Performance improvement of clustered-based VANET routing protocol

Résumé

Le protocole Vehicular Ad-Hoc NETworks (VANETs) a considérablement attiré l’attention ces dernières années, en raison de ses caractéristiques uniques, qui sont différentes du protocole Mobile Ad-Hoc NETworks (MANET), notamment le changement de topologie rapide, l’échec fréquent de liaison et la mobilité élevée des véhicules. La mobilité élevée dans VANET provoque des changements de topologie élevés et, par la suite, entraîne un contrôle excessif et des défaillances de liaison fréquentes. Habituellement, les techniques de clustering ont été utilisées comme principale solution pour réduire les messages de contrôle dans VANET. Dans ces techniques, le réseau est divisé en plusieurs clusters et l’un des membres du cluster (CM) est sélectionné en tant que Cluster Head (CH). Les CH sélectionnés sont responsables de la coordination entre les membres du cluster ainsi que de la communication entre eux. Les techniques du clustering réduiront considérablement les frais généraux de contrôle de routage car elles limitent la communication entre chaque CM et son CH au lieu de la communication entre tous les véhicules dans la topologie de VANET. En utilisant le clustering, seul le CH requiert de trouver l’itinéraire de la destination. Par conséquent, les frais généraux de routage sont proportionnels au nombre de clusters et non au nombre de noeuds. Les objectifs de l’utilisation de clusters sont de minimiser les frais généraux de contrôle et d’augmenter la flexibilité du réseau. La caractéristique la plus importante pour toute technique de clustering est de créer un cluster stable avec un minimum de contrôle de surcharge du cluster. Dans cette thèse, nous définissons quatre types de contrôle de surcharge du cluster, et ils sont comme suit: le surcharge du cluster généré par la formation et de la maintenance du cluster, les messages de contrôle de surcharge transmis des CM au CH, les messages publicitaires diffuses périodiquement par le CH et le contrôle de surcharge diffusé en raison des processus d’élection du CH. En outre, nous supposons que tous les réseaux VANET sont déjà pré-regroupés (preclustered). Par conséquent, les messages de contrôle de surcharge générés par la formation ou la maintenance du clustering sont éliminés. De plus, les messages de contrôle de surcharge générés par le CM et le CH en raison des processus d’élection de CH produisent toujours des messages de surcharge de contrôle élevés. Dans la première partie, le problème du protocole Clustered-Based Routing (CBR) dans VANET relie les données reçues au CH instable. La plupart des algorithmes d’élection du CH proposes sélectionnent le CH dans la topologie VANET en considérant plusieurs paramètres, tels que: la mobilité, l’emplacement et le noeud Life-Time (LT). La plupart des techniques de clustering produisent une topologie de VANET regroupée (clustered) instable, car ils n’élisent pas le CH stable. Par conséquent, le cluster qui élit le CH approprié qui ne change pas fréquemment est considéré comme un cluster stable, il améliore également les performances de routage CBR en termes de débit et de délai. Par conséquent, nous proposons le protocole Cluster-Based Life-Time Routing (CBLTR). Le protocole CBLTR vise à augmenter la stabilité du routage et le débit moyen dans un scénario de segment bidirectionnel. Les CH sont sélectionnés en function du maximum LT parmi tous les véhicules situés dans chaque cluster. Nous proposons également le protocole Intersection Dynamic VANET Routing (IDVR). Il vise à augmenter le debit moyen et à réduire le délai dans une topologie de grille. L’Intersection CH (ICH) élue reçoit un ensemble de candidats d’itinéraires les plus courts (SCSR) guidant à la destination souhaitée à partir du réseau défini par logiciel « Software Defined Network » (SDN). Le protocole IDVR sélectionne l’itinéraire optimal en fonction de son emplacement actuel, de son emplacement de destination et du maximum et du minimum du débit moyen de SCSR. Dans la deuxième partie, un problème se produit lorsque les messages de contrôle de surcharge augmentent en raison de la transmission périodique des messages CM HELLO (CMHELLO) entre les CM et le CH, et lorsque le CH diffuse périodiquement un message CH ADVERTIMENT (CHADS) pour se déclarer CM. Par conséquent, la minimisation des messages de contrôle de surcharge dans n’importe quel environnement de cluster est un objectif essential afin d’utiliser efficacement les ressources du réseau. Par conséquent, nous proposons deux algorithmes: d’abord, l’algorithme de réduction des coûts de contrôle « Control Overhead Reduction Algorithm » (CORA) qui vise à réduire les messages de contrôle de surcharge dans une topologie en cluster, en développant un nouveau mécanisme pour calculer le nombre optimal de messages CMHELLO. Deuxièmement, une version améliorée de CORA (ECORA) visant à réduire les messages CHADS diffusés par les CH, en proposant un algorithme de prediction CHADS qui permet au CH de prévoir la période de diffusion des messages CHADS. Dans la troisième partie, les élections fréquentes de CH augmentent principalement le contrôle de surcharge du cluster, ce qui mène à consommer beaucoup de ressources du réseau disponibles. Le contrôle élevé de surcharge du cluster est considéré comme le principal problem ayant un impact négatif sur les performances du réseau. Dans cette partie, nous nous concentrons sur la réduction des messages de contrôle de surcharge des élections CH. Par conséquent, nous proposons un nouveau protocole passif de prévention des élections CH « Passive CH election avoidance » (PCHEA) qui vise à optimiser le nombre de processus d’élection de CH. Dans le protocole PCHEA, chaque CH sélectionne un autre CH basé sur des informations spécifiques déjà stockées dans sa mémoire, sans nécessiter de déclencher la fonction électorale. Les CH envoient à ses CM la prochaine identification CH et son temps d’activation. En outre, nous proposons le protocole CH Routing (CHR) qui vise à réduire le nombre de CH retransmis entre chaque paire de véhicules. Dans le protocole CHR, le CH sélectionne le second CH adjacent parmi tous les CH situés dans son intervalle de transmission. Le protocole PCHEA et le protocole CHR réduisent considérablement le nombre de CH élus et augmentent le debit moyen dans un scénario de route bidirectionnelle, respectivement. Enfin, les protocoles proposés sont évalués à l’aide du générateur de trafic SUMO (version 0.28.0) et de MATLAB (version R2016b). Nous comparons la performance des protocols proposés avec d’autres protocoles dans la littérature pour différents scénarios et en fonction de différentes mesures de performance.

Date	10 nov. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Michel Kadoch (Directeur(-trice))