M´eta-mod`ele AA4MM, sp´ecifications op´erationnelles

8.4.1 Notations et simplifications du m´eta-mod`ele . . . 75 8.4.2 Exemple de multi-mod`ele . . . 78 8.4.3 Gestion de l’interfa¸cage : l’artefact-d’interface . . . 79 8.4.4 Gestion des interactions : l’artefact-de-couplage . . . 81 8.4.5 Caract´eristiques techniques de l’artefact-de-couplage . . . 81 8.4.6 Agents en charge de la multi-mod´elisation : lesm-agents . . . 82

8.5 Synth`ese . . . 82

8.1 Introduction

Dans ce chapitre, nous proposons le m´eta-mod`ele appel´e AA4MM (Agents and Artifact for Multimo-deling). Celui-ci permet de concevoir un multi-mod`ele comme une ”soci´et´e de mod`eles en interaction” (l’expression est emprunt´ee `a [Bonneaud, 2008]). Le multi-mod`ele est vu comme un syst`eme multi-agent. L’originalit´e de notre proposition est que nous appliquons l’approche multi-agent `a tous les niveaux. Le m´eta-mod`ele AA4MM d´efinit un ensemble de concepts qui s’appliquent aux niveaux s´emantique et syntaxique – pour voir le multi-mod`ele comme un ensemble de mod`eles autonomes, h´et´erog`enes et en interaction ; au niveau dynamique – pour voir la simulation du multi-mod`ele comme un ensemble de simulations autonomes, h´et´erog`enes et en interaction ; et au niveau technique – pour voir le logiciel en charge du multi-mod`ele comme un ensemble de logiciels autonomes, h´et´erog`enes et en interaction.

Nous pr´esentons d’abord une vue g´en´erale de AA4MM. Nous donnons les grandes lignes et pr´esentons les quelques hypoth`eses propre `a ce travail (voir section 8.2). Ensuite, nous pr´esentons pour chaque niveau

comment s’applique la vision multi-agent (voir section 8.3). Cette d´emarche relativement r´ep´etitive- on applique les mˆemes concepts `a des probl`emes diff´erents- est n´eanmoins n´ecessaire pour ancrer rigourese-ment notre travail `a la th´eorie de la mod´elisation et de la simulation. Enfin, notre d´emarche pour chaque niveau ´etant homog`ene, nous pr´esentons une version simplifi´ee mais toutefois valide `a tous les niveaux de AA4MM qui correspond `a l’implantation que nous en avons fait (voir section 8.4).

8.2 Principe du m´eta-mod`ele AA4MM

8.2.1 Vue g´en´erale

L’id´ee directrice qui a pr´esid´e `a la proposition de AA4MM est de concevoir un multi comme une ”soci´et´e de mod`eles en interaction” et de cr´eer un syst`eme multi-agent dont le rˆole va ˆetre de g´erer l’ensemble des probl`emes li´es `a la multi-mod´elisation, au couplage de simulateur et `a nos contraintes. `A chaque mod`ele, `a chaque simulateur et `a chaque logiciel, nous associons un agent.

Dans la pratique, il n’existe que tr`es rarement des objets appel´es mod`eles, mod`eles formalis´es et simulateurs abstraits. Ces derniers sont pr´esents `a l’int´erieur de logiciels de simulation. Il arrive parfois que plusieurs mod`eles ou plusieurs m´ecanismes de simulation soient pr´esents dans un seul et mˆeme logiciel de simulation. Pour notre part, nous avons fait l’hypoth`ese qu’`a un logiciel de simulation n’est associ´e qu’un seul simulateur abstrait et un seul mod`ele. Nous appelons cet ensemble unbloc MSL(pour mod`ele, simulateur et logiciel). L’agent associ´e `a unbloc MSLest appel´em-agent.

Niveaux Concepts manipul´es

S´emantique Mod`ele Syntaxique Mod`ele formalis´e Dynamique Simulateur abstrait

Technique Logiciel de simulation

Figure8.1 – Concepts et niveaux de questions manipul´es par unm-agent.

Chaque agent doit pouvoir contrˆoler et g´erer le mod`ele, le simulateur ou le logicel auquel il est associ´e. Comme ceux-ci sont des outils qui peuvent ˆetre pr´eexistants, il est n´ecessaire de concevoir une interface g´en´erique entre un agent et l’outil qu’il g`ere. Cela nous permet de r´epondre `a nos contraintes de r´eutilisation et de modularit´e.

Ensuite, l’ensemble des agents doivent interagir et se coordonner afin de mener `a bien l’ensemble de la simulation du multi-mod`ele. Que ce soit au niveau s´emantique (changement d’´echelle d’un mod`ele `a un autre), syntaxique (changement de formalisme), dynamique (coordination des simulations) ou technique (´echange de messages entre plusieurs logiciels), l’ensemble des interactions entre les agents se d´eroule via leur environnement. Il n’y a donc pas d’agent particulier qui centraliserait le contrˆole et la gestion de la simulation du multi-mod`ele.

La figure suivante (figure 8.2) illustre l’id´ee g´en´erale du m´eta-mod`ele AA4MM.

8.2.2 M´eta-mod`ele utilis´e

Nous utilisons un m´eta-mod`ele multi-agent centr´e sur les interactions. Plus particuli`erement, nous nous inspirons du m´eta-mod`ele Agents et Artefact (A&A) d´efini dans [Ricci et al., 2007a]. Pour rappel, le m´eta-mod`ele A&A propose que les interactions entre les agents soient mod´elis´ees par des artefacts. Ces derniers sont des objets passifs de l’environnement. Ils ont pour but de permettre aux agents d’interagir. On peut les voir comme des ensembles d’outils mis `a disposition des agents afin que ceux-ci puissent r´ealiser leurs buts (voir figure 8.3).

Ce m´eta-mod`ele ne fait aucune supposition sur la dynamique interne des agents et de l’environnement. La seule hypoth`ese qui est faite est que les agents peuvent et savent comment utiliser les artefacts. Au niveau modularit´e, il est facile d’ajouter des agents, d’en supprimer ou d’´echanger un agent par un

8.2. Principe du m´eta-mod`ele AA4MM

Figure8.2 – Vue g´en´erale de AA4MM. Notre proposition peut se r´esumer `a un syst`eme multi-agent qui manipule des mod`eles, des simulateurs abstraits et des logiciels de simulation afin de g´erer les probl`emes li´es `a la multi-mod´elisation.

Figure 8.3 – Repr´esentation m´etaphorique d’un syst`eme multi-agent selon le m´eta-mod`ele Agents et Artefacts (A&A). Les agents, ici des cuisiniers, coordonnent leur activit´e grˆace `a un ensemble d’artefacts pr´esents dans leur environnement. Source [Piunti and Ricci, 2008]

autre. Il est ´egalement plus facile d’ajouter et de supprimer un artefact ou d’´echanger deux artefacts qui remplissent la mˆeme fonction mais de mani`ere diff´erente. Ensuite, le fait de d´ecomposer l’environnement en un ensemble d’artefacts supprime l’aspect centralisateur de l’environnement dans le syst`eme multi-agent. Enfin, l’avantage d’un tel m´eta-mod`ele est de pouvoir expliciter les interactions entre les agents et de les r´eifier.

8.2.3 Concepts et hypoth`eses

Il nous faut faire quelques hypoth`ese sur les concepts d´efinis. Nous souhaitons r´eutiliser et faire interagir des mod`eles, des simulateurs abstraits et des logiciels de simulation. Il est donc n´ecessaire de d´efinir quels sont les moyens que l’on s’autorise `a utiliser pour aboutir `a ces interactions. La contrainte principale ici est la r´eutilisation d’outils existants. Nous ne pouvons faire aucune supposition sur la s´emantique et le corps d’un mod`ele, ni sur le formalisme utilis´e, ni sur la politique d’ex´ecution utilis´ee par un simulateur abstrait, ni sur le langage utilis´e et la fa¸con dont est cod´e un logiciel de simulation. Cependant, il nous faut d´efinir des points d’entr´ee relativement g´en´eriques pour pouvoir avancer.

Nous consid´erons qu’un mod`ele poss`ede un ensemble de ports d’entr´ee et de ports de sortie qui nous sont accessibles. Nous faisons l’hypoth`ese qu’il nous est possible, pour chaque valeur du temps de simulation, de donner un ensemble de param`etres au mod`ele et d’en tirer un ensemble de donn´ees. Nous postulons ´egalement que les formalismes d’un mod`ele ´el´ementaire `a un autre ne sont pas forc´ement identiques.

Au niveau du simulateur abstrait, nous faisons l’hypoth`ese que l’on peut r´ecup´erer le temps courant de simulation et que l’on peut contrˆoler le simulateur. Par contrˆole, nous entendons qu’il est possible de demander au simulateur abstrait d’ex´ecuter son mod`ele pour une quantit´e de temps de simulation donn´ee. Par exemple, ex´ecuter le prochain pas de temps, les cinq prochains pas de temps, le prochain ´ev´enement de simulation ou les ´ev`enements de simulation jusqu’`a une date donn´ee. Nous faisons ´egalement l’hypoth`ese que le simulateur ne poss`ede pas de m´ecanisme de retour arri`ere (rollback, voir chapitre 2) et qu’il nous est impossible d’ajouter au simulateur abstrait des ´ev´enements de simulation qui proviennent d’autres simulateurs abstraits.

Enfin, au niveau du logiciel de simulation, nous faisons l’hypoth`ese qu’il est possible de programmer les points pr´ec´edents, par exemple via une interface de programmation ou directement par le code source du logiciel.

Niveaux Concepts manipul´es Hyptoh`eses

S´emantique Mod`ele Poss`ede un ensemble de ports d’entr´ee et de ports de sortie Syntaxique Mod`ele formalis´e Formalismes diff´erents d’un mod`ele `a l’autre Dynamique Simulateur abstrait

Politiques d’ex´ecutions diff´erentes d’un simulateur `a l’autre Possibilit´e de connaˆıtre le temps courant de simulation

Possibilit´e de contrˆoler le simulateur abstrait Technique Logiciel de simulation Possibilit´e d’interfacer le logiciel

Figure 8.4 – Hypoth`ese pos´ees.

8.3 Application du m´eta-mod`ele aux diff´erents niveaux de

ques-tion

Dans les sections suivantes, nous expliquons comment, pour chaque niveau, nous appliquons la vision A&A aux probl`emes pos´es par la multi-mod´elisation et nos contraintes de r´eutilisation, modularit´e et de passage `a l’´echelle de typelevel-up. Bien que cette partie fasse apparaˆıtre un bon nombre de r´ep´etitions, elle est n´eanmoins n´ecessaire afin d’ancrer rigouresement notre d´emarche dans la th´eorie de la mod´elisation et de la simulation telle qu’elle est pr´esent´ee par Bernard P. Zeigler dans [Zeigler et al., 2000].

8.3. Application du m´eta-mod`ele aux diff´erents niveaux de question

8.3.1 Niveau s´emantique

Le niveau s´emantique porte sur la signification et le rˆole du multi-mod`ele face aux questions pos´ees. Chaque mod`ele ´el´ementaire utilis´e dans le multi-mod`ele est d´evelopp´e par rapport `a une question par-ticuli`ere. La dynamique du multi-mod`ele provient des dynamiques des mod`eles ´el´ementaires et de leurs interactions. Les interactions entre les mod`eles font intervenir un certain nombre de choix de multi-mod´elisation qu’il est n´ecessaire d’expliciter (voir chapitre 5).

`

A ce niveau, le but du syst`eme multi-agent est de g´erer la coh´erence s´emantique du multi-mod`ele. Cela se passe au niveau de l’´echange des donn´ees entre les mod`eles. Le m-agent doit ˆetre capable de r´ecup´erer les donn´ees ´emises par le mod`ele, via ses ports de sortie. Ensuite lem-agent doit savoir `a qui envoyer ces donn´ees. Lors de l’´echange, il est n´ecessaire d’appliquer un certain nombre d’op´erations `a ces donn´ees. Cela est du aux diff´erences d’´echelles ou de dimensions entre les mod`eles. Ensuite le m-agent

qui r´ecup`ere ces donn´ees doit ˆetre capable de les fournir au mod`ele, via ses ports d’entr´ee (voir figure 8.5).

Figure 8.5 – Au niveau s´emantique, le rˆole du syst`eme agent est de g´erer les choix de multi-mod´elisation.

Lesm-agents ne peuvent entreprendre des actions qu’au travers de leurs artefacts. Ici, nous proposons d’utiliser un artefact pour faire l’interface entre lem-agentet le mod`ele. Le rˆole de celui-ci est de permettre `

a lem-agent de r´ecup´erer les donn´ees provenant des ports de sortie du mod`ele et d’injecter des donn´ees dans les ports d’entr´ee du mod`ele.

Ensuite, de la mˆeme mani`ere que dans [Bonneaud, 2008], nous proposons d’utiliser un artefact pour donner corps `a l’interaction entre deux mod`eles. Ce dernier a pour rˆole de permettre `a deux m-agents

d’´echanger des donn´ees provenant des mod`eles et d’appliquer les op´erations n´ecessaires aux modifications des donn´ees (changement d’´echelle, projection, discr´etisation,etc.). Un certain nombre d’op´erations sont d´ej`a d´ecrites dans [Bonneaud, 2008]. ´Etant donn´e, que ces op´erations vont d´ependre du syst`eme ´etudi´e et des questions pos´ees au multi-mod`ele, il n’est pas int´eressant de lister ici toutes les op´erations possibles. Ce qui est important, c’est d’avoir une entit´e particuli`ere au travers de laquelle le mod´elisateur peut (et doit) faire apparaˆıtre ces choix de multi-mod´elisation.

Si on reprend la notation graphique utilis´ee dans [Bonneaud, 2008] pour repr´esenter les artefacts et que nous appliquons notre m´eta-mod`ele `a l’exemple de la figure pr´ec´edente (figure 8.5), nous obtenons la figure 8.6.

8.3.2 Niveau syntaxique

Pour nous, le niveau syntaxique est le pendant du niveau s´emantique. Nous postulons que les mod`eles qui interagissent ont ´et´e d´ecrits dans des formalismes diff´erents. Les interactions entre les mod`eles for-malis´es impliquent des ´echanges de donn´ees qui sont d´ecrites dans des formalismes diff´erents. Le rˆole du

Figure 8.6 – Au niveau s´emantique, nous d´efinissons deux types d’artefacts : les artefacts en charge de l’interfa¸cage entre un m-agent et le mod`ele qu’il g`ere et les artefacts qui s’occupent des ´echanges de donn´ees entre plusieurs mod`eles.

syst`eme multi-agent de gestion de la multi-mod´elisation est de faire en sorte que chaque mod`ele formalis´e r´ecup`ere des donn´ees dans son propre formalisme. De la mˆeme mani`ere que l’on peut d´efinir des op´erations qui consistent `a modifier la s´emantique des donn´ees ´echang´ees, on peut d´efinir des op´erations qui vont modifier le formalisme des donn´ees ´echang´ees. Comme pr´ec´edemment on peut d´efinir un ensemble d’arte-facts dont les rˆoles vont ˆetre de permettre auxm-agents d’´echanger des donn´ees et de modifier au besoin le formalisme de ces donn´ees (voir figure 8.7).

Figure8.7 – Rˆole des artefacts au niveau syntaxique.

8.3.3 Niveau dynamique

Au niveau dynamique, la simulation du multi-mod`ele est vue comme un ensemble de simulateurs abstraits autonomes qui doivent interagir afin de faire en sorte que la simulation globale respecte la contrainte de causalit´e (voir chapitre 2). Nous postulons que chaque simulateur abstrait peut utiliser une politique d’ex´ecution de mod`ele qui lui est propre (simulation par pas de temps, simulation ´ev´enementielle,

8.3. Application du m´eta-mod`ele aux diff´erents niveaux de question

Ici, nous proposons que lem-agent qui manipule le simulateur abstrait puisse observer ce simulateur afin de connaˆıtre la valeur courante du temps de simulation et puisse contrˆoler le simulateur. Par contrˆole, lem-agent peut seulement agir sur le simulateur abstrait pour que celui-ci ex´ecute son mod`ele pour une quantit´e donn´ee de temps de simulation (un pas de temps, le prochain ´ev´enement de simulation,etc.). De la mˆeme mani`ere que pr´ec´edemment, nous proposons de d´efinir un artefact qui va permettre `a lem-agent

de r´ecup´erer le temps de simulation et de contrˆoler les simulateurs abstraits (voir figure 8.8).

Ensuite, l’ensemble des simulateurs abstraits doivent se coordonner pour que la simulation du multi-mod`ele global respecte la contrainte de causalit´e. Cette coordination entre simulateurs abstraits se traduit par une coordination entrem-agents. Nous avons pris le parti d’une approche d´ecentralis´ee. Nous n’uti-lisons pas d’agent sp´ecifique pour coordonner l’ensemble des simulateurs abstraits. C’est par l’´echange d’informations via leur environnement (les artefacts) que se passe la coordination. De plus, nous avons fait les hypoth`eses que les simulateurs abstraits ne poss`edent pas de m´ecanisme de retour arri`ere ( roll-back) et que les simulateurs abstraits poss`edent des politiques de simulations qui peuvent ˆetre diff´erentes. Ces contraintes nous ont amen´e `a chercher des solutions dans le domaine de la simulation distribu´ee, au niveau des algorithmes conservatifs de simulation (voir le chapitre 2). Cependant, ne trouvant pas d’algo-rithme satisfaisant l’ensemble de nos contraintes, nous proposons un algod’algo-rithme de simulation distribu´ee qui nous est propre et qui s’adapte `a notre vision conceptuelle. La pr´esentation de celui-ci fait l’objet du chapitre suivant (chapitre 9).

Nous ne donnons dans cette section que quelques points de rep`ere afin d’illustrer le rˆole desm-agentset des artefacts au niveau dynamique. Le principe de notre algorithme de simulation distribu´ee est d’associer aux donn´ees ´echang´ees une information concernant le temps de simulation du mod`ele qui a produit cette donn´ee. Ce principe est classique dans la simulation distribu´ee. L’originalit´e de notre approche provient de notre vision multi-agent et des contraintes que nous nous imposons. Unm-agent ne connaˆıt de son simulateur que le temps courant de simulation. Lors d’une ex´ecution du mod`ele, le simulateur abstrait change l’´etat du mod`ele, il produit des donn´ees (ports de sortie du mod`ele) et augmente le temps de simulation d’une valeurt`a une valeur t+ ∆t. Ces deux valeur tet t+ ∆t d´eterminent un intervalle de temps de simulation que nous appelons intervalle de validit´e (not´e Γ). En associant les donn´ees issues des ports de sortie du mod`ele avec cet intervalle de validit´e, nous affirmons chaquem-agent poss`ede une information suffisante pour respecter la contrainte de causalit´e et se coordonner avec les autresm-agents. Pour respecter la contrainte de causalit´e, unm-agent filtre simplement les donn´ees qu’il re¸coit en fonction de son propre temps de simulation et des intervalles de validit´e associ´es aux donn´ees (voir le d´etail de l’algorithme donn´e au chapitre suivant).

Nous proposons de d´efinir un artefact dont le rˆole va ˆetre de permettre aux m-agents de filtrer les donn´ees ´echang´ees afin de respecter la contrainte de causalit´e. La figure suivante (figure 8.8) r´esume les rˆoles desm-agents et des artefacts au niveau dynamique.

8.3.4 Niveau technique

Au niveau technique, nous souhaitons que le logiciel qui g`ere la simulation du multi-mod`ele soit com-pos´e des logiciels de simulation des diff´erents mod`eles ´el´ementaires r´eutilis´es. Nous souhaitons ´egalement que les logiciels r´eutilis´es soient utilisables `a la fois de mani`ere coupl´ee et de mani`ere non-coupl´ee (en versionstandalone). Il est donc n´ecessaire de cr´eer une interface entre unm-agent et le logiciel de simula-tion. Cette interface doit permettre `a lem-agent de concr´etiser l’ensemble des actions qu’il doit effectuer sur le logiciel de simulation.

Au niveau des choix techniques, il nous paraˆıt int´eressant suivre l’architecture conceptuelle d´ecentralis´ee que nous proposons afin de satisfaire nos contraintes de modularit´e et de passage `a l’´echelle.

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A court terme, nous souhaitons surtout satisfaire les contraintes de modularit´e et de passage `a l’´echelle de typelevel-up. Nous pensons qu’il est ´egalement important que les choix techniques ne remettent pas en cause la possibilit´e d’un passage `a l’´echelle de type size-up et speed-up. Pour cela, nous proposons que chaque entit´e du m´eta-mod`ele (que ce soient lesm-agents ou les artefacts) soit vue comme une en-tit´e logicielle `a part enti`ere et que les interactions entre ces entit´es puisse se faire de mani`ere distante, concurrente et asynchrone.

Faire interagir plusieurs logiciels de simulation peut n´ecessiter des ressources en terme de m´emoire et de puissance de calcul relativement grande. Il est alors int´eressant de faire s’ex´ecuter les logiciels de simulations sur des machines distinctes reli´ees en r´eseau. Ensuite, plusieurs m-agents peuvent interagir