The impact of local and autonomous decision on intelligent transport systems at different scales
De l’impact d’une décision locale et autonome sur les systèmes de transport intelligent à différentes échelles
Résumé
Connected environments are flourishing thanks to the different technological media coupled
with new information and communications technology. Urban environments are no exception to
the rule, communication between vehicles and infrastructure allows us to imagine a considerable
amount of new services making the city more intelligent. Deploying such applications in this
highly dynamic environment is currently an open issue, because of the inadequacy of the latter to
the material and contextual constraints of the environment. Indeed, these applications represent
a significant amount of data due to the network topology and the number of connected elements
and their treatment in real time is difficult. Then access to useful information for those services
is limited and disturbed by the urban environment (physical, dynamic and connected). This
also means that the deployed services have to be robust to packet loss or channel quality. Finally
the acceptability of this new technology by users and their behaviors, are a challenge, as the
number of devices to be deployed in the city. Finally, data security issues and harmonization of
standards in the world are being studied. Before the arrival of the autonomous car, the connected
car will take an important place in the Internet of Things in the near future. To overcome this
transition, we offer ITS services in the urban network with its current constraints.
In this thesis we present vehicular applications across different scales : from small scale that
allows real tests of communication and services ; to larger scales that include more constraints
but allowing simulations on the entire network. In this context, we highlight the importance
of real data and real urban topology in order to properly interpret the results of simulations.
We describe different services using V2V and V2I communication. In each of them we do not
pretend to take control of the vehicle, the driver is present in his vehicle, our goal is to show the
potential of communication through services taking into account the difficulties outlined above.
In the small scale, we focus on a service with a traffic light that improves travel times, waiting
times and CO2 and fuel consumption. The medium scale is a roundabout, it allows, through
a decentralized algorithm, to improve the same parameters. It also shows that with a simple
and decentralized decision-making process, the system is robust to packet loss, density, human
behavior or equipment rate. Finally on the scale of a city, we show that local and decentralized
decisions, with only a partial access to information in the network, lead to results close to
centralized solutions. The amount of data in the network is greatly reduced. We also test the
response of these systems in case of significant disruption in the network such as accidents,
terrorist attack or natural disaster. Models, allowing local decision thanks to information deli-
vered around the vehicle, show their potential whatsoever with the V2I communication or V2V.
Les environnements connectés sont en plein essor, grâce aux différents supports technologiques couplés aux nouvelles technologies de l'information et de la communication. Le milieu urbain et véhiculaire ne déroge pas à la règle ; la communication entre les véhicules et l'infrastructure permet d'imaginer une quantité considérable de nouveaux services, rendant la ville toujours plus intelligente et efficace.
Dans cette thèse nous présentons des applications véhiculaires au sein de différentes échelles : de la petite échelle qui permet d'effectuer des tests réels de communication et de service, à des échelles plus grandes incluant plus de contraintes mais permettant des simulations sur l'ensemble du réseau. Dans ce contexte, nous soulignons l'importance de traiter des données réelles (production d'une trace) afin de pouvoir interpréter correctement les résultats des simulations. Nous proposons alors, différents services utilisant les communications V2V et V2I. Dans ces derniers, nous ne prétendons pas prendre le contrôle du véhicule, notre but est de montrer le potentiel et l'impact de prise de décisions locales sur le milieu urbain grâce à la communication véhiculaire. A petite échelle, nous nous focalisons sur un service comprenant un feu de circulation, permettant d'améliorer les temps de parcours et d'attente, ainsi que la consommation en CO2 et en carburant. La moyenne échelle se situant sur un rond-point, permet, grâce à un algorithme décentralisé autonome et probabiliste, d'améliorer ces mêmes paramètres et montre également qu'avec une prise de décision simple et décentralisée, le système est robuste face à la perte de paquet, à la densité, ou encore aux taux d'équipement. Enfin, à l'échelle d'une ville, nous montrons que des décisions prises de manière locale et décentralisée, avec un accès à une information partielle dans le réseau, donnent des résultats proches des solutions centralisées. Ainsi la quantité de données transitant dans le réseau est considérablement diminuée. Nous testons également la réponse de ces modèles en cas de perturbation plus ou moins importante, tels que un accident, un acte terroriste ou encore une catastrophe naturelle. Les modèles permettant une prise de décision locale grâce aux informations délivrées autour d'un véhicule, montrent leur potentiel, que se soit avec la communication V2I ou V2V.
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