Distribution et synchronisation des simulations de Systèmes Multi-Agents

Distribution and synchronisation of Multi-Agent Systems

• Auteur / Autrice : Paul Breugnot
• Direction : Laurent Philippe, Christophe Lang, Bénédicte Herrmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/03/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparartion : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Chevrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Hill
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gauthier Picard, Alexis Drogoul

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul intensif (informatique)

Intelligence artificielle répartie

Mots clés libres

Systèmes Multi-Agent

Parallélisme

Synchronisation Distribuée

Calcul Haute Performance

Simulation

Multi-Agent Systems

Parallelism

Distributed Synchronization

High Performance Computing

Résumé

La simulation de Systèmes Multi-Agents (SMA) permet d’expliquer et de prédire le comportement des systèmes complexes dans de nombreux domaines tels que l’épidémiologie, l’économie ou l’environnement. La grande taille des modèles étudiés mène à l’utilisation du Calcul Haute Performance et de la simulation distribuée pour lever ces limites. L’aspect naturellement parallèle des agents en fait d’excellents candidats à l’exécution distribuée, qui pose cependant de nombreux problèmes, comme la continuité des données, l’équilibrage de charge ou la synchronisation des données entre les processus. Une architecture logicielle générique permettant de résoudre ces problèmes de manière flexible et indépendamment du contexte de développement est proposée. Une conception par interface fait émerger des composants indépendants et abstraits nécessaires à la distribution de toute simulation de SMA. Nous proposons une analyse qualitative et quantitative de méthodes d’équilibrage de charge d’une part, notamment basées sur l’application de partitionnements de graphe à la simulation distribuée de SMA, et de modes de synchronisation des données d’autre part, dont certains permettent la gestion des lectures et écritures concurrentes entre les processus. Cette analyse montre que les avantages de chaque méthode dépendent des modèles et des besoins des utilisateurs, d’où l’intérêt de la conception de plateformes de simulation modulables basées sur des interfaces permettant de facilement intégrer de nouvelles méthodes. L’architecture logicielle proposée est essentiellement issue de notre expérience de développement de FPMAS, une plateforme C++ de simulation distribuée de SMA basée sur les solutions proposées.

Multi-Agent Systems (MAS) simulation allows to explain and predict the behavior of complex systems in various fields such as epidemiology, economy or environment. The large size of studied models leads to the usage of High Performance Computing and distributed simulation to overcome those limits. The naturally parallel aspect of agents make them excellent candidates to the distributed execution, that however poses many problems, such as data continuity, load balancing or data synchronisation between processes. A generic software architecture that allows to solve those problems in a flexible way and independently from the development context is proposed. An interface based design brings out independent and abstract components required for the distribution of any MAS simulation. We propose a qualitative and quantitative analysis of load balancing methods on the one hand, notably based on the application of graph partitioning to the distributed simulation of MAS, and of data synchronisation modes on the other hand, among which some allow the management of concurrent reads and writes between processes. This analysis shows that advantages of each method depend on models or user needs, hence the interest for the design of modular simulation platforms based on interfaces that allow to easily integrate new methods. The proposed software architecture essentially comes from our development experience of FPMAS, a C++ distributed MAS simulation platform based on proposed solutions.