Teaching co-simulation basics through practice

International audienceCyber-physical system representation is one of the current challenges in Modeling and Simulation. In fact, multi-domain modeling requires new approaches to rigorously deal with it. Co-simulation, one of the approaches, lets modelers use several M&S tools in collaboration. The challenge is to find a way to enable co-simulation use for non-IT experts while being aware of assumptions and limitations involved. This paper deals with co-simulation basic principles teaching through practice. we propose an iterative and modular co-simulation process supported by a DSL-based environment for the MECSYCO co-simulation platform. Through a thermal use case, we are able to introduce co-simulation in a 4 hours tutorial destined to our students. Efficient energy management is one of this century challenges. The current trend to deal with it is to build cyber-physical system (CPS) [Kleissl and Agarwal, 2010]. CPS are physical systems monitored and supervised by one or several computers through a communication networks [Ra-jkumar et al., 2010]. Smart-grids are examples of CPS where the energy network is coupled with a communication network to enable remote monitoring and control. The Modeling and Simulation (M&S) of such systems is one of the current challenges in M&S due to the inter-disciplinary issues they raise. It requests the development of new methods which deal with multi-domain by integrating each expert point of view in the same rigorous and efficient M&S activity. Co-simulation [Gomes et al., 2018] is a way to achieve it

Agents et Simulation

International audienceThis article shows two different meanings of the concept of agent and their relationships with modeling and simulation, i.e. agents for collective phenomenon modeling (individual-agent) and agent for software integration (model-agent). This is illustrated with an example of the MECSYCO middleware.Cet article présente deux acceptions du terme agent et leur relationà l'activité de modélisation et simulation,à savoir les agents pour la simulation de phénomènes col-lectifs (agent-individu) et les agents pour l'intégration lo-gicielle de simulateurs (agent-modèle). Nous illustrons cela au travers d'un exemple tiré de l'intergiciel MECSYCO

Teaching co-simulation basics through practice

International audienceCyber-physical system representation is one of the current challenges in Modeling and Simulation. In fact, multi-domain modeling requires new approaches to rigorously deal with it. Co-simulation, one of the approaches, lets modelers use several M&S tools in collaboration. The challenge is to find a way to enable co-simulation use for non-IT experts while being aware of assumptions and limitations involved. This paper deals with co-simulation basic principles teaching through practice. we propose an iterative and modular co-simulation process supported by a DSL-based environment for the MECSYCO co-simulation platform. Through a thermal use case, we are able to introduce co-simulation in a 4 hours tutorial destined to our students. Efficient energy management is one of this century challenges. The current trend to deal with it is to build cyber-physical system (CPS) [Kleissl and Agarwal, 2010]. CPS are physical systems monitored and supervised by one or several computers through a communication networks [Ra-jkumar et al., 2010]. Smart-grids are examples of CPS where the energy network is coupled with a communication network to enable remote monitoring and control. The Modeling and Simulation (M&S) of such systems is one of the current challenges in M&S due to the inter-disciplinary issues they raise. It requests the development of new methods which deal with multi-domain by integrating each expert point of view in the same rigorous and efficient M&S activity. Co-simulation [Gomes et al., 2018] is a way to achieve it

Approche hiérarchique de co-simulation pour l'étude des échanges d’énergie des micro-réseaux

The context of this thesis is part of a microgrid modelling and simulation approach. Funded by the LUE ULHyS project, a multidisciplinary research programme on hydrogen and fuel cell technologies, from innovative materials for PEM-FCs to hydrogen economics and prospective ergonomics, thethesis proposed a multi-disciplinary framework for the study of energy exchanges in microgrids by co-simulation.The modeling of multi-source, multi-carrier microgrids requires the system to be described as the integration of interacting heterogeneous subsystems. Its simulation consists in managing the synchronisation of heterogeneous simulators and the exchange of data between them. Mecsyco (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) has demonstrated its ability to rigorously address these issues. The challenges are no longer at the formal and software levels, but on the semantic aspect. Currently, the need for microgrid experts to become more competent in computer science, formalism integration principles, etc. in order to be able to design microgrid models and simulate them themselves diverts them from their initial objective, takes time and can potentially introduce serious errors. The challenge lies in the integration of the heterogeneities specific to the study of energy exchanges in a microgrid into a co-simulation approach, at the semantic level. This thesis proposes concepts and software components (related software tools in relation with mecsyco) adapted to microgrid experts to bridge the gap between conceptual requirements and the simulation of multi-source and multi-carrier microgrids. The work defines two concepts allowing the representation of microgrids in a modular and hierarchical co-simulation approach at all levels of modelling and simulation : the informationnal components first, informational characteristic of the components performing physical operations (consume, produce, store) on energy ; the coupling operator second, object of the reification of the network management strategy, collecting information and allowing the calculation of a new energy distribution guaranteeing the network balancing. The evaluation of the work is done through an iterative example of simulation of an eco-neighbourhood in which we illustrate the properties of modular integration of models and hierarchisation at all levels of the co-simulation approach. We also illustrate the visualisation capabilities of the results through the automated R reports, newly integrated to the Mecsyco middleware.Le contexte de cette thèse s’intègre dans une démarche de modélisation et simulation de micro-réseaux. Financée par le projet LUE ULHyS, programme de recherche multidisciplinaire sur les technologies de l’hydrogène et des piles à combustible, des matériaux innovants pour les PEM FC à l’économie de l’hydrogène et à l’ergonomie prospective, la thèse a proposé un cadre multi-disciplinaire dont le sujet porte sur l’étude par cosimulation des échanges d’énergies dans les micro-réseaux.La modélisation des micro-réseaux multi-sources multi-porteurs impose de décrire le système comme l’intégration de sous-systèmes hétérogènes en interaction. Sa simulation consiste à gérer la synchronisation des simulateurs hétérogènes ainsi que l’échange de données entre eux. Mecsyco Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) a démontré sa capacité à aborder rigoureusement ces questions. Les enjeux se situent, non plus aux niveaux formel et logiciel, mais sur l’aspect sémantique. Actuellement, la montée en compétence des experts en micro-réseaux sur des problématiques informatique, des principes d’intégration de formalisme, etc. pour pouvoir concevoir eux-mêmes des modèles de micro-réseaux et les simuler les détourne de leur objectif initial, prend du temps et peut potentiellement introduire de graves erreurs.Le défi réside dans l’intégration dans une démarche de co-simulation, au niveau sémantique, des hétérogénéités spécifiques à l’étude des échanges d’énergies dans un micro-réseau. Cette thèse propose des concepts et des composants logiciels (outils logiciels connexes en relation avec mecsyco) adaptés aux experts en micro-réseaux pour combler le fossé entre les exigences conceptuelles et la simulation de micro-réseaux multi-sources et multi-porteurs. Les travaux définissent deux concepts permettant la représentation des micro-réseaux dans une démarche de cosimulation modulaire et hiérarchique à tout les niveaux de la modélisation et ismulation : les smart- composants d’abord, caractéristique informationnel des composants effectuant des opérations physiques (consommer, produire, stocker) sur l’énergie ; l’opérateur de couplage ensuite, objet de la réification de la stratégie de gestion du réseau, collectant les informations et permettant le calcul d’une nouvel répartition de l’énergie garantissant l’équilibrage du réseau.L’évaluation du travail se fait à travers un exemple itératif de simulation d’un éco-quartier dans laquelle nous illustrons les propriétés d’intégration modulaire de modèles et de hiérarchisation à tout les niveaux de la démarche de co-simulation

Hierarchical co-simulation approach for the study of energy exchanges in microgrids

Le contexte de cette thèse s'intègre dans une démarche de modélisation et simulation de micro-réseaux. Financée par le projet LUE ULHyS, programme de recherche multidisciplinaire sur les technologies de l'hydrogène et des piles à combustible, des matériaux innovants pour les PEM-FC à l'économie de l'hydrogène et à l'ergonomie prospective, la thèse a proposé un cadre multi-disciplinaire dont le sujet porte sur l'étude par co-simulation des échanges d'énergies dans les micro-réseaux. La modélisation des micro-réseaux multi-sources multi-porteurs impose de décrire le système comme l'intégration de sous-systèmes hétérogènes en interaction. Sa simulation consiste à gérer la synchronisation des simulateurs hétérogènes ainsi que l'échange de données entre eux. Mecsyco (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) a démontré sa capacité à aborder rigoureusement ces questions. Les enjeux se situent, non plus aux niveaux formel et logiciel, mais sur l'aspect sémantique. Actuellement, la montée en compétence des experts en micro-réseaux sur des problématiques informatiques, des principes d'intégration de formalisme, etc. pour pouvoir concevoir eux-mêmes des modèles de micro-réseaux et les simuler les détourne de leur objectif initial, prend du temps et peut potentiellement introduire de graves erreurs. Le défi réside dans l'intégration dans une démarche de co-simulation, au niveau sémantique, des hétérogénéités spécifiques à l'étude des échanges d'énergies dans un micro-réseau. Cette thèse propose des concepts et des composants logiciels (outils logiciels connexes en relation avec mecsyco) adaptés aux experts en micro-réseaux pour combler le fossé entre les exigences conceptuelles et la simulation de micro-réseaux multi-sources et multi-porteurs. Les travaux définissent deux concepts permettant la représentation des micro-réseaux dans une démarche de co-simulation modulaire et hiérarchique à tous les niveaux de la modélisation et de la simulation : les composants informationnels d'abord, caractéristique informationnelle des composants effectuant des opérations physiques (consommer, produire, stocker) sur l'énergie ; l'opérateur de couplage ensuite, objet de la réification de la stratégie de gestion du réseau, collectant les informations et permettant le calcul d'une nouvel répartition de l'énergie garantissant l'équilibrage du réseau. L'évaluation du travail se fait à travers un exemple itératif de simulation d'un éco-quartier dans laquelle nous illustrons les propriétés d'intégration modulaire de modèles et de hiérarchisation à tout les niveaux de la démarche de co-simulation.The context of this thesis is part of a microgrid modeling and simulation approach. Funded by the LUE ULHyS project, a multidisciplinary research programme on hydrogen and fuel cell technologies, from innovative materials for PEM-FCs to hydrogen economics and prospective ergonomics, the thesis proposed a multi-disciplinary framework for the study of energy exchanges in microgrids by co-simulation.The modeling of multi-source, multi-carrier microgrids requires the system to be described as the integration of interacting heterogeneous subsystems. Its simulation consists in managing the synchronisation of heterogeneous simulators and the exchange of data between them. Mecsyco (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) has demonstrated its ability to rigorously address these issues. The challenges are no longer at the formal and software levels, but on the semantic aspect. Currently, the need for microgrid experts to become more competent in computer science, formalism integration principles, etc. in order to be able to design microgrid models and simulate them themselves diverts them from their initial objective, takes time and can potentially introduce serious errors. The challenge lies in the integration of the heterogeneities specific to the study of energy exchanges in a microgrid into a co-simulation approach, at the semantic level.This thesis proposes concepts and software components (related software tools in relation with mecsyco) adapted to microgrid experts to bridge the gap between conceptual requirements and the simulation of multi-source and multi-carrier microgrids. The work defines two concepts allowing the representation of microgrids in a modular and hierarchical co-simulation approach at all levels of modelling and simulation: the informationnal components first, informational characteristic of the components performing physical operations (consume, produce, store) on energy; the coupling operator second, object of the reification of the network management strategy, collecting information and allowing the calculation of a new energy distribution guaranteeing the network balancing.The evaluation of the work is done through an iterative example of simulation of an eco-neighbourhood in which we illustrate the properties of modular integration of models and hierarchisation at all levels of the co-simulation approach. We also illustrate the visualisation capabilities of the results through the automated R reports, newly integrated to the Mecsyco middleware

Approche hiérarchique de co-simulation pour l'étude des échanges d’énergie des micro-réseaux

The context of this thesis is part of a microgrid modelling and simulation approach. Funded by the LUE ULHyS project, a multidisciplinary research programme on hydrogen and fuel cell technologies, from innovative materials for PEM-FCs to hydrogen economics and prospective ergonomics, thethesis proposed a multi-disciplinary framework for the study of energy exchanges in microgrids by co-simulation.The modeling of multi-source, multi-carrier microgrids requires the system to be described as the integration of interacting heterogeneous subsystems. Its simulation consists in managing the synchronisation of heterogeneous simulators and the exchange of data between them. Mecsyco (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) has demonstrated its ability to rigorously address these issues. The challenges are no longer at the formal and software levels, but on the semantic aspect. Currently, the need for microgrid experts to become more competent in computer science, formalism integration principles, etc. in order to be able to design microgrid models and simulate them themselves diverts them from their initial objective, takes time and can potentially introduce serious errors. The challenge lies in the integration of the heterogeneities specific to the study of energy exchanges in a microgrid into a co-simulation approach, at the semantic level. This thesis proposes concepts and software components (related software tools in relation with mecsyco) adapted to microgrid experts to bridge the gap between conceptual requirements and the simulation of multi-source and multi-carrier microgrids. The work defines two concepts allowing the representation of microgrids in a modular and hierarchical co-simulation approach at all levels of modelling and simulation : the informationnal components first, informational characteristic of the components performing physical operations (consume, produce, store) on energy ; the coupling operator second, object of the reification of the network management strategy, collecting information and allowing the calculation of a new energy distribution guaranteeing the network balancing. The evaluation of the work is done through an iterative example of simulation of an eco-neighbourhood in which we illustrate the properties of modular integration of models and hierarchisation at all levels of the co-simulation approach. We also illustrate the visualisation capabilities of the results through the automated R reports, newly integrated to the Mecsyco middleware.Le contexte de cette thèse s’intègre dans une démarche de modélisation et simulation de micro-réseaux. Financée par le projet LUE ULHyS, programme de recherche multidisciplinaire sur les technologies de l’hydrogène et des piles à combustible, des matériaux innovants pour les PEM FC à l’économie de l’hydrogène et à l’ergonomie prospective, la thèse a proposé un cadre multi-disciplinaire dont le sujet porte sur l’étude par cosimulation des échanges d’énergies dans les micro-réseaux.La modélisation des micro-réseaux multi-sources multi-porteurs impose de décrire le système comme l’intégration de sous-systèmes hétérogènes en interaction. Sa simulation consiste à gérer la synchronisation des simulateurs hétérogènes ainsi que l’échange de données entre eux. Mecsyco Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) a démontré sa capacité à aborder rigoureusement ces questions. Les enjeux se situent, non plus aux niveaux formel et logiciel, mais sur l’aspect sémantique. Actuellement, la montée en compétence des experts en micro-réseaux sur des problématiques informatique, des principes d’intégration de formalisme, etc. pour pouvoir concevoir eux-mêmes des modèles de micro-réseaux et les simuler les détourne de leur objectif initial, prend du temps et peut potentiellement introduire de graves erreurs.Le défi réside dans l’intégration dans une démarche de co-simulation, au niveau sémantique, des hétérogénéités spécifiques à l’étude des échanges d’énergies dans un micro-réseau. Cette thèse propose des concepts et des composants logiciels (outils logiciels connexes en relation avec mecsyco) adaptés aux experts en micro-réseaux pour combler le fossé entre les exigences conceptuelles et la simulation de micro-réseaux multi-sources et multi-porteurs. Les travaux définissent deux concepts permettant la représentation des micro-réseaux dans une démarche de cosimulation modulaire et hiérarchique à tout les niveaux de la modélisation et ismulation : les smart- composants d’abord, caractéristique informationnel des composants effectuant des opérations physiques (consommer, produire, stocker) sur l’énergie ; l’opérateur de couplage ensuite, objet de la réification de la stratégie de gestion du réseau, collectant les informations et permettant le calcul d’une nouvel répartition de l’énergie garantissant l’équilibrage du réseau.L’évaluation du travail se fait à travers un exemple itératif de simulation d’un éco-quartier dans laquelle nous illustrons les propriétés d’intégration modulaire de modèles et de hiérarchisation à tout les niveaux de la démarche de co-simulation

Schéma de co-simulation pour l'équilibrage des échanges d'énergie dans un micro-réseau

International audienceThe design and management of physical systems, and particularly of microgrids, require models and simulators related to the telecommunication, energy or decision domains; it is a privileged context for co-simulation. However, the structure of the interactions between physical models is conditioned by the decision system and leads to modifications in the implemented multi-model.We show that an ad-hoc treatment limits iterative and modular approaches. We propose a (multi-)modeling of the problem that allows to easily implement co-simulations of microgrids testing different network and decision system configurations.After highlighting the problem from examples, we present our contribution and illustrate its interest by taking the examples in the middleware framework Mecsyco.Le dimensionnement et la gestion de systèmes physiques, et particulièrement de microgrilles, nécessitent l'utilisation de modèles et de simulateurs relatifs aux domaines de télécommunication, énergétique ou décisionnel ; c'est un contexte privilégié pour la cosimulation. Cependant l'essence même des interactions entre modèles physiques, conditionnée par un système décisionnel, peut entrainer des modifications dans le multi-modèle implémenté. Nous montrons ici qu'un traitement ad-hoc limite l'approche itérative et modulaire.Nous proposons une (multi-)modélisation du problème qui permet de manière aisée de réaliser des co-simulations de microgrid testant différentes configurations de réseaux et de système de décision. Après avoir mis en évidence le problème à partir d'exemples représentatifs, nous présentons notre contribution puis illustrons son intérêt en reprenant les exemples dans le cadre de l'intergiciel MECSYCO

Increasing contribution of stochastic methods in the characterization of complex systems: reverberation chamber and urban environment

International audienceThe use of stochastic approaches for the electromagnetic characterization of complex systems is illustrated in two cases that are reverberation chambers and urban environment. Several stochastic approaches are adopted in both cases, from a perturbative approach to the determination of distributions; the indications they provide as well as the associated requirements in terms of computation time or measurement complexity differ

Increasing contribution of stochastic methods in the characterization of complex systems: reverberation chamber and urban environment

International audienceThe use of stochastic approaches for the electromagnetic characterization of complex systems is illustrated in two cases that are reverberation chambers and urban environment. Several stochastic approaches are adopted in both cases, from a perturbative approach to the determination of distributions; the indications they provide as well as the associated requirements in terms of computation time or measurement complexity differ

Exercise Does Not Protect against Peripheral and Central Effects of a High Cholesterol Diet Given Ad libitum in Old ApoE−/− Mice

International audienceAdvanced atherosclerosis increases inflammation and stroke risk in the cerebral vasculature. Exercise is known to improve cardio-metabolic profiles when associated with a caloric restriction, but it remains debated whether it is still beneficial without the dietary control. The aim of this study was to determine both the peripheral and central effects of exercise training combined with a cholesterol-rich diet given ad libitum in old ApoE−/− mice. Forty-five-weeks old obese ApoE−/− mice fed with a high cholesterol diet ad libitum were divided into Exercise-trained (EX; running wheel free access) and Sedentary (SED) groups. Insulin tolerance and brain imaging were performed before and after the twelve-weeks training. Tissue insulin resistance, oxidative stress, and inflammation markers in plasma, aorta, and brain were then assessed. In EX ApoE−/− mice, no beneficial effect of exercise was observed on weight, abdominal fat, metabolic parameters, oxidative stress, or inflammation compared to SED. Despite the regular exercise training in ApoE−/− EX mice (mean of 12.5 km/week during 12 weeks), brain inflammation imaging score was significantly associated with increased blood brain barrier (BBB) leakage evaluated by imaging follow-up (r2 = 0.87; p = 0.049) with a faster evolution compared to SED ApoE−/−mice.We conclude that in a context of high cardio-metabolic risk, exercise does not provide any protective effect in old ApoE−/− animals under high cholesterol diet given ad libitum. Peripheral (insulin sensitivity and oxidative/inflammatory status) but also central features (BBB preservation and protection against inflammation) did not show any benefits of exercise. Indeed, there was a fast induction of irreversible brain damage that was more pronounced in exercise-trained ApoE−/− mic