Mécanismes d’auto-organisation

Ces mécanismes décrivent les différentes étapes de l’auto-organisation. Nous commencerons notre étude en donnant quelques généralités communément admises puis nous nous intéresserons à différentes techniques d’auto-organisation.

Les auto-organisations sont articulées autour de trois points [Calderoni et al., 1997] qui sont:

– Un mécanisme qui permet de détecter les meilleurs conditions d’apparition du phénomène d’auto-organisation, de décrire la sensibilité des différents paramètres qui l’influent. Cette tâche incombe aux différents composants de ces auto-organisations car elle est répartie sur ces unités. Cette opé-ration consiste donc, au niveau de l’organisation, à trouver les agents qui sont dans un état dit instable (l’agent ne sera stable que si ses aspirations, fixées par le rôle qu’il tient dans l’organi-sation, sont satisfaites). Les agents ayant en commun certaines caractéristiques sont regroupés et signalent, aux autres agents de la société, par un message (dit de recomposition) qu’ils peuvent participer au phénomène émergeant.

– L’apparition du phénomène : ce mécanisme est chargé d’agréger les agents et d’assurer la persis-tance de la structure. L’interprétation des messages de recomposition conduira à la constitution de la société, l’établissement des relations entre les agents et les groupes ainsi créés.

– L’arrêt du développement du phénomène nécessite de repérer les agents qui sont stables; il est donc nécessaire de procéder à des observations (§7.3.3.1).

Décrivons maintenant, les principales techniques d’auto-organisations que nous avons pu identifier.

Auto-organisation avec des compétences réflexes Dans ce type d’auto-organisation, les agents (qui sont réactifs) adaptent le seuil de déclenchement des actions en fonction de leur perception de l’environ-nement. Chaque membre de l’organisation devient alors de plus en plus spécialisé.

Le phénomène de spécialisation est bien visible dans les travaux de Marcelpoil, qui illustre bien la spécialisation d’agents "cellule" en fonction des ressources disponibles [Marcelpoil et al., 1994] et dans les travaux d’Alexis Drogoul sur les fourmis [Drogoul, 1993].

Méthodes basées sur l’auto-organisation 143

Auto-organisation par contrôle des interactions L’auto-organisation de ce type s’applique elle aussi sur des agents réactifs et consiste en des mécanismes d’ajustement des schémas d’interaction. C’est le cas dans PACO (PAtterns de COordination [Demazeau, 1993]) où les interactions ne dépendent pas d’un stimulus, comme dans le cas précédent, mais intègrent la perception de l’environnement ainsi que les interactions avec les autres agents.

Le W-learning et le Q-learning Le mécanisme W-learning créé par Humphrys [Humphrys, 1995a] permet aux agents (des robots autonomes) d’apprendre les actions à déclencher en fonction de ce qu’ils perçoivent de leur environnements. Ils agissent toujours avec l’action dont la résultante aura la plus grande importance. Un retour d’état permet à l’agent d’ajuster l’importance associée à l’action ainsi que sa qualité (par l’algorithme du Q-learning [Watkins, 1989, Humphrys, 1995b]).

Auto-organisation avec liens préférentiels Il peut être nécessaire, dans certains systèmes multi-agents, que les agents se connaissent entre-eux. Cela permet de choisir l’agent avec lequel on souhaite interagir suivant les services qu’ils proposent. Les interactions précédentes peuvent l’aider à faire ce choix. On peut entre autres jouer sur les relations de préférence fixées selon des critères très variés tel que le temps de réponse à une requête.

Les travaux de J. Bollen [Bollen and Heylighen, 1996] sont aussi inclus dans cette catégorie. Leur mécanisme utilise, pour augmenter l’efficacité d’internet, des fonctions d’apprentissage. En effet, il dé-termine les liens les plus fréquemment utilisés par les internautes en associant à chaque arc un poids. Ces arcs feront que ces liens hypertexte seront le plus souvent proposés aux utilisateurs. Les travaux de Ok-Ki Lee et Steve Benford utilisent un principe aussi similaire dans le contexte des fédérations de cour-tiers [Lee and Benford, 1995]. Les arcs sont les liens entre les courcour-tiers et le poids de l’arc correspond à l’affinité (adéquation entre les intérêts du courtier et les services offerts par l’autre).

Les travaux de Rémy Foisel [Foisel et al., 1996] vont aussi dans ce sens. En effet, les agents tirent une certaine expérience des interactions précédentes et déterminent ainsi les agents avec lesquels ils préfèrent travailler par la suite.

La relaxation La relaxation s’inscrit dans les mécanismes pour auto-organisations considérées comme étant un acte d’apprentissage collectif. La connaissance mise en jeu passe par les interactions qui seront mémorisées et réutilisées [Camps and Gleizes, 1995]. Selon qu’un agent est intéressé, ou non, par le contenu des messages il peut le mémoriser. Par la suite, il choisira de procéder ou non à des activités de relaxation, c’est-à-dire retransmettre le message vers des agents qui pourront satisfaire la requête ou être intéressés par le contenu de ce message. Lors de cette opération il prendra bien soit de laisser l’identifiant de l’agent d’origine. Cependant s’il juge l’information qu’il a reçu inutile ou fausse, il peut la détruire. Le mécanisme de base fut proposé par Les Gasser (paradigme de la relaxation) et repris par Valérie Camps [Camps, 1995].

Auto-organisation et réflexivité Cette auto-organisation s’appuie sur le fait qu’un agent peut avoir besoin d’organiser un groupe d’autres individus afin de pouvoir accomplir une tâche. Dans ce cas, il joue un double rôle car il doit:

– Choisir une organisation à imposer à des agents hiéarchiquement inférieurs.

– Faire émerger une organisation après avoir contacté et négocié avec des agents du même niveau organisationnel que lui afin de partager le travail.

144 Le maintien de l’intégrité fonctionnelle

Ainsi on génère d’autres organisations et ce de manière réflexive : les liens de coopération entre les agents sont remplacés par des liens de coopérations entre organisations collectives. Les agents, comme le cite [Groupe MARCIA, 1996], "s’organisent pour s’organiser".

Auto-organisation par modification de l’attribution de rôles Ce mécanisme joue sur les rôles des agents : une certaine hiérarchie se construit à partir des messages échangés par les agents. C’est le cas du réseau contractuel [Smith, 1980] ou un agent joue le rôle de contractant et de contracté sur différents contrats. Ce protocole (car il s’agit bien d’un protocole) permet aux agents de s’organiser ainsi en de petites sociétés d’agents liés par des relations contractant/contracté.

Auto-organisation par instanciation de structures organisationnelles Ce mécanisme est orienté sur la sélection d’organisations connues à priori. C’est le cas, par exemple, pour les travaux d’Em-manuelle Le Strugeon [Le Strugeon et al., 1993] qui a conçu des systèmes multi-agents où les agents déterminent, parmi plusieurs modèles d’organisations connues, ceux qui semblent le mieux convenir à la situation auxquels ils font face puis l’appliquent. Les travaux de Young-pa So et Edmund H. Durfee [So and Durfee, 1993, So and Durfee, 1996] vont aussi dans ce sens. En effet, le système étudie les pro-priétés de plusieurs structures organisationnelles et détermine celle qu’il convient d’appliquer suivant les critères que la situation rencontrée entraîne.

Auto-organisation avec introspection Les mécanismes d’introspection ont lieu d’être dans le cadre d’action centralisée et qualifient le fait qu’une entité s’observe elle même. On procède par exemple à l’enregistrement des traces d’inférence pendant la résolution d’un problème et on tire des conclusions pour améliorer l’organisation. Cela suppose l’existence de deux niveaux en correspondance: un niveau de base et un méta-niveau. Les opérations associées sont la réification, qui permet de passer du niveau de base au méta-niveau, et la dénotation qui est sa duale. Ces deux opérations permettent de qualifier un système de réflexif [Pitrat, 1990, Kornman, 1993].

Un agent peut faire appel à deux types d’introspection:

– L’introspection physique qui permet de vérifier l’intégrité fonctionnelle d’un système multi-agents en terme de répartition de la charge de travail, de la réduction des coûts de communications etc. – L’introspection cognitive qui permet de quantifier les utilisations de certains services que l’agent

propose, la charge de travail en tâche etc.

Ces informations, conjuguées, permettent à l’agent de savoir ou non s’il doit réorganiser ses compétences.

Auto-organisation par partage des connaissances Dans [Ishida et al., 1990, Ishida and Yokoo, 1992], l’application de l’auto-organisation dans un système composé de plusieurs résolveurs de problèmes est abordée. Ces résolveurs peuvent être considérés comme étant des systèmes de production dont certaines règles sont dépendantes et interfèrent. Il peut donc être nécessaire que les agents se synchronisent pour maintenir la cohérence de leurs données. L’auto-organisation s’appuie sur la recomposition des connais-sances des agents: les agents se décomposent lorsque leur charge de travail devient trop importante. Il en résulte une paraléllisation des tâches et donc une amélioration des performances du système d’autant plus qu’il coopère avec les autres agents pour libérer les ressources matériel utilisées.

Mécanismes hybrides Certains travaux composent avec plusieurs de ces mécanismes. C’est le cas de Guichard [Guichard, 1996] qui compose les mécanismes de partage de connaissances et d’introspection où le phénomène de décomposition, vu précédemment, intervient lorsque le résultat de l’application, par

Conclusion 145

un agent, du mécanisme d’introspection est qu’il a besoin d’aide (surcharge trop importante de travail, incompétence, contrainte de temps trop sévère).

7.4 Conclusion

Le maintien d’intégrité fonctionnelle sera un point critique de notre modèle pour assurer une gestion adaptative des communications. La réplication de service ne répond pas à notre problématique qui relève plus d’un problème d’infrastructure que d’une nécessité d’avoir à disposition des services répliquables.

Notre conviction est que l’auto-organisation peut nous permettre d’assurer une communication fiable entre les agents. Le choix d’un mécanisme d’auto-organisation dépend de la nature de l’organisation. Nous avons identifié dix différents mécanismes (hors hybridation). Nous pensons qu’elle pourra nous faire économiser de l’énergie et ce malgré la dépense énergétique que peut engendrer sa mise en place.

147

Chapitre 8

Une architecture SMA pour la gestion des

communications sans fil

Dans cette partie nous proposons un modèle pour assurer une gestion adaptative des communica-tions dans le cadre des réseaux sans fil soumis à des contraintes énergétiques. Ce modèle définit une infrastructure multi-agents et est appelée MWAC (Multi-Wireless-Agent Communication). Une évalua-tion de ce modèle est proposée en comparaison avec un protocole représentatif des réseaux ad-hoc. En fin de chapitre nous présenterons les différentes déclinaisons de notre intergiciel (qui repose sur le modèle MWAC).

8.1 Avant-propos

Comme vu précédemment, les entités de nos systèmes sont à la fois matérielles et logicielles. Elles sont chargées de tâches complexes et de nature très diverse : tâches d’acquisition de mesures, d’action, de comportement, de calcul, de communication. Ces entités sont généralement reliées par des réseaux de communication sans fil. Dans de tels réseaux les liens sont asymétriques, la topologie est dynamique, la bande passante limitée et aucun organe dédié au routage n’est présent. L’ensemble des éléments du réseau participe activement au routage de l’information. Il est donc rendu plus difficile que dans les ré-seaux filaires traditionnels [Milanosic et al., 2004].

Les spécificités de ces systèmes réels immergés dans des environnements agressifs rendent l’utilisa-tion de techniques multi-agents encore plus attractive par l’utilisal’utilisa-tion de l’auto-organisal’utilisa-tion pour assurer la gestion des communications et un caractère hautement adaptatif. En effet, le maintien de l’intégrité fonctionnelle sera intelligent dans le sens où il prend en considération les contraintes des constituants élémentaires du réseau qui peuvent évoluer en fonction du niveau d’énergie des stations.

Les éléments du réseau sont autonomes d’un point de vue énergétique. Un des objectifs globaux du système doit donc être de gérer au mieux cette dépense énergétique. Quand il n’y aucun envoi de message ces éléments sont dans un mode sommeil. C’est donc pendant qu’il y a communication qu’une différence peut se faire sur la gestion de l’énergie. Il faut donc utiliser un bon protocole de routage. La solution idéale est d’avoir des routes optimales (généralement en terme de sauts) pour un coût d’obtention de la route aussi bas que possible. Dans le cas d’environnement agressif, comme le cas de notre application à l’instrumentation d’un réseau hydrographique souterrain, des fautes internes peuvent intervenir au niveau

148 Une architecture SMA pour la gestion des communications sans fil

des constituants du réseau. Aussi l’infrastructure de communication doit être adaptative, tolérante aux pannes : un dysfonctionnement d’un des hôtes du réseau ne doit pas avoir un impact important sur le système et ne doit pas entraîner un coût énergétique d’adaptation élevé.