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Systèmes Multi-Agents et Programmation par Aspects pour robots sauveteurs

Titre: SMA & AOP pour Robots Sauveteurs

Encadrants :

Contexte du stage : le projet AROUND

Le climat global change, affectant la planète par des catastrophes de plus en plus fréquentes et dévastatrices. Celles-ci touchent tout particulièrement les zones urbaines des pays en voie de développement, comme le Vietnam, qui ne disposent pas en général de l’équipement pour recueillir en temps réel les informations nécessaires (évaluation des dégâts, localisation des victimes, chemins d’accès préservés, etc.) à une prise de décision efficace. Un des moyens préconisés par le PNUD (Programme de l’ONU pour le Développement) consiste à déployer sur le terrain des systèmes automatiques d’observation et de surveillance, mais ceux-ci ne sont que très rarement adaptés aux contraintes économiques des pays concernés.

Le projet AROUND (Autonomous Robots for Observation of Urban Networks after Disasters) développé en partenariat avec le Vietnam, tente de répondre à cette difficulté en proposant de concevoir un système d’aide à la décision intégrant trois niveaux :
  1. Des équipes de robots bon marché, autonomes et communicants, dotés d’une variété de senseurs et s’auto-organisant pour collecter l’information sur les sites touchés en zone urbaine.
  2. Un système de fusion de données entraîné à extraire en temps réel des informations pertinentes du flux d’observations que lui envoient les robots.
  3. Un SIG 3D auquel ces informations sont intégrées, utilisé par les décideurs locaux pour déterminer l’étendue des dégâts, contrôler la progression des robots, et leur désigner de nouvelles cibles d’exploration.

Problème traité dans le stage

Déployer et coordonner des robots autonomes d'observations dans le contexte du projet AROUND est en soi un challenge. Il soulève différents problèmes. Dans ce stage, nous focaliserons sur le fait que que les robots doivent d'une part récolter les données sur la zone sinistrée et d'autre part les transmettre au centre de commandement des opérations de secours. Comme on ne peut pas faire raisonnablement d'hypothèse sur l'existence d'infrastructure de communication, les robots doivent prendre en charge la transmission des données recueillies. Afin de minimiser le prix des robots et le coût des communications, ces transferts de données doivent s'appuyer sur un réseau ad hoc formé par les robots. D'où un conflit avec la tâche de récolte de données. En effet, pour maximiser la quantité de données collectées, les robots doivent s'éloigner rapidement les uns des autres pour explorer la plus grande superficie de terrain possible. Mais, pour assurer les communications, les robots doivent rester groupés. Comment concilier ces deux objectifs a priori contradictoires ?

Une troisième tâche incombe aux robots. Il s'agit du retour à la base avant l'épuisement total des batteries. Différentes stratégies sont envisageables. La plus simple consiste à estimer régulièrement le coût énergetique du retour et le comparer avec la charge de la batterie. Dès que la charge est suffisamment basse, le robot retourne à la base. D'autres stratégies plus complexes peuvent être élaborées. Il s'agit de planifier non-seulement le retour, mais également l'exploration, le recueil et la transmission de données en fonction des ressources énergétiques disponibles. Par exemple, le robot suivra des trajets différents pour s'éloigner et revenir à la base, de manière à récolter des données tout au long de son déplacement.

Travail à réaliser

Il s'agit de partir du concept de Système Multi-Agents (SMA) [1] et de considérer chaque robot comme un agent pour fournir une solution globale aux problèmes précédemment cités. La faisabilité de la dite solution devra être démontrée notamment à l'aide d'un prototype. Pour ce faire, le stagiaire aura accès à un ensemble de robots du type Wifibot [2] pour les besoins d'expérimentation.

Partant du concept d'agent, nous proposons de s'appuyer sur le modèle AGR (Agent, Groupe, Rôle) [3]. Ce modèle permet de concevoir de manière globale, l'organisation du système en définissant des groupes d'interactions entre agents. Chaque groupe décrit les rôles que doivent remplir les agents impliqués dans une même interaction. L'originalité de la proposition consiste à étendre AGR pour définir un formalisme qui permet non-seulement de concevoir, mais également implanter simplement les fonctions d'un SMA vu comme un tout. Une approche possible consiste à unifier la programmation par aspects [4] avec le concept de groupe [5]. La programmation par aspects étant un paradigme de programmation qui permet de localiser dans des modules (appelés aspects) le code de propriétés transversales à tout un logiciel. L'utilisation de la programmation par aspects permettrait d'exprimer dans un unique module les propriétés globales à tout le SMA, et notamment le maintien du maillage du réseau de communication ad hoc.

Références

  1. J.P. Briot, Y. Demazeau. Systèmes Multi-Agents Principes et architectures. Hermes, Novembre 2001
  2. WifiBot web: http://www.wifibot.com/
  3. J. Ferber, O. Gutknecht. A Meta-Model for the Analysis and Design of Organizations in Multi-Agent Systems. In Proceedings of the Third International Conference on Multi-Agent Systems (ICMAS98) , pages 128--135, Paris, France, 1998.
  4. R. E. Filman, T. Elrad, S. Clarke, M. Aksit editors. Aspect-Oriented Software Development. Addison-Wesley 2005 .
  5. R. Robbes, N. Bouraqadi, and S. Stinckwich. Un modèle multi-agent unifiant les notions de groupe et d'aspect. In Systèmes multi-agents défis scientifiques et nouveaux usages - Actes des JFSMA 2004, Paris, France, November 2004.
  6. Site web d'AROUND

Déroulement, financement

Ce stage est dans le cadre d'une collaboration entre le GREYC (CNRS-Université de Caen) et l'Ecole des Mines de Douai. Aussi, une partie du stage se déroulera à Caen et l'autre à Douai. Les dates et les durées précises de séjours seront définies ultérieurement en concertation avec l'étudiant. Les frais de voyage et d'hébergement à Douai seront couverts par une indémnité d'environ 365 Euros mensuels, versés par l'École des Mines.

L'encadrement du stage se fera de manière conjointe par Serge Stinckwich et Noury Bouraqadi. Des points réguliers réunissant le stagiaire avec les deux encadrants seront effectués (une conférence téléphonique hebdomadaire, et une réunion mensuelle).

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