3.6.1
Technologies existantes
Nous avons pr´esent´e au chapitre 2, le fonctionnement du sch´ema de clustering CBL. Ce sch´ema, qui se greffe dans un protocole de routage, est ind´ependant de la couches physique et liaison de donn´ees de la technologie radio utilis´ee. La structure “dynamiquement stable” construite par CBL ne prend en effet en compte que l’invariant de la port´ee radio th´eorique de la technologie employ´ee. Cependant, une ´evaluation compl`ete de ce protocole dans des conditions proches du terrain n´ecessite de simuler cette structure en prenant en compte une technologie sous-jacente permettant un acc`es physique au m´edium ainsi que de v´erifier qu’elle offre les services n´ecessaires au transport de trafic applicatif.
Le mod`ele IEEE 802.11p est actuellement le seul standard con¸cu pour les VANETs qui permet une communication directe entre v´ehicules. Selon la modulation choisie, cette technologie offre des d´ebits th´eoriques de 3 `a 27 Mbps.
Quant `a la version 13 de la technologie LTE d´efendue par l’Europe, elle permet ´egalement des com- munications Device-to-Device (D2D), mais `a un saut, et r´eserv´ees `a des fins de s´ecurit´e publique d’une part et sous coordination d’une borne statique appel´ee eNodeB pour l’obtention d’un acc`es au m´edium de deux composants dans une mˆeme cellule ou entre un composant de la cellule et l’autre en bordure, d’autre part. La version commerciale du LTE R13 n’autorise que la phase de d´ecouverte du D2D. Les communications directes sans intervention d’un eNodeB ne sont pas possibles.
Si la g´en´eration 4G (comme les 2G et 3G) ´etait centralis´ee sur l’usager humain, la technologie 5G `a venir a pour vocation d’ˆetre plus flexible et de permettre `a terme les communications de v´ehicules `a v´ehicules ([184]). La technologie LTE est donc en pleine ´evolution, en particulier pour ce qui concerne les communications V2V `a plus d’un saut, qui ne devraient ˆetre prises en compte qu’`a partir de la seconde phase de d´eveloppement de la 5G.
Notre choix s’est donc port´e sur la technologie IEEE 802.11p. Nous avons utilis´e pour l’ensemble des simulations r´ealis´ees sous OPNET Riverbed Modeler le mod`ele IEEE 802.11p disponible avec la licence WIRELESS d’OPNET Riverbed Modeler.
3.6.2
Description du protocole IEEE 802.11p
Le protocole de communication IEEE 802.11p est d´efini sur les couches 1 et 2 du mod`ele de r´ef´erence OSI de l’ISO pour un m´edium de communication sans fil, soit en espace libre.
La norme pr´evoit un codage des signaux sur le m´edium selon la technique “d’Acc`es multiple par division de fr´equences orthogonales”, Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDM) [185]. La bande de fr´equence de 5,850 `a 5,925 GHz aux ´Etats Unis (5,855 `a 5,925 GHz en Europe) est divis´ee en sept canaux de 10 Mhz avec un premier canal de contrˆole et six canaux de service [6]. Le canal de contrˆole est r´eserv´e `a la transmission des messages de gestion du r´eseau. Les six autres canaux sont d´edi´es `a la transmission des donn´ees applicatives annonc´ees sur le canal de contrˆole. Cette m´ethode s’appuie sur la
norme 802.11a qui utilise des canaux de 20 Mhz. Pour le 802.11p, la taille des bandes de fr´equence des canaux, et donc le d´ebit, a ´et´e divis´ee par deux pour am´eliorer la prise en compte des signaux r´efl´echis et limiter l’effet Doppler. Jusqu’`a huit d´ebits de transfert de donn´ees (3 ; 4,5 ; 6 ; 9 ; 12 ; 18 ; 24 et 27 Mbit/s) sont possibles avec la m´ethode OFDM selon les m´ethodes de modulation et de codage utilis´ees. La port´ee de transmission de la norme 802.11p s’´etend jusqu’`a 1 km. Quatre cat´egories de puissance sont autoris´ees Puissance isotrope rayonn´ee ´equivalente (EIRP) allant de 23 dBm `a 44,8 dBm pour les USA et de 23 dBm `
a 33 dBm en Europe.
L’acc`es distribu´e au m´edium de communications est g´er´e par la couche MAC par un algorithme, de type comp´etition d’acc`es multiple par d´etection de porteuse avec ´evitement de collision appel´e (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)). Chaque nœud souhaitant pr´eempter le m´edium l’´ecoute durant une dur´ee TAIF S (Arbitration Interframe Space). `A l’issue de ce temps d’´ecoute,
si le m´edium est libre, le nœud ´emet (figure 3.13), sinon il diff`ere son ´emission d’un nombre d’intervalles de temps (Time Slot) al´eatoirement choisi. Ce nombre al´eatoire appel´e backoff est tir´e dans une fenˆetre de contention (Contention Window ). Lorsque le nœud doit diff´erer son ´emission, il ´ecoute de nouveau la porteuse durant TAIF S. Si le m´edium est libre `a l’issue de cette p´eriode, il diff`ere encore sa transmission
du nombre de Time Slot al´eatoirement tir´e pr´ealablement `a sa tentative de pr´eemption du m´edium. Cependant, si lors de l’un de ces Time Slot, le m´edium n’est plus libre, le nœud g`ele la d´ecr´ementation du nombre backoff jusqu’`a la lib´eration de la porteuse, puis le temps inter-trame TAIF S. C’est seulement
`
a l’issue de ce d´ecompte, que le nœud pourra ´emettre si le m´edium est toujours libre.
CSMA/CA
´
Ecoute du m´edium durant TAIF S
M´edium Libre ?
Choix d’un backoff
B = rand([0; Cwin+ 1])
Non
´
Ecoute du m´edium durant TAIF S
M´edium Libre ? Non D´ecr´ementer B Oui B>0 ? Oui ´ Emission Non Oui Transmission termin´ee
(a) Mode broadcast
CSMA/CA
´
Ecoute du m´edium durant TAIF S
M´edium Libre ?
Choix d’un backoff
B = rand([0; Cwin+ 1])
Non
´
Ecoute du m´edium durant TAIF S
M´edium Libre ? Non D´ecr´ementer B Oui B>0 ? Oui ´ Emission Non Oui R´eception du message ACK ? Transmission termin´ee Oui Maximum de tentatives atteintes ? Non Erreur de transmis- sion Oui CW< CWmin? Non Augmenter CW Non Oui (b) Mode unicast
Le d´elai inter-trame est ainsi calcul´e :
TAIF S(AC) = SIF S + AIF SN (AC) ∗ SlotT ime
O`u Short Interframe Space (SIFS) est la dur´ee requise pour que l’interface sans fil traite la trame re¸cue et ´emette une trame de r´eponse et AIFSN ou Arbitration Interframe Space Number.
Les valeurs par d´efaut sont :
SIF S = 32 µs SlotT ime = 13 µs
TAIF S est la dur´ee ´ecoul´ee entre deux transmissions de trames. Sa valeur peut ˆetre diff´erente selon la
cat´egorie d’acc`es ou priorit´e, Access Category (AC). Elle repose sur le mode Enhanced distributed coordi- nation function (EDCA) de l’amendement IEEE 802.11e. La norme 802.11p distingue quatre cat´egories d’acc`es correspondant chacune `a un type de trafic : AC0 qui donne une priorit´e background quand le trafic est faible, AC1 qui donne une priorit´e appel´ee best-effort aux applications standards, AC2 pour une priorit´e `a la vid´eo (video) et AC3 pour une priorit´e donn´ee `a la voix (voice) [185]. En fonction de la cat´egorie, les valeurs de certains param`etres sont modifi´ees [187] (tableau 3.10).
Cat´egorie CWmin(AC) CWmax(AC) AIFSN(AC) TAIF S(AC)(µs)
AC0 aCWmin= 15 aCWmax= 1023 9 149
AC1 aCWmin= 15 aCWmax= 1023 6 110
AC2 (aCWmin+ 1)/2 − 1 = 7 aCWmin= 15 3 71
AC3 (aCWmin+ 1)/4 − 1 = 3 (aCWmin+ 1)/2 − 1 = 7 2 58
TABLEAU 3.10 – Valeur des param`etres de la couche MAC du protocole 802.11p en fonction de la cat´egorie d’acc`es
Lorsque la communication s’effectue en mode unicast, le nœud destinataire doit ´emettre en retour de la bonne r´eception de la trame un accus´e de r´eception (trame Acknowledgment (ACK)). Si le nœud source ne le re¸coit pas, il augmente de deux la largeur de sa fenˆetre de contention de CW (AC) avant de tirer une nouvelle valeur al´eatoirement backoff avant de retenter l’´emission de la trame perdue. `A l’initialisation, CW (AC)a pour valeur CWmin(AC)(avec aCWmin= 15) qui est fonction du type de trafic. La valeur
de CW (AC) est plafonn´ee par CWmax(AC)(avec CaWmax= 1023).
3.6.3
Param´etrage dans Riverbed OPNET Modeler
La version de Riverbed OPNET Modeler utilis´ee est la 17.1 qui ne contenait pas initialement le mod`ele de nœud 802.11p. Ce mod`ele a donc ´et´e cr´e´e par r´etro-ing´enierie `a partir de celui de la licence WIRELESS de la version 18.0 en pr´evision de cette th`ese. Il avait ´et´e v´erifi´e que les r´esultats de simulation obtenus pour des sc´enarios identiques ´etaient les mˆemes avec OPNET Riverbed Modeler 17.1 et Riverbed Modeler 18.0. Le param´etrage du mod`ele de nœud 802.11p est pr´esent´e dans le tableau 3.11. Seul le premier canal de 10 Mhz de la bande de fr´equence (5,855 - 5,925 GHz) allou´e en Europe par ETSI est utilis´e. Le d´ebit de transmission est fix´e `a 12 Mbits/s et les messages de routage sont envoy´es en cat´egorie d’acc`es AC0. Les messages applicatifs sont transmis en cat´egorie d’acc`es AC1.
TABLEAU 3.11 – Configuration des nœuds dans OPNET
Attributs Valeur
Fr´equence minimale 5,855 GHz
Bande passante 10 Mhz
D´ebit de transmission 12 Mbits/s