Simulations orientées-interaction des systèmes complexes

Interaction-oriented design of complex systems simulations

• Auteur / Autrice : Yoann Kubera
• Direction : Philippe Mathieu, Sébastien Picault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/12/2010
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agents intelligents (logiciels)

Méthodologie

Représentation des connaissances

Simulation par ordinateur

Intelligence artificielle répartie

Mots clés libres

Simulation par interactions

Approche centrée individu

Architecture logicielle

Résumé

Les simulations multi-agents reproduisent un phénomène en modélisant intuitivement son fonctionnement au niveau microscopique. Ce fonctionnement est décrit par le comportement d'entités autonomes qui agissent dans un environnement commun. Toutefois, les approches actuelles restreignent les interactions à des effets de bord ou ne fournissent aucune méthodologie réifiant la notion d'interaction. La conception de simulations contenant un grand nombre d'agents interagissant de manière variée s'en trouve complexifiée. Nous soutenons que pour faciliter la conception des simulations, il est préférable que toute entité soit concrétisée par un agent et tout comportement par une interaction. Le moteur de simulation doit de plus être clairement séparé des agents et interactions, de sorte que tout le système multi-agents soit régi par le même algorithme de simulation. Une telle approche procure de nombreux avantages tels que l'automatisation de l'implémentation, la réutilisabilité des interactions ou la conception graduelle du modèle du phénomène. En nous fondant sur ces principes, nous avons développé une approche centrée sur les interactions (IODA) composée d'une pyramide d'outils : un modèle formel, un ensemble d'algorithmes de simulation et une méthodologie. Nous confirmons la faisabilité de cette approche par une plateforme de simulation paramétrable (JEDI) fidèle au modèle formel et un environnement de développement intégré (JEDI-Builder) qui automatise le passage du modèle IODA au code JEDI. Nous montrons ainsi que la concrétisation logicielle des interactions a conduit à une unification du concept d'agent et à une simplification du processus de conception de simulations.

This thesis focuses on the design of Multi-Agent Based Simulations (MABS). MABS are aimed at reproducing real phenomena of intuitively modeling their inner mechanisms using autonomous entities behaving in a synthetic environment. For either of the following two reasons, current MABS design techniques are unsatisfactory: the interactions are limited to exchanging messages or MABS are restricted to formal specifications. As a consequence, large-scale simulations --e.g. featuring many agents and many interactions-- are still hard to design. In this context, our research promotes a more homogeneous knowledge representation, resulting in practice into the reification of each entity by an agent and each behaviour by an interaction. That way, the simulation engine has to be separated from both the agents and the interactions, enabling the MABS to be ruled by a single and accurate algorithm. Besides, we show that the interactions can be re-used, the models incrementally designed and the implementation automated. Based on these principles, we have developped IODA, an interaction-oriented approach to simulation design. IODA provides a formal model for describing the agents and their interactions, a set of algorithms for unifying their action selection and a methodology for incremental design. IODA also features JEDI, a parameterizable simulation framework faithful to IODA's principles, and JEDI-Builder, an automated tool for translating IODA models into JEDI code. As a result of this research, it is shown that the reification of the interaction leads not only to the unification of the agent concept, but also to a simplification of the simulation design process.