Senouci CFIP2008

Expérimentations des communications inter-véhicules Sofiane Khalfallah* — Moez Jerbi ** — Mohamed Oussama Cherif Mohammed Senouci ** et Bertrand Ducourthial * Lab. Heudiasyc UMR CNRS 6599 * Université de Technologie de Compiègne Compiègne, France * @utc. fr Sidi- Orange Labs ** 2 Avenue Pierre Mar 22307 Lannion Cede ** @orange-ftgroup. or21 to View Actuellement, les syst mes de transport intelligent (ITS) sont de plus en plus étudiés aussi bien dans la communauté de recherche que dans les industries (automobiles, télécommunications, etc. ).

En effet, la mise en lace d’applications ITS peut à court terme améliorer la sécurité routière, augmenter efficacement l’utilisation des routes, rédulre les congestions et les embouteillages, limiter l’impact des véhicules sur l’environnement, etc. Cependant, plusieurs problématiques doivent être résolues avant de pouvoir concevoir de telles applications, parmi lesquelles les communications inter-véhicules ont une place privilégiée. Dans cet article, nous nous intéressons aux performances que peuvent offrir les reseaux de véhicules multisauts, et ce dans différents scénarios, et à différents niveaux.

Dans un premier temps, nous évaluons les jusqu’à six véhicules. Ces premiers résultats donnent une idée de ce que les futures applications pour réseaux de véhicules disposeront en terme de délai ou de débit. RESUME. réseaux de véhicules, VANET, réseaux ad hoc dynamiques, ITS, IEEE 802. 11, plates-formes expérimentales, évaluation de performances. MOTS-CLÉS : 1. Introduction Les communications inter-véhicules constituent un domaine de recherche récent, qui interesse de plus en plus la communauté scientifique, les constructeurs automobiles et les opérateurs des télécommunications.

En effet, les systèmes de communication nter-véhicules (IVC) peuvent être utilisés pour mettre en place plusieurs types d’applications. Ces applications sont connues sous le nom de systèmes de transport intelligents (ITS). Ces systèmes permettent d’améliorer les moyens de transport que se soit en terme de sécurlté routière, de mobilité, d’impact sur l’environnement, de productivité, etc. Les applications ITS peuvent être à la fois mises en place dans l’infrastructure des routes et dans les véhicules eux-mêmes.

Ce type de fonctionnement confère aux applications ITS trois types de déploiements : (i) véhicule-vers-véhicule (V2V), ii) infrastructure-vers-véhicule (12V) et véhicule-vers-infrastructure (V21). Dans [DUC 07a], les applications ITS, sont classées en quatre catégories : (i) applications orientées infrastructures afin d’optimiser leur gestion (gestion des autoroutes, transport de marchandises, organisation des urgences etc. ii a lications orientées véhicules afin d’améliorer PAGF 91 (alertes accidents, prévention des carambolages, conduite assistée etc. , (iii) applications orientées conducteurs afin de faciliter Pusage de la route (Slgnalisation dynamique pour les embouteillages ou les travaux. stimation temps réelle du meilleur trajet, etc. ), (iv) applications orientées soumission – 12/2007. CFIP’2007, pages 1 à 12 2 soumission – 12/2007. CFIP’2007 passagers pour offrir de nouveaux services à bord de la voiture (accès internet, jeux distribués, messagerie instantanée, informations touristiques etc. ). Plusieurs problématiques doivent être résolues avant de pouvoir concevoir de telles applications.

En effet, les applications ITS exigent dans la majorité des cas des communications robustes, une certaine qualité de service ou des communications temps réelles. Or, ceci contraste avec les réseaux e véhicules qui présentent des Inconvénients majeurs dus à leur forte dynamique (perte fréquente de connectivité, communication non fiable, durées de communications non bornée etc. ). Différents travaux de recherche ont été proposés recemment pour faire face à certaines de ces problématiques [ABD 07, DUC 07a]. De nombreux protocoles de routage, de localisation ou d’adressage ont été étudiés [KHA 07b].

Des projets ont défini des architectures logicielles pour réaliser les communications véhicules-véhicules ou véhicules-infrastructures. Dans la plupart des cas, les protocoles ont été ?valués par le biais de simulations [KHA 05]. Cependant les simulateurs actuels peinent à modéliser les conditions de tests sur PAGF 3 1 relatons les expériences sur routes que nous avons menées afin d’évaluer les performances qu’il est possible d’attendre des communicatlons inter-véhicules. pour cela, nous avons mis en œuvre deux plates-formes de tests complémentaires, appelées Carman et Caremba.

La première plate-forme est dédiée à la mesure de performances des couches réseaux dans les réseaux de véhicules. La deuxième plate-forme mesure les performances applicatives obtenues avec rotocole de routage dédié aux réseaux de véhicules [KHA 075] et développé en espace utilisateur sur une architecture adaptée aux réseaux dynamiques [DUC 07a]. L’analyse des premiers résultats donne une idée de ce que les futures applications ITS pourront disposer en terme de débits ou de délais notamment. La suite de l’article est structurée de la façon suivante.

Dans un premier temps, nous résumons les travaux concernant les expériences sur route ainsi que les architectures embarquées sousjacentes aux applications ITS. Ensuite, nous détaillons l’architecture logicielle et matérielle de nos deux lates-formes expérimentales ainsi que les scénarios de tests avant d’analyser les premiers résultats obtenus. Nous terminons par quelques perspectives. 2. État de l’art sur les expérimentations Différentes expérimentations ont concerné les VANETs. Elles utilisent principalement la norme IEEE 802. 1. Dans [ABD 07], les auteurs démontrent en effet la faisabilité d’utiliser dlrectement la norme IEEE 802. 1 lb d’une voiture en mouvement connecté ? un point d’accès dans le désert de Californie, où il n’y a aucun obstacle et aucune interférence radio et aucun autre véhicule. Dans [OTT 04], les auteurs ont é obstacle et aucune interférence radio et aucun autre véhicule. Dans [OTT 04], les auteurs ont étudié le comportement des connexions réseaux (TCP et I_JDP) pour une voiture en mouvement, connectée à un point d’accès.

Le but était de comprendre l’impact de la vitesse de la voiture, du taux de transmission et de la taille des paquets. Dans ces expérimentations, des cartes IEEE 802. 1 lb ont été utilisées et peu de précisions ont été révélées sur l’architecture embarquée utilisée. Dans [BUC 05], les auteurs présentent quelques résultats expérimentaux utilisant une applicatlon ultimédia dans un réseau ad hoc inter-véhicules. Ils ont utilisé deux véhicules équipés de la norme IEEE 802. 1 lb et ont fait un ensemble de tests dans deux environnements différents (urbain et autoroute).

Les auteurs arrivent aux conclusions suivantes : (i) le rapport Signal/Bruit (SNR pour Signal to Noise Ratio) est plus important sur autoroute que dans une zone urbaine, (ii) la liaison est plus fiable sur autoroute que dans une ville et (iii) il vaut mieux utiliser de grands paquets de données sur autoroute et de petits paquets (grande fragmentation) en zone urbaine. L’architecture utilisée repose ur Linux, des cartes PCMCIA, des GPS et le protocole DDP. Des résultats similaires sont obte- Expérimentations sur route nus dans [HUI 011 quant au SNR et au bruit.

De plus, les auteurs analysent d’autres paramètres de performances tels que le RTT le débit TCP et IJDP, etc. Ils ont utilisé trois véhicules et u PAGF s 1 multimédia est difficile dans un réseau de véhicules multi-saut. Leur architecture embarquée repose sur Windows XP, les protocoles UDP et TCP, iperf [IPE] pour la génération du trafic, un GPS, Netstumbler pour la mesure des signaux et un routage statique sur trois nœuds. Dans [SIN 021, les auteurs nt mesuré la qualité du lien sur autoroute dans des environnements urbains et semi-urbains.

Les résultats de l’étude ont montré que l’environnement semi-urbain est le plus favorable pour la communication inter-véhicules. L’architecture utilisée par ces auteurs utilise Linux, un GPS, le protocole UDP et l’outil d’évaluation de performances réseau Netperf. Le but des expériences faites par (GAS 06, OTT 041 est de comprendre les performances en termes de temps de connexion et de taux de perte quand une voiture mobile se connecte à des points d’accès. L’architecture embarquée utilisée dans [GAS 06] utilise

Linux, les protocoles TCP, IJDP et HTTP, iperf pour la génération du trafic TCP, wget et apache pour la génération de trafic HTTP et enfin tcpdump (couche réseau) et kismet (couche liaison) pour l’acquisition des données. Ces divers expériences ne considèrent pas des scénarios de tests proches de la réalité (i. e. , croisement, dépassement ou multi- sauts entre les véhicules dans des scénarios hybrides tel que V2V et 12V). Un autre point important qui n’a pas été suffisamment traité est celui de l’influence de certains facteurs tel que la vitesse, l’accélération ou la distance ur les métriques de performance.

Enfin, les expériences présentées dans cet article utilisent des routages statiques. Elles ne prennent pas en compte des protocoles de routage PAGF 1 utilisent des routages statiques. Elles ne prennent pas en compte des protocoles de routage spécifiques aux réseaux de véhicules, ni des architectures embarquées adaptées aux applicatlons devant évoluer en environnement dynamique. Or, les applications ITS reposeront très certainement sur des architectures logicielles spécifiques, intégrant des piles protocolaires adaptées. Divers projets de recherche portent ur les applications ITS aux USA Nil, CICAS, Ivgss… , en Europe (CVIS, SAFESPOT, COOPERS PReVENT, GST, HIGHWAY, FLEETNET… ), au Japon (SmartWay, VICS), en Inde (ITSlndia), en Allemagne (NOW), en France (PREDIT) etc. Actuellement, peu de projets ont spécifié leurs architectures embarquées ou publié des documents publics les concernant. L’architecture proposée par le projet GST (qui concerne les communications véhicules-infrastructure) se base sur Linux, OSGi [OSG], IPv6, HTTP, SOAP et le protocole OMA DM [CSU. L’architecture du projet CVIS [CVI] est basée sur Linux, OSGi, IPv6 et CALM. usieurs protocoles de routage spécifiques aux réseaux de véhicules sont à l’étude dans ces projets. Notons que les architectures devront rester ouvertes à de nouvelles solutions car le domaine est jeune, et la dynamique des réseaux de véhicules remet en cause de nombreuses solutions existantes, depuis les couches basses jusqu’aux applications en passant par la sécurité. Cet article se propose de mesurer les performances des réseaux de véhicules dans divers scénarios réels sur route, avec et sans architecture et protocole spécifiques aux réseaux de véhicules. 3. Expérimentations avec la norme IE-EE 802. sur route Afin d’étudier les perform PAGF 7 1 3. Expérimentations avec la norme IEEE 802. 11 sur route Afin d’étudier les performances de la norme IEE 802. 11 et de mieux appréhender les différents problèmes qui surviennent lors de la communication inter véhicules, nous avons procédé à de nombreux tests en condition réelle. pour ce faire, nous avons mis en place notre propre plate- forme de test Caremba. Cette plate-forme est assez générique et permet de réaliser des tests sur route sur des réseaux de deux à six voitures, et de procurer les métriques permettant de valider ou non les scénarios e tests réalisés (e. . , qualité du signal pour chaque trame émise sur chaque nœud, mesure du brut, distance entre véhicules, vitesse et direction des véhicules, taux de perte, débit mesuré, quantité des données reçues, durée de connexion, gigue, temps d’aller retour). 4 3. 1. Descrption de la p ate-forme Carman Lors des expérimentations, nous avons utilisé des voitures équipées du matériel présenté dans la figure 1. La plate-forme Carman (CAR-based Mobile Ad hoc Network) fonctionne sous Linux et a Figure 1. Matériel utilisé. été testée sur plusieurs distributions.

En effet, suivant la istribution utilisée, certains outils réseaux sont nécessaires (e. g. , ifconflg, Ping, les extensions et outils de Jean Tourrilhes [TOC]], le package Bluez pour la connexion du GPS, etc. ). Il faut noter également que la version du pilote madwifi [MAD] a été modifiée afin de ermettre la capture d’informations avancées telles que la qua PAGF B1 logiciels sont indispensables au fonctionnement de la plateforme tels que le logiciel Iperf pour la génération de trafic réseau TCP ou UDP, VideoLan pour la visuallsation et la diffusion des vidéos, GNU plot [PLQ] pour la création de courbes de résultats, tc.

La figure 2 permet de visualiser Parchitecture de Carman. Cette architecture met en exergue les Figure 2. Architecture de Carman. trois modules de cette plate-forme à savoir (i) un module pour la configuration de la plate-forme qui permet de charger les modules madwifi, de fixer les paramètres du reseau et de synchroniser les temps GPS/PC, (ii) un module pour l’acquisition des données qui est assez simple d’utilisation car le conducteur du véhicule peut aussi l’utiliser et enfin (iii) un module qui permet d’analyser les données capturées.

Au lancement du module d’acquisition des données, les ifférentes informations sont enregistrées dans des fichiers de logs. Au cours des expériences, les informations concernant les différentes métriques telles que le taux de perte et la qualité de signal sont affichées comme le montre la figure Figure 3. Interface de moniteur. Dans le module d’analyse des données capturées, nous avons développé quatre analyseurs de trace (pour GPS, madwifi, ‘perf et Ping). Un script global a été crée pour appeler l’ensemble des analyseurs et fusionner le suite le tracé des courbes PAGF g 1 Nous allons évoquer les plus pertinents d’entre eux. . 2. 1 . Scénarios V2V Le premier scénario est le croisement de deux véhicules moblles comme le montre la figure 4 (a) nous avons fait le test à faible vitesse 30 km/h et à vitesse modérée 50 km/h. Le scénario de Figure 4. (a) Croisement de deux véhicules, (b) Scénario de dépassement (b), (c) Scénario à trois véhicules, (d) Scénario à 6 véhicules. dépassement consiste au croisement de deux véhicules dont un est immobile (cf. figure 4 (b)). C’est une situation assez courante notamment dans les carrefours. Le scénario d’accélération consiste à côtoyer deux véhicules puis faire accélérer l’un d’entre eux.

Ceci permet de voir l’influence de l’accélération sur la communication. Le scénario du simple saut est un scénario à trois véhicules qui permet de voir l’influence du passage par un nœud intermédiaire (cf. figure 4 (c)). Cette expérience a été faite avec des véhicules immobiles puis en mouvement avec deux vitesses prédéterminées (50 Km/h et 90 Km/h). Le dernier scénario V2V testé est un scénario à six véhicules (cf. figure 4 Ce scénario permet d’étudier le comportement des communications utilisant quatre relais. Le choix des relais est réfixé grâce à l’affectation de ro