Résumé :

La communication véhiculaire, ou réseaux ad hoc véhiculaires (VANETs), est une technologie de réseau véhiculaire sans fil qui peut soutenir le développement de systèmes de transport intelligents (STI). De nos jours, STI ne concerne pas seulement de voitures connectées sur la route, mais également le véhicule intelligent entièrement automatisé. De nombreuses applications émergentes de véhicule-à-tout (V2X) telles que l’avertissement de collision, la gestion du trafic, le peloton, le contrôle de véhicule à distance, la conduite coopérative et la conduite autonome sont déjà en phase de mise en ?uvre ou de développement. Le nouveau groupe de travail IEEE 802.11bd (TGbd) a été récemment formé pour explorer la future feuille de route pour V2X et travaille actuellement sur une nouvelle norme appelée V2X de nouvelle génération (NGV). Le NGV devrait cibler des applications futures plus larges qui nécessitent un débit plus élevé et fonctionnent dans un environnement à haute mobilité avec une portée de communication étendue. La conception transversale des couches (Cross-Layer design) est une solution émergente qui permet de supporter les nouvelles applications NGV. Ainsi, nous proposons dans cette thèse une nouvelle architecture cross-layer PHY/MAC/NET pour améliorer les performances des applications NGV. Nous commençons cette recherche en identifiant les améliorations des couches PHY et MAC d’autres normes Wi-Fi IEEE 802.11 qui pourraient être adoptées pour la norme 802.11bd. Ensuite, nous proposons une première contribution originale, à savoir, une architecture cross-layer PHY/MAC/NET pour améliorer les performances des applications NGV dans un environnement à mobilité élevée. Les résultats de simulation montrent que notre solution permet d’obtenir un débit deux fois plus élevé au niveau de la couche MAC dans un environnement avec une vitesse relative entre les véhicules allant jusqu’à 500 km/h, comme l’exige la norme NGV. Néanmoins, les performances en termes de débit se dégradent dans les VANETs denses en raison du problème de blocage dans la couche MAC. Pour résoudre ce problème, nous proposons une deuxième contribution cross-layer basée sur la sélection d’antennes émettrices et l’adaptation de la puissance émise. Les résultats obtenus montrent que cette conception permet à plus de véhicules de communiquer simultanément et améliore considérablement le débit moyen du réseau, en particulier pour les VANETs à haute densité.

Abstract :

Vehicular communication, or vehicular ad hoc networks (VANETs), is a wireless vehicular network technology that can support the development of intelligent transportation systems (ITS). Nowadays, ITS is not only about connected cars on the road, but also about the fully automated intelligent vehicle. Many emerging vehicle-to-everything (V2X) applications such as collision warning, traffic management, platooning, remote vehicle control, cooperative driving and autonomous driving are already in the implementation or development phase. The new IEEE 802.11bd (TGbd) working group was recently formed to explore the future roadmap for V2X and is currently working on a new standard called Next Generation V2X (NGV). NGV is expected to target broader future applications that require higher throughput and operate in a high mobility environment with extended communication range. Cross-Layer design is an emerging solution to support new NGV applications. Thus, in this thesis, we propose a new cross-layer PHY/MAC/NET architecture to improve the performance of NGV applications. We begin this research by identifying PHY and MAC layer enhancements of other IEEE 802.11 Wi-Fi standards that could be adopted for the 802.11bd standard. Then, we propose a first novel contribution, namely, a cross-layer PHY/MAC/NET architecture to improve the performance of NGV applications in a high mobility environment. Simulation results show that our solution achieves twice the throughput at the MAC layer in an environment with a relative speed between vehicles up to 500 km/h, as required by the NGV standard. Nevertheless, the throughput performance degrades in dense VANETs due to the blocking problem in the MAC layer. To solve this problem, we propose a second cross-layer contribution based on the selection of transmitting antennas and the adaptation of the transmitted power. The results show that this design allows more vehicles to communicate simultaneously and significantly improves the average network throughput, especially for high density VANETs.