Méthodes orientées agent et multi-agent

http://www.emse.fr/~picard/publications/bernon09industrie.pdfNational audienceLes systèmes multi-agents (SMA) ont montré leur pertinence pour la conception d'applications distribuées (logiquement ou physiquement), complexes et robustes. Le concept d'agent est aujourd'hui plus qu'une technologie efficace, il représente un nouveau paradigme pour le développement de logiciels dans lesquels l'agent est un logiciel autonome qui a un objectif, évolue dans un environnement et interagit avec d'autres agents au moyen de langages et de protocoles (voir le chapitre 1 " Introduction aux systèmes multi-agents "). Souvent, l'agent est considéré comme un objet " intelligent " ou comme un niveau d'abstraction au-dessus des objets et des composants (voir le chapitre 5 " Composants logiciels et systèmes multi-agents "). Les méthodes de développement orientées objet - au vu des différences entre les objets et les agents - ne sont pas directement applicables au développement de SMA. Il est alors devenu nécessaire d'étendre ou de développer de nouveaux modèles, de nouvelles méthodologies et de nouveaux outils adaptés au concept d'agent

The future of AOSE: exploiting SME for a new conception of methodologies

In the last years, the software engineering eld has provided developers with dierent methodologies to support their work. Nevertheless, existing methodologies can hardly meet the requirements of all existing scenarios, which are more and more complex and highly dierentiated. This problem can be faced by applying the Situational Method Engineering (SME) approach, which enables to build appropriate methodologies by composing \fragments" of existing ones. We envision this approach as the future of software engineering in general, and in particular if applied in Agent Oriented Software Engineering (AOSE). This approach has also the valuable advantage of reusing models, solutions, experiences and tools of existing and tested methodologies. In this paper we report three examples of application of the Situational Method Engineering approach in AOSE. We show that this approach can be applied following dierent directions, and in particular: entity-driven, metamodel-driven, and characteristic-driven. To concretely show these directions, we present three examples of methodologies for developing agent systems (one regarding self-organising systems), all constructed composing methodology fragments to meet the scenario requirements

Optimisation sous contraintes de problèmes distribués par auto-organisation coopérative

Quotidiennement, divers problèmes d'optimisation : minimiser un coût de production, optimiser le parcours d'un véhicule, etc sont à résoudre. Ces problèmes se caractérisent par un degré élevé de complexité dû à l'hétérogénéité et la diversité des acteurs en jeu, à la masse importante des données ainsi qu'à la dynamique des environnements dans lesquels ils sont plongés. Face à la complexité croissante de ces applications, les approches de résolution classiques ont montré leurs limites. Depuis quelques années, la communauté scientifique s'intéresse aux développements de nouvelles solutions basées sur la distribution du calcul et la décentralisation du contrôle plus adaptées à ce genre de problème. La théorie des AMAS (Adaptive Multi-Agents Systems) propose le développement de solutions utilisant des systèmes multi-agents auto-adaptatifs par auto-organisation coopérative. Cette théorie a montré son adéquation pour la résolution de problèmes complexes et dynamiques, mais son application reste à un niveau d'abstraction assez élevé. L'objectif de ce travail est de spécialiser cette théorie pour la résolution de ce genre de problèmes. Ainsi, son utilisation en sera facilitée. Pour cela, le modèle d'agents AMAS4Opt avec des comportements et des interactions coopératifs et locaux a été défini. La validation s'est effectuée sur deux problèmes clés d'optimisation : le contrôle manufacturier et la conception de produit complexe. De plus, afin de montrer la robustesse et l'adéquation des solutions développées, un ensemble de critères d'évaluation permettant de souligner les points forts et faibles des systèmes adaptatifs et de les comparer à des systèmes existants a été défini.We solve problems and make decisions all day long. Some problems and decisions are very challenging: What is the best itinerary to deliver orders given the weather, the traffic and the hour? How to improve product manufacturing performances? etc. Problems that are characterized by a high level of complexity due to the heterogeneity and diversity of the participating actors, to the increasing volume of manipulated data and to the dynamics of the applications environments. Classical solving approaches have shown their limits to cope with this growing complexity. For the last several years, the scientific community has been interested in the development of new solutions based on computation distribution and control decentralization. The AMAS (Adaptive Multi-Agent-Systems) theory proposes to build solutions based on self-adaptive multi-agent systems using cooperative self-organization. This theory has shown its adequacy to solve different complex and dynamic problems, but remains at a high abstraction level. This work proposes a specialization of this theory for complex optimization problem solving under constraints. Thus, the usage of this theory is made accessible to different non-AMAS experts' engineers. Thus, the AMAS4Opt agent model with cooperative, local and generic behaviours and interactions has been defined.This model is validated on two well-known optimization problems: scheduling in manufacturing control and complex product design. Finally, in order to show the robustness and adequacy of the developed solutions, a set of evaluation criteria is proposed to underline the advantages and limits of adaptive systems and to compare them with already existing systems

Dynamic learning of the environment for eco-citizen behavior

Le développement de villes intelligentes et durables nécessite le déploiement des technologies de l'information et de la communication (ITC) pour garantir de meilleurs services et informations disponibles à tout moment et partout. Comme les dispositifs IoT devenant plus puissants et moins coûteux, la mise en place d'un réseau de capteurs dans un contexte urbain peut être coûteuse. Cette thèse propose une technique pour estimer les informations environnementales manquantes dans des environnements à large échelle. Notre technique permet de fournir des informations alors que les dispositifs ne sont pas disponibles dans une zone de l'environnement non couverte par des capteurs. La contribution de notre proposition est résumée dans les points suivants : - limiter le nombre de dispositifs de détection à déployer dans un environnement urbain ; - l'exploitation de données hétérogènes acquises par des dispositifs intermittents ; - le traitement en temps réel des informations ; - l'auto-calibration du système. Notre proposition utilise l'approche AMAS (Adaptive Multi-Agent System) pour résoudre le problème de l'indisponibilité des informations. Dans cette approche, une exception est considérée comme une situation non coopérative (NCS) qui doit être résolue localement et de manière coopérative. HybridIoT exploite à la fois des informations homogènes (informations du même type) et hétérogènes (informations de différents types ou unités) acquises à partir d'un capteur disponible pour fournir des estimations précises au point de l'environnement où un capteur n'est pas disponible. La technique proposée permet d'estimer des informations environnementales précises dans des conditions de variabilité résultant du contexte d'application urbaine dans lequel le projet est situé, et qui n'ont pas été explorées par les solutions de l'état de l'art : - ouverture : les capteurs peuvent entrer ou sortir du système à tout moment sans qu'aucune configuration particulière soit nécessaire ; - large échelle : le système peut être déployé dans un contexte urbain à large échelle et assurer un fonctionnement correct avec un nombre significatif de dispositifs ; - hétérogénéité : le système traite différents types d'informations sans aucune configuration a priori. Notre proposition ne nécessite aucun paramètre d'entrée ni aucune reconfiguration. Le système peut fonctionner dans des environnements ouverts et dynamiques tels que les villes, où un grand nombre de capteurs peuvent apparaître ou disparaître à tout moment et sans aucun préavis. Nous avons fait différentes expérimentations pour comparer les résultats obtenus à plusieurs techniques standard afin d'évaluer la validité de notre proposition. Nous avons également développé un ensemble de techniques standard pour produire des résultats de base qui seront comparés à ceux obtenus par notre proposition multi-agents.The development of sustainable smart cities requires the deployment of Information and Communication Technology (ICT) to ensure better services and available information at any time and everywhere. As IoT devices become more powerful and low-cost, the implementation of an extensive sensor network for an urban context can be expensive. This thesis proposes a technique for estimating missing environmental information in large scale environments. Our technique enables providing information whereas devices are not available for an area of the environment not covered by sensing devices. The contribution of our proposal is summarized in the following points: * limiting the number of sensing devices to be deployed in an urban environment; * the exploitation of heterogeneous data acquired from intermittent devices; * real-time processing of information; * self-calibration of the system. Our proposal uses the Adaptive Multi-Agent System (AMAS) approach to solve the problem of information unavailability. In this approach, an exception is considered as a Non-Cooperative Situation (NCS) that has to be solved locally and cooperatively. HybridIoT exploits both homogeneous (information of the same type) and heterogeneous information (information of different types or units) acquired from some available sensing device to provide accurate estimates in the point of the environment where a sensing device is not available. The proposed technique enables estimating accurate environmental information under conditions of uncertainty arising from the urban application context in which the project is situated, and which have not been explored by the state-of-the-art solutions: * openness: sensors can enter or leave the system at any time without the need for any reconfiguration; * large scale: the system can be deployed in a large, urban context and ensure correct operation with a significative number of devices; * heterogeneity: the system handles different types of information without any a priori configuration. Our proposal does not require any input parameters or reconfiguration. The system can operate in open, dynamic environments such as cities, where a large number of sensing devices can appear or disappear at any time and without any prior notification. We carried out different experiments to compare the obtained results to various standard techniques to assess the validity of our proposal. We also developed a pipeline of standard techniques to produce baseline results that will be compared to those obtained by our multi-agent proposal

An adaptive multi-agent system for self-organizing continuous optimization

Cette thèse présente une nouvelle approche pour la distribution de processus d'optimisation continue dans un réseau d'agents coopératifs. Dans le but de résoudre de tels problèmes, le domaine de l'optimisation multidisciplinaire a été proposé. Les méthodes d'optimisation multidisciplinaire proposent de distribuer le processus d'optimisation, généralement en reformulant le problème original d'une manière qui réduit les interconnexions entre les disciplines. Cependant, ces méthodes présentent des désavantages en ce qui concerne la difficulté de les appliquer correctement, ainsi que leur manque de flexibilité. En se basant sur la théorie des AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems), nous proposent une représentation générique à base d'agents des problèmes d'optimisation continue. A partir de cette représentation, nous proposons un comportement nominal pour les agents afin d'exécuter le processus d'optimisation. Nous identifions ensuite certaines configurations spécifiques qui pourraient perturber le processus, et présentons un ensemble de comportements coopératifs pour les agents afin d'identifier et de résoudre ces configurations problématiques. Enfin, nous utilisons les mécanismes de coopération que nous avons introduit comme base à des patterns de résolution coopérative de problèmes. Ces patterns sont des recommandations de haut niveau pour identifier et résoudre des configurations potentiellement problématiques qui peuvent survenir au sein de systèmes de résolution collective de problèmes. Ils fournissent chacun un mécanisme de résolution coopérative pour les agents, en utilisant des indicateurs abstraits qui doivent être instanciés pour le problème en cours.In an effort to tackle such complex problems, the field of multidisciplinary optimization methods was proposed. Multidisciplinary optimization methods propose to distribute the optimization process, often by reformulating the original problem is a way that reduce the interconnections between the disciplines. However these methods present several drawbacks regarding the difficulty to correctly apply them, as well as their lack of flexibility. Based on the AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems) theory, we propose a general agent-based representation of continuous optimization problems. From this representation we propose a nominal behavior for the agents in order to do the optimization process. We then identify some specific configurations which would disturb this nominal optimization process, and present a set of cooperative behaviors for the agents to identify and solve these problematic configurations. At last, we use the cooperation mechanisms we introduced as the basis for more general Collective Problem Solving Patterns. These patterns are high-level guideline to identify and solve potential problematic configurations which can arise in distributed problem solving systems. They provide a specific cooperative mechanism for the agents, using abstract indicators that are to be instantiated on the problem at hand