MODÉLISATION ET IMPLÉMENTATION DUN SYSTÈME DISTRIBUÉ DE PAGES BLANCHES AU SEIN D’UNE PLATEFORME MULTI AGENT

Institut de la Francophonie pour Centre de Recherche Informatique de l ' I n f o r m a t i q u e Montréal RAPPORT DE STAGE MODÉ LISATI ON ET IMPLÉ MENTA TION D'UN SYSTÈ Chercheur au CRIM ME DISTRIBU É DE M ont réa l, dé ce mb re 20 03 PAGES BLANCHE S AU SEIN D’UNE PLATE- FORME MULTIAGENT Réalisé e par : NGUYEN Thi Truc Vien Promotion - IFI Sous la respon sabilit é de : M Arnaud DURY MODÉLISATION ET IMPLÉMENTATION D'UN SYSTÈME DISTRIBUÉ DE PAGES BLANCHES AU SEIN D’UNE PLATE- FORME MULTI-AGENT MODÉLISATION ET IMPLÉMENTATION D'UN SYSTÈME DISTRIBUÉ DE PAGES BLANCHES AU SEIN D’UNE PLATE- FORME MULTI-AGENT Réalisée par : NGUYEN Thi Truc Vien Promotion - IFI Sous la responsabilité de : M Arnaud DURY Chercheur au CRIM Centre de Recherche Informatique de Montréal Décembre, 2003 Table des matières Table des matières Remerciements _ Résumé Abstract Plan du rapport _ 10 Chapitre Systèmes multi-agents et systèmes peerto peer 11 I Principes de base 11 I.1 Introduction des systèmes multi-agents _ 11 I.2 Systèmes multi-agents : Principes généraux etpplications _ 11 I.2.1 Définition générale _ 11 I.2.1.1 Qu’est-ce qu’un agent ? _ 12 I.2.1.2 Agent mobile _ 13 I.2.1.3 Système multi-agent 13 I.2.2 Caractéristiques principales 13 I.2.3 Problèmes inhérents _ 13 I.3 Les plates-formes d'agents mobiles : Aglets, Jade, Voyager _ 14 I.3.1 Aglets _ 15 I.3.2 Jade _ 16 I.3.3 Voyager 16 I.3.4 Notre plate-forme multi-agent : Présentationde Guest _ 17 I.4 Les systèmes P2P 18 I.4.1 Qu’est-ce qu’un système peer-to-peer ? _ 18 I.4.2 Les services des systèmes P2P 18 I.4.3 Exemples _ 19 Chapitre État de l'art _ 21 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent AI Problèmes _ 21 II.1 Les limitations des SMA disponibles : Aglet, Jade, Voyager, … _ 21 II.1.1 Rappel de service de Pages blanches (AMS – A gent Management System) 21 II.1.2 II.2 BI Problème de l'agent "PagesBlanches" 21 L’inconvénient des systèmes P2P : Gnutella, Chord _ 22 Solution _ 23 III.1 Mes travaux 23 III.2 But principal : Service de pages blanches + Peer-to-peer _ 23 III.2.1 Nouveau modèle de pages blanches 23 III.2.2 Peer-to-peer _ 23 Chapitre Analyse du système _ 24 IV Aperỗu du systốme IV.1 Principes de fonctionnement du Chord _ IV.1.1 Probl IV.1.2 Hach IV.1.3 Loca IV.1.4 Tolér IV.1.5 Mise IV.1.6 Perfo IV.2 Principes de fonctionnement du notre Système IV.3 Service de nomage IV.4 Architecture du Système IV.4.1 Agen IV.4.2 Proto IV.4.2.1 IV.4.2.2 IV.4.2.3 IV.5 L'organisation du code _ IV.5.1 Table des matières mass Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent IV.5.2 SimP2P 37 Chapitre Résultats atteints _ 38 V Résultats _ 38 V.1 Système réalisé _ V.1.1 SMA+ V.1.2 Techni V.2 Performance _ V.2.1 Pas de V.2.1.1 Statisti V.2.1.2 Évalua V.2.2 Avec d V.2.2.1 Statisti V.2.2.2 Évalua V.2.3 V.3 Avec le V.2.3.1 Statisti V.2.3.2 Évalua Évaluation globale _ _ Chapitre Conclusions 44 VI Conclusions VI.1 Avantages _ VI.2 Inconvénients VI.3 Développements dans l'avenir _ Annexes _ 46 Systèmes multi-agents : Principes généraux et applications _ 46 whatis.com _ 51 Interface graphique du Système _ 52 Références 57 Table des matières Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Remerciements Ce travail de stage a pu voir le jour avec énormément d'aide et encouragement des personnes autour de moi Ce court remerciement ne sera pas suffisant pour récompenser leurs efforts mais tout de même J’adresse tout d'abord mes grands remerciements M Arnaud Dury – chercheur du CRIM -pour avoir dirigé ce stage avec passion et avec patience Son aide précieuse m'a fait enfin arriver la finition de ce travail Je souhaite remercier M Thang Viet Pham – doctoran t du CRIM pour son intérêt mes travaux pendant la période de mon stage, ainsi pourses conseils scientifiques et pratiques qu'il m'a prodigué au cours de cette recherche Je tiens exprimer mes remerciements, M Laurent Magnin – responsable de l’ancienne équipe GLIC (Génie logicielle et ingénierie de la onnaissance) du CRIM et professeur associé l’Université de Montréal qui m'a accueillie gentiment au sein de l'équipe GLIC qu’il a animé Sa gentillesse et sa sympathie ont accompagné la réalisation de la partie de ce travail Je remercie sincèrement tous les membres du CRIM Depuis le début de mon stage au sein de l'équipe, leurs aides et leurs encouragements m'ontpermis d’avancer pendant cette période difficile Je suis profondément reconnaissante tous mes amis pour leur aide et leurs encouragements, notamment les étudiants vietnamiens Montréal pourleurs collaborations Je tiens remercier tous les membres de l'ancienne équipe GLIC que je ne les pas encore cités – Nicolas Besson, Kaddour Boukerche, El-Hachemi Alikacem, Nazim Bougherara -pour leurs encouragements et gentillesse ! Je les remercie de m'avoir encouragé Enfin, je tiens adresser mes grands remerciements aux membres de ma famille pour la patience qu'ils m'ont montrée pendant cette longuepériode de travail Remerciements Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Résumé Le thème des systèmes multi-agents (SMA) est actuelement un champ de recherche très actif C’est une discipline qui s’intéresse aux comportements collectifs produits par les interactions de plusieurs entités autonomes et flexibles appelées agents, que ces interactions tournent autour de la coopération, de la concurrence ou de al coexistence entre ces agents Il existe plusieurs plate-formes d'agents mobiles : Jade, Aglet, Voyager, Dans ces systèmes aujourd’hui, le fonctionnement des services de pages blanches et jaunes est centralisé En raison de cela, il faut un serveur central qui sert gérer les localisations des agents À côté des SMA existent les systèmes peer-to-peer : un ensemble de clients informatique partageant leurs données ou leurs ressources travers un réseau de communications où les ordinateurs sont la fois clients et serveurs Cel a donne des avantages : facilité de mise l’échelle, robustesse, coopération, partage, Ily a de nombreux exemples : Gnutella, Chord (partager des fichiers), Mais, dans ces systèmes, le code reste toujours immobile, non migrant Au sein des systèmes distribués, deux grandes tendances convergent D'un cơté, nous voyons appartre des environnements d'exécution de systèmes d'agents mobiles où il faut un serveur central pour gérer la communication entre agents De l'autre côté, nous voyons appartre des systèmes peer-to-peer ó tout est égal Nous proposons de développer un nouveau modèle de pages blanches pour les applications multi-agents C’est une plate-forme multi-agents intégrant les concepts des systèmes distribués, deservices d’infrastructure des plates-formes d’agents – savoir les services de pages blanches et enrichis par les techniques du Chord – un protocole de peer-to-peer du MIT pour les applications sur Internet Notre rédaction a pour ambition de présenter les principes fondamentaux, problèmes, solution et techniques utilisées pour la réalisation du projet Mots clés : systèmes multi-agents, systèmes peer-to-peer, service de pages blanches, techniques du Chord Résumé Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Remarque : c’est similaire au cas précédent parce que ces techniques ne visent qu’à améliorer la processus de réformation de la chnề cause des morts - Enrichis des techniques du Chord, le nombre de pas nécessaire réformer la chne cause des morts des agents est environs 0.564*(no mbre d’agents) ⇒ très bon Remarque : Sans les techniques du Chord, le résultat est de 0.658*( nombre d’agents) ⇒ la performance est meilleure V.3 Évaluation globale - Nous voyons que, en appliquant les techniques du Chord notre Système, nous pouvons améliorer la vitesse du notre Système Le temps atteindre une bonne chne et le temps la réformer cause des migrat ions et des morts sont réduits significativement Résultats atteints 43 Chapitre Conclusions VI Conclusions VI.1 Avantages Nous avons réussi dans la réalisation du projet quenous avions projeté, c’est la modélisation et l’implémentation d’un système d’agents mobiles intégrant les services de pages blanches distribuée, et enrichis par les techniques d’optimisation du Chord : Implémentation d’une liste des successeurs pour chaque agent au lieu d’un seul et Protocole de «stabilisation» Les techniques innovantes du Chord améliore notre Système appréciablement en terme du temps de réparation et le donne une très grande mise l’échelle VI.2 Inconvénients Pour l’instant, le Système fonctionne bien condition que deux agents voisin s (l’un est successeur de l’autre ou vice-versa) ne migre pas en même temps Sinon, cela aboutira au fait que chacun ne reỗoive pas le message de prévision de migration de l’autre et vice-versa, donc, ne puisse plus se reconntre Par conséquent, la chne est interrompue Notre but principal – déterminé par avance – c’est juste de faire une simulation, pas un système peer-to-peer réel Dans notre Système, le Simulateur joue le rôle de la couche Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent «Réseau», intégré par les services depages blanches d’une plate-forme d’agents mobiles et enrichis par les techniques innovantes du Chord Les applications réelles des applications peer-to-peer actuelles comme les recherches d’informations ne sont pas encore implémentées VI.3 Développements dans l'avenir Un premier prototype de système d’agents mobiles fonctionnant avec un service distribué de pages blanches a été réalisé en simulation Notrerojetp pour l'année qui vient est de passer une étape de développement réel, et non plus sur lesimulateur de réseau De plus, pour l’instant, notre système est juste un modèle de système d’agents mobiles totalement distribué garantissant le fonctionnement des services encore centralisées de ces systèmes aujourd’hui, savoir les services de page s blanches, enrichi par les méthodes utilisées dans le protocole duChord Nous proposons quelques améliorations futures qui peuvent être mise en application : − La recherche d’informations existe dans les applications peer-to-peer actuelles : Gnutella, Overnet, … − Table d’index (la première technique du Chord) qui sert faire les recherches des données efficacement et qui donne une très grande mise l’échelle Conclusions 45 Annexes Systèmes multi-agents : Principes généraux et applications B Chaib-draa, I Jarras et B Moulin Département d’Informatique, Pavillon Pouliot, Université Laval, Ste-Foy, PQ, Canada, G1K 7P4 Téléphone : (418) 656-2131 poste 3226 Télécopieur : (418) 656-2324 adr-élec : {chaib, moulin, jarras}@ift.ulaval.ca … Quelques exemples d’applications des SMA De nos jours, la technologie multi-agent a trouvé sa place dans les systèmes manufacturiers, les systèmes financiers, les loisirs, les télécommunications, le contrôle-commande, les systèmes embarqués, et pas mal d’autres applications Dans ce qui va suivre nous n’en exposerons que quelques exemples d’applications utilisant cette technologie et nous référons le lecteur l’article de Jennings [5] pour un ensemble d’exemples plus complet Plus précisément nous présentons ici un domaine d’application très riche pour les agents : les télécommunications et trois autres systèmes, l’un euvranto dans le domaine de la gestion du processus d’affaires, le système ADEPT, le deuxième oeuvrant dans le domaine médical, le système GUARDIAN, et finalement le dernier oeuvrant dans les environnements riches en information, le système NETSA 8.1 Application des SMAs aux télécommunications Ces dernières années, les télécommunications ont troduitin une conception de services décentralisée dans le contexte du Web, créé de nouveaux services de médiation tels que les Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent portails et engendrés l’apparition de nombreux fournisseurs de services réseaux qui ne disposent pas de leurs propres services réseaux L’obtention de tels services décentralisés ne peut, bien entendu, être obtenue que grâce des logiciels pour lesquels les données et le contrôle sont forcément distribués De ce fait, ilest clair que les SMAs semblent convenir aux télécommunications C’est pourquoi les principaux cteursa de télécommunications mènent actuellement d’intenses activités de recherche sur la technologie agent : British Telecom, France Télécom, Deutch Telekom, NTT, Nortel, Siemens, etc Bourron dans le Chapitre 10 revient en détail sur l’application des SMAs aux télécommunications Il dresse tout d’abord les orientations de recherche dans les télécommunications et présente ensuite, travers des exemples et des scénarios, un état de l’art des réalisations en vue de préciser les éléments techniques éprouvées et les problèmes résidants Aufil de son analyse, Bouron montre le rôle que pourraient jouer les techniques agent dans la réalisation et l’exploitation de services de télécommunication 8.2 Le système ADEPT Les gestionnaires de grandes compagnies effectuent des prises de décisions en se basant sur une combinaison de jugement et d’informations provenant de plusieurs départements Idéalement, toutes les informations pertinentes devraient être rassemblées avant qu’une décision ne soit prise Cependant, le processus d’obtenir des informations, qui sont jour et pertinentes, est très complexe et prend énormémentde temps Pour cette raison, plusieurs compagnies ont cherché développer des systèmes informatiques afin de les assister dans leur processus d’affaires Le système ADEPT attaque ce problème en voyant le processus d’affaires comme un ensemble d’agents qui négocient et qui offrent des services Chaque agent représente un rôle distinct ou un département de l’entreprise et est en mesure de fournir un ou plusieurs services Les agents qui requièrent les services d’autres agents le font par une négociation qui permet d’obtenir un coût, un délai temporel et un degré dequalité qui sont acceptables aux deux parties Le résultat d’une négociation terminée avec succès constitue un engagement entre les deux parties 8.3 Le système GUARDIAN Annexes 47 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Le système GUARDIAN a pour but de gérer les soins aux patients d’une unité de soins intensifs chirurgicale Les principales motivations de ce système sont: premièrement, le modèle des soins d’un patient dans une unité de soins intensifs est essentiellement celui d’une équipe, où un ensemble d’experts dans des domaines distincts coopèrent pour organiser les soins des patients; deuxièmement, le facteur le plus important pour donner de bons soins au patients est le partage d’informations entre les membres de l’équipe de soins critiques Particulièrement, les médecins spécialistes n’ont asp l’opportunité de superviser l’état d’un patient minute par minute; cette tâche revient aux infirmières qui, quant elles, ne possèdent pas les connaissances nécessaires l’interprétation des données qu’elles rassemblent Le système GUARDIAN répartit donc le suivi des patients un certain nombre d’agents de trois types différents Les agents perception/action sont responsables de l’interface entre GUARDIAN et le monde environnant, établissant la relation entre les données des senseurs et une représentation symbolique que le système pourra utiliser, et traduisant les requêtes d’action du système en commandes pour les effecteurs Les agents en charge du raisonnement sont responsables d’organiser le processus de prise de décision du système Finalement, les agents en charge du contrôle (il n’y en a habituell ement qu’un seul) assurent le contrôle de haut niveau du système 8.4 Les systèmes d’informations coopératifs (SIC) Les SIC sont généralement caractérisés par la grande variété et le grand nombre de sources d’informations Ces sources d’informations sont hétérogènes et distribuées soit sur un réseau local (Intranet) soit sur l’Internet De tels systèmes doivent être capables d’exécuter principalement les tâches suivantes : − la découverte des sources : trouver la bonne sourcede données pour l’interroger; − la recherche d’informations : identifier les informations non structurées et semistructurées; − le filtrage des informations : analyser les donnéeset éliminer celles qui sont inutiles; − la fusion des informations : regrouper les informations d’une manière significative Le système multi-agent « Warren » pourrait constituer un exemple spécifique de l’utilisation des agents dans ce type d’application C’est un sys tème d’agents intelligents pour l’aide des Annexes 48 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent usagers dans la gestion des portefeuilles Ce système combine les données du marché financier, les rapports financiers, les modèles techniques et les rapports analytiques avec les prix courants des actions des compagnies Toutes ces informations sont déjà disponibles sur le Web; “Warren” ne fait que les intégrer via des agents spécialisés, les agents d’informations et ensuite les présenter aux usagers Pour ce faire, “Warren” dispose de six agents ressources, deux agents de tâches et un agent utilisateur pour chaque usager L’agent utilisateur affiche (via le web) les informations financières de son usager, lui permettant de faire des simulations d’achat et de vente des actions Il affiche également les prix courants des actions et les nouvelles informations du marché financier Le mêmeagent permet également d’accéder aux rapports produits par les deux agents de tâches Ce s deux agents fournissent d’une part, une intégration graphique des prix et des nouvelles concernant les actions et, d’autre part, une analyse fondamentale des actions en tenant compte de leurs historiques Les agents d’informations accèdent différentes sources d’informations, comme les pages Web, les nouvelles de “Clarinet et Dow-Jones”, les rapports financiers électroniques de “SEC Edgar” ainsi que d’autres rapports sous un format texte “ Warren” n’est qu’un exemple et il existe actuellement plusieurs autres systèmes qui touchent ce genre d’application Parmi ces applications, nous pouvons citer : Infosleuth : C’est un système multi-agent pour la recherche coopérative d’informations dans des bases de données distribuées Ce système a étéappliqué aux domaines médicaux - NetSA (pour “Networked Software Agents”): C’est un système proche de Infosleuth et dédié aux environnements riches en informations - UMDL : C’est un système d’informations coopératif pour la recherche des documents dans une librairie digitale À titre d’exemple, le système NETSA est un système multi-agent coopératif, développé l’université Laval est destiné aux environnements ichesr en informations Ce système comporte plusieurs types d’agents: - un agent utilisateur en charge de la cueillette et du filtrage des informations provenant et allant vers l’usager; Annexes 49 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent − un agent courtier servant de répertoire pour les agents qui évoluentau sein de NETSA; − des agents ressources reliés chacun une ressource d’informations et pouvant rapatrier et mettre jour les données; - un agent d’ exécution en charge de la décomposition des tâches et du suivi du déroulement d’exécution des différentes sous-tâches; - un agent ontologie en charge du maintien de la cohérence des conceptsutilisés par les agents Les agents et les systèmes multi-agents sont utilisés dans plusieurs domaines d’applications, comme par exemple : la gestion des réseaux, la recherche d’informations, le commerce électronique et la planification des tâches Pour une grande partie de ces applications, les agents sont utilisés dans les systèmes d’informations coopératifs ou comme assistants personnels dans certains travaux Ce type d’applications nécessite des recherches approfondies et il convient en particulier : - de pousser l’ingénierie de la construction des systèmes agents collaboratifs Il faut concevoir plus de méthodes et d’outils pour faciliter leurs implantations; - de mtriser et de bien identifier la coordination entre les agents Il s’agit en particulier d’établir une théorie claire et formelle pour cettecoordination; − d’assurer les critères de stabilité, de clarté et ed performance pour de tels systèmes; − de trouver des techniques qui permettent l’évaluation, la vérification et la validation de ces systèmes Il est signaler que NetSA (Networked Software Age nts), l’architecture sur laquelle nous avons travaillé, fait elle aussi partie des système d’informations coopératifs Annexes 50 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent whatis.com searchNetworking.com Definitions 1) Peer-to-peer is a communications model in which each party has the same capabilities and either party can initiate a communication session Other models with which it might be contrasted include the client/server model and the master/slave model In some cases, peer-to-peer communications is implemented by giving each communication node both server and client capabilities In recent usage, peer-to-peer has come to describe applications in which users can use the Internet to exchange files with each other directly or through a mediating server IBM's Advanced Peer-to-Peer Networking (APPN) is an example of a product that supports the peer-to-peer communication model 2) On the Internet, peer-to-peer (referred to as P2P) is a type of transient Internet network that allows a group of computer users with the same networking program to connect with each other and directly access files from one another's hard drives Napster and Gnutella are examples of this kind of peer-to-peer software Corporations are looking at the advantages of using P2P as a way for employees to share files without the expense involved in maintaining a centralized server and as a way for businesses to exchange information with each other directly Annexes 51 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Interface graphique du Système Figure Interface principale – Création des agents Annexes 52 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Figure Des agents commencent demander de conne xion Figure Réception des demandes, réponses : acceptation ou refuse en donnant des conseils Annexes 53 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Figure Formation de la chne continue Figure Une bonne chne est formée Annexes 54 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Figure Un agent migre – prévenir de sa migration vers les deux voisins Figure Envoi de message tourné Annexes 55 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Figure Quelques agents meurent – Reconstruction de la chne Figure La chne est réformée après les morts Annexes 56 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi-agent Références [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] A H Bond and L Gasser, editors Readings in Distributed Artificial Intelligence Morgan Kaufmann Publishers : San Mateo, CA, 1988 B Chaib-draa and P Levesque Hierarchical models and communication in multiagent environments In Proceedings of the Sixth European Workshop on Modelling Autonomous Agents and Multi-Agent 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Java Agent DEvelopment Framework http://sharon.cselt.it/projects/jade/home.htm Voyager – Voyager by Object Space http://www.objectspace.com/products/voyager1.htm Terminologies de l’IBM : http://www3.ibm.com/ibm/terminology/ Encyclopédie de termes TI (Technologie d’informations) spécifiques : http://www.whatis.com Chord – Protocole pour les systèmes peer-to-peer MIT http://www.pdos.lcs.mit.edu/chord/ FIPS 180-1 Secure Hash Standard U.S Department of Commerce/NIST, National Technical Information Service, Springfield, VA, Apr 1995 Références 57 ... M Arnaud DURY MODÉLISATION ET IMPLÉMENTATION D'UN SYSTÈME DISTRIBUÉ DE PAGES BLANCHES AU SEIN D’UNE PLATE- FORME MULTI- AGENT MODÉLISATION ET IMPLÉMENTATION D'UN SYSTÈME DISTRIBUÉ DE PAGES BLANCHES. .. développement de systèmes multi- agents adaptatifs ; Systèmes multi- agents et systèmes peer-to-peer 17 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi- agent. .. http://sharon.cselt.it/projects/jade/home.htm I.3.3 Voyager Systèmes multi- agents et systèmes peer-to-peer 16 Modélisation et implémentation d’un système distribué de pages blanches au sein d’une plate-forme multi- agent