Design and distributed optimization of an information system for the urban mobility assistance: A multi-agent approach for the search and the composition of the services related to the transport
Conception et optimisation distribuée d'un système d'information d'aide à la mobilité urbaine : Une approche multi-agent pour la recherche et la composition des services liés au transport
Résumé
Research tasks presented in this thesis belongs to the French national project VIATIC.MOBILITE from the industrial cluster I-TRANS « France highlights leading-edge technology in rail systems and innovative transport » (http://www.i-trans.org/index.htm). Nowadays, information related on displacement and mobility in a transport network represents certainly a significant potential. Indeed, we can imagine infinity of innovating services related to mobility, not only intended for general public, but also for companies, to a relevant control of the mobility for their displacement plans. The main goal of our work is to provide a system with a mobility assistance, which is related to the daily or occasional traffic motivations, tourism an culture occupations, etc. with a possibility to profit from relevant and exploitable information.
This work aims to design, optimize and implement a Multimodal Transport Information System (MTIS) to optimize the management of the data flow of the users' requests, which can be simultaneous and numerous. That's why , the MTIS has firstly to decompose each set of simultaneous requests into a set of independent sub-requests called tasks. Each task corresponds to a service which can be proposed, differently, by several information providers, in competition, with different cost, response delay and different size and format of the data. An information provider, which aims to propose some services through the MTIS, has firstly to register its information system, by assuming the responsibility for the legal and qualitative aspects of the correspondent data. Thus, the MTIS is related to an Extended and distributed Transport Multimodal Network (ETMN) which contains several heterogeneous data sources including the different proposed services to transport users.
The dynamic and distributed aspects of the problem incite us to adopt a multi-agent approach to ensure a continual evolution and a pragmatic flexibility of the system. The proposed multi-agent system is based on metaheuristics for the research and the composition of the services; services research is based on the Mobile Agent paradigm (MA) using a dynamic optimisation algorithm for the MA Workplans design. This first step of optimisation prepares the MA routes, taking into account the network state. The services composition uses evolutionary algorithms to optimize the responses in terms of costs and delays, knowing that a response to a user request must respect a fixed due date with a reasonable cost.
Finally, the MTIS takes into account possible disturbance through the EMTN (crash, bottlenecks, etc.) in order to satisfy user requests in all the cases. In this context, we designed a negotiation protocol between mobile agents and optimiser agents of the system, called Scheduler Agents. The proposed protocol exceeds the limits of traditional communication agents what encouraged us to associate to the system a flexible ontology which makes it possible to automate the various types of exchanges between the agents thanks to a suitable vocabulary.
Experimental results presented in this theses, justify the usage of the MA paradigm in our system according to the classical paradigms such as the Client/Server one. The different experimental scenarios show a pertinent management of any amount of simultaneous requests. Indeed, a great number of user requests through a short period of time , does not affect the system functioning which decompose them, identifies the required services and the possible information providers.
This work aims to design, optimize and implement a Multimodal Transport Information System (MTIS) to optimize the management of the data flow of the users' requests, which can be simultaneous and numerous. That's why , the MTIS has firstly to decompose each set of simultaneous requests into a set of independent sub-requests called tasks. Each task corresponds to a service which can be proposed, differently, by several information providers, in competition, with different cost, response delay and different size and format of the data. An information provider, which aims to propose some services through the MTIS, has firstly to register its information system, by assuming the responsibility for the legal and qualitative aspects of the correspondent data. Thus, the MTIS is related to an Extended and distributed Transport Multimodal Network (ETMN) which contains several heterogeneous data sources including the different proposed services to transport users.
The dynamic and distributed aspects of the problem incite us to adopt a multi-agent approach to ensure a continual evolution and a pragmatic flexibility of the system. The proposed multi-agent system is based on metaheuristics for the research and the composition of the services; services research is based on the Mobile Agent paradigm (MA) using a dynamic optimisation algorithm for the MA Workplans design. This first step of optimisation prepares the MA routes, taking into account the network state. The services composition uses evolutionary algorithms to optimize the responses in terms of costs and delays, knowing that a response to a user request must respect a fixed due date with a reasonable cost.
Finally, the MTIS takes into account possible disturbance through the EMTN (crash, bottlenecks, etc.) in order to satisfy user requests in all the cases. In this context, we designed a negotiation protocol between mobile agents and optimiser agents of the system, called Scheduler Agents. The proposed protocol exceeds the limits of traditional communication agents what encouraged us to associate to the system a flexible ontology which makes it possible to automate the various types of exchanges between the agents thanks to a suitable vocabulary.
Experimental results presented in this theses, justify the usage of the MA paradigm in our system according to the classical paradigms such as the Client/Server one. The different experimental scenarios show a pertinent management of any amount of simultaneous requests. Indeed, a great number of user requests through a short period of time , does not affect the system functioning which decompose them, identifies the required services and the possible information providers.
Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s'intègrent dans le cadre du projet national VIATIC.MOBILITE du pôle de compétitivité I-TRANS « Le ferroviaire au cœur des systèmes de transports innovants » (http://www.i-trans.org/index.htm). De nos jours, les informations liées au déplacement et à la mobilité dans un réseau de transport représentent sans aucun doute un potentiel important. En effet, on peut imaginer une infinité de services innovants liés à la mobilité, non seulement à destination du grand public, mais également à des entreprises, dans le conseil en mobilité pour leurs plans de déplacement. Le but de cette thèse est donc de fournir un système d'aide à la mobilité qui s'articule autour des motifs de déplacements quotidiens, occasionnels, de tourisme, de culture, etc. avec la possibilité de pouvoir bénéficier d'une information pertinente et exploitable.
Ces travaux de recherche visent à mettre en œuvre un Système d'Information de Transport Multimodal (SITM) pour optimiser la gestion de flux des requêtes utilisateurs qui peuvent être nombreuses et simultanées. Dans ce cas, le SITM doit pouvoir procéder par des processus de décomposition des requêtes simultanées en un ensemble de tâches indépendantes. Chaque tâche correspond à un service qui peut être proposé par plusieurs fournisseurs d'information, en concurrence, avec différents couts, formats et temps de réponse. Un fournisseur d'information voulant proposer ses services via le SITM, doit d'abord y enregistrer son système d'information, en assumant la responsabilité des aspects juridiques et qualitatifs de ses données. Le SITM est donc lié à un Réseau informatique Etendu et distribué de Transport Multimodal (RETM) qui comporte plusieurs sources d'information hétérogènes des différents services proposés aux utilisateurs de transport.
L'aspect dynamique, distribué et ouvert du problème, nous a conduits à adopter une modélisation multi-agent pour assurer au système une évolution continue et une flexibilité pragmatique. Le système multi-agent proposé s'appuie sur les métaheuristiques pour la recherche et la composition des services; la recherche des services se base sur le paradigme Agent Mobile (AM) utilisant un algorithme d'optimisation dynamique de construction des Plans De Routes (PDR). Cette première étape d'optimisation prépare les parcours des AMs en prenant en considération l'état du RETM. La composition des services utilise les algorithmes évolutionnistes pour optimiser les réponses en termes de coût et de temps, sachant qu'une réponse à une requête utilisateur ne doit pas dépasser un temps maximum autorisé et qu'un utilisateur cherche toujours à avoir le meilleur rapport qualité prix pour les services qu'il demande.
Enfin, le SITM prend en considération les éventuelles perturbations sur le RETM (pannes, goulets d'étranglements, etc.) pour satisfaire les requêtes utilisateurs dans tous les cas de figure. Dans ce contexte, nous avons créé un protocole de négociation entre les agents mobiles et les agents responsables des choix des fournisseurs d'information pour les services demandés, ces agents sont appelés agents Ordonnanceurs. Le protocole proposé dépasse les limites d'une communication agent traditionnelle, ce qui nous a incités à associer au système une ontologie flexible qui permet d'automatiser les différents types d'échanges entre les agents grâce à un vocabulaire approprié.
Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse justifient l'utilisation du paradigme agent mobile dans notre système qui remplace parfaitement bien les paradigmes classiques telle que l'architecture client/serveur. Les simulations présentées montrent différents scénarios de gestion d'un nombre des requêtes simultanées plus ou moins important. En effet, quelque soit le nombre de requêtes utilisateurs formulées pendant un court laps de temps , le système se charge de leur décomposition, de l'identification des services demandés et des fournisseurs d'information susceptibles d'y répondre.
Ces travaux de recherche visent à mettre en œuvre un Système d'Information de Transport Multimodal (SITM) pour optimiser la gestion de flux des requêtes utilisateurs qui peuvent être nombreuses et simultanées. Dans ce cas, le SITM doit pouvoir procéder par des processus de décomposition des requêtes simultanées en un ensemble de tâches indépendantes. Chaque tâche correspond à un service qui peut être proposé par plusieurs fournisseurs d'information, en concurrence, avec différents couts, formats et temps de réponse. Un fournisseur d'information voulant proposer ses services via le SITM, doit d'abord y enregistrer son système d'information, en assumant la responsabilité des aspects juridiques et qualitatifs de ses données. Le SITM est donc lié à un Réseau informatique Etendu et distribué de Transport Multimodal (RETM) qui comporte plusieurs sources d'information hétérogènes des différents services proposés aux utilisateurs de transport.
L'aspect dynamique, distribué et ouvert du problème, nous a conduits à adopter une modélisation multi-agent pour assurer au système une évolution continue et une flexibilité pragmatique. Le système multi-agent proposé s'appuie sur les métaheuristiques pour la recherche et la composition des services; la recherche des services se base sur le paradigme Agent Mobile (AM) utilisant un algorithme d'optimisation dynamique de construction des Plans De Routes (PDR). Cette première étape d'optimisation prépare les parcours des AMs en prenant en considération l'état du RETM. La composition des services utilise les algorithmes évolutionnistes pour optimiser les réponses en termes de coût et de temps, sachant qu'une réponse à une requête utilisateur ne doit pas dépasser un temps maximum autorisé et qu'un utilisateur cherche toujours à avoir le meilleur rapport qualité prix pour les services qu'il demande.
Enfin, le SITM prend en considération les éventuelles perturbations sur le RETM (pannes, goulets d'étranglements, etc.) pour satisfaire les requêtes utilisateurs dans tous les cas de figure. Dans ce contexte, nous avons créé un protocole de négociation entre les agents mobiles et les agents responsables des choix des fournisseurs d'information pour les services demandés, ces agents sont appelés agents Ordonnanceurs. Le protocole proposé dépasse les limites d'une communication agent traditionnelle, ce qui nous a incités à associer au système une ontologie flexible qui permet d'automatiser les différents types d'échanges entre les agents grâce à un vocabulaire approprié.
Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse justifient l'utilisation du paradigme agent mobile dans notre système qui remplace parfaitement bien les paradigmes classiques telle que l'architecture client/serveur. Les simulations présentées montrent différents scénarios de gestion d'un nombre des requêtes simultanées plus ou moins important. En effet, quelque soit le nombre de requêtes utilisateurs formulées pendant un court laps de temps , le système se charge de leur décomposition, de l'identification des services demandés et des fournisseurs d'information susceptibles d'y répondre.
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