type de réseau changeant continuellement ; comment utiliser un arbre qui sera continuellement à reconstruire. Dans cette optique, les réseaux MANETs obligent donc à proposer de nouveaux protocoles de routage multicast, basés le plus souvent sur leur équivalent unicast. Qu’ils soient proactifs, réactifs, hybrides, ou géographiques. Bien sûr tous ces termes seront expliqués plus en détails dans la partie protocoles de routage de notre étude.

2) VANET

Le VANET ou Vehicular ad hoc networks est une forme de mise en application du MANET, très inspiré de celle-ci elle permet aux véhicules de communiquer via des messages d'alertes de sécurité envoyés entre eux par un système de communication par nœud. Chaque nœud est capable de gérer et d'organiser un ensemble d'information envoyé par les véhicules se trouvant dans la zone à proximité du danger.

VANET est un moyen très efficace de garder le trafic sûre en faisant de chaque véhicule un système informatique indépendant permettant de se relier à d'autres équipements ou véhicules.

Pour cela les véhicules utilisent différents protocoles de routages qui seront détaillé dans la seconde partie de notre étude, et la trajectoire des véhicules et l'envoi des messages au véhicule en danger qui utilisent des algorithmes de calculs seront détaillé dans la dernière partie de notre étude.

a) Comment fonctionne les différentes communications avec les véhicules ?

Ce schéma nous montre le fonctionnement de la communication de type VANET. Il existe trois type de communication pour le VANET, entre un ou plusieurs véhicules en rouge sur le schéma, du véhicule vers le RSU (roadside unit), entre un RSU et une station de communication en vert, et entre un RSU et un véhicule ou entre une station de communication et un véhicule en bleu.

b) Quel est le rôle de VANET dans la sécurité routière ?

Les réseaux véhiculaires (VANET) constituent à court terme l’exemple d’application le plusviable des réseaux ad hoc.

De nouveaux systèmes de communication dits ITS (Intelligent Transportation Systems) sont étudiés au niveau mondial pour offrir aux passagers des véhicules des services de sécurité routière (alerte accidents, assistance à la conduite,…) et des services de confort (accès à Internet, jeux interactifs, …).

La majorité de ces systèmes prévoient l’existence d’une infrastructure de communication fixe qui consiste en des bornes de diffusion le long des routes et d’un centre de contrôle. Les communications entre les différents éléments de l’architecture comprennent ainsi des liens dits V2V (Vehicle to Vehicle) ou V2I/I2V (Vehicle to Infrastructure). Comme indiqué sur le schéma précédent.

c) VANET dans notre étude : l'objectif de notre recherche

Comme vous le voyez sur ce schéma chaque véhicule(nœud) en mobilité possède une portée de diffusion représenté par un cercle ici, ce cercle est en réalité la distance de sécurité entre deux véhicules. Comme montré sur le schéma si deux cercles entre en communication un message d'alerte va être émis par un des véhicule et l'autre recevra cette alerte.

On voit également des infrastructures sur le côté de la route dans les deux sens de circulation ce sont des unités de communication comme les véhicules et celles-ci possède également une portée de transmission.

Dans notre étude on se concentrera davantage sur la communication entre véhicule, notre but étant de réaliser le meilleur arbre de diffusion capable de prendre en compte comme paramètre la portée maximale de communication entre deux véhicule avec un délais minimal que l'on aura fixé. Ceci tout en minimisant la totalité du parcours entre le véhicule émetteur et celui de destination.

Comme indiqué ici ce schéma représente ce que l'on peut appeler un arbre de diffusion à partir d'un nœud on interroge les voisins pour savoir lequel correspond aux paramètres que l'on s'est fixé ( la portée et le délais de transmission) , lorsque celui-ci est sélectionné il fait de même avec ses voisins jusqu'à atteindre la destination.

Bien sûr on calcul tout les chemins correspondant aux critères fixés et on sélectionne la solution optimale qui sera le chemin optimal entre l'émetteur et le récepteur. On réitère cette expérience autant de fois que l'on change d'émetteur et de récepteur.

Maintenant que l'objectif est fixé il ne nous reste plus qu'à connaître les différents protocoles utilisable pour le VANET en deuxième partie et pour finir comment obtenir notre arbre de diffusion capable de calculer les chemins optimaux grâce à un algorithme que nous avons développé en dernière partie.

II] Les différents protocoles et techniques de routage.

A] Définition et types de routage

Il permet à des machines d'un même réseau de communiquer en permanence entre elles des informations relatives à la topologie et à l'état des liens afin de maintenir les tables de routage à jour et de déterminer les meilleures routes en fonction de l'encombrement du réseau.

Le routage dynamique permet une maintenance automatique du routage d'un réseau, sans intervention humaine, même en cas de pannes de certains routeurs. Il permet de gagner en productivité et en réactivité face aux changements, mais il est complexe à mettre en œuvre du fait des tâches de configuration initiale du protocole utilisé.

On distingue plusieurs types de routages :

-Le routage Anycast :

Il consiste à délivrer les données à un seul membre d'un groupe, généralement le plus proche, au sens du réseau.

-Le routage Unicast :

Il consiste à acheminer les données vers une seule destination déterminée.

-Le routage broadcast :

Il consiste à diffuser les données à toutes les machines.

-Le routage multicast :

Il consiste à délivrer le message à un ensemble de machines manifestant un intérêt pour un groupe.

-Le routage géocast :

Il transmet des données à l'ensemble des nœuds situés dans une zone géographique donnée.

B] Les protocoles Unicast :

1) AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector)

C'est un protocole de routage destiné aux réseaux mobiles (réseau ad hoc). Il est à la fois capable de routage unicast et multicast. Il est libre de boucle, auto-démarrant et s'accommode d'un grand nombre de nœuds mobiles (ou intermittents).

Lorsqu'un nœud source demande une route, il crée les routes à la volée et les maintient tant que la source en a besoin. Pour les groupes multicast, AODV construit une arborescence.

Ce protocole de routage est peu gourmand en énergie et ne nécessite pas de grande puissance de calcul, il est donc facile à installer sur de petits équipements mobiles.

La figure ci-dessus illustre une recherche de route à l’initiative du nœud A et en direction de J et les différentes tables de routages constituées. La diffusion du message RREQ à partir de A se fait en broadcast vers tous ses voisins.

Lorsque que J reçoit le message il retourne un message RREP à A en passant par H, G et D.

Il fait partie des protocoles réactifs : Dans les protocoles réactifs, les itinéraires sont déterminés quand ils sont requis (à la demande).

Avantages :

-Pas de temps de réaction-Adaptés aux réseaux denses de taille moyenne-Adaptés aux réseaux à forte mobilité

Inconvénients :

-Trafic de contrôle important-Capacité d'échange du réseau limitée-Consommation énergétique plus importante

2)DSR(Dynamic Source Routing)

Dynamic Source Routing (DSR) est un protocole de routage pour les réseaux maillés sans fils (wireless mesh networks). Il est similaire à AODV dans le sens qu'il forme une route à la demande quand un ordinateur veut transmettre. Cependant, il utilise le routage à la source au lieu de se baser sur la table de routage de chaque routeur intermédiaire.

Le protocole DSR n'est pas très efficace dans les grands réseaux étant donné que chaque source doit avoir la vision du réseau. Le coût de maintenance des tables de routage est important. Mais pour les petits et moyens réseaux, il prend un avantage sur AODV.

Le protocole DSR est lui aussi un protocole réactif, il possède donc les mêmes avantages et inconvénients que le protocole AODV.

En 2010 une étude comparative a été menée entre DSR et AODV dans les réseaux VANET (Vehicular Ad-Hoc Network). Cette étude a démontrée qu'AODV est plus adaptée que DSR pour une utilisation dans des voitures. En effet, les résultats montrent qu'en faisant varier la vitesse des véhicules le nombre de paquets perdus est moins important avec le protocole AODV qu'avec DSR.

3) GPSR ( G reedy P erimeter S tateless R outing)

C'est un protocole de routage réactif et efficace qui a été conçu et adapté pour les réseaux ad hoc mobiles et les réseaux de capteurs. Son modèle de fonctionnement suppose que tous les nœuds se trouvent au niveau d'un même plan.

Du fait de la mobilité des nœuds, certains algorithmes de routage qui se basent sur la topologie du réseau, ou lance une phase de découverte de routes pour acheminer des données ne sont pas adaptés à GPSR. De ce fait, il utilise la position géographique des nœuds pour l'acheminement des paquets de données ou de contrôle.

Les avantages du GPSR sont les suivants :-Il marche mieux sur les grandes routes avec un partage égal des nœuds, car

sans obstacles il obtiens de très bonnes performances.-Le résultat de la comparaison de la simulation du GPSR est généralement

considéré comme meilleure que celle du DSR.Les inconvénients du GPSR sont les suivants:

- le "Greedy Forwarding" est restreint à cause des obstacles.-Les performances de routages se dégradent à cause de la longueur des

chemins résultant des long délai d'attente.-La mobilité des nœuds peut inciter des boucles de routages.-Les paquets sont parfois envoyer dans de mauvaises direction, ce qui

augmente les délais.

4)GSR (Geographic Source Routing)

Proposé récemment comme étant un protocole performant dans le réseau VANET.Il combine le routage basée sur la position avec la connaissance de la topologie :

-Routage basée sur la position (ou géorouting ou routage géographique) :Cette technique repose sur la conscience du véhicule pour retrouver les autres véhicules afin de développer une stratégie de routage.Il se divise en 2 parties :

Greedy Forwarding Technique:

En attendant d'envoyer un paquet vers sa destination, la technique fait suivre divers algorithme. De plus, chaque paquet ira à la destination la plus proche.

Le nœud source (S) a plusieurs choix pour trouver le nœud relai pour poursuivre l'envoi du message vers sa destination (D).A = Nearest with Forwarding Progress (NFP), B = Most Forwarding progress within Radius (MFR), C = Compass Routing, E = Greedy.

Face Routing Technique:

Cette technique permet d'aider la précédente en lui trouvant un chemin vers un autre nœuds lorsque la première technique n'y arrive pas.

Un message est acheminé dans les différentes faces du graphe de communication avec en rouge les chemins possibles et en bleu le chemin de routage final.

5) DSDV( Destination-Sequenced Distance Vector routing)

Schéma de routage basé sur l'algorithme Bellman-Ford donc les réseaux mobiles adhoc.Il sert en grande partie à résoudre les problèmes de boucles de routage.

Par exemple la table de routage du nœud A est la suivante :

Destination

Saut suivant

Nombre de sauts

Numéro de la séquence

Temps d'installation

A A 0 A 46 001000

B B 1 B 36 001200

C B 2 C 28 001500

Évidemment la table contient une description de tous les chemins possible rattachable au nœud A. Il fait parti de la famille de protocoles proactif: Dans les protocoles proactifs, les tables de routages sont déterminés au démarrage, et maintenues grâce à une mise à jour périodique.

Sélection de la route :

Si le routeur reçoit de nouvelles informations, alors il utilise le dernier numéro de séquence : Si le numéro de séquence est le même que celui déjà indiqué dans la table, il choisit celui ayant la meilleure métrique.

Avantages :

-Trafic de contrôle faible-Adaptés aux grands réseaux-Consommation énergétique réduite

Inconvénients:

DSDV demande un mise à jour régulière de ses tables de routages ce qui utilise la batterie du système ainsi que de la bande passante même quand le réseau est inoccupé.

Même si DSDV n'est pas très utilisé à l'heure actuel, beaucoup d'autres protocoles utilisent des techniques similaires comme AODV. Le protocole Babel est actuellement en train de rendre DSDV plus robuste, plus efficace et plus facilement applicable aux protocoles proactifs.

C] Les modèles basés sur le géocast.

1) RWP (Random Way Point)

Il est un des plus simple et des plus vieux modèle utilisé. Un point de destination aléatoire et une vitesse uniforme est attribué à chaque nœud. Une fois la destination atteinte, un autre point de destination aléatoire est fourni. RWP est très utilisé pour des simulations de réseau adhoc mais le modèle tel quel est loin d'être réaliste.

Pour modifier le modèle existant de RWP, des paramètres comme la longueur de la route, la vitesse moyenne sont inclus pour améliorer sa fiabilité.Afin d'améliorer le modèle, Saha et Johnson ont inclus une vraie carte routière basée sur la carte routière américaine TIGER(Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing).

A coté de cela, ils utilisent une vitesse de 5 mph au dessus et en dessous de la vitesse autorisé et définissent la mouvement basé sur l'algorithme de chemin le plus court.

2)STRAW (STeet RAndom Waypoint)

Dans l'attente de rendre le modèle précédent plus réaliste, un modèle de suivi de voiture est utilisé avec des informations de routes américaine pour simuler une simulation de trafic réaliste ce qui inclus contrôles de trafic, encombrements, interactions véhiculaire dans l'environnement urbain.

Quand les auteurs ont comparé leurs résultats de simulations utilisant AODV et DSR dans des conditions de trafic changeant (à Chicago et à Boston), ils ont eu des résultats significativement différents comparé au performance de STRAW et RWP.

Dans la dernière technique de construction du modèle réaliste mobile, des véhicules sont contrôlés en enregistrant leur position dimensionnelle et la voie sur la route toutes les 0.5 secondes.

En unifiant les trajets valides de cette technique, un scénario mobile et réaliste est développé.

III Description et étude du problème

Dans cette partie, nous allons nous intéresser sur comment les messages sont-ils envoyés du véhicule source jusqu’à tous les véhicules situés à l’intérieur de la zone de danger ainsi que les objectifs et contraintes de ce problème.

A] Objectifs et contraintes

Les différents objectifs pour résoudre ce problème sont :- Minimiser le temps de réception des messages de tous les véhicules de la zone de danger.- Maximiser la portée de transmission de chaque véhicule pour l’envoi des messages.- Minimiser le nombre de sauts avant la réception du message.

Pour cela, différents facteurs internes au véhicule entreront en compte pour réaliser ces objectifs :- La vitesse actuelle du véhicule- Les coordonnées GPS du véhicule- Le sens du véhicule- La portée de transmission du véhicule

D’autres facteurs liés au problème en lui-même seront abordés plus tardComme tout problème, il y a certaines contraintes que l’on prendre en compte pour le résoudre.

Tout d’abord la première de ces contraintes est la portée de transmission du message. En effet plus la portée de transmission du véhicule est grande plus il y a de chances qu’il y ait des interférences avec les ondes radio et que cela ait une incidence sur l’envoi du message (dans le pire des cas il ne l’envoi pas) ou sur la qualité du message reçu (le véhicule qui reçoit le message peut ne pas avoir reçu toutes les informations nécessaires). C’est pour cela qu’il est primordial de ne pas régler la portée de transmission à sa puissance maximale.

Ensuite une autre de ces contraintes est le nombre de sauts avant la réception d’un message par un véhicule. En effet, plus le nombre de sauts pour recevoir le message est grand, plus le temps pour le recevoir est grand puisqu’il faut passer par plusieurs véhicules intermédiaires pour recevoir ce message.

Il faut donc trouver un compromis entre la portée de transmission du message et le nombre de sauts requis pour recevoir les messages.Une fois que les contraintes ont été respectées, il suffit de trouver toutes les solutions du problème sous forme d’arbres de diffusion et de choisir la plus optimale.

Exemple de véhicule permettant d’envoyer et de recevoir des messages via différents appareils.

B] Description du problème

1) Modélisation du problème

Les interactions entre plusieurs véhicules peuvent être modélisées dans un graphe orienté G = (V, E) où V est l’ensemble des nœuds représentant les véhicules et E l’ensemble des arcs orientés représentant les interactions entre les véhicules. Une interaction est considérée comme un état dans lequel deux véhicules ont une influence entre eux.

Le graphe représente les interactions entre plusieurs véhicules dans une région spécifique et à un temps spécifique.

Par exemple, soient 2 véhicules v1 et v2, l’interaction entre eux ces 2 véhicules peut être : le véhicule v1 peut mettre en danger (ou influence) le véhicule v2, ou le contraire, ou les 2. Un arc <v1, v2> appartenant à l’ensemble E représente l’interaction entre v1 et v2, où v1 influence v2.

Étant données les informations sur l’état des véhicules environnants, comme les coordonnées pour la position, la largeur, la longueur, la vitesse, l’accélération, la décélération. On peut construire un graphe G en définissant l’ensemble des sommets V, qui représente l’ensemble des véhicules environnants, and l’ensemble des arcs E, qui est initialement vide.

Pour générer l’ensemble des arcs E, il faut énumérer toutes les paires de véhicules de l’ensemble V, et pour chaque paire (v1, v2), calculer l’interaction entre v1 et v2. Selon le résultat, un arc <v1, v2>, <v2, v1>, ou les 2 peut être créé et ajouté à l’ensemble des arcs E.

Ci-dessus le graphe représente la situation du premier schéma où le véhicule a transmet aux véhicules b et g puis b aux véhicules e et c et ainsi de suite.

2) Source du message

Le nœud source est défini comme un véhicule qui a besoin d’envoyer des messages d’avertissements. Il existe 2 cas où un véhicule a besoin d’envoyer des messages d’avertissements :

- Il n’y aucun changement soudain d’état du véhicule ou d’évènements inattendus survenant sur le véhicule. Un changement d’état soudain du véhicule peut être défini comme des changements de mouvement qui excèdent un certain seuil, comme un freinage d’urgence, changer de direction brusquement, etc. …. Les évènements inattendus sont d’autres facteurs dangereux qui peuvent causer un accident, comme une panne du véhicule, une panne de freins, ou autre disfonctionnements du véhicule.

- Le système d’avertissement prédit une collision inévitable avec d’autres véhicules basée sur le mouvement actuel des autres véhicules. Il est possible que la collision arrive sans aucune manœuvre soudaine, par exemple dans un véhicule, si le véhicule de tête roule plus lentement que celui de derrière, ils entreront éventuellement en collision. Ce genre d’accident est le plus souvent causé par des conducteurs négligents. En utilisant le graphe, le système d’avertissements peut suivre les interactions critiques entre les véhicules et réagir en conséquence.

3) Récepteurs du message

Les nœuds récepteurs sont des véhicules qui seront mis en danger par le véhicule « anormal » (ou le véhicule qui est la source du message). Étant donné le graphe G et le nœud source s, un ensemble de nœuds récepteurs R peut être obtenu en effectuant un parcours en largeur à partir du nœud s. Dans le processus d’identification des récepteurs, la contrainte de délai pour chaque récepteur est ainsi calculée.

4) Contrainte de délai pour chaque nœud récepteur

Un nœud récepteur est un véhicule potentiellement en danger qui peut entrer en collision dans une certaine limite de temps.

La collision peut être évitée si les véhicules en danger effectuent une manœuvre d’urgence avant un temps limite. Le temps limite est le temps maximal pour chaque véhicule en danger de recevoir le message d’avertissement pour éviter le danger qui peut être utilisée comme une contrainte de temps.

Si on prend la figure du début comme exemple, supposons que le véhicule b effectue un freinage d’urgence à un temps spécifique t qui peut résulter d’une collision avec le véhicule c.

Le véhicule c peut annuler la collision si il peut recevoir le message avant t + ∆c où ∆c est la contrainte de délai pour le véhicule c.

Une méthode qui peut être utilisé pour calculer la contrainte de délai dans le cas présent est de considérer la distance de sécurité entre les véhicules. En effet quand un véhicule recevra un message, il effectuera un freinage immédiatement après un certain temps de réaction. Etant donné une paire de véhicules (i, j), nous pouvons définir la distance d’arrêt de chaque véhicule par :Db = v * Tr + (v²/2*α)où v est la vitesse du véhicule, Tr est le temps de réaction du conducteur et α est la décélération maximum.

Si le véhicule est la source alors son temps de réaction est de zéro.La fonction de la contrainte de délai pour une paire de véhicules est alors :f∆(i,j) = Da(i, j) + Db(i) – Db(j) / vjoù Da(i, j) est la distance entre les véhicules i et j (qui sera abordé plus loin dans cette partie).

5) Distance entre deux véhicules et portée de transmission

Un récepteur peut recevoir un message si celui-ci est dans la zone de couverture de la source. La zone de couverture est modélisée par un cercle plat où son rayon est sa portée de transmission du nœud de communication. Pour construire le graphe G, il faut la position de chaque nœud and la portée de transmission maximum.

La portée de transmission maximum (notée Rt) représente la portée de communication qui peut être obtenue en utilisant la puissance maximale de transmission. La portée de transmission maximum pour chaque nœud de communication peut être estimée en se basant sur les spécifications de l’appareil de communication.

Soient u et v, deux points appartenant à V, en utilisant les coordonnées de ces 2 nœuds, la distance entre u et v peut être obtenue en utilisant la formule :Duv = √((Xu – Xv)² + (Yu – Yv)²)où (Xu, Yu) et (Xv, Yv) sont respectivement les coordonnées des nœuds u et v.

Il existe un lien de communication représenté par un arc orienté <u, v> appartenant à E entre le nœud u et le nœud v si Duv ≤ Rtu ce qui signifie que le nœud v peut recevoir un message du nœud u. Le lien n’est pas bidirectionnel si Rtv < Rtu.

Étant donné l’ensemble des nœuds V, l’ensemble des arcs E peut être généré en énumérant toutes les paires de nœuds de V.

6) Délai total de transmission

Le délai total atteint par un message envoyé d’un nœud source à n’importe quel récepteur est la somme des délais de chaque nœud entre la source et le récepteur. Cela dépend du nombre de nœuds intermédiaires entre eux et le délai atteint à chaque nœud intermédiaire.

IV] Conclusion : Utilisation du logiciel NS2(network simulator 2)

NS (de l'anglais « network simulator ») est un logiciel libre de simulation à événements discrets très largement utilisé dans la recherche académique et dans l'industrie.

Il est considéré par beaucoup de spécialistes des télécommunications comme le meilleur logiciel de simulation à événements discrets, en raison de son modèle libre, permettant l'ajout très rapide de modèles correspondant à des technologies émergentes.

Le projet ns débuta en 1989 comme simple variante du simulateur réseau REAL, puis évolua considérablement au cours des années suivantes.

Il fut soutenu en 1995 par l’agence pour les projets de recherche avancée de défense, aux États-Unis, via le projet VINT, lequel fut mené conjointement au laboratoire national Lawrence-Berkeley, au centre de recherche Palo Alto ainsi qu’au sein de l’université de Californie à Berkeley3.

La version 2 était basée sur l'utilisation de langages de scripts pour la commande des simulations (tcl/tk) alors que seul le cœur des simulations était implémenté avec le langage C++.

Le code est open source (C++, Otcl), des mises à jour et correctifs de bugs sont disponibles de manière périodique.

Le logiciel NS2 est stable et multi-plateformes (FreeBSD, linux, Solaris, Windows, MAC)

Au niveau du fonctionnement la simulation se fait à événement discret, il est orienté objet, le logiciel permet un mapping entre C++ et Otcl pour les objets et les classes. Le logiciel utilise C++ pour la création de classes de base (calcul de routes,...).

Pour le second semestre nous allons donc utiliser NS2 pour la phase d'implémentation de notre algorithme et les phases de simulations de test. Nous allons comparer notre modèle mathématique actuel avec le modèle mathématique idéal pour nous permettre d'optimiser la solution que nous avons trouver.

ANNEXE :

Début d’algorithme pour la diffusion des messages :

Tr; // portée ou transmission Range Zm; // zone de transmission Dist; // distance entre les véhiculesDirectionSender; // direction de l'émetteurSpeedSender; //vitesse de l'émetteurAdrSource, // adresse source AdrRelay; // adresse Relay PositionSender ; // position de l’émetteur

AdrRelay=AdrSource; SpeedSender=0;

MessageDiffusion=createMessage(AdrSource,AdrRelay,positionSender,speedSender,DirectionSender,Zm); broadcast(MessageDiffusion) init(); while(trafic !=0) //tant qu'il y a un trafic {

while( buffer!=null) {

message = buffer; if(inZone(Zm,Position)) {

if(Relay()) {

updateMessage(); // mettre a jour le message broadcast(); //envoyer le message

} }

} } affichage(); //affichage des résultats

Fonctions :

Struct createMessage(AdrSource,AdrRelay,sositionSender,SpeedSender,DirectionSender,Zm) { // remplir la structure qui représente notre message }

updateMessage(AdrSource,AdrRelay,PositionSender,SpeedSender,DirectionSender,Zm) {

// modification de la structure }

broadcast() {

send(all) ; }

bool inZone(Zm,Position) {

return true ; // si je suis dans la zone }

int Relay( ) {

TimeOut= calculTimeOut(); While(TimeOut != 0){

if(buffer.AdrSource=message.AdrSource ) {

return 0; // le nœud a reçu le message d'un Relay }

} return 1;

}