La fluidité de la circulation et la sécurité des routes pourraient bientôt être améliorées grâce aux systèmes de transport intelligents, ou STI (ITS en anglais), une technologie qui utilise l’Internet des objets (IoT) pour recueillir et fournir des données sur les vitesses de circulation, les distances en voiture et les dangers potentiels pour les conducteurs. Bien que cette technologie existe depuis un certain temps, les déploiements actuels sont coûteux et prennent beaucoup de temps. Pour remédier à ces contraintes, les chercheurs ont proposé une architecture de réseau définie par logicielle et basée sur la 5G qui pourrait réduire les coûts et le temps associés au déploiement des STI.

Dans le concept des STI, tous les véhicules sur la route seraient en communication constante avec les autres véhicules et avec l’infrastructure. Pour ce faire, l’équipement de bord et les unités routières (RSU : Roadside Unit) doivent fournir des instructions et des alertes aux conducteurs.

Le nouveau système minimise les coûts de déploiement des STI grâce à l’utilisation d’une architecture intégrée à la fois à la 5G – les communications mobiles qui consomment moins d’énergie et offrent une capacité système accrue – et au réseautage défini par logiciel (SDN : Software Defined-Technology). Le SDN est une architecture de cloud computing où un plan de contrôle est physiquement séparé d’un plan de transfert qui envoie toutes les commandes fournies par le plan de contrôle.

Avec la nouvelle architecture ITS, un réseau 5G rassemble et transmet les données pendant que le SDN traite les données collectées par le système. La technologie 5G offre une bande passante plus large et des débits de données plus élevés pour traiter les grandes quantités de données générées par le serveur ITS, et l’architecture SDN offre une flexibilité et une gestion des données plus facile.

Le réseau 5G comporte trois couches fonctionnelles : la couche de convergence, la couche relais et la couche de détection. Le réseau central du système constitue la couche de convergence, et son travail consiste à envoyer et à traiter les données transmises par un réseau MIMO (Multiple-In Multiple Out) 5G qui peut gérer la transmission de plusieurs paquets de données en même temps.

Le rôle de la couche relais est d’aider à la communication avec les véhicules individuels du STI. De multiples RSU interconnectées diffusent les données entre les couches de détection et de convergence en utilisant les communications de dispositif à dispositif. La couche de détection recueille des données grâce à des dispositifs basés sur l’IoT embarqués dans les véhicules ainsi qu’à des capteurs IoT dispersés dans les villes intelligentes. Avec ces données, la couche de détection peut fournir des informations sur le trafic aux conducteurs après que le réseau central a traité les données.

Figure 1 : Architecture de réseau 5G proposée

Dans l’architecture 5G, le réseau central SDN est utilisé pour traiter les données agrégées par les capteurs IoT. Le réseau central SDN utilise un contrôleur SDN pour optimiser la collecte et la transmission des données. Le contrôleur utilise une méthode d’ingénierie du trafic pour déterminer la priorité des routeurs sur le réseau en fonction de la congestion du trafic. Cela permet au réseau de fournir les directions et les positions des véhicules en temps réel.

Pour traiter les données, le réseau central SDN utilise un algorithme dans le système de données Hadoop pour traiter plus efficacement de grandes quantités de données en ajustant l’utilisation des nœuds du réseau si certains nœuds ne sont pas nécessaires. Le SDN est également programmé pour classer les événements de circulation et générer des décisions après filtrage des données inutiles.

« L’objectif principal de notre architecture est d’assurer une connectivité constante entre les véhicules et le contrôleur SDN « , a déclaré Syed Hassan Ahmed, professeur adjoint, à la Georgia Southern University. « Les grandes données nécessitent toujours beaucoup de temps et de puissance de traitement, ce qui rend l’idée d’un coût ITS en temps réel prohibitif. Notre architecture innovante offre une mise en œuvre à faible coût avec une bande passante élevée et moins de délai de bout en bout. »

Figure 2 : Temps de traitement dans la simulation

Pour tester leur système, les chercheurs ont effectué des simulations à l’aide du langage de programmation C afin de comparer la performance de leur architecture avec celle du RMERS, une architecture ITS existante. Les résultats ont montré que leur système produisait plus de données sur le trafic que l’autre système et que le système des chercheurs nécessitait systématiquement moins de temps de traitement pour les requêtes que le RMERS.

Suite à ces résultats positifs, l’équipe souhaite faire évoluer l’architecture proposée vers une mise en œuvre en temps réel. Les chercheurs cherchent également à savoir s’ils peuvent incorporer de grandes analyses de données à leur système en ajoutant des algorithmes d’apprentissage en profondeur à l’architecture 5G.

Bien qu’il faille poursuivre le développement, cette recherche constitue une étape importante vers l’amélioration de l’efficacité et de l’économie des STI. Bientôt, ces développements permettront aux STI de créer des routes et des autoroutes plus sûres et plus efficaces.

https://innovate.ieee.org/innovation-spotlight/ITS-5G-SDN-intelligent-transportation-system/

https://ieeexplore.ieee.org/document/8406895/

https://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?queryText=ITS&newsearch=true