Découverte de services et collaboration au sein d'une flotte hétérogène et hautement dynamique d'objets mobiles communicants autonomes

Service Discovery and Collaboration in a Heterogeneous and Highly Dynamic Swarm of Mobile Communicating and Autonomous Objects

• Auteur / Autrice : Vincent Autefage
• Direction : Serge Chaumette, Damien Magoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 26/10/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Guinand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Casteigts, Véronique Serfaty
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Guinand, Pascal Bouvry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'exploitation répartis

Réseaux à grande distance (informatique)

Réseaux d'ordinateurs

Traitement réparti

Mots clés libres

Découverte de services

Flottes dynamiques

Systèmes autonomes

Collaboration

Service Discovery

Dynamic Swarms

Autonomous Systems

Collaboration

Résumé

Les systèmes autonomes sont des objets mobiles communicants capables de réaliser un certain nombre de tâches sans intervention humaine. Le coût (e.g. argent, poids, énergie) de la charge utile requise pour effectuer certaines missions est parfois trop important pour permettre aux engins d’embarquer la totalité des capacités nécessaires (i.e. capteurs et actionneurs). Répartir ces capacités sur plusieurs entités est une solution naturelle à ce problème. Un tel groupe d’entités constitue une flotte à laquelle il devient nécessaire de fournir un mécanisme de découverte permettant aux différents engins de partager leurs capacités respectives afin de résoudre une mission globale de façon collaborative. Ce mécanisme, outre l’affectation des tâches, doit gérer les conflits et les pannes potentielles qui peuvent survenir à tout moment sur tout engin de la flotte. Fort de ces constations, nous proposons un nouveau mécanisme collaboratif nommé AMiRALE qui apporte une solution aux problèmes ci-dessus pour les flottes hétérogènes d’engins mobiles autonomes. Notre système est entièrement distribué et repose uniquement sur des communications asynchrones. Nous proposonségalement un nouvel outil nommé NEmu permettant de créer des réseaux virtuels mobiles avec un contrôle important sur les propriétés de la topologie du réseau ainsi que sur la configuration des noeuds et des inter-connexions. Cet outil permet la réalisation d’expérimentations réalistes sur des prototypes d’applications réseaux. Enfin, nous proposons une évaluation de notre système collaboratif AMiRALE au travers d’un scénario de nettoyage de parc utilisant une flotte autonome de drones et de robots terrestres spécialisés.

We call autonomous systems, mobile and communicating objects which are able to perform several tasks without any human intervention. The overall cost (including price, weight and energy) of the payload required by some missions is sometimes too important to enable the entities to embed all the required capabilities (i.e. sensors and actuators). This is the reason why it is more suitable to spread all the capabilities among several entities. The team formed by those entities is called a swarm. It then becomes necessary to provide a discovery mechanism built into the swarm in order to enable its members to share their capabilities and to collaborate for achieving a global mission.This mechanism should perform task allocation as well as management of conflicts and failures which can occur at any moment on any entity of the swarm. In this thesis, we present a novel collaborative system which is called AMiRALE for heterogeneous swarms of autonomous mobile robots. Our system is fully distributed and relies only on asynchronous communications. We also present a novel tool called NEmu which enables to create virtual mobile networks with a complete control over the network topology, links and nodes properties. This tool is designed for performingrealistic experimentation on prototypes of network applications. Finally, we present experimental results on our collaborative system AMiRALE obtained through a park cleaning scenario which relies on an autonomous swarm of drones and specialized ground robots.