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N˚d’ordre : 442 I
THESE
pr´esent´ee par
Benjamin Gˆateau
Pour obtenir le grade de Docteur
´ ´de l’Ecole Nationale Sup´erieure des Mines de Saint Etienne
Sp´ecialit´e : Informatique
Mod´elisation et Supervision d’Institutions Multi-Agents
Soutenue `a Luxembourg le 26 Juin 2007
Membres du jury :
Pr´esident :
Eric Dubois Professeur, Universit´e de Namur
Rapporteurs :
Christophe Sibertin-Blanc Professeur, IRIT, Toulouse
Ren´e Mandiau Professeur, LAMIH, Valenciennes
Directeurs de th`ese :
Olivier Boissier Professeur, ENSM.SE, Saint-Etienne
Djamel Khadraoui Docteur Ing´enieur, CRP Henri Tudor
Examinateurs :
PascalBouvry Professeur, Universit´e du Luxembourg
Zahia Guessoum Maˆıtre de conf´erence, HDR, Universit´e de Reims Remerciements
Je tiens a` remercier en premier lieu les membres du jury; Ren´e Mandiau et Christophe Sibertin-
´Blanc d’avoir accept´e d’ˆetre les rapporteurs de cette th`ese, Pascal Bouvry, Eric Dubois et Zahia
Guessoumdefairepartiedesexaminateursdelasoutenance,ettout particuli`erementOlivierBoissier
et Djamel Khadraoui d’avoir´et´e mes co-directeurs.

Je remercie ´egalement les membres du projet LIASIT et de l’Universit´e du Luxembourg, notam-
ment Thomas Engel, Bj¨orn Ottersten, Christoph Meinel, G´erard Hoffman et Pascal Bouvry pour
m’avoirfait confiance et m’avoirpermis d’ˆetre un des doctorants `a effectuer sa th`esedans le cadre de
ce projet. C’est grˆace `a cette structure que le Minist`ere de la Culture, de l’Enseignement Sup´erieur
et de la Recherche ...
Publié le : vendredi 6 mai 2011
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N˚d’ordre : 442 I THESE pr´esent´ee par Benjamin Gˆateau Pour obtenir le grade de Docteur ´ ´de l’Ecole Nationale Sup´erieure des Mines de Saint Etienne Sp´ecialit´e : Informatique Mod´elisation et Supervision d’Institutions Multi-Agents Soutenue `a Luxembourg le 26 Juin 2007 Membres du jury : Pr´esident : Eric Dubois Professeur, Universit´e de Namur Rapporteurs : Christophe Sibertin-Blanc Professeur, IRIT, Toulouse Ren´e Mandiau Professeur, LAMIH, Valenciennes Directeurs de th`ese : Olivier Boissier Professeur, ENSM.SE, Saint-Etienne Djamel Khadraoui Docteur Ing´enieur, CRP Henri Tudor Examinateurs : PascalBouvry Professeur, Universit´e du Luxembourg Zahia Guessoum Maˆıtre de conf´erence, HDR, Universit´e de Reims Remerciements Je tiens a` remercier en premier lieu les membres du jury; Ren´e Mandiau et Christophe Sibertin- ´Blanc d’avoir accept´e d’ˆetre les rapporteurs de cette th`ese, Pascal Bouvry, Eric Dubois et Zahia Guessoumdefairepartiedesexaminateursdelasoutenance,ettout particuli`erementOlivierBoissier et Djamel Khadraoui d’avoir´et´e mes co-directeurs. ∞ Je remercie ´egalement les membres du projet LIASIT et de l’Universit´e du Luxembourg, notam- ment Thomas Engel, Bj¨orn Ottersten, Christoph Meinel, G´erard Hoffman et Pascal Bouvry pour m’avoirfait confiance et m’avoirpermis d’ˆetre un des doctorants `a effectuer sa th`esedans le cadre de ce projet. C’est grˆace `a cette structure que le Minist`ere de la Culture, de l’Enseignement Sup´erieur et de la Recherche du Luxembourg et le Fond National de la Recherche Luxembourgeois ont mis a` ma disposition les ressources n´ecessaires `a l’accomplissement de cette th`ese. ∞ Je voudrais aussi remercier le Centre de Recherche Public Henri Tudor et son Administrateur ´D´el´egu´e Claude Wehenkel, le d´epartement CITI et ses directeurs Jean-Pol Michel et Eric Dubois ainsi que l’´equipe G´enie Logiciel et ses chefs Pierre Brimont et feu Olivier Marchand de m’avoir ´accueilli,´epaul´e et finalement int´egr´edans leur´equipe. Je tiens a` saluer l’Ecole Nationale Sup´erieure ´des Mines de Saint-Etienne, notamment l’´equipe G2I et le laboratoire Syst`eme Multi-Agents pour m’avoir fourni un environnement compl´ementaire de recherche et d’´etude. Enfin je voudrais saluer Jomi Hu¨bner, Jaime Sichman, Yves Demazeau, Eugenio Oliveira et Leon van der Torre pour leurs conseils avis´es durant le d´eroulement de mes travaux de recherche. ∞ Enfin je tiens a` exprimer toute ma reconnaissance a` mes amis de France et du Luxembourg pour leur soutien. Il en est de mˆeme pour ma famille qui a su ˆetre compr´ehensivequant a` la raret´ede mes visites. Et enfin mes pens´eesvont a` celle qui m’a support´e,encourag´eet aid´e,ma compagneet future femme, Sandrine. iii iv R´esum´e Le domaine scientifique dans lequel nos recherchess’ins`erentest celui des Syst`emesMulti-Agents. Dans ce domaine, nousnous int´eressons`a l’´elaborationde mod`elesglobaux d´efinissantet structurant l’activit´e commune d’agents autonomes. En effet l’autonomie d’un agent se traduit par sa capacit´e a` d´eterminer ses propres buts face a` la configurationde l’environnement ainsi qu’a` ses motivations. Du fait de cette autonomie, des conflits li´es `a l’existence de buts propres a` chacun des agents autonomes d’une soci´et´e d’agents peuvent ˆetre incompatibles, compl´ementaires ou en comp´etition avec les ob- jectifs de la soci´et´e. Des mod`eles de gestion de conflits existent, et dans le cadre de ce travail, nous nous sommes int´eress´es aux mod`eles organisationnels. Nous d´efendons la th`ese selon laquelle la d´efinition et la mise en place de contraintes globales influenc¸ant le fonctionnement d’agents autonomes doit ˆetre faite de mani`ere a` prendre en compte l’´eventualit´e que les agents puissent ne pas respecter les contraintes selon les contextes et les ob- jectifs individuels de chacun. Afin d’atteindre ces objectifs, nous proposons un mod`ele d’Institution ´Electronique comportant une description explicite et d´eclarative des contraintes a` appliquer aux agents ainsi qu’un syst`eme de supervision et de renforcement de ces contraintes. InstCe mod`ele permet de d´efinir et de structurer grˆace `aMoise l’activit´e d’un ensemble d’agents autonomes au sein d’une organisation norm´ee et de superviser son respect graˆce au syst`eme d’arbi- trage Synai. Ce dernier est compos´e d’un ensemble d’agents de supervision capables de mettre en place des m´ecanismes de r´egulation et de renforcement de ces contraintes sur les agents autonomes. L’application du mod`ele se fait dans deux domaines totalement diff´erents puisqu’ils concernent la cr´eation et l’ex´ecution de contenu pour la t´el´evision interactive d’un cˆot´e et la gestion de contrats ´electroniquesd’uneplate-formedee-commercedel’autre.Ilsexhibentcependantlamˆemeprobl´ematique d’arbitrage d’entit´es autonomes devant respecter des contraintes. De plus, ces deux applications sont compl´ementaires par leur diff´erence de port´ee de l’Institution. v vi Abstract The scientific domain of our researchworkis Multi-Agent System. In this domain, we are interes- ted inthe developmentofglobalmodelsdefiningand structuringthe commonactivityofautonomous agents. The autonomy of an agent results in its capacity to determine its own goals vis-a-vis the configuration of the environment and its motivations. Because of this autonomy, conflicts related to the existence of goals suitable for each autonomous agent of a society can be incompatible, com- plementary or in competition with the society objectives. Models of conflicts management exist and within the framework of this work, we focused on the organisational models. We assert that the definition and implementation of global constraints influencing autonomous agents functioning must be done so as to take into account the possibility that the agents can not respect constraints according to individual contexts and objectives’ of each one. In order to achieve these goals, we propose an Electronic Institution model composed of a constraints’ description and specification model as well as a system of supervision and reinforcement of these constraints. This model is used to define and structure the activity of a set of autonomous agents within a Instnormed organisation thanks toMoise and to supervise the respect of the organisation specifica- tion withSynai. This arbitrationsystem is composed of aset of supervisoragentsable to implement constraints’ regulation and reinforcement mechanisms on the autonomous agents. Themodelexperimentationisdoneintwocompletelydifferentdomains.Theyconcernthecontents creationandexecutionforinteractivetelevisiononasideand the managementof electroniccontracts in a e-commerce platform on the other side. They have the same arbitration of autonomous en- tities having to respect constraints issue. Moreover, both applications are complementary by their Institution scope. vii viii Table des mati`eres Table des figures xiii Liste des tableaux xvii Liste des acronymes xix 1 Introduction 1 1.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Contexte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Objectifs et D´emarche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 Organisation du manuscrit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 I Etat de l’art 7 2 Notions d’Institution 11 ´2.1 Economie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1.1 Analyse ´economique des institutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1.2 Acteurs des institutions ´economiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2 Droit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.1 Justice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.2 Acteurs des institutions judiciaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3 Sociologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1 Institutions et Normes sociales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2 Acteurs sociaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4 Politique de s´ecurit´e des syst`emes informatiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4.1 Mod`eles de contrˆole d’acc`es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4.2 Acteurs et syst`eme de contrˆole d’acc`es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.5 Synth`ese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3 Mod`eles de Description d’Organisation et d’Institution Multi-Agents 21 3.1 Mod`eles d’Organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1 Mod`eles d’analyse au sein de GAIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.2 Mod`ele Agent-Groupe-Rˆole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.3 Mod`ele TÆMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.4 Mod`ele STEAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 +3.1.5 Mod`eleMoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2 Mod`eles d’Institution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2.1 Notion de norme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2.2 Mod`ele OMNI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.2.3 Mod`ele ISLANDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ´3.3 Etude comparative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.4 Synth`ese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 ix 4 Syst`emes de Gestion d’Organisation et d’Institution Multi-Agents 37 4.1 Syst`emes de gestion d’Organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1.1 MadKit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.1.2 KARMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.1.3 Contractual Agent Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.1.4 Organisations Virtuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 +4.1.5 S−Moise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.2 Syst`emes de gestion d’Institution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.2.1 OMNI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.2.2 AMELI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.3 Synth`ese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.3.1 Syst`eme d’Arbitrage d’Institution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.3.2 Agents Autonomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5 Synth`ese 49 II MaB 53eli Inst6 Moise : Mod`ele de Description d’Organisation et d’Institution Multi-Agents 57 Inst6.1 Vue globale de Moise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 6.2 Sp´ecification Structurelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 6.2.1 Entit´es structurelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 6.2.2 Instances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.2.3 Liens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 6.2.4 Contraintes de cardinalit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2.5 Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6.3 Sp´ecification Fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 6.3.1 Sch´emas sociaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 6.3.2 Instances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.3.3 Buts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.3.4 Missions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 6.3.5 Pr´ef´erences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.3.6 Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.4 Sp´ecification Contextuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.4.1 Concepts et d´efinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.4.2 Contextes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6.4.3 Transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6.4.4 Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 6.5 Sp´ecification Normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 6.5.1 Liens avec les autres sp´ecifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6.5.2 Informations normatives compl´ementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 6.5.3 Cycle de vie des normes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.5.4 Exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.6 Synth`ese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 7 Synai : Syst`eme de Supervision d’Institution Multi-Agents 85 7.1 Instance d’Organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 7.2 Actions sur l’Organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 7.2.1 Actions organisationnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 7.2.2 Actions structurelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 7.2.3 Actions fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 7.2.4 Actions contextuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 7.2.5 Actions normatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 7.3 Agents de Supervision d’Institution Multi-Agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 x
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