Méthodologie de développement de systèmes multi-agents adaptatifs et conception de logiciels à fonctionnalité émergente

Environments within which applications are embedded are growing in complexity and dynamicity, considering the large number and the diversity of the takeholders. Functions of such systems become more and more difficult to define, and their specifications are often incomplete, even if their components are easily identifiable and specifiable. Without new design and modeling methods, managing such project will become too constraining, long and costly to cope with.We propose to use cooperative self-organising adaptive multi-agent systems (AMAS) to tackle these design problems. The functionality of such systems emerges from coopera- tive interactions between agents. Nevertheless, developing using AMAS is still an ad-hoc process and reduced to a small group of users. Several applications have been designed by using AMAS, but it has never been executed by novices and non AMAS experts. To answer to this lack of visibility and openess, the ADELFE project – for Atelier de DEveloppement de Logiciels à Fonctionnalité Emergente or Toolkit for developing applications with emergent functionalities – proposes to develop a methodology based on these emergence oriented principles. This methodology is defined in three points : process, notations and tools. The ADELFE process is based on the Rational Unified Process and extends or adds some agent specific activities. Notations are extensions of UML and A-UML. Tools have been developed or extended in to support notations, with OpenTool, and following the process is eased by using AdelfeToolkit.The relevance of this approach has been confronted to the development of experimental applications. Some results from a dynamic timetable solver, ETTO, and from a multi-robot transportation task are presented and analysed.Les environnements des applications d’aujourd’hui sont de plus en plus complexes et dy- namiques, compte tenu du grand nombre et de la diversité des acteurs en jeu. Les fonctions de tels systèmes deviennent alors de plus en plus difficiles à définir, et leur spécification est souvent incomplète, même si les composantes restent pleinement identifiables et spécifiables. Si de nouvelles méthodes de conception et de modélisation ne sont pas mises au point, la gestion des projets deviendra de plus en plus contraignante, longue et coûteuse.Nous proposons d’utiliser les systèmes multi-agents adaptatifs par auto-organisation coopérative pour palier ces problèmes de conception. La fonctionnalité de ces systèmes est une résultante émergeant des interactions coopératives entre agents. Toutefois, le développement de tels systèmes est resté confidentiel et réduit à un groupe autour de ses créateurs directs. Certes de nombreuses applications ont été conçues grâce à ces systèmes, mais jamais par des novices, non experts du domaine. Pour répondre à ce manque de visibilité et d’ouverture, le projet ADELFE - pour Atelier de DEveloppement de Logiciels à Fonctionnalité Emergente - propose de développer une méthode de développement d’applications repo- sant sur ces principes et définie en trois points : un processus, des notations et des outils. Le processus d’ADELFE est basé sur le Rational Unified Process et y ajoute des activités spécifiques à l’ingénierie orientée agent. Les notations sont une extension des notations UML et A-UML. Des outils ont été développés ou étendus afin de prendre en charge à la fois les notations, grâce à OpenTool, et le processus, grâce à un outil d’aide au suivi appelé AdelfeToolkit.La pertinence de cette méthodologie a été mise à l’épreuve au cours de développements d’applications diverses. Nous présentons ici les résultats obtenus pour un problème de résolution dynamique d’emploi du temps, ETTO (pour Emergent Time Tabling Organisation), et pour un problème de transport multi-robot de ressources

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

Quelle R&D Mener pour le Développement Des Réseaux D'énergie De Demain ? Les Propositions de L'ancre en 2015

Feuille de route sur les réseaux électriques et stockage élaborée par le GP10 Réseaux et Stockages de l'Energie de l'ANCRECette feuille de route concerne les réseaux d’énergie électrique, de chaleur et de froid, les réseaux de gaz (hydrogène, gaz naturel), leurs stockages associés, ainsi que leurs couplages à venir dans le cadre de la transition énergétique et des évolutionsqui l’accompagneront, que ce soit sur les modes de production d’énergie ou sur l’évolution des usages.Le focus est porté sur les réseaux électriques qui seront les premiers impactés par cette transition énergétique. Hormisquelques éléments très spécifiques aux réseaux électriques (et qui seront notés dans le texte par une couleur différente)il est à souligner que la quasi-totalité des considérations et axes de R&D évoqués pour les réseauxélectriques et le développement de leur « intelligence » et/ou de leur flexibilité s’appliquentégalement aux autres réseaux d’énergie. Par ailleurs, si le groupe programmatique« Réseaux et Stockage » de l’ANCRE (GP10) s’est largement appuyé sur les nombreuses feuilles de route émises tant au niveau national, dont celles de l’ADEME, qu’européen, il a également souhaité s’en démarquer en insistantlargement et en détaillant les recherches scientifiques et technologiques à mener face aux verrous actuellement identifiés

Collective and emergent problem solving based on multi-agent systems : principles and applications

A multi-agent system is composed of numerous entities, called agents, interacting in various ways between them and their common environment. This technology is applied in many domains like computer vision, robotics, system simulation or electronic commerce. We consider that problems occuring in signal processing could also be tackled by this technology. We present first the basic tools available for multi-agent systems designers : models, platforms and methodologies. Two projects illustrate our purpose : SCALA in the management of aerospace fighter patrol, and goods routing. We focus then on the adaptation ability of these systems considered as an emergent problem solving question. We detailed in this field the AMAS (Adaptive Multi-Agent System) theory allowing a MAS design where the global fonction is derived from the cooperative self-organisation of its components. An example on flood forecast gives implementation information of this theory.Un système multi-agent est constitué d’un grand nombre d’entités, appelées agents, en interaction entre elles au sein d’un même environnement. Cette technologie aborde de nombreux domaines d’applications comme la vision par ordinateur, la robotique, la simulation de systèmes, le commerce électronique. Nous considérons que les questions abordées en traitement du signal sont très pertinentes dans un cadre multi-agent. Nous présentons d’abord les principaux outils dont disposent les concepteurs de systèmes multi-agents à savoir : des modèles, des plates-formes et des méthodes de développement. Puis, le projet SCALA de simulation de résolution de problèmes par des patrouilles aériennes et un projet de simulation de système de transports illustrent la résolution de problèmes à l’aide de systèmes multi-agents. Ensuite, nous nous intéressons plus particulièrement aux capacités d’adaptation de tels systèmes que nous abordons comme une question de résolution émergente de problèmes. Dans ce cadre nous décrivons en détail la théorie AMAS (Adaptive Multi-Agent System) qui permet de concevoir des systèmes dont la fonction globale émerge à partir d’un processus d’auto-organisation coopérative de ses parties. Une application en prévision de crues donne une indication plus précise des capacités de telles approches

Auto-organisation de fragments pour la conception de processus de développement

Dans le domaine de l'ingénierie du logiciel, plusieurs méthodes ont été conçues, chacune avec ses avantages et ses inconvénients. Même s'il en existe à ce jour de nombreuses, l'expérience a montré que ces méthodes ne sont pas universelles et ne peuvent prévoir toutes les situations possibles. L'évolution actuelle des systèmes impose des modifications de plus en plus rapides et fréquentes de leurs méthodes. Certaines tentatives ont essayé d'unifier des processus de développement et leurs méta-modèles mais se sont révélées infaisables jusqu'à présent. Une autre voie explorée a été de profiter de ces nombreuses méthodes en essayant de combiner leurs caractéristiques particulières. Les travaux sur l'ingénierie des méthodes situationnelles ont cherché plus précisément à permettre la réutilisation de fragments de démarches existantes pour en construire de nouvelles mieux adaptées aux spécificités d'une situation. Cette famille d'approches a l'avantage de préserver les acquis et d'apporter également une certaine flexibilité en fournissant les moyens d'adapter une méthode aux besoins spécifiques d'une situation particulière. C'est dans ce contexte que s'est inscrit mon travail de thèse. Ma contribution dans ce domaine vise à apporter des éléments de réponses pour la conception automatique de processus composé de fragments dont les verrous sont les suivants : (i) comment sélectionner les fragments ; (ii) comment les composer pour obtenir un processus de méthode ; (iii) comment évaluer le résultat de la composition. Une première contribution essentielle de cette thèse est axée sur l'analyse des contraintes et besoins nécessaires à la composition automatique de fragments à savoir la standardisation de fragments, leur sélection et assemblage ainsi que rôle de l'utilisateur avant et pendant la composition. Ces travaux m'ont permis de proposer le système SCoRe (\textit{Self-Combining method fRagments}) qui auto-compose des fragments de méthodes à l'aide d'un système multi-agents adaptatif afin de déterminer un processus adapté et adaptable à des situations spécifiques. Son objectif est, d'une part, d'assister au maximum l'équipe de développement dans la réalisation de son projet, et, d'autre part, de s'adapter aux potentielles évolutions pendant l'exécution du processus composé. Une deuxième contribution réside dans la définition de critères et méthodes pour l'évaluation de processus existants ou résultants de la production du système multi-agent adaptatif SCoRe. L'objectif de ses évaluations est de mesurer les caractéristiques structurelles et les performances des méthodes évaluées.Software systems are becoming more and more complex. A common dilemma faced by software engineers in building complex systems is the lack of method adaptability. In the Software Engineering field, several methods have been created with advantages and drawbacks but the experience shows that existing methods are not universal and cannot answer all situations. The system evolution requires method modifications more rapid and frequent. Some researchers tried to unify metamodel. Another way explored was to take advantage of the different methods by combining their characteristics. The situational method engineering (SME) approaches focus on the in-house construction of methods for systems development which are tuned to specific situations of development projects. My work of thesis is included in this context. My main contribution aims at bringing first answers to the automatic process composition. The issues of the creation of tailored processes are the following: (i) selecting appropriate method components from a repository of reusable method components; (ii) tailoring these method components as appropriate; (iii) integrating these tailored method components to form the new situation-specific method. A first main contribution of this thesis aims at studying the ability to design process and adjust the proposed process according to the characteristics of application domain and users profile. I propose an original system called SCoRe (Self-Combined method fRagments) to automatically build a self-adaptive design process where each fragment is encapsulated in an autonomous agent. On one hand, the goal of SCoRe is to assist the designer in the choice of fragment and therefore in the definition of a process most suitable to the current situation. On the other, its goal is to react dynamically to potential modifications. A second contribution resides in the definition of criteria and methods for evaluating existing processes or processes assembled by SCoRe. The aim of these evaluations is to measure structural characteristics and performance of evaluated methods

Kevoree (Model@Runtime pour le développement continu de systèmes adaptatifs distribués hétérogènes)

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles.The growing complexity of modern IT systems has motivated the development of new paradigms (objects, components, services,...) to better cope with the critical size of their functionalities. Such systems are then built as a modular and dynamically adaptable compositions, allowing them to minimise their down-times while performing evolutions or fixes. In order to ensure non-functional properties (i.e. request latency) such systems are distributed across different computation nodes. Besides the added value in term of computational power (cloud), this distribution can also target nodes with dedicated properties such as mobile nodes and sensors (internet of things), physically close to users for interactions. Adapting a system requires knowledge about its current state in order to adapt its architecture to its evolving needs. A new state must be then disseminated to other nodes to synchronise them. Maintaining its consistency and sharing this state is a difficult task especially in case of sporadic connexions which lead to divergent state between sub-systems. To tackle these scientific problems, this thesis proposes an abstraction to design and deploy distributed adaptive systems following the Model@Runtime paradigm. From this abstraction, the proposed approach allows defining a distributed reflexive layer to manipulate heterogeneous distributed nodes. In particular, this contribution introduces variable consistencies in model definition and divergence in system conception. This reflexive layer, eventually consistent allows the construction of distributed adapted systems even on mobile nodes with intermittent connectivity. This work has been realized in an open source project named Kevoree, and validated on various distributed systems ranging from sensor networks to cloud computing.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Les environnements numériques d’apprentissage (ENA) : État des lieux et prospective

Rapport d’analyse et de synthès

Gestion dynamique d'ontologies à partir de textes par systèmes multi-agents adaptatifs

Une ontologie est une représentation structurée des connaissances d'un domaine sous la forme d'un réseau conceptuel. Les ontologies sont considérées comme un support indispensable à la communication entre agents logiciels, à l'annotation des sites Web et des ressources documentaires dans une optique de recherche sémantique de l'information. Parce que les connaissances d'un domaine sont amenées à évoluer, une ontologie doit elle aussi évoluer pour rester en cohérence avec le domaine qu'elle modélise. Actuellement, la plupart des travaux traitant de l'évolution d'ontologies se préoccupent de la vérification et du maintien de la cohérence de l'ontologie modifiée. Ces travaux n'apportent pas de solutions concrètes à l'identification de nouvelles connaissances et à leur intégration dans une ontologie. Les travaux en ingénierie d'ontologies à partir de textes quant à eux traitent ce problème d'évolution comme un problème de reconstruction d'une nouvelle ontologie. Souvent, le résultat produit est complètement différent de l'ontologie à modifier. Par ailleurs, les logiciels d'évolution spécifiques à un domaine particulier rendent impossible leur utilisation dans d'autres domaines. Cette thèse propose une solution originale basée sur les systèmes multi-agents adaptatifs (AMAS) pour faire évoluer des ontologies à partir de textes. Chaque terme et concept sont représentés par un agent qui essaie de se situer au bon endroit dans l'organisation qui n'est autre que l'ontologie. Ce travail est concrétisé par un outil nommé DYNAMO. Un besoin d'évolution est déclenché par l'ajout de nouveaux textes dans un corpus de documents. DYNAMO utilise les résultats d'un extracteur de termes et de relations lexicales ainsi qu'un AMAS, nommé DYNAMO MAS, pour proposer une ontologie modifiée à un ontographe. Ce dernier interagit avec DYNAMO MAS via une interface graphique en modifiant l'ontologie proposée (déplacement, ajout, modification de concepts, de termes et/ou de relations), produisant ainsi des contraintes auxquelles l'AMAS doit s'adapter. Cette "coévolution" entre l'AMAS et l'ontographe cesse lorsque l'ontographe juge que l'ontologie modifiée est cohérente avec le nouveau corpus.An ontology is a structured representation of domain knowledge based on a conceptual network. Ontologies are considered as an essential support for the communication between software agents, the annotation of Web sites and textual resources to carry out semantic information retieval. Because domain knowledge can evolve, an ontology must also evolve to remain consistent with the domain that it models. Currently, studies on ontologies evolution are focusing on checking and maintaining the consistency of the evolved ontology. These works do not provide concrete solutions to the identification of new knowledge and its integration into an ontology. Ontology engineering from texts considers evolution as a problem of ontology reconstruction. The result produced by this kind of software is often completely different from the initial ontology. Moreover, it is almost impossible to reuse software designed only for a particular domain. This PhD thesis proposes an original solution based on adaptive multi-agent systems (AMAS) to evolve ontologies from texts. Each term and each concept are agentified and try to find its own right place in the AMAS organization that is the ontology. This work is implemented in a software called DYNAMO. An ontology evolution requirement is triggered by the addition of new texts in a corpus of documents. DYNAMO uses the results of a term extractor and a lexical relation extractor. These results are the input data of an AMAS, called DYNAMO MAS, that evolves an ontology and proposes it to an ontologist. Then, the ontologist interacts with DYNAMO MAS via a graphical interface by modifying the proposed ontology (moving, addition, suppression of concepts, terms and / or relationships). The ontologist's actions are feedback used by the AMAS to adapt the evolved ontology. This "coevolution" process between the AMAS and the ontologist ends when the ontologist judges that the modified ontology is consistent with the new corpus

Patrons de conception pour l’intégration graduelle de mécanismes d’adaptation dans les interfaces graphiques

Les interfaces graphiques de logiciels modernes requièrent de plus en plus de s’adapter à diverses situations et divers utilisateurs, rendant leur développement plus complexe. Peu de guides et de solutions à faible coût d’intégration dans un projet existent et sont trop souvent dépendants d’une technologie ou d’une plateforme donnée. Ce mémoire présente une technique pour l’implémentation graduelle de comportements adaptatifs dans les interfaces graphiques par le biais de patrons de conception. Les patrons de conception sont des solutions formalisées répondant à des problèmes récurrents, dans ce cas-ci de structuration d’un logiciel pour l’ajout de l’adaptation. Ces derniers sont présentés dans un format normalisé et une implémentation de référence a été développée sous forme de librairie baptisée AdaptivePy. Un prototype démonstratif est utilisé pour comparer une approche d’implémentation ad hoc à celle utilisant la librairie et donc les patrons. Les gains observés sont au niveau de la séparation des préoccupations, de la cohésion des méthodes, de la localisation des changements pour l’ajout de l’adaptation et de l’extensibilité. Aussi, ce mémoire présente des métriques visant la vérification de l’organisation des composants d’un logiciel structuré par l’application des patrons de conception. Ces métriques sont des indicateurs de la proportion des situations contextuelles du système que supporte un composant. Les métriques et leur calcul sont présentés dans un format basé sur ce- lui de l’ISO/IEC 25023 et une implémentation de référence a également été développée. Une application typique est évaluée grâce aux métriques et des actions correctives sont présentées pour résoudre les problèmes détectés. L’utilité des métriques pour valider une application développée en utilisant la structure induite par les patrons de conception est ainsi mise en évidence. La méthodologie du projet a suivi un processus itératif pour l’élaboration des patrons de conception et la recherche des métriques pour appuyer leur application dans un contexte pratique. Par l’analyse de la littérature pour identifier les concepts communs de l’adaptation et les éléments de mesure dans le domaine de l’adaptation, des solutions plus générales et adaptées à une grande variété de domaines d’application sont proposées. Parmi les contributions du projet sont trois nouveaux patrons de conceptions : Moniteur, Proxy routeur et Composant adaptatif. Aussi, deux métriques spécifiques ont été formalisées : la couverture modélisée de l’espace d’adaptation ainsi que la couverture effective de l’espace d’adaptation. En plus, deux métriques générales supplémentaires sont proposées : la profondeur de l’arbre de substitution et la stabilité de l’adaptation