Multicast Communications for Cooperative Vehicular Systems
Communications Multicast Pour les systèmes véhiculaires coopératifs
Résumé
With the advancement of wireless communications technologies, users can now have multicast
services while they are driving. In adding to the traditional multicast applications,
developments in vehicular communications allow new multicast emerging applications
such as
eet management and point of interest (POI). Fleet management, including route
guidance of a
eet of vehicles, often requires a control/service center, which resides in the
Internet, to communicate and provide information to
eets of vehicles. Point of Interest
refers to a specic point location (e.g., parking lots, restaurants, or other local facilities)
that may be of interest or use to road users in the area. Both of these mentioned
applications require Internet-to-vehicle multicasting. Conventional group management
approaches in Internet is relatively simple because it is performed on the local networks
of the multicast members which are usually a priori congured to receive the service. In
addition to this, multicast packets
ows follow a routing structure (usually a tree structure)
that is built between the source and the destinations. These approaches could not
be applied to vehicular networks (VANET) due to their dynamic and distributed nature.
In order to enable such multicasting, our work deals with two aspects. First, reachability
of the moving vehicles to the multicast service and second, multicast message dissemination
in the VANET. Regarding the rst issue, we nd that neither current multicast
addressing nor existing mobility management mechanisms are suitable for VANET. This
is because not only they do not t to applications that have a geographic scope but also
they do not allow spontaneous joining and they may create routing problems. We introduce
rst a self-conguring multicast addressing scheme that allows the vehicles to
auto-congure a dynamic multicast address without a need to exchange signalling messages
with the Internet. Second, we propose a simplied approach that extends Mobile
IP and Proxy Mobile IP. This approach aims at optimizing message exchange between
vehicles and entities responsible for managing their mobility in Internet. To study the
dissemination mechanisms that are suitable for
eet management applications, we propose
to revisit traditional multicast routing techniques that rely on a tree structure. For
this purpose, we study their application to vehicular networks. In particular, as vehicular
networks are known to have changing topology, we present a theoretical study of the
link lifetime between vehicles in urban environments. Then, using simulations, we study
the application of Multicast Adhoc On Demand Vector, MAODV. We propose then
Motion-MAODV, an improved version of MAODV that aims at enhancing routes built
by MAODV in vehicular networks and guarantee longer route lifetime. Finally, to enable
geographic dissemination as required by POI applications, we propose a routing protocol
Melody that provides a geocast dissemination in urban environments. Through simulations,
Melody ensures more reliable and ecient packet delivery to a given geographic
area compared to traditional geo-brodcasting schemes in highly dense scenarios.
Avec l'evolution des technologies de communication sans l, les usagers de la route
peuvent aujourd'hui benecier des services multicast. Autres que applications traditionnelles
de multicast, la communication vehiculaire permet le developpement de nouvelles
applications multicast emergentes telles que la gestion de la
otte et la distribution des
Points d'Inter^et. Les applicatiosn de gestion de
ottes de vehicules permettent leur guidage
et leur suivi. Elles necessitent souvent un centre de contr^ole localise dans Internet,
qui est responsable de leur communiquer et de leur fournir des informations de gestion.
Les applications de Point d'Inter^et (POI) distribuent les informations speciques a un
emplacement d'un point d'inter^et utilisateur (par exemple, les parcs de stationnement,
les restaurants, etc.). Ces informations sont utiles pour les usagers de la route qui se
trouvent a proximite du point d'inter^et. Les deux categories d'applications deja citees
necessitent une communication multicast de l'Internet vers les reseaux vehiculaires (VANET).
En eet, la gestion des groupes multicast dans Internet est simpliee car elle
est realisee au niveau des reseaux locaux des membres multicast qui sont dans la majorit
e des cas a priori congures pour recevoir le service. De plus, les packets multicast
suivent une structure de routage xe (souvent en arbre) etablie entre la source et les
destinataires. Ces approches ne peuvent ^etre appliquees aux reseaux vehiculaires vue
leur nature dynamique et distribuee. An de mettre en place une communication multicast
adaptee au contexte de la communication Internet-vers-reseaux vehiculaires, notre
travail traite de deux aspects dierents. Tout d'abord, l'accessibilite des vehicules en
mouvement au service Internet et en deuxieme lieu, la dissemination du message dans
les VANET. Concernant le premier probleme, nous constatons que le systeme d'adressage
multicast actuel ainsi que le mecanisme de gestion de la mobilite ne sont pas adaptes aux
VANET. Ceci car non seulement ils ne sont pas adaptes aux applications dont la destination
est geographique mais aussi ne permettent pas une jointure de groupe spontannee
et peuvent creer des problemes de routage. Nous introduisons alors un schema d'adressage
multicast base sur les coordonnees geographiques des vehicules qui leur permet de
s'auto-congurer d'une facon dynamique sans aucun besoin d'echanger des messages de
signalisation avec Internet. Nous proposons aussi une approche simpliee de gestion de la
mobilite des vehicules dans le cadre des architectures Mobile IP et Proxy Mobile IP. Le
but de cette approche est d'optimiser l'echange des messages avec les entites responsables
de la gestion de la mobilite dans Internet en mettant en place un mechansime de gestion
de groupe local au reseau vehiculaire. An d'etudier les mecanismes de dissemination
appropries aux applications de gestion de
ottes, nous nous proposons de revisiter les
techniques de routage multicast traditionnelles basees sur une structure de diusion en
arbre. Pour cela, nous etudions leur application aux reseaux vehicules. En particulier,
comme les reseaux vehiculaires sont connus pour avoir une topology dynamique, nous
presentons une etude theorique portant sur la duree de vie des liens entre les vehicules
en milieux urbains. Ensuite, en utilisant la simulation, nous etudions l'application de
Multicast Adhoc On Demand Vector, MAODV et proposons Motion-MAODV, une version
adaptee de MAODV qui a pour objectif d'etablir des routes plus robustes et qui
ont une duree de vie plus longue que celles etablies par MAODV. Enn, concernat la
dissemination multicast geolocalisee dans les applications POI, nous proposons le protocole
de routage Melody qui permet une diusion geocast en milieu urbain. A partir
de simulations, nous constatons que, compare aux protocoles de geo-brodcasting dans
les milieux urbain tres denses, Melody assure plus de abilite et d'ecacite lors de
l'acheminement des donnees vers les zones geographiques de destination.
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