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We present a comparison of five different models. These models are built upon the same individual behavior hypothesis of a collective phenomenon present in peer-to-peer file exchange networks: "free-riding". We study a global analytical model and four multi-agent models. Multi-agent models include the space and time dimensions rarely seen in the literature discussing aggregated models of the collective phenomenon in question. We discuss the a priori and the experimental conditions under which the models are equivalent. We demonstrate that one individual decision algorithm can lead to contradictory information.; National audience; Dans cet article, nous présentons une comparaison de cinq modèles différents construits sur la même hypothèse comportementale individuelle d'un phénomène collectif présent dans les réseaux d'échanges de fichiers pair-à-pair : le free-riding. Nous étudions un modèle analytique global et quatre modèles multi-agents. Les modèles multi-agents intègrent les dimensions temporelle et spatiale rarement présentes dans les modèles agrégés du phénomène retrouvés dans la littérature. Nous discutons les conditions a priori et expérimentales pour lesquelles les modèles sont équivalents. Nous montrons aussi qu'un même algorithme de décision individuelle peut amener des informations contradictoires.

National audience; Cet article s'inscrit dans le cadre de l'étude des systèmes complexes via la modélisation et la simulation informatique. Nous pensons qu'il est parfois nécessaire de faire interagir plusieurs modèles pour simuler un phénomène. Dans le cas des technologies des réseaux dynamiques (réseaux P2P, réseaux mobiles Ad Hoc), le comportement des usagers et le fonctionnement des réseaux s'influencent mutuellement. Nous proposons une approche de modélisation et un outil de simulation couplant un modèle d'utilisateurs - basé sur le paradigme multi-agents - et un modèle de réseaux dynamiques. Nous discutons, au travers d'un cas d'étude particulier, des avantages, des problématiques soulevées et des limitations d'une telle approche. Nous montrons que cette démarche de modélisation apporte un niveau de précision et une flexibilité élevés.

National audience; Cet article se focalise sur des approches formelles pour la construction de systèmes multi-agents. Ce travail a cherché à proposer des apprentissages décentralisés pour construire les comportements d'agents sociaux. Cet article propose un formalisme original, l'interac-DEC-POMDP inspiré des modèles markoviens au sein duquel les agents peuvent interagir directement et localement entre eux. A partir de ce formalisme, cet article propose aussi un algorithme d'apprentissage décentralisé fondé sur une répartition heuristique des gains des agents au cours des interactions. Une démarche expérimentale a validé sa capacité à produire automatiquement des comportements collectifs. Les techniques présentées pourraient alors constituer des moyens permettant aux agents de décider automatiquement et de manière décentralisée comment s'organiser avec les autres pour résoudre un problème donné.

Article dans revue scientifique avec comité de lecture. nationale.; National audience; Ce travail s'inscrit dans une thématique de résolution de problème utilisant des entités simples en interaction. La principale difficulté réside dans le paradoxe entre la simplicité conceptuelle et fonctionnelle des entités d'une part, et la complexité du problème de la localisation et du suivi de cibles. Pour lever ce paradoxe, nous proposons une méthode à base de systèmes multi-agents composés d'agents réactifs. Ce modèle de résolution met l'accent sur l'importance des interactions et de leur inscription dans l'environnement d'évolution des agents. Dans ce cadre, l'environnement joue un rôle primordial dans le processus de résolution. D'une part, celui-ci formalise le problème à résoudre. D'autre part, il participe au déroulement du processus à travers la définition d'une physique cohérente à l'ensemble du système. Outre une description détaillée du modèle que nous proposons, nous présentons dans cet article les résultats obtenus lors de l'application de ce modèle à la problématique de la localisation et du suivi de cibles.

This thesis work focuses on the performance evaluation of smart grids, whose role is to ensure the transmission of electricity from the production point(s) to the consumers . Considered as distributed industrial systems with high criticality, these systems have a strong need to meet hard real time requirements. The IEC 61850 standard, deployed for the automation and protection of electrical substations composing these smart grids, proposes a constraint quantification as minimum latencies which must not be exceeded. As IEC 61850 does not recommend any specific approach to guarantee these time constraints, solutions must be found to guarantee the performance. We first propose a new decision support tool, providing simulation results based on the OMNeT++ simulator. Theses models integrate modeling elements for classical Ethernet, Time Sensitive Networking (TSN) and IEC 61850. The second contribution is the analytical modeling of worst-case response time, based on flow aggregation. Thanks to this, we can simplify the worst-case response time analysis by a succession of local analyses based on low computational time operations, while minimizing the worst-case response time pessimism. This approach encompasses classical Ethernet architecture as well as TSN ones. Finally, we study the possible benefits of the Multi-Modeling and co-simulation approach, recognized as a solution for the study of complex systems (including smart grids). We thus contribute to the improvement of the capabilities of the MECSYCO middleware, introducing the possibility for the latter co-simulate smart grids integrating three fields of expertise : electrical engineering, control and digital communication.; Ce travail de thèse s'intéresse à l'évaluation de performances des systèmes industriels de type smart grids, dont le rôle est d'assurer la transmission d'électricité depuis la/les source(s) de production jusqu'aux consommateurs. Considérés comme des systèmes distribués à forte criticité, il en résulte une obligation de respect de contraintes temps réel. Le standard IEC 61850, déployé pour l'automatisation et la protection des postes électriques composant ces smart grids, propose une quantification de ces contraintes sous forme de latences minimales à ne pas excéder. L'IEC 61850 ne préconisant aucune approche spécifique pour garantir ces contraintes temporelles, des solutions doivent alors être trouvées pour y répondre. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons en premier lieu un nouvel outil d'aide à la décision fournissant des résultats obtenus par simulation, basés sur le logiciel OMNeT++. Ces modèles intègrent à la fois des outils pour Ethernet classique, la norme Time Sensitive Networking (TSN) et l'IEC 61850. Une seconde contribution est la modélisation analytique des délais de pire cas, basée sur l'agrégation de flux. Cette nouvelle approche permet de simplifier l'analyse du délai pire de cas par une succession d'analyses locales reposant sur des opérations peu coûteuses en temps de calcul, tout en minimisant le pessimisme des bornes de délais. Cette analyse prend en considération des architectures reposant sur Ethernet classique et TSN. Enfin, nous étudions l'apport possible, à notre problématique, de la Multi-Modélisation et de la co-simulation, reconnue comme solution pour l'étude de systèmes complexes (dont les smart grids). Nous contribuons ainsi à l'amélioration des capacités de l'intergiciel de co-simulation MECSYCO, en permettant à ce dernier la possibilité de co-simuler des systèmes smart grids intégrant trois expertises métiers : électrique, contrôle-commande et communication numérique.

This work deals with complex system Modeling and Simulation (M&S). The particularity of such systems is the numerous heterogeneous entities in interaction involved inside them. This particularity leads to several organization layers and scientific domains. As a consequence, their study requests many perspectives (different temporal and spatial scales, different domains and formalisms, different granularities...). The challenge is the rigorous integration of these various system perspectives inside an M&S process. In other words, the difficulty is to define successive steps to follow in order to integrate several points of view inside the same model. Multi-modeling and co-simulation are promising approaches to do so. The underlying problem is to define a modular and hierarchical process fitted with a rigorous way to integrate heterogeneous components and which is supported by a software environment that covers the whole M&S cycle.MECSYCO (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation) is a co-simulation middleware focusing on the reuse of existing models from other software. It relies on a software and formal DEVS-based wrapping, provides heterogeneity handling mechanisms and ensures a decentralized and modular co-simulation. MECSYCO deals with the heterogeneous component integration need but its M&S process does not have all the properties above-mentioned. Notably, the hierarchical modeling ability is missing.To overcome this, we propose to fit MECSYCO with a descriptive multi-modeling and co-simulation process that allows the hierarchical design of multi-models using models from other software. Our process is split into three steps: the atomic model integration, the composition (hierarchical multi-model construction) and finally the experimentation. We adopt a descriptive approach where a description file is linked to each product of these steps, these documents enable to manipulate them.The use of description files completes the integration steps, allows a hierarchical and modular multi-model design and isolates the experiments.Then we set up a development environment based on Domain Specific Languages (DSL) to support the description work, and we automate the transition from an experiment description to its effective co-simulation. This is a Model-Driven Engineering approach which allows us to put into practice our contribution by facilitating the modelers' work and by avoiding implementation mistakes.Our contribution fits MECSYCO with the hierarchical design property and with a DSL-based M&S environment while keeping its rigorous integration process and its modularity. Our work is evaluated on two examples. The first one renews a hybrid highway multi-model already implemented in MECSYCO, it shows the conservation of the middleware former properties. The second one is a simple thermal smart-building multi-model which highlights the incremental design of a multi-model and the integration of new components while putting our entire approach into practice., Le contexte de ce travail est la modélisation et simulation (M&S) de systèmes complexes. Ces systèmes se caractérisent par un grand nombre d'entités hétérogènes en interaction faisant apparaitre plusieurs niveaux d'organisation et plusieurs domaines. Leur étude nécessite de combiner plusieurs points de vue (différentes échelles temporelles et spatiales, différents domaines scientifiques et formalismes, différents niveaux de résolution...).Le challenge est l'intégration rigoureuse de ces différents points de vue sur un système au sein d'une démarche de M&S. Dit autrement, le défi est de définir une marche à suivre permettant d'intégrer plusieurs perspectives au sein d'un même modèle. La multi-modélisation et la co-simulation sont deux approches prometteuses pour cela. La difficulté sous-jacente est de fournir une démarche de M&S modulaire, hiérarchique, dotée d'une approche d'intégration de composants hétérogènes rigoureuse et associée à un environnement logiciel supportant l'ensemble du cycle de M&S pour la mettre en pratique.MECSYCO (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation) est un intergiciel de co-simulation se focalisant sur la réutilisation de modèles issus d'autres logiciels. Il se base sur une stratégie d'encapsulation logicielle et formelle fondée sur DEVS, fournit des mécanismes de gestion des hétérogénéités, et assure une co-simulation décentralisée et modulaire. MECSYCO répond au besoin d'intégration de composants hétérogènes au sein d'une co-simulation, mais ne propose pas de démarche complète comprenant l'ensemble des propriétés énoncées précédemment. Il manque notamment la possibilité de hiérarchiser. Pour pallier à ce manque, dans la continuité des travaux sur MECSYCO nous proposons une démarche de multi-modélisation et co-simulation descriptive autorisant la construction incrémentale de multi-modèles à partir de modèles issus d'autres logiciels. Notre démarche est décomposée en trois étapes : l'intégration des modèles atomiques, la composition (création hiérarchique du multi-modèle) et enfin l'expérimentation. Nous adoptons une approche descriptive où chaque élément produit lors de ces étapes est associé à une description permettant de le manipuler. L'utilisation des descriptions complète le processus d'intégration, permet la construction incrémentale et modulaire des multi-modèles, et isole l'expérimentation. Nous mettons ensuite en place un environnement de développement basé sur des langages dédiés aux descriptions, et nous automatisons le passage d'une description d'expérience à sa co-simulation effective. C'est une démarche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles qui nous permet de mettre en pratique notre approche en facilitant le travail des modélisateurs et en évitant les erreurs d'implémentation.Nous apportons à MECSYCO la propriété de hiérarchisation et un environnement de développement tout en conservant l'intégration rigoureuse et la modularité. Nous évaluons notre contribution sur deux exemples. Le premier reprend un multi-modèle d'autoroute hybride implémenté dans MECSYCO, il montre la conservation des propriétés d'intégration. Le second est un multi-modèle simple de thermique de bâtiment intelligent, il illustre la construction incrémentale d'un multi-modèle et l'intégration de nouveaux composants tout en mettant en pratique l'ensemble de notre démarche.

Modeling and simulation (M&S) of cyber-physical systems (CPS) can require representing components from three expertise fields: physics, information systems, and communication networks (IP). There is no universal simulator with all of the required skills, but we can gather and interconnect models provided by the communities, with a multi-model. The challenges are 1) integrating all heterogeneities in a multi-model (formalisms, representations, implementations), 2) integrating IP models in a way enabling them to represent the transport of application data produced by external models, and 3) integrating IP models in a way enabling them to complete each other, to be able to represent CPS heterogeneous IP networks. In order to meet these challenges, we relied our solution on the works around MECSYCO, a co-simulation platform based on the DEVS wrapping principle. We propose to define a comprehensive framework enabling to achieve DEVS wrapping of IP models, with 1) a structuration of different issue levels when integrating IP models in a co-simulation (goals and constraints of the wrapping) and 2) a proposition of a DEVS wrapping strategy for IP models and their simulators. We propose some evaluations of our approach, through the integration of two popular IP simulators, and concrete examples of CPS M&S (inter alia, with an example of a models interconnection between NS-3 and OMNeT++/INET, and an industrial application used by EDF R&D); Modéliser et simuler (M&S) un système cyber-physique (SCP) peut nécessiter de représenter des éléments provenant de trois domaines d'expertise à la fois : systèmes physiques, systèmes d'informations et réseaux de communication (IP). Le simulateur universel disposant de toutes les compétences nécessaires n'existant pas, il est possible de regrouper des modèles issus des différentes communautés, à l'aide d'un multi-modèle. Les défis sont alors 1) intégrer toute l'hétérogénéité du multi-modèle (formalismes, représentations, implémentations), 2) intégrer des modèles IP de façon à ce qu'ils soient en capacité de représenter le transport de données applicatives produites par des modèles externes et 3) les intégrer de façon à ce qu'ils puissent se compléter, pour représenter ensemble les réseaux IP parfois hétérogènes d'un SCP. Pour parvenir à répondre à ces défis, nous nous inscrivons dans la continuité des travaux de M&S autour de MECSYCO, une plateforme de co-simulation basée sur la notion de wrapping DEVS. Nous proposons de définir un cadre général pour réussir à wrapper en DEVS des modèles IP, avec 1) une structuration des différents niveaux de problèmes pour l'intégration de modèles IP dans une co-simulation (délimitation des objectifs et contraintes du wrapping), et 2) une proposition de stratégie de wrapping DEVS de modèles IP et leurs simulateurs. Nous évaluerons notre approche à travers la démonstration de l'intégration de deux simulateurs IP populaires, et d'exemples concrets de M&S de SCP (avec notamment une interconnexion de modèles entre NS-3 et OMNeT++/INET, et une application industrielle utilisée par EDF R&D)

Modeling and simulation (M&S) of cyber-physical systems (CPS) can require representing components from three expertise fields: physics, information systems, and communication networks (IP). There is no universal simulator with all of the required skills, but we can gather and interconnect models provided by the communities, with a multi-model. The challenges are 1) integrating all heterogeneities in a multi-model (formalisms, representations, implementations), 2) integrating IP models in a way enabling them to represent the transport of application data produced by external models, and 3) integrating IP models in a way enabling them to complete each other, to be able to represent CPS heterogeneous IP networks. In order to meet these challenges, we relied our solution on the works around MECSYCO, a co-simulation platform based on the DEVS wrapping principle. We propose to define a comprehensive framework enabling to achieve DEVS wrapping of IP models, with 1) a structuration of different issue levels when integrating IP models in a co-simulation (goals and constraints of the wrapping) and 2) a proposition of a DEVS wrapping strategy for IP models and their simulators. We propose some evaluations of our approach, through the integration of two popular IP simulators, and concrete examples of CPS M&S (inter alia, with an example of a models interconnection between NS-3 and OMNeT++/INET, and an industrial application used by EDF R&D); Modéliser et simuler (M&S) un système cyber-physique (SCP) peut nécessiter de représenter des éléments provenant de trois domaines d'expertise à la fois : systèmes physiques, systèmes d'informations et réseaux de communication (IP). Le simulateur universel disposant de toutes les compétences nécessaires n'existant pas, il est possible de regrouper des modèles issus des différentes communautés, à l'aide d'un multi-modèle. Les défis sont alors 1) intégrer toute l'hétérogénéité du multi-modèle (formalismes, représentations, implémentations), 2) intégrer des modèles IP de façon à ce qu'ils soient en capacité de représenter le transport de données applicatives produites par des modèles externes et 3) les intégrer de façon à ce qu'ils puissent se compléter, pour représenter ensemble les réseaux IP parfois hétérogènes d'un SCP. Pour parvenir à répondre à ces défis, nous nous inscrivons dans la continuité des travaux de M&S autour de MECSYCO, une plateforme de co-simulation basée sur la notion de wrapping DEVS. Nous proposons de définir un cadre général pour réussir à wrapper en DEVS des modèles IP, avec 1) une structuration des différents niveaux de problèmes pour l'intégration de modèles IP dans une co-simulation (délimitation des objectifs et contraintes du wrapping), et 2) une proposition de stratégie de wrapping DEVS de modèles IP et leurs simulateurs. Nous évaluerons notre approche à travers la démonstration de l'intégration de deux simulateurs IP populaires, et d'exemples concrets de M&S de SCP (avec notamment une interconnexion de modèles entre NS-3 et OMNeT++/INET, et une application industrielle utilisée par EDF R&D)

This thesis is focused on the study of complex systems through a modeling and simulation (M&S) process. Most questions about such systems requiere to take simultaneously account of several points of view. Phenomena evolving at different (temporal and spatial) scales and at different levels of resolution (from micro to macro) have to be considered. Moreover, several expert skills belonging to different scientific fields are needed. The challenges are then to reconcile these heterogeneous points of view, and to integrate each domain tools (formalisms and simulation software) within the rigorous framework of the M&S process. In order to solve these issues, we mobilise notions from multi-level modeling, hybrid modeling, parallel simulation and software engineering. Regarding these fields, we study the complementarity of the AA4MM approach and the DEVS formalism into the scope of the model-driven engineering (MDE) approach. Our contribution is twofold. We propose the operational specifications of the MECSYCO co-simulation middleware enabling the parallel simulation of complex systems models in a rigorous and decentralized way. We also define an MDE approach enabling the non-ambiguous description of complex systems models and their automatic implementation in MECSYCO. We show the properties of our approach with several proofs of concept.; Ce travail de thèse porte sur l'étude des systèmes complexes par une démarche de modélisation et simulation (M&S). La plupart des questionnements sur ces systèmes nécessitent de prendre en compte plusieurs points de vue simultanément. Il faut alors considérer des phénomènes évoluant à des échelles (temporelles et spatiales) et des niveaux de résolutions (de microscopique à macroscopique) différents. De plus, l'expertise nécessaire pour décrire le système vient en général de plusieurs domaines scientifiques. Les défis sont alors de concilier ces points de vues hétérogènes, et d'intégrer l'existant de chaque domaine (formalismes et logiciels de simulation) tout en restant dans le cadre rigoureux de la démarche de M&S. Pour répondre à ces défis, nous mobilisons à la fois des notions de modélisation multi-niveau (intégration de représentations micro/macro), de modélisation hybride (intégration de formalismes discrets/continus), de simulation parallèle, et d'ingénierie logicielle (interopérabilité logiciel, et ingénierie dirigée par les modèles). Nous nous inscrivons dans la continuité des travaux de M&S existants autour de l'approche AA4MM et du formalisme DEVS. Nous étudions en effet dans cette thèse en quoi ces approches sont complémentaires et permettent, une fois combinées dans une démarche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), de répondre aux défis de la M&S des systèmes complexes. Notre contribution est double. Nous proposons d'une part les spécifications opérationnelles de l'intergiciel de co-simulation MECSYCO permettant de simuler en parallèle un modèle de manière rigoureuse et complètement décentralisée. D'autre part, nous proposons une approche d'IDM permettant de décrire de manière non-ambiguë des modèles, puis de systématiser leur implémentation dans MECSYCO. Nous évaluons les propriétés de notre approche à travers plusieurs preuves de concept portant sur la M&S du trafic autoroutier et sur la résolution numérique d'un système d'équations différentielles.

This thesis is focused on the study of complex systems through a modeling and simulation (M&S) process. Most questions about such systems requiere to take simultaneously account of several points of view. Phenomena evolving at different (temporal and spatial) scales and at different levels of resolution (from micro to macro) have to be considered. Moreover, several expert skills belonging to different scientific fields are needed. The challenges are then to reconcile these heterogeneous points of view, and to integrate each domain tools (formalisms and simulation software) within the rigorous framework of the M&S process. In order to solve these issues, we mobilise notions from multi-level modeling, hybrid modeling, parallel simulation and software engineering. Regarding these fields, we study the complementarity of the AA4MM approach and the DEVS formalism into the scope of the model-driven engineering (MDE) approach. Our contribution is twofold. We propose the operational specifications of the MECSYCO co-simulation middleware enabling the parallel simulation of complex systems models in a rigorous and decentralized way. We also define an MDE approach enabling the non-ambiguous description of complex systems models and their automatic implementation in MECSYCO. We show the properties of our approach with several proofs of concept.; Ce travail de thèse porte sur l'étude des systèmes complexes par une démarche de modélisation et simulation (M&S). La plupart des questionnements sur ces systèmes nécessitent de prendre en compte plusieurs points de vue simultanément. Il faut alors considérer des phénomènes évoluant à des échelles (temporelles et spatiales) et des niveaux de résolutions (de microscopique à macroscopique) différents. De plus, l'expertise nécessaire pour décrire le système vient en général de plusieurs domaines scientifiques. Les défis sont alors de concilier ces points de vues hétérogènes, et d'intégrer l'existant de chaque domaine (formalismes et logiciels de simulation) tout en restant dans le cadre rigoureux de la démarche de M&S. Pour répondre à ces défis, nous mobilisons à la fois des notions de modélisation multi-niveau (intégration de représentations micro/macro), de modélisation hybride (intégration de formalismes discrets/continus), de simulation parallèle, et d'ingénierie logicielle (interopérabilité logiciel, et ingénierie dirigée par les modèles). Nous nous inscrivons dans la continuité des travaux de M&S existants autour de l'approche AA4MM et du formalisme DEVS. Nous étudions en effet dans cette thèse en quoi ces approches sont complémentaires et permettent, une fois combinées dans une démarche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), de répondre aux défis de la M&S des systèmes complexes. Notre contribution est double. Nous proposons d'une part les spécifications opérationnelles de l'intergiciel de co-simulation MECSYCO permettant de simuler en parallèle un modèle de manière rigoureuse et complètement décentralisée. D'autre part, nous proposons une approche d'IDM permettant de décrire de manière non-ambiguë des modèles, puis de systématiser leur implémentation dans MECSYCO. Nous évaluons les propriétés de notre approche à travers plusieurs preuves de concept portant sur la M&S du trafic autoroutier et sur la résolution numérique d'un système d'équations différentielles.

In this thesis, we study the role of robustness in the context of the modelling of complex systems by cellular automata. Indeed, if we consider a cellular automaton which aims at reproducing an emergent behaviour from a similar structure, we want to determine whether its observed dynamics are the result of the interaction of entities, or whether it depends a precise definition of the model. We thus consider the model's robustness, that is, the resistance of the behaviour to small perturbations on the model features. First, we show the relevance of this approach by considering several definitions of a perturbation of the global updating and by applying them to a simple and representative class of cellular automata, the Elementary Cellular Automata. We observe that, despite the fact that most models show little or no change between the different perturbations, some particular cases show qualitative changes that we study in detail. Second, we apply this approach to a particular model of cellular automata, which simulates a swarming behaviour based on a lattice-gas model. We then explore the model robustness by considering the pertubations of two of the model's attributes, the lattice shape and the global updating, and discuss the relationship between the observation of the behaviour and the precise definitions of the model.; Dans cette thèse, nous étudions la robustesse dans le contexte de la modélisation de systèmes complexes par les automates cellulaires. En effet, si l'on cherche à reproduire un comportement émergent à partir d'un modèle d'automate cellulaire, il nous semble nécessaire de se demander si les comportements observés sont bien le résultat d'interactions entre entités constituantes, ou bien s'ils dépendent d'une définition particulière du modèle. Nous allons ainsi être amenés à considérer la robustesse du modèle, à savoir la résistance de son comportement à de petites variations sur les attributs de sa définition. Dans un premier temps, nous montrons la pertinence de cette approche en considérant plusieurs définitions possibles d'une perturbation de la mise à jour globale et en les appliquant à une classe simple et représentative de modèles d'automates cellulaires, les Automates Cellulaires Elémentaires. Nous observons que, malgré le fait que nos perturbations soient proches et qu'une majorité des modèles considérés ne change pas de comportement, quelques cas particuliers montrent des changements qualitatifs du comportement que nous étudions plus en détail. Dans un second temps, nous appliquons cette approche en nous penchant sur un modèle particulier d'automate cellulaire, qui simule le phénomène de formation d'essaim à partir d'un modèle évolué d'automate cellulaire, le gaz sur réseau. Nous explorons la robustesse du comportement du modèle en considérant la perturbation de deux attributs du modèle, la forme de la grille cellulaire et la mise à jour globale, et en tirons les conclusions sur la relation entre l'observation du comportement et la définition précise du modèle.

This work has been done between the fields of ubiquitous networks and multi-agent based simulation. The main context is to study mutual influences existing between ubiquitous network performances and their users behaviours. We have highlighted the need for reusing and coupling modelling and simulation softwares together in order to simultaneously integrate several abstraction levels in the study. We target those needs by a multiagent approach and we propose a metamodel : AA4MM. The core idea in AA4MM is to build a society of models, simulators and simulation softwares that solves the core challenges of multimodelling and simulation coupling in an homogeneous perspective. AA4MM major contributions are the possibility to easily reuse, to make interoperable and modular existing heterogeneous models and softwares, to manage scale changes and a simulation algorithm fully decentralized. We apply this metamodel to the field of ubiquitous networks in order to target the question of mutual influences between networks performances and users behaviours.; Ce travail de thèse, mené sur deux thématiques : les réseaux ambiants et la simulation multi-agent, a pour contexte l'étude des interactions entre le fonctionnement des réseaux ambiants (réseaux pair-à-pair et réseaux mobiles ad hoc networks) et les comportements de leurs usagers (mobilité, partage d'un service, etc.). Pour étudier ces phénomènes, nous avons mis en lumière le besoin de réutiliser, de coupler et de faire interagir des outils de modélisation et de simulation provenant de domaines scientifiques différents (réseaux informatiques, simulations sociales) afin d'intégrer simultanément plusieurs niveaux d'abstraction dans l'étude menée. Cette problématique de réutilisation et de couplage de modèles (la multi-modélisation) et de simulation (interopérabilité de simulateurs) n'est pas propre aux seuls réseaux ambiants et celle-ci s'inscrit dans le domaine plus vaste de l'étude des systèmes complexes. Cette thèse se propose d'aborder les questions de réutilisation et de couplage des outils de modélisation et de simulation sous l'angle des systèmes multi-agents et d'inscrire les solutions à la fois d'ingénierie logicielle, de simulation distribuée, de multi-modélisation dans un cadre multi-agent générique et homogène : le méta-modèle AA4MM. L'idée fondatrice est de créer une société de modèles, de simulateurs et de logiciels de simulation (que l'on nommera blocs MSL) afin d'intégrer plusieurs niveaux d'abstraction dans une même modélisation et simulation. AA4MM propose une approche multi-agent homogène qui permet de facilement réutiliser des blocs MSL, de les rendre interopérable et de les coupler de manière modulaire. AA4MM permet également au modélisateur de clairement spécifier les changements d'échelles. AA4MM propose une méthode de simulation totalement décentralisée. Au niveau des aspects théoriques du méta-modèle AA4MM, nous avons proposé une preuve formelle de l'algorithme de simulation décentralisée. Nous avons également appliqué AA4MM à un cas d'étude pédagogique en couplant ensemble plusieurs instances de NetLogo (un outil de simulation répandu). Nous avons également appliqué AA4MM aux réseaux ambiants et à notre question initiale sur les influences mutuelles entre performances du réseau et comportements des usagers. Dans ce contexte, nous avons pu réutiliser des simulateurs existants qui n'étaient pas prévus pour interagir afin d'aborder les phénomènes d'influences mutuelles entre performances des réseaux et comportements de leurs usagers.

In a reactive multi-agent system (MAS), the link between the collective behaviour and the behaviours of the individuals who make up this system is difficult to set up. So to reach a particular behaviour is also difficult. We support the concept of driving the behaviour of a MAS by a control approach. In order to obtain this control, we act on the MAS by using information about its global behavior. To achieve this, we first propose to model the global dynamics of the MAS as a graph of states. Reinforcement learning tools help to build the graph and to compute a policy. This policy indicates which action to choose based on the current state and a target behaviour. Then this policy is used to control the MAS. The originality of our proposal lies in the global level description of the MAS's dynamics. Thus the different behaviours of the MAS are expressed, in our proposal, at the same description level as the one of the target behaviour. The proposal is applied to control a MAS based on the movement of pedestrians in a corridor. It is compared to other approaches whose goal is to drive the behaviour of a MAS. We verify that the concept of global level control works. We show that our proposal provides good control performance and achieves a target behaviour more frequently than other tested approaches. Thus we lay the foundations of a new framework for the global level control of multi-agent systems., Dans un système multi-agent (SMA) réactif, le lien entre le comportement collectif et celui des individus qui composent ce système est difficile à établir. Obtenir un comportement particulier est donc également difficile. Nous défendons le principe de maîtriser le comportement d'un SMA par une approche de contrôle. Pour cela, nous agissons sur le SMA à partir d'informations relatives à ses comportements globaux. Pour y parvenir, nous proposons tout d'abord de modéliser la dynamique globale du SMA sous forme d'un graphe d'états. Des outils d'apprentissage par renforcement permettent de construire ce graphe et de calculer une politique qui indique quelle action effectuer en fonction de l'état courant et d'un comportement cible à atteindre. Ensuite, cette politique est exploitée pour contrôler le SMA. L'originalité de notre proposition est de s'appuyer sur la dynamique du SMA décrite à son niveau global. Ainsi, les différents comportements du SMA sont exprimés dans notre proposition au même niveau de description que celui du comportement à atteindre. La proposition est appliquée au contrôle d'un SMA inspiré du déplacement de piétons dans un couloir. Nous la comparons à d'autres approches destinées à maîtriser le comportement d'un SMA. Nous vérifions que le principe du contrôle au niveau global fonctionne. Nous montrons que notre proposition fournit de bonnes performances de contrôle et permet d'atteindre un comportement cible plus fréquemment que les autres approches testées. Nous posons ainsi les premières pierres d'un cadre paradigmatique pour le contrôle au niveau global des systèmes multi-agents.

This PhD thesis focuses on two research fields : multi-agent systems which deal with systems constituted by autonomous interacting entities and Markov Decision Process (MDP) which formalizes decision problems. This Phd thesis deals with the automatic designing of multi-agent systems and proposes a new formalism for this purpose. This orginal formalism, interac-DEC-POMDP, is inspired by Hamelin an orginal simulation of biological collective behaviour and Decentralized Markov Decision Process. Its specificity lies in the capacity of the agents to interact locally among them. Our works shows that an algorithm based on reinforcement learning can build collective behaviour on the basis of these direct local interactions among agents. This computation is entierely decentralized and agents have never any global vision of the system., Cette thèse s'est intéressée à deux domaines : les systèmes multi-agent qui se concentrent sur des systèmes composés de plusieurs entités autonomes en interaction et les processus de décision markoviens (MDP) qui formalisent des problèmes de prise de décision. Ce manuscrit traite de la conception automatique de système multi-agent et propose un nouveau formalisme pour appréhender cette problématique. Ce formalisme original, l'interac-DEC-POMDP s'inspire des des MDP décentralisés et d'Hamelin, une simulation inspirée de l'éthologie. Sa spécificité réside dans la capacité offerte aux agents d'interagir localement directement entre eux. Nos travaux montrent en outre qu'un algorithme basé sur l'apprentissage par renforcement permet de construire à partir d'une restriction de ce formalisme des comportements collectifs, fondés sur les interactions directes, de manière entièrement décentralisée et sans qu'aucun agent ne dispose d'une vue globale du système.

This thesis is a study of different kinds of interaction in multi-agent systems. We try to define a general and operationnal model of interaction in these systems. This work has several goals. We review the state of the art in interaction modelling, and we try to classify these interaction models according to several criterions. We then try to synthetize these works in order to obtain the highest level, still operationnal, interaction model. We then realize an implantation of this model, capable of interfacing itself with a vast array of multi-agent systems (based on the Java langage). Our operationnal model can then be used and parametrized by way of a formal grammar : a grammar of interaction definition for multi-agent systems that we introduce., Le sujet de cette thèse est l'étude des différentes formes d'interactions existantes et ayant été modélisées dans les systèmes multi-agents, et la réalisation d'un modèle le plus général possible, tout en restant opérationnel, des interactions dans ces systèmes. Nous souhaitons en effet définir un nouveau cadre de conception de systèmes multi-agents basé sur une approche plaçant l'interaction comme entité première de modélisation. L'intérêt et l'efficacité des systèmes multi-agents se définit généralement comme issue des interactions entre les agents, lesquelles interactions sont censées apporter l'efficacité, la robustesse et des fonctionnalités nouvelles par émergence. Les interactions sont dans les systèmes multi-agents le support direct de l'émergence, mais on ne dispose pas d'un modèle général de l'interaction, alors même que l'on cherche précisément à cerner au mieux la notion de fonctionnalité émergente d'un système. Notre travail vise dans ce cadre plusieurs objectifs : présenter l'état de l'art en matière de modélisation des interactions, dans différents domaines d'application (interactions sociales, interactions situées, etc) pour en extraire une classification des interactions, fournissant ainsi une grille de lecture du domaine. Puis, effectuer une synthèse des propriétés et caractéristiques des interactions ainsi étudiées, pour extraire la forme d'interaction la plus générale possible qui soit encore opérationnelle, c'est à dire, avec laquelle on peut définir des interactions et réaliser un programme informatique, d'après cette définition, de façon automatique. Le but final est donc la proposition d'un modèle de définition des interactions et d'un modèle d'opérationnalisation associé, permettant de concevoir et de réaliser des systèmes multi-agents par une approche " interaction' ". Nous avançons comme hypothèse que cette approche est réalisable, et qu'elle permettra de mieux cerner les phénomènes émergents.