Vue d’ensemble sur les réseaux d’Internet de véhicules

Introduction

Les systèmes de transport intelligents (STI) ont connu une grande évolution ces dernières années. L’émergence des techniques de communication sans fil a conduit à l’apparition d’un nouveau type de réseau connu sous le nom des réseaux ad hoc de véhicules ou VANETs pour Vehicular Adhoc Networks en anglais [6]. Les VANETs sont considérés comme le cœur des STIs traditionnels. Avec l’arrivées des villes intelligentes, la démocratisation de l’utilisation de l’Internet mobile et l’apparition de nouveau concept de l’Internet des objets, les nouvelles générations plus récentes des STIs font connaitre des changements profonds dans leur architecture de fonctionnement et leur méthode de conception. Cette transformation a accéléré l’émergence d’un nouvel écosystème appelé les réseaux d’Internet des véhicules ou IoV pour Internet of Vehicles en anglais. L’IoV augmente les VANETs traditionnels par de nouvelles technologies de communications hétérogènes, et principalement par des différents objets connectés au réseau de véhicules via Internet. L’IoV vise à améliorer la sécurité sur les routes, rendre l’expérience de voyage plus agréable ainsi que de faciliter la gestion de trafic autoroutier. Dans ce chapitre, nous allons commencer par présenter les concepts de base des réseaux de véhicules dans la section 1.2 avant de détailler dans la section 1.3, les notions fondamentales de la technologie d’Internet de véhicules. La section 1.4 conclut le chapitre. 1.2 Réseau ad hoc de véhicules (VANET) Les réseaux ad hoc de véhicules sont devenus ces dernières années l’un de domaines de recherche les plus attractifs dans le monde des réseaux sans fils. Dans cette section, nous allons décrire les principaux concepts de base de cette technologie.

Définition

 Un réseau ad hoc de véhicules (Vehicular Adhoc Networks, VANETs) est une nouvelle technologie qui tire bénéfice des dernières techniques de communication sans fil pour permettre aux véhicules mobiles de communiquer les uns avec les autres et aussi avec l’infrastructure de bord de la route [7] voir la figure 1.1. Les nœuds mobiles de ce réseau sont les véhicules intelligents. Ces derniers sont équipés de matériels à très hautes technologies tel que : des calculateurs embarqués, des radars, des systèmes de géolocalisation, différents types de capteurs, etc. [8] Les VANETs visent principalement à rendre la route plus sûre, les déplacements plus agréables et la gestion de trafic routier plus efficace. 

Architecture

L’architecture des réseaux de véhicules (VANETs) peut être décrite par un ensemble d’entités [6] : les véhicules intelligents, les unités embarquées au sein des véhicules OBUs (On-Board Units), des unités placées le long des routes RSUs (Road Side Units) et les équipements personnels des conducteurs/passagers de véhicule. Pour pouvoir échanger les différentes informations et les données liées à la sécurité et au confort des usagers de la route, ces différentes entités doivent établir des communications entre elles. Pour cette raison, on distingue trois types de communications : véhicule à véhicule (Vehicle to Vehicle, V2V), véhicule à infrastructure (Vehicle to Infrastruture, V2I) et la communication hybride (Vehicle to Everything, V2X) [9], [10], voir figure 1.1. 

Composantes

 Généralement, il existe quatre entités communicantes dans un réseau de véhicules : • Les véhicules intelligents : sont des véhicules traditionnels équipés d’une unité embarquée de calcul et de stockage appelée On-Board Units (OBUs), en plus de différents capteurs et radars. De plus, les véhicules intelligents sont équipés par différentes technologies de communications sans fil. Toutes ces unités permettent aux véhicules d’effectuer des calculs, de localiser leur position, collecter et enregistrer des données sur leurs environnements et communiquer avec d’autres véhicules ou équipement de bord de la route [6], [10]. • OBU (on-board units) : ce sont des unités embarquées installés sur les véhicules intelligents (voir la figure 1.1), elles regroupent un ensemble de composants matériels et logiciels de hautes technologies (GPS, radar, caméras, différents capteurs, etc.). Leurs rôles consistent à assurer la localisation, la réception, le calcul, le stockage et l’envoie des données sur l’interface de réseau. Les OBUs inclurent aussi des émetteurs-récepteurs qui assurent la connexion du véhicule avec son environement [7], [9]. • RSU (Road Side Unit) : sont des équipements externes aux véhicules installés au bord des routes, voir la figure 1.1. Ils diffusent des informations liées à l’état du trafic, l’état de la route, ainsi que des informations météorologiques. Les RSUs peuvent également jouer le rôle de stations de base relayant les informations envoyées par les véhicules. Ils sont d’ailleurs utilisés comme des relais entre les véhicules [7], [10]. • Les équipements personnels : sont les équipements qui peuvent être emportés par l’utilisateur à l’intérieur de son véhicule. Cela peut être un téléphone, un ordinateur portable ou encore un système de localisation GPS (Global Positioning System)

 Mode de communication 

Dans un réseau de véhicules, il y a principalement trois types de mode de communication [11] : • Communication de véhicule à véhicule (Vehicle to Vehicle, V2V) : comme il est illustré dans la figure 1.1, dans ce type de communication les véhicules communiquent directement les uns avec les autres d’une manière complètement décentralisée. La communication peut être directe en un seul saut entre les véhicules appartenant à la même zone de couverture radio, ou indirecte entre les véhicules éloignés en passant par des relais intermédiaires (véhicules) qui transmettent les messages en utilisant un protocole multisauts. La communication V2V est plus adaptée aux applications nécessitant des communications à courte distance et faible délai de réponse. Aussi, ce type de communication convient aux environnements fortement connectés avec une grande densité [12], [13]. • Mode de communication de véhicule à infrastructures (Vehicle to Infrastructure, V2I) : le mode V2I est un modèle de communication centralisé utilisé pour permettre aux véhicules de communiquer avec l’infrastructure au bord de la route (les RSUs) en un saut, voir la figure 1.1. Ce modèle repose sur le modèle client/serveur dont les véhicules sont les clients et les RSUs installées le long de la route sont les serveurs. Ces derniers sont reliés entre eux à travers une interface filaire ou sans fil. Une meilleure utilisation des ressources partagées et des services est fournie par ce mode de communication [9], [13]. En plus des RSUs, différent type d’infrastructure sont situés dans différentes structures de la route, telles que les feux de circulation, les panneaux des intersections, ou les stops. Le but est d’améliorer l’expérience de la conduite et la rendre plus sûre. L’inconvénient majeur de ce modèle réside dans le déploiement des stations le long des routes, qui est une tâche coûteuse et prend beaucoup de temps. Sans oublier les coûts relatifs à la maintenance de ces stations.