Une architecture de contrôle de systèmes complexes basée sur la simulation multi-agent

A control architecture for complex systems based on multi-agent simulation

• Auteur / Autrice : Tomás Navarrete Gutiérrez
• Direction : Vincent Chevrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 24/10/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Contassot-Vivier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Ciarletta, Abderrafiâa Koukam
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : René Mandiau, Michel Occello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement réparti

Optimisation mathématique

Simulation, Méthodes de

Systèmes experts (informatique)

Ingénierie des systèmes

Mots clés libres

Simulation multi-agent

Contrôle de systèmes complexes

Équation-free

Free-riding

Pair à pair

Résumé

Les systèmes complexes sont présents partout dans notre environnement : internet, réseaux de distribution d'électricité, réseaux de transport. Ces systèmes ont pour caractéristiques d'avoir un grand nombre d'entités autonomes, des structures dynamiques, des échelles de temps et d'espace différentes, ainsi que l'émergence de phénomènes. Ce travail de thèse se focalise sur la problématique du contrôle de tels systèmes. Il s'agit de déterminer, à partir d'une perception partielle de l'état du système, quelle(s) actions(s) effectuer pour éviter ou au contraire favoriser certains états globaux du système. Cette problématique pose plusieurs questions difficiles : pouvoir évaluer l'impact au niveau collectif d'actions appliqués au niveau individuel, modéliser la dynamique d'un système hétérogène (plusieurs comportements différents en interaction), évaluer la qualité des estimations issues de la modélisation de la dynamique du système. Nous proposons une architecture de contrôle selon une approche '' equation-free ''. Nous utilisons un modèle multi-agents pour évaluer l'impact global d'actions de contrôle locales avant d'appliquer la plus pertinente. Associée à cette architecture, une plateforme a été développée pour confronter ces idées à l'expérimentation dans le cadre d'un phénomène simulé de '' free-riding '' dans les réseaux d'échanges de fichiers pair à pair. Nous avons montré que cette approche permettait d'amener le système dans un état où une majorité de pairs partagent alors que les conditions initiales (sans intervention) feraient évoluer le système vers un état où aucun pair ne partage. Nous avons également expérimenté avec différentes configurations de l'architecture pour identifier les différents moyens d'améliorer ses performances

Complex systems are present everywhere in our environment: internet, electricity distribution networks, transport networks. This systems have as characteristics: a large number of autonomous entities, dynamic structures, different time and space scales and emergent phenomena. This thesis work is centered on the problem of control of such systems. The problem is defined as the need to determine, based on a partial perception of the system state, which actions to execute in order to avoid or favor certain global states of the system. This problem comprises several difficult questions: how to evaluate the impact at the global level of actions applied at a global level, how to model the dynamics of an heterogeneous system (different behaviors issue of different levels of interactions), how to evaluate the quality of the estimations issue of the modeling of the system dynamics. We propose a control architecture based on an ``equation-free'' approach. We use a multi-agent model to evaluate the global impact of local control actions before applying the most pertinent set of actions. Associated to our architecture, an experimental platform has been developed to confront the basic ideas or the architecture within the context of simulated ``free-riding'' phenomenon in peer to peer file exchange networks. We have demonstrated that our approach allows to drive the system to a state where most peers share files, despite given initial conditions that are supposed to drive the system to a state where no peer shares. We have also executed experiments with different configurations of the architecture to identify the different means to improve the performance of the architecture