Conception, modélisation et vérification formelle d’un système temps-réel d’agents coopératifs : application aux véhicules autonomes communicants - Université d'Évry Access content directly
Theses Year : 2019

Design, formal modeling and verification of a real-time system of cooperativeagents: Application to communicating autonomous vehicles

Conception, modélisation et vérification formelle d’un système temps-réel d’agents coopératifs : application aux véhicules autonomes communicants

Abstract

This thesis is motivated by the questionof the validation of properties in a system composedof several mobile agents individually makingdecisions in real time. Each agent has a perceptionof their own environment and can communicate withother agents nearby. The application that has beenchosen as a case study is that of autonomous vehicles,which because of the large number of variables involvedin the representation of such systems, makesnaive approaches impossible. The issues addressedconcern, on the one hand, the modeling of such asystem, in particular the choice of the formalism andthe level of abstraction of the model, and on the otherhand, the implementation of an evaluation protocol ofdecision making of vehicles. This last point includesthe question of the efficiency of the exploration of thestate space of the model. The thesis presents a set ofworks, which can be complementary, aiming to treatthese problems. First, the system, consisting of autonomousvehicles and their environment, is preciselydefined. It allows in particular to observe the impactof communications between vehicles on their behavior.The VerifCar software framework dedicated todecision-making analysis of communicating autonomousvehicles is then presented. It includes a parametricmodel of timed automata with the ability tocheck temporal logic properties. An analysis methodologyusing these properties is presented. A complementaryapproach is also proposed, which in somecases allows for greater efficiency and greater expressiveness.It is based on the formalism of MAPTs(Multi-Agent with timed Periodic Tasks), which wasdesigned for modeling real-time systems of cooperativeagents. Algorithms allowing a dynamic explorationof the states of this type of model (that is tosay without the state space having to be built beforehand)are presented. Finally, a combined methodcombining simulation and model verification tools tocontrol the level of realism is described and appliedto the case study.
Cette thèse est motivée par la questionde la validation de propriétés dans un systèmecomposé de plusieurs agents mobiles prenants individuellementdes décisions en temps réel. Chaqueagent a une perception de l’environnement qui lui estpropre et peut communiquer avec les autres agentsà proximité. L’application qui a été choisie commecas d’étude est celle des véhicules autonomes, quidu fait du large nombre de variables impliquées dansla représentation de tels systèmes, rend impossibledes approches naïves. Les problématiques traitéesconcernent, d’une part, la modélisation d’un tel système,notamment le choix du formalisme et du niveaud’abstraction du modèle, et d’autre part, la mise enplace d’un protocole d’évaluation de la prise de décisiondes véhicules. Ce dernier point inclut la questionde l’efficacité de l’exploration de l’espace d’états dumodèle. La thèse présente un ensemble de travaux,pouvant être complémentaires, visant à traiter cesproblématiques. Tout d’abord, le système, composédes véhicules autonomes et de leur environnement,est défini avec précision. Il permet notamment d’observerl’impact des communications entre véhiculessur leur comportement. Le cadre logiciel VERIFCARdédié à l’analyse de prise de décision de véhiculesautonomes communicants est ensuite présenté.Il inclut un modèle paramétrique d’automates temporisésoffrant la possibilité de vérifier des propriétésde logique temporelle. Une méthodologie d’analyseutilisant ces propriétés est présentée. On proposeégalement une approche complémentaire permettantdans certains cas une meilleure efficacité et une plusgrande expressivité. Elle est fondée sur le formalismedes MAPTs (Multi-Agent with timed Periodic Tasks),qui a été conçu pour la modélisation de systèmestemps réel d’agents coopératifs. Des algorithmes permettantune exploration dynamique des états de cetype de modèles (c’est à dire sans que l’espace d’étatsne doive être préalablement construit) sont présentés.Enfin, une méthode combinée alliant la simulationaux outils de vérification de modèle afin de contrôlerle niveau de réalisme est décrite et appliquée aucas d’étude.
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tel-02480653 , version 1 (16-02-2020)

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  • HAL Id : tel-02480653 , version 1

Cite

Johan Arcile,. Conception, modélisation et vérification formelle d’un système temps-réel d’agents coopératifs : application aux véhicules autonomes communicants. Calcul formel [cs.SC]. Université Paris-Saclay, Université d'Evry Val-d'Essonne, 2019. Français. ⟨NNT : 2019SACLE029⟩. ⟨tel-02480653⟩
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