Multicast Communications for Cooperative Vehicular Systems

Communications Multicast Pour les systèmes véhiculaires coopératifs

Ines Ben Jemaa (1)

1 RITS - Robotics & Intelligent Transportation Systems

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 specic 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 congured 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-conguring multicast addressing scheme that allows the vehicles to auto-congure a dynamic multicast address without a need to exchange signalling messages with the Internet. Second, we propose a simplied 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 benecier 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 speciques 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 simpliee car elle est realisee au niveau des reseaux locaux des membres multicast qui sont dans la majorit e des cas a priori congures 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. An 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-congurer d'une facon dynamique sans aucun besoin d'echanger des messages de signalisation avec Internet. Nous proposons aussi une approche simpliee 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. An 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. Enn, 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.

Mots clés: Routing; VANET

Mots clés: Multicast; Internet; Routage

Domaines: Réseaux et télécommunications [cs.NI]

Ines Ben Jemaa. Multicast Communications for Cooperative Vehicular Systems. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Mines ParisTech, 2014. English. ⟨NNT : 432⟩. ⟨tel-01101679⟩