Page : 1 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective SCALA : Une approche Multi-Agent pour la Conception de Systèmes Complexes Application à la Simulation de Missions Aériennes Irène Degirmenciyan-Cartault Frédéric Marc

Page : 2 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Plan Les objectifs de SCALA SCALA : méthodologie et simulation Un scénario dinterception aérienne Les outils d'aide à la conception Les apports de SCALA Les limites et perspectives

Page : 3 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective SCALA : les objectifs ( Système Coopératif d Agents Logiciel Autonomes) Fournir un outil de prototypage rapide de SMA intégrant une méthodologie partant des exigences fonctionnelles Faciliter la modélisation et la conception par un langage de description de haut niveau dabstraction Simuler : différents types dorganisations des algorithmes dallocation de tâches des algorithmes de coopération entre agents Constituer des bibliothèques de mécanismes réutilisables Proposer des outils de visualisation du comportement du système Outil daide à la conception de SMA

Page : 4 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective SCALA Définition du graphe de dépendances fonctionnelles Définition des comportements élémentaires ou tâches Définition des sous-graphes et buts associés Identification des événements déclencheurs Définition des agents Définition des groupes dagents Choix des organisations Choix des mécanismes de coopération Une méthodologie Un outil de simulation

Page : 5 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Une mission dinterception Ordre de décollage Données dinterception Décollage CAP Navigation Tir Triangulation Acquisition Dégagement Retour Reorganisation Detection Détection

Page : 6 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Quelques caractéristiques Comportements élémentaires, fonctions du système (décollage, naviguation guidée, acquisition, désignation, tir, dégagement) Le besoin en coopération est dirigé par les contraintes et les dépendances entre tâches (pré- et post-conditions, liens de dépendances) Evénements perturbateurs (apparition de menaces, défaillance dun avion de la patrouille) La patrouille doit se ré-organiser dynamiquement pour s'adapter à un environnement évolutif

Page : 7 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective 1. Définition du graphe Graphe G_Retour RETOUR ATTERRISSAGE N N N N Graphe G_Depart_Mission DECOLLAGE RASSEMBLEMENT S 2 Graphe G_Interception LOCALISATION_RADARTRIANGULATION 2 PREGUIDAGE N ACQUISITION RECHERCHEIDENTIFICATIONLOCALISATION D.O. TIR DEGAGEMENT S Graphe G_Nouvelle_menace RECONNAISSANCE RIPOSTE

Page : 8 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Dépendances entre tâches (1) Task ATask BTask C Task ATask B Task ATask B OUOU Task ATask B Task C Task BTask A Dépendances simples Precédence ET (implicit) Décomposition Exclusion

Page : 9 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Task A x Multiplicité Dépendances entre tâches (2) Task A x N agents ou * ou group_name ou condition With x = Task ATask B Synchronisation Série Combinaison de dépendances Task ATask B S Task ATask B S x

Page : 10 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective 2. Description des tâches Pré-conditions : Tâches Annulation Ressources Post-conditions : Ressources Evénements LOCALISATION_RADARTRIANGULATION 2 PREGUIDAGE N ACQUISITION RECHERCHEIDENTIFICATIONLOCALISATION Compétences Niveau de spécialisation Cardinalité Méthodes Interruptibilité D.O. TIR DEGAGEMENT S

Page : 11 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective 3. Association événements/sous-graphes Evénement Depart_Mission P=1, D=I Graphe G_Depart Graphe G_Interception Evénement Interception P=2, D=P Graphe G_Interception Evénement Nouvelle_Menace P=2, D=I Graphe G_Reconnaissance Evénement Retour P=1, D=P Graphe G_Retour Niveau de priorité Type de déclenchement

Page : 12 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective 4. Définition des agents Leader StrikeLeader Escorte Compétences Niveau de spécialisation Ressources Evénements But Groupes d appartenance Rôle courant Rôles possibles Protocoles de communications Raid Escorte Equipier EscorteEquipier1 StrikeEquipier3 StrikeEquipier2 Strike

Page : 13 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective 5. Définition des groupes AWACS Leader StrikeLeader EscorteLeader Sweep Equipier SweepEquipier EscorteEquipier1 StrikeEquipier3 StrikeEquipier2 Strike Groupes fils Groupe père Type dorganisation Type de coopération Membres (rôle courant rôles possibles) Evénements Dispositif aérien Raid Escorte Sweep

Page : 14 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective De lévénement au plan multi-agent Sous graphe Plan 1 Plan 2 Plan 3 Plan 4 Agent 1 Agent 2 Agent 3 Agent 4 Distribution du graphe sur les agents Réseau de dépendances Evénement

Page : 15 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Le passage à la simulation des événements et sous graphes associés des agents des groupes des tâches et des contraintes sur leur exécution de l'allocation des tâches et de la coopération entre agents en fonction : –des contraintes exprimées sur le graphe de dépendances –du choix du type d'organisation et d'interaction (bibliothèques de mécanismes prédéfinis) Génération automatique Implémentation des comportements élémentaires (côté applicatif) lois et modèles physiques (ex : modèles avions, trajectoires) actions réponses aux événements (ex : décollage)

Page : 16 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Processus de Simulation Sweep Leader Sweep Equipier Allocation dynamique des tâches Raid Equipier Raid Leader Exécution 2 TAKE OFF S N CAP N Génération dune instance du sous- graphe associé à lévénement Evénement Départ_Mission 2 TAKE OFF S N CAP N GUIDED FLIGHT N ACQUISITION T. D. SHOT RETRACT S Evénement Interception Coordination Sweep Leader Sweep Equipier Raid Equipier Raid Leader Allocation dynamique des tâches Execution

Page : 17 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Les outils de modélisation Léditeur de graphe SCALA Permet de : Concevoir facilement les graphes de dépendances Associer les sous-graphes aux événements (les paires événements/buts) Construire des librairies de comportements réutilisables Les éditeurs agents/groupes Permet de : Définir les agents (compétences, ressources, etc.) Définir les groupes (rôles, type d'organisation, type d'interaction, etc.)

Page : 18 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Les outils SCALA (1)

Page : 19 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Les outils d'analyse Loutil de visualisation Permet de : Situer les agents dans lenvironnement Déclencher dynamiquement de nouveaux événements Créer des nouveaux agents et groupes Le diagramme dactivités Représente les activités des agents et le comportement multi-agent : Lévolution de la simulation La coordination entre les agents Larrivée des nouveaux événements

Page : 20 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Les outils SCALA (2) Friend1 Friend2 Friend3 Friend4 Bandit1 Bandit2 t Guided Flight Enter combat area CAP Guided Flight Enter combat area Guided Flight Riposte Ac Eng S S G. Flight Flight

Page : 21 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective SCALA vue comme couche logicielle SCALA JACK JAVA O1O3O2 A1A3A2

Page : 22 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Les apports de SCALA pour ce type d application Une modélisation de plus haut niveau qui permet de : définir de nouveaux comportements au niveau modélisation (sans recompilation) dissocier des raisonnements et des actions (tâches) modéliser la coordination entre avions Allocation dynamique des tâches : en fonction de la situation courante des caractéristiques et capacités des agents Réutilisation des comportements Introduction de réactivité dans la simulation (création de nouvelles menaces, réponses à des événements en cours de simulation) Résolution de systèmes complexes, ouverts par simulation

Page : 23 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Les limites actuelles de SCALA Pas de gestion du temps Pas de contraintes temporelles sur les tâches et buts Algorithme de re-organisation trop simpliste Problème du temps réel au niveau organisationnel au niveau de l exécution Pas de validation des plans générés

Page : 24 JFIADSMA' octobre 2002 Direction Générale Technique / Direction de la Prospective Travail en cours et perspectives Amélioration du comportement global Meilleure gestion des buts Validation des plans générés Formalisation Utilisation d une variante des automates temporisés d ALUR Planification réactive et exécution contrôlée des plans Existence d une horloge globale (actions jointes, plans multi-agents synchronisés) Opérateurs de manipulation de plans concaténation, parallélisation, insertion