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L’utilisation des systèmes embarqués est généralisée dans divers domaines de la vie courante : transports, habitations intelligentes, applications médicales, etc. Dans ce contexte, les Systèmes Multi-Agents (SMA) offrent une solution à large échelle, mettant en jeu des agents qui œuvrent localement à la réalisation d’une tâche globale commune. Les récents usages de telles applications ont également intégré les équipements mobiles divers et variés : téléphones portables, tablettes, etc. Ceci a eu pour conséquence d’augmenter la complexité des applications de SMA et de rendre plus difficile leur test en vue de leur validation. Le sujet d’étude proposé se situe dans le cadre des SMA embarqués (SMAE) et fait suite à plusieurs travaux réalisés depuis 2017 [Barnier17, Baudet19, Derddour20].

La validation des SMA est un problème complexe car il est difficile de considérer tous les scénarios d’exécution possibles. En particulier, la faculté d’auto-organisation des agents avec la génération de comportements émergents nécessite d’adapter les approches de validation existantes tant durant la phase de développement que durant la vie opérationnelle du système. Il est notamment primordial que l’autoorganisation des SMA n’entraîne pas une mise à mal des propriétés de sûreté et de sécurité des SMA, a fortiori en considérant la caractéristique d’ouverture inhérente à ces systèmes.

Le modèle de système multi-agent suscite un intérêt croissant car il permet la modélisation et la réalisation d’applications complexes, décentralisées et où la part d’autonomie est prépondérante. Ainsi, ce modèle est adapté par exemple aux véhicules autonomes, aux Smart grids, etc. Dans ces applications, des capteurs logiciels et matériels permettent aux différents nœuds d’un système de construire la représentation du monde sur laquelle il va raisonner pour satisfaire ses objectifs en agissant sur le monde via des effecteurs virtuels et physiques.

Une autre approche pour la modélisation et le monitoring de ces systèmes cyber physiques est l’utilisation de jumeaux numériques dont il existe de nombreuses définitions [Ashtari 19]. On peut retenir qu’un jumeau numérique est le plus réaliste possible pour représenter de manière numérique un système physique composé d’un ensemble de capteurs et d’actionneurs. Il est utilisé pour effectuer des simulations pour analyser et éventuellement prédire le comportement du système physique [Kritzinger 18].

Ce stage a pour objectif d’étudier et d’évaluer si les approches SMAE et jumeaux numériques peuvent se compléter l’une et l’autre dans le cadre des systèmes cyber physique. Il s’agit de voir si nous pouvons transposer sous l’angle des jumeau numériques les systèmes que nous exprimons à l’aide des SMA afin de déterminer ce que peut apporter le jumeau numérique en termes de test et de sécurité et compléter les travaux engagés sur le test des productions collectives dans les SMA qui ont été réalisés sur le test d’auto-organisation. La représentation du système physique sous forme de jumeau numérique pourrait permettre le test des productions collectives directement à travers le jumeau numérique.


Résultats attendus :

  • Un état de l’art général sur les jumeaux numériques avant de le recentrer sur les approches décentralisées dans ce domaine. L’étude bibliographique pourra être aussi menée sur une recherche plus large sur les systèmes cyber physiques qui abordent le sujet avec les systèmes multiagents et les jumeaux numériques.
  • La contribution attendue de travail est la proposition d’une architecture d’agents sonde qui sera déployée dans les nœuds d’un système physiquement distribué (et éventuellement décentralisé) permettant à la société d’agents sonde d’estimer collectivement des informations pouvant conclure sur la fiabilité du système. La définition et le monitoring d’un ensemble de critères ou de paramètres sur le système (vu comme un jumeau 2 numérique ou un SMA) permettra d’envisager plusieurs scénarios de test.
  • Il s’agit de déterminer un cas d’étude fil rouge pouvant être exprimé à l’aide des systèmes multi-agents mais aussi des jumeaux numérique avec l’identification de scénarios permettant l’étude du test et de la sécurité dans ces systèmes. Ce cas d’étude pourrait concerner l’exemple classique de l’exploration de ressources utilisé pour illustrer les problématiques dans les SMA ou pourrait concerner des scénarios de l’industrie 4.0 dans les domaines de véhicules autonomes ou de la santé pour tester et valider l’architecture proposée.

Références :
[Barnier 17] C. Barnier, O.-El-K. Aktouf, A. Mercier, J.-P. Jamont:Toward an Embedded Multi-agent System Methodology and Positioning on Testing. ISSRE 2017: 239-244
[Baudet 19] Arthur Baudet, Oum-El-Kheir Aktouf, Annabelle Mercier, Jean-Paul Jamont: Toward Testing Self-organizations in Multi-Embedded-Agent Systems. SERENE 2019: 97-108
[Jamont 2015] Jean-Paul Jamont, Michel Occello: Meeting the challenges of decentralised embedded applications using multi-agent systems. IJAOSE 5(1): 22-68 (2015)
[Derddour 20] N. Derdour Conception et réalisation d’un protocole de gestion de confiance dans les systèmes multi agents – Mémoire de Master Septembre 2020 Université Badji Mokhtar – Annaba
[Kritzinger 18] W. Kritzinger, M. Karner, G. Traar, J. Henjes and W. Sihn, “Digital Twin in manufacturing: A categorical
literature review and classification”, IFAC-PapersOnLine, vol. 51, no. 11, pp. 1016–1022, 2018.
[Ashtari 19] Ashtari Talkhestani, B., Jung, T., Lindemann, B., Sahlab, N., Jazdi, N., Schloegl, W., and Weyrich, M. (2019). An architecture of an Intelligent Digital Twin in a Cyber-Physical Production System. at – Automatisierungstechnik 67, 9, 762-782, Available From: De Gruyter https://doi.org/10.1515/auto-2019-0039
[Baudet 20] Arthur Baudet, Oum-El-Kheir Aktouf, Annabelle Mercier and Jean-Paul Jamont Title : A Case Study of Run-Time Testing of Self-Organizations in Multi-Embedded-Agent Systems – soumission conference PDP 21 29th Euromicro International Conference on Parallel, Distributed and Network-based Processing


Intégration dans les travaux des porteurs et du LCIS :

La sécurité et le test dans les SMA est une activité menée en collaboration entre les 2 équipes CTSYS et
CO4SYS depuis 2017. Elle vise à rapprocher les activités de sûreté et sécurité des systèmes embarqués
menées dans CTSYS et celles liées au développement de SMA dans l’équipe CO4SYS, en vue de
l’émergence d’un nouvel axe de recherche qui est en plein essor sur la scène nationale et internationale, de
par l’intégration de l’intelligence dans divers domaines d’applications.


Candidatures
Lettre de motivation, CV, et relevés de notes M1/M2

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