Reliable Message Dissemination in Mobile Vehicular Networks

Abstract

Les réseaux véhiculaires accueillent une multitude d’applications d’info-divertissement et de sécurité. Les applications de sécurité visent à améliorer la sécurité sur les routes (éviter les accidents), tandis que les applications d’info-divertissement visent à améliorer l'expérience des passagers. Les applications de sécurité ont des exigences rigides en termes de délais et de fiabilité ; en effet, la diffusion des messages d’urgence (envoyés par un véhicule/émetteur) devrait être fiable et rapide. Notons que, pour diffuser des informations sur une zone de taille plus grande que celle couverte par la portée de transmission d’un émetteur, il est nécessaire d’utiliser un mécanisme de transmission multi-sauts. De nombreuses approches ont été proposées pour assurer la fiabilité et le délai des dites applications. Toutefois, ces méthodes présentent plusieurs lacunes. Cette thèse, nous proposons trois contributions. La première contribution aborde la question de la diffusion fiable des messages d’urgence. A cet égard, un nouveau schéma, appelé REMD, a été proposé. Ce schéma utilise la répétition de message pour offrir une fiabilité garantie, à chaque saut, tout en assurant un court délai. REMD calcule un nombre optimal de répétitions en se basant sur l’estimation de la qualité de réception de lien dans plusieurs locations (appelées cellules) à l’intérieur de la zone couverte par la portée de transmission de l’émetteur. REMD suppose que les qualités de réception de lien des cellules adjacentes sont indépendantes. Il sélectionne, également, un nombre de véhicules, appelés relais, qui coopèrent dans le contexte de la répétition du message d’urgence pour assurer la fiabilité en multi-sauts. La deuxième contribution, appelée BCRB, vise à améliorer REMD ; elle suppose que les qualités de réception de lien des cellules adjacentes sont dépendantes ce qui est, généralement, plus réaliste. BCRB utilise les réseaux Bayésiens pour modéliser les dépendances en vue d’estimer la qualité du lien de réception avec une meilleure précision. La troisième contribution, appelée RICS, offre un accès fiable à Internet. RICS propose un modèle d’optimisation, avec une résolution exacte optimale à l'aide d’une technique de réduction de la dimension spatiale, pour le déploiement des passerelles. Chaque passerelle utilise BCRB pour établir une communication fiable avec les véhicules.

Vehicular networks aim to enable a plethora of safety and infotainment applications. Safety applications aim to preserve people's lives (e.g., by helping in avoiding crashes) while infotainment applications focus on enhancing the passengers’ experience. These applications, especially safety applications, have stringent requirements in terms of reliability and delay; indeed, dissemination of an emergency message (e.g., by a vehicle/sender involved in a crash) should be reliable while satisfying short delay requirements. Note, that multi-hop dissemination is needed to reach all vehicles, in the target area, that may be outside the transmission range of the sender. Several schemes have been proposed to provide reliability and short delay for vehicular applications. However, these schemes have several limitations. Thus, the design of new solutions, to meet the requirement of vehicular applications in terms of reliability while keeping low end-to-end delay, is required. In this thesis, we propose three schemes. The first scheme is a multi-hop reliable emergency message dissemination scheme, called REMD, which guarantees a predefined reliability , using message repetitions/retransmissions, while satisfying short delay requirements. It computes an optimal number of repetitions based on the estimation of link reception quality at different locations (called cells) in the transmission range of the sender; REMD assumes that link reception qualities of adjacent cells are independent. It also adequately selects a number of vehicles, called forwarders, that cooperate in repeating the emergency message with the objective to satisfy multi-hop reliability requirements. The second scheme, called BCRB, overcomes the shortcoming of REMD by assuming that link reception qualities of adjacent cells are dependent which is more realistic in real-life scenarios. BCRB makes use of Bayesian networks to model these dependencies; this allows for more accurate estimation of link reception qualities leading to better performance of BCRB. The third scheme, called RICS, provides internet access to vehicles by establishing multi-hop reliable paths to gateways. In RICS, the gateway placement is modeled as a k-center optimisation problem. A space dimension reduction technique is used to solve the problem in exact time. Each gateway makes use of BCRB to establish reliable communication paths to vehicles.