Contributions to Vehicular Communications Systems and Schemes

La derniere decennie a marque une grande hausse des applications vehiculaires comme une nouvelle source de revenus et un facteur de distinction dans l'industrie des vehicules. Ces applications vehiculaires sont classees en deux groupes : les applications de securite et les applications d'info divertissement. Le premier groupe inclue le changement intelligent de voie, l'avertissement de dangers de routes et la prevention cooperative de collision qui comprend la video sur demande (VoD), la diffusion en direct, la diffusion de meteo et de nouvelles et les jeux interactifs. Cependant, Il est a noter que d'une part, les applications vehiculaires d'info divertissement necessitent une bande passante elevee et une latence relativement faible ; D'autre part, les applications de securite requierent exigent un delai de bout en bout tres bas et un canal de communication fiable pour la livraison des messages d'urgence. Pour satisfaire le besoin en applications efficaces, les fabricants de vehicules ainsi que la communaute academique ont introduit plusieurs applications a l’interieur de vehicule et entre vehicule et vehicule (V2V). Sauf que, l'infrastructure du reseau sans fil n'a pas ete concue pour gerer les applications de vehicules, en raison de la haute mobilite des vehicules, de l'imprevisibilite du comportement des conducteurs et des modeles de trafic dynamiques. La releve est l'un des principaux defis des reseaux de vehicules, car la haute mobilite exige au reseau sans fil de faire la releve en un tres court temps. De plus, l'imprevisibilite du comportement du conducteur cause l'echec des protocoles proactifs traditionnels de releve, car la prediction du prochain routeur peut changer en fonction de la decision du conducteur. Aussi, le reseau de vehicules peut subir une mauvaise qualite de service dans les regions de releve en raison d'obstacles naturels, de vehicules de grande taille ou de mauvaises conditions meteorologiques. Cette these se concentre sur la releve dans l'environnement des vehicules et son effet sur les applications vehiculaires. Nous proposons des solutions pratiques pour les reseaux actuellement deployes, principalement les reseaux LTE, l'infrastructure vehicule a vehicule (V2V) ainsi que les outils efficaces d’emulateurs de releves dans les reseaux vehiculaires.----------ABSTRACT: The last decade marked the rise of vehicular applications as a new source of revenue and a key differentiator in the vehicular industry. Vehicular Applications are classified into safety and infotainment applications. The former include smart lane change, road hazard warning, and cooperative collision avoidance; however, the latter include Video on Demand (VoD), live streaming, weather and news broadcast, and interactive games. On one hand, infotainment vehicular applications require high bandwidth and relatively low latency; on the other hand, safety applications requires a very low end to end delay and a reliable communication channel to deliver emergency messages. To satisfy the thirst for practical applications, vehicle manufacturers along with research institutes introduced several in-vehicle and Vehicle to Vehicle (V2V) applications. However, the wireless network infrastructure was not designed to handle vehicular applications, due to the high mobility of vehicles, unpredictability of drivers’ behavior, and dynamic traffic patterns. Handoff is one of the main challenges of vehicular networks since the high mobility puts pressure on the wireless network to finish the handoff within a short period. Moreover, the unpredictability of driver behavior causes the traditional proactive handoff protocols to fail, since the prediction of the next router may change based on the driver’s decision. Moreover, the vehicular network may suffer from bad Quality of Service (QoS) in the regions of handoff due to natural obstacles, large vehicles, or weather conditions. This thesis focuses on the handoff on the vehicular environment and its effect on the vehicular applications. We consider practical solutions for the currently deployed networks mainly Long Term Evolution (LTE) networks, the Vehicle to Vehicle (V2V) infrastructure, and the tools that can be used effectively to emulate handoff on the vehicular networks.