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Parallélisation massive de dynamiques spatiales : Contribution à la gestion durable du mildiou de la pomme de terre

Christopher Herbez

lundi 21 novembre 2016 à 14h00

Salle B014


La simulation à événements discrets, dans le contexte du formalisme DEVS, est en plein essor depuis quelques années. Face à une demande grandissante en terme de taille de modèles et par conséquent en temps de calcul, il est indispensable de construire des outils tel qu’ils garantissent une optimalité ou au mieux une excellente réponse en terme de temps de simulation. Certes, des outils de parallélisation et de distribution tel que PDEVS existent, mais la répartition des modèles au sein des nœuds de calculs reste entièrement à la charge du modélisateur.

L’objectif de cette thèse est de proposer une démarche d’optimisation des temps de simulation parallèle et distribuée, en restructurant la hiérarchie de modèles. La nouvelle hiérarchie ainsi créée doit garantir une exécution simultanée d’un maximum de modèles atomiques, tout en minimisant le nombre d’échanges entre modèles n’appartenant pas au même noeud de calculs (i.e. au même sous-modèle). En effet, l’optimisation des temps de simulation passe par une exécution simultanée d’un maximum de modèles atomiques, mais dans un contexte distribué, il est important de minimiser le transfert d’événements via le réseau pour éviter les surcoûts liés à son utilisation. Il existe différentes façons de structurer un modèle DEVS : certains utilisent une structure hiérarchique à plusieurs niveaux et d’autres optent pour une structure dite "à plat". Notre approche s’appuie sur cette dernière. En effet, il est possible d’obtenir un unique graphe de modèles, correspondant au ré- seau de connexions qui lient l’ensemble des modèles atomiques. A partir de ce graphe, la création d’une hiérarchie de modèles optimisée pour la simulation distribuée repose sur le partitionnement de ce graphe de modèles. En effet, la théorie des graphes offre un certain nombre d’outils permettant de partitionner un graphe de façon à satisfaire certaines contraintes. Dans notre cas, la partition de modèles obtenue doit être équilibrée en charge de calcul et doit minimiser le transfert de messages entre les sous-modèles.

L’objectif de cette thèse est de présenter la démarche d’optimisation, ainsi que les outils de partitionnement et d’apprentissage utilisés pour y parvenir. En effet, le graphe de modèles fournit par la structure à plat ne contient pas toutes les informations nécessaires au partitionnement. C’est pourquoi, il est nécessaire de mettre en place une pondération de celui qui reflète au mieux la dynamique individuelle des modèles qui le compose. Cette pondération est obtenue par apprentissage, à l’aide de chaînes de Markov cachées (HMM). L’utilisation de l’apprentissage dans un contexte DEVS a nécessité quelques modifications pour prendre en compte toutes ces spécificités. Cette thèse présente également toute une phase de validation : à la fois, dans un contexte parallèle dans le but de valider le comportement du noyau de simulation et d’observer les limites liées au comportement des modèles atomiques, et d’autre part, dans un contexte distribué. Pour terminer, cette thèse présente un aspect applicatif lié à la gestion durable du mildiou de la pomme de terre. Le modèle mildiou actuel est conçu pour être utilisé à l’échelle de la parcelle. En collaboration avec des agronomes, nous proposons d’apporter quelques modifications à ce dernier pour étendre son champs d’action et proposer une nouvelle échelle spatiale.