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TOURAILLE Luc


L’Ingénierie Dirigée par les Modèles et la Métaprogrammation appliquées à la Modélisation & Simulation avec DEVS" ("Application of Model-Driven Engineering and Metaprogramming to DEVS Modeling & Simulation")

Vendredi 7 décembre 2012 - 14 h 00 - Amphi Garcia - ISIMA

Cette thèse propose deux approches innovantes pour la Modélisation & Simulation avec le formalisme DEVS (Discrete Event System Specification).

La première se base sur l’Ingénierie Dirigée par les Modèles afin de permettre la définition de modèles DEVS indépendamment de tout langage de programmation et de toute plateforme de simulation. Ces modèles sont ensuite utilisés pour générer automatiquement de la documentation, des codes de simulation pour différents environnements, des diagrammes, etc.

La seconde se base sur la métaprogrammation afin de générer des simulateurs spécialisés et optimisés pour le modèle qu’ils doivent traiter. La bibliothèque DEVS présentée dans cette thèse effectue une partie de la simulation à la compilation, permettant ainsi à l’exécutable généré d’être plus rapide, et détectant les potentielles erreurs de conception avant même l’exécution de la simulation.

Résumé (long) de la thèse :

La multiplication des environnements logiciels pour la Modélisation & Simulation DEVS pose un problème de collaboration à la communauté scientifique. En effet, l’utilisation d’outils disparates rend l’échange, la réutilisation et la comparaison de modèles très difficiles, empêchant les scientifiques de s’appuyer sur des travaux précédents pour construire leurs modèles.

L’interopérabilité des outils n’est pas le seul problème soulevé par le besoin de modèles toujours plus complexes. Au fur et à mesure que les modèles grossissent, leur développement devient plus difficile, notamment en termes de détection des erreurs de conception. D’autre part, la simulation de ces modèles demande de plus en plus de ressources. Par conséquent, il est nécessaire de concevoir des techniques pour améliorer la performance des simulateurs et pour fournir des fonctionnalités de vérification de modèle afin d’assister les scientifiques dans la conception de leurs modèles.

Dans cette thèse, nous proposons deux approches innovantes pour la M&S DEVS qui s’attaquent aux problèmes susmentionnés. La première contribution décrite dans ce document est un environnement basé sur les modèles pour modéliser des systèmes avec le formalisme DEVS, intitulé SimStudio. Cet environnement repose sur l’Ingénierie Dirigée par les Modèles pour fournir un cadriciel de haut niveau dans lequel les scientifiques peuvent créer, éditer et visualiser des modèles, et générer automatiqument un ensemble d’artefacts, notamment des spécifications de modèles compatibles avec différents simulateurs DEVS. Le noyau de SimStudio est un métamodèle de DEVS, indépendant de toute plateforme, qui fournit un format pivot pour la représentation des modèles DEVS. En se basant sur ce métamodèle, nous avons développé plusieurs fonctionnalités de vérification de modèle ainsi que plusieurs transformations de modèle pouvant être utilisées pour générer automatiquement de la documentation, des diagrammes ou du code ciblant diverses plateformes DEVS. Ainsi, SimStudio fournit une preuve de concept des capacités d’intégration qu’un standard DEVS pourrait fournir ; en fait, le métamodèle présenté dans cette thèse pourrait potentiellement servir de base de réflexion pour un tel standard.

La seconde contribution de cette thèse est DEVS-MetaSimulateur (DEVS-MS), une bibliothèque DEVS qui utilise la métaprogrammation pour générer des exécutables de simulation spécialisés et optimisés pour le modèle qu’ils traitent. Pour ce faire, la bibliothèque effectue un grand nombre d’opérations durant la compilation, résultant en un code de simulation où une grande partie de l’overhead de simulation a été éliminé. Les tests que nous avons effectués ont montré que les programmes générés étaient très efficaces, mais le gain de performance n’est pas la seule caractéristique intéressante de DEVS-MS. En effet, grâce à la métaprogrammation, DEVS-MS peut également partiellement vérifier à la compilation que les modèles sont corrects, c’est-à-dire que leurs caractéristiques sont bien conformes au formalisme DEVS. Les erreurs de modélisation sont ainsi détectées et signalées très tôt dans le cycle de développement, et avec un taux de détection bien meilleur que ne le permettrait des tests classiques.

Jury :

Prof. David Hill, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
Prof. Jean-Pierre Müller, CIRAD, Montpellier
Dr. Alexandre Muzy, Università di Corsica Pasquale Paoli, Corte
Dr. Mamadou Traoré, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
Prof. Gabriel Wainer, Carleton University, Ottawa
Prof. Bernard Zeigler, University of Arizona, Tucson