Modélisation et Simulation des propagations des pannes dans des réseaux électriques et de télécommunications interdépendants

Modélisation et Simulation des propagations des pannes dans des réseaux électriques et de
télécommunications interdépendants

 Modélisation et Simulation des interdépendances : fédération des simulateurs et simulateur multi-infrastructures

Pour mieux appréhender les critères qui nous ont conduits à choisir une de ces approches, nous exposons, dans cette section, une description des deux approches fréquemment utilisées pour la mise en œuvre des simulateurs des interdépendances ainsi que leurs principaux avantages et leurs inconvénients. Le développement des simulateurs des interdépendances par fédération consiste à coupler deux ou plusieurs logiciels de simulation spécifiques aux infrastructures impliquées à l’aide des techniques standards comme DDS (Data Distribution Service for Real-time Systems) [75],

SIMNET [101], DIS (Distributed Interactive Simulation) [2], HLA (High Level Architecture (IEEE-1516)) [12] ou les communications multi-agents utilisant des langages spécifiques comme AML (Agent Modeling Language) [140] pour concevoir un environnement de simulation unique. DDS est une spécification permettant de développer des intergiciels d’échanges de données basés sur un système de producteur/consommateur. SIMNET, DIS, HLA sont des architectures standardisées qui permettent de mettre en œuvre des simulations distribuées.

Ils ont tous été initiés dans le cadre des projets DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). HLA est la dernière version et intègre la plupart des fonctionnalités de ses prédécesseurs (SIMNET et DIS) avec quelques améliorations comme la possibilité d’intégrer des simulateurs à évènements discrets [51] qui n’étaient pas supportés par DIS. Outre les standards énumérés ci-dessus et le couplage multi-agents avec le langage AML [140], Strassburger [135] identifie quatre techniques pour adapter un logiciel de simulation à une fédé38 ration basée sur l’approche RTI (RunTime Infrastructure).

Ces différentes techniques consistent à ré-implémenter un logiciel pour ajouter les nouvelles extensions, à ajouter un module intermédiaire, à utiliser une interface de programmation extérieure ou un programme passerelle pour coupler les logiciels impliqués dans la fédération. La ré-implémentation consiste à modifier le code source du logiciel pour ajouter les fonctionnalités nécessaires et lui permettre de communiquer avec les autres logiciels. Cette méthode nécessite l’accès au code source, ce qui peut s’avérer difficile lorsque des logiciels non libres sont utilisés. La deuxième approche consiste à ajouter des modules pour les nouvelles fonctionnalités, typiquement par l’appel des fonctions au sein du code source du logiciel.

Cette méthode s’adapte bien aux logiciels offrant la possibilité d’appeler des programmes ajoutés par l’utilisateur (Opnet1 , NS-22 , …), même si sa mise en place reste délicate à cause de la nécessité de modifier le code source des logiciels. L’interface de communication externe utilisée par la troisième approche se base sur l’utilisation d’intergiciel qui consiste à mettre en place un module jouant le rôle d’interface et permettant la communication entre plusieurs programmes.

La dernière méthode est bien adaptée aux programmes mettant en œuvre des outils de communications externes (les fichiers, les tubes, les sockets, etc.) qui permettent aux programmes de communiquer entre eux localement ou à distance (utilisation des programmes passerelles spécifiquement développés pour assurer cette communication)

 État de l’art de la modélisation et de la simulation des propagations des pannes et des interdépendances entre les réseaux électriques et de télécommunications Bien que l’intérêt des chercheurs vis-à-vis de la modélisation des interdépendances soit relativement récent, un nombre important de travaux scientifiques consacrés à ce sujet a été réalisé. Ces dernières années, de nombreux projets de recherche sur la modélisation des interdépendances ont été initiés.

Dans un rapport technique consacré à la modélisation des interdépendances des infrastructures critiques, les auteurs de [114] recensent environ 30 projets initiés avant 2006 et portant sur le développement des logiciels dédiés à la modélisation et la simulation des interdépendances des infrastructures critiques. Les modèles présentés dans cette liste utilisent différentes approches pour modéliser les interdépendances, notamment la communication multi-agents, le langage UML (Unified Modeling Language),

la théorie des graphes, des modèles Monte Carlo, des modèles fonctionnels (Input-Output), des modèles mathématiques (équations différentielles, événements) ou des systèmes de jetons qui, elles, nécessitent un développement de fonctions complexes pour caractériser les interdépendances grâce à l’échange des jetons entre les différentes entités impliquées. La simulation de Monte Carlo permet d’introduire une approche statistique par le calcul des valeurs numériques à partir d’un certain nombre de variables-clés de l’entité simulée affectées à des distributions de probabilités. 

Modélisation et Simulation basées sur l’approche multi-agent

Les simulateurs fondés sur cette approche comportent des modules de programmes destinés à reproduire le fonctionnement d’une entité (composant matériel ou logiciel) ou à faciliter la communication entre différents logiciels de simulation. Dans [139], les auteurs proposent un modèle fondé sur la technique multi-agents pour modéliser les interdépendances techniques des infrastructures. Le modèle proposé est conçu sur la base des différents types d’interdépendances dont la classification est fondée sur différents niveaux d’abstraction (applications, processus) ou du type de liaisons (pair-à-pair, aiguillée) entre les différentes entités modélisées.

Dans le modèle, des modules de programme déployés sur chacune des entités transmettent les informations sur les changements d’état de celle-ci aux autres agents. Pour valider leurs modèles, les auteurs les appliquent sur les réseaux électriques et de gaz dans une ville fictive et simulent l’impact d’une défaillance du réseau électrique sur le réseau de gaz. La technique de modélisation et de simulation proposée par les auteurs de [22] est fondée sur les agents et des techniques de simulations à évènements discrets.

Ils ont développé un simulateur à évènements discrets permettant de simuler les interdépendances entre des infrastructures représentant un hôpital, un réseau de chemin de fer, un réseau de transport public et un réseau électrique. Ensuite, ils simulent l’impact d’une panne électrique sur ces infrastructures et démontrent que cette panne peut avoir des conséquences plus ou moins graves en fonction, notamment de l’impact de la panne initiale sur le réseau de transport.