Démarche, modèles et outils multi-agents pour l'ingénierie des collectifs cyber-physiques

We call a Collective Cyber-Physical System (CCPS), a system consisting of numerous autonomous execution units achieving tasks of control, communication, data processing or acquisition. These nodes are autonomous in decision making and they can cooperate to overcome gaps of knowledge or individual skills in goal achievement.There are many challenges in the design of these collective systems. This Habilitation thesis discusses various aspects of such a system engineering modeled according to a multi-agent approach.First, a complete CCPS design method is proposed. Its special features are discussed regarding the challenges mentioned above. Agent models and collective models suitable to constrained communications and changing environments are then proposed to facilitate the design of CCPS. Finally, a tool that enables the simulation and the deployment of hw/sw mixed collective systems is presented.These contributions have been used in several academic and industrial projects whose experience feedbacks are discussed.Nous appelons "collectif cyber-physique" un système embarqué en réseau dans lequel les nœuds ont une autonomie de décision et coopèrent spontanément afin de participer à l'accomplissement d'objectifs du système global ou de pallier des manques de connaissances ou de compétences individuelles. Ces objectifs portent notamment sur l'état de leur environnement physique. La conception de ces collectifs présente de nombreux défis. Ce mémoire d'Habilitation propose une discussion des différents aspects de l'ingénierie de ces systèmes que nous modélisons en utilisant le paradigme multi-agent. Tout d'abord, une méthode complète d'analyse et de conception est proposée. Ses différentes particularités sont discutées au regard des différents défis précédemment évoqués. Des modèles d'agent et de collectifs adaptés aux communications contraintes et aux environnements changeants sont alors proposés. Ils permettent de simplifier la conception des collectifs cyber-physiques. Enfin, un outil qui permet la simulation et le déploiement de systèmes collectifs mixtes logiciels/matériels est introduit.Ces contributions ont été éprouvées dans des projets académiques et industriels dont les retours d'expériences sont exploités dans les différentes discussions

Synthèse des contributions - consultation publique sur l\u27action "Soutien aux usages, services et contenus numériques innovants" (du 7 juin au 7 juillet 2010)

Synthèse des résultats de la consultation publique sur le volet usages, services et contenus des investissements d\u27avenir. Les quatre cents contributeurs de cette consultation étaient interrogés sur les cinq items suivants : 1. Complémentarité avec les infrastructures à très haut débit 2. Développement du cloud computing 3. Numérisation des contenus 4. Développement des technologies de base du numérique 5. Développement des nouveaux usage

KEIHANNA : Keihanna Eco-City Next-Generation Energy and Social System. Projet SMARTMOB

Ce document fait partie d’un ensemble de cinq monographies portant sur les smart communities deKeihanna, Kitakyushu, Toyota, Yokohama au Japon et Lyon Confluence en France. Il vient en complément durapport « Des éco-quartiers aux « smart cities » : quel rôle pour l’électro-mobilité ? Une comparaison France– Japon », réalisé dans le cadre du projet SMARTMOB par le LAET et l’IAO, en réponse à l’appel d’offre duGO6 du PREDIT IV (financement ADEME).Ce rapport pointe les particularités de la smart community de Kyoto Keihanna. Il fait partie d’un corpus qui complètent le rapport final intitulé « Des éco-quartiers aux « smart cities » : quel rôle pour l’électro-mobilité ? Une comparaison France – Japon », réalisé dans le cadre du projet SMARTMOB par le LAET et l’IAO, en réponse à l’appel d’offre du GO6 du PREDIT IV (financement ADEME). Ce dernier est déposé sur les archives ouvertes : https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01382640)

Contribution au domaine de la conception des Systèmes Embarqués et Pervasifs Faible Consommation

La première partie est consacré à l’Estimation de la Consommation des Architectures Logicel. Ce travail est en continuité de mes travaux de thèse et ont démarré avec le projet SPICES piloté par le Dr Eric Senn. Ce projet avait pour but, pour notre partie, de modéliser et d’estimer la consommation des services d’un système d’exploitation à haut niveau. Ces travaux ont fait l’objet de la thèse de Saadia Dhouib (2006-2009) co dirigée par Eric Senn et Jean Philippe Diguet.La seconde aborde le problème du placement des données en mémoire pour les architectures logiciel. L’idée de ces travaux était de permettre un placement optimum des structures de données d’une application dans une hiérarchie mémoire fixée. Ce travail a été le début de la collaboration avec Marc Sevaux et André Rossi sur ces aspects et ont été poursuivis dans la thèse réalisée par Maria Soto (2008-2011).La troisième présente les travaux autour de l’estimation et l’optimisation de la consommation des interconnexions dans les systèmes sur puce (SoC). Dans un système sur puce la consommation d’énergie générée par les interconnexions peut devenir non négligeable ; il devient donc indispensable de pouvoir optimiser cette consommation. Afin de pouvoir juger des optimisations proposées, un modèle d’estimation est nécessaire car le temps de conception et de simulation (au niveau électrique) est prohibitif. Ces travaux ont fait l’objet de la thèse d’Antoine Courtay (2005-2008) co dirigée par Olivier Sentieys et Nathalie Julien.Enfin la dernière aborde mes derniers travaux de recherche sur la conception de systèmes pervasifs pour le domaine maritime. Ces travaux aborde plusieurs sous thèmes comme: -la mesure de la performance pour la course au large ; travaux de thèse de Ronan Douguet (2010-2014)-l’utilisation de la réalité augmentée pour l’aide à la navigation ; travaux de thèse de Jean Christophe Morgère (2011-2015)-l’optimisation temps réel d’énergies renouvelables pour voilier du futur ; travaux de thèse de Mathilde Tréhin (2013- ?)-les algorithmes et plateforme faible consommation pour la conception d’un pilote automatique haute performance pour le nautisme ; travaux de thèse d’Hugo Kerhascoet (2014-2017

Les droits à circuler échangeable : une alternative pertinente et réaliste au péage urbain ?

Le péage de congestion est difficile à mettre en œuvre en milieu urbain car la plupart des automobilistes s'attendent à une dégradation de leur bien-être. Les « droits à circuler échangeables », c'est-à-dire l'allocation gratuite aux habitants des villes de quotas de déplacements ou de kilomètres à effectuer en automobile, pourrait être une alternative plus acceptable. Ce mécanisme fournirait également une incitation supplémentaire à économiser les déplacements automobiles du fait de la possibilité de revendre les droits inutilisés. Nous décrivons en détail un tel système de droits à circuler échangeables, visant à réduire la congestion ou la pollution atmosphérique. Une évaluation est menée dans le cas de l'agglomération de Lyon. Cette évaluation met en évidence les questions d'effets distributifs entre les automobilistes, les habitants et plus généralement la collectivité, quand on compare les droits à circuler au péage de congestion classique.Management de la demande de transports ; permis négociables ; droits à circuler ; circulation automobile ; congestion ; pollution atmosphérique ; évaluation économique ; Lyon (France)

Conception d'un générateur d'intergiciels temps réel embarqués dans l'automobile.

Les applications temps réel sont des applications dont la correction ne dépend pas seulement du résultat produit, mais aussi de la date à laquelle il est produit. Par exemple, dans le domaine de l'automobile, lors d'un freinage, la force à appliquer sur les freins est évaluée par une application (ABS : AntiBlockier System, système évitant de bloquer les roues au freinage, permettant ainsi de conserver la direction du véhicule). Il existe donc des contraintes de délai de réaction entre la demande de l'utilisateur et la consigne appliquée sur les freins. Dans ce domaine, des applications de plus en plus complexes sont aujourd'hui développées. Elles sont souvent distribuées sur plusieurs calculateurs, parfois hétérogènes, et doivent coopérer avec d'autres applications, elles aussi distribuées. Afin de maîtriser cette complexité, on développe classiquement une couche logicielle appelée intergiciel (middleware). Cette couche a pour but de masquer l'hétérogénéité des supports d'exécution et la distribution des applications. Elle propose aux applications un ensemble de services standards pour communiquer et interagir avec le système d'exploitation, tout en garantissant une qualité de service temporelle. Notre objectif est de mettre en oeuvre une technique pour la génération d'intergiciels de communication embarqués pour l'automobile. Le cadre d'utilisation de nos travaux est la conception de systèmes embarqués dans les véhicules. Plus précisément, cette approche permet de concevoir un générateur d'un ensemble de tâches implémentant cette couche de communication pour un type d'application donnée. Pour cela, elle prend en compte l'ensemble des événements requis et offerts par l'application tout en assurant la qualité de service requise par cette dernière (propriétés temps réel), et en minimisant la surcharge due à l'exécution de l'intergiciel. Les travaux présentés visent la réalisation d'un générateur d'intergiciels optimisés, et abordent deux aspects : la conception générique des architectures d'implémentation du générateur et de l'intergiciel, et le déploiement de l'intergiciel généré sur une plateforme temps réel. Constituant un framework technique, l'architecture d'implémentation est optimisée dans le sens où l'intergiciel est adapté à l'environnement d'exécution (le système d'exploitation OSEK/VDX OS et le réseau CAN), et minimise son utilisation des ressources disponibles. Elle apporte une réponse, d'une part, au niveau de la spécification d'une architecture logicielle (construite à l'aide de design patterns), et, d'autre part, à la manière dont cette architecture est déployée sur une plateforme concrète (sous la forme d'un ensemble de tâches). Quant au déploiement de l'intergiciel, il est réalisé sur une architecture matérielle de microcontrôleurs (PIC)

Caractérisation automatisée de la consommation de puissance des processeurs pour l'estimation au niveau système

RÉSUMÉ De nos jours, la consommation de puissance est une contrainte clé et une métrique de performance essentielle lors du design des systèmes numériques. La dissipation de chaleur excessive sur les circuits intégrés diminue relativement leurs performances. Également, plus que jamais, nous avons le besoin d’augmenter le temps de vie des batteries de nouvelles électroniques portables. Avec les techniques de design classiques, RTL « Register Transfer Level », une estimation de puissance précise est possible seulement aux dernières étapes du processus de développement. Pour remédier à cette problématique, on a récemment proposé dans la littérature de hausser le niveau d’abstraction de la conception de systèmes embarqués à l’aide de la méthodologie de niveau système « Electronic System Level » (ESL). Dans cette perspective, ce travail propose une méthodologie capable de caractériser automatiquement la consommation de puissance des processeurs configurable de type « soft-processors » et de générer un modèle efficace pour l’estimation de l’énergie consommée au niveau système. À l'aide de ce modèle, une étude comparative entre trois techniques d’estimation est donc présentée. Les résultats de cinq programmes tests montrent une estimation de puissance huit mille fois plus rapide que les techniques d’estimation conventionnelles et une erreur moyenne de seulement ±3.98 % pour le processeur LEON3 et de ±10.70 % pour le processeur Microblaze.----------ABSTRACT Nowadays, power consumption is a key constraint and a digital system design essential metric of performance. Excessive heat dissipation of integrated circuits relatively decreases the performance of the system. Also, more than ever, we need to increase the battery lifetime of new portable electronics. With classical design techniques as RTL « Register Transfer Level », precise power estimation is only possible in the final stages of the development process. To solve this problem, the literature recently proposed to raise the abstraction level of embedded systems design, using ESL « Electronic System Level » methodology. In this context, this project proposes a methodology to automatically characterize configurable soft-processors power consumption and generate an effective power model for energy consumption estimation at system level. Using this model, a comparative study between three estimation techniques is also presented. The results of five benchmarks show that our power estimation is eight thousand times faster than conventional estimation techniques and an average error of only ±3.98 % for the LEON3 processor and ±10.70 % for the Microblaze processor