Modélisation formelle d'exigences et logiques temporelles multi-agents

This work deals with formal requirement modeling and the interaction between agents. We have developed a modeling language for the requirements of a system to develop, Khi. Taking inspiration from Kaos and Tropos, Khi summarizes the key concepts related to goals and agents. It allows in particular to express the issue of effective ability of agents to ensure the satisfaction of the specifications assigned to them. We call this issue the assignment problem. In Khi, we express this problem as the question of the satisfaction of a number of correction criteria by a model.In order to fromalize the concepts of Khi and to provide a resolution method to the assignment problem, we also introduce a temporal multi-agent logic: USL. It takes its inspiration from other logic in this area, in particular ATLsc and SL. As these formalisms, USL uses strategies contexts to express the capacity of agents to ensure the satisfaction of temporal properties. It differs from other existing formalisms mainly in two aspects: first, it uses non-deterministic strategies. We call them multi-strategy. We can express refinement properties between multiple strategies. Furthermore, we consider in USL executions that are not necessarily infinite. We can formalize the notions of contradictory commitment to an agent and conflicting actions for a set of agents. We then reduce the satisfaction of correctness criteria that express the assignment problem to instances of the model checking problem for a dedicated version of USL, USL_Khi. We give an algorithm for solving this problem, it runs in polynomial space. The set of concepts and tools presented is also illustrated by a case study describing spatial observation missions.Ces travaux concernent la modélisation formelle d'exigences et les interactions entre agents. Nous y développons un langage de modélisation pour les exigences d'un système à élaborer, Khi. Nous y proposons également une logique temporelle multi-agents, USL. A notre connaissance, il n'y a pas de formalisation dans ce domaine qui traite à la fois le temps et les actions des agents. C'est ce que nous proposons avec Khi. Il emprunte à la méthode Kaos ses moyens pour décrire formellement des exigences comportementales et en dériver des spécifications d'opérations pour un système. Il emprunte également à Tropos-i* un appareil conceptuel qui nous permet d'exprimer la question de la capacité effective des agents à assurer la satisfaction des spécifications qui leurs sont assignées. Nous appelons cette question le « problème de l'assignation ». Le langage Khi propose ainsi une synthèse originale qui permet de formaliser dans un langage unique à la fois les exigences comportementales d'un système à élaborer et les capacités d'actions des agents dans ce système. Par ailleurs, Khi offre un cadre conceptuel qui permet d'exprimer le problème de l'assignation. Il y est décrit comme le problème de la satisfaction d'un certain nombre de critères de correction par un modèle. Pour donner un formalisme aux concepts de Khi et un moyen de résolution du problème de l'assignation, nous introduisons également une logique temporelle multi-agents, USL. Elle s'inspire des travaux dans le domaine, en particulier ATLsc et SL. Comme ces derniers formalismes, elle utilise des contextes de stratégies pour exprimer des capacités d'agents à assurer la satisfaction de propriétés temporelles. Elle se distingue des autres formalismes existants principalement par deux aspects : d'abord elle utilise des stratégies non-déterministes. Nous les appelons des multi-stratégies. Nous pouvons ainsi exprimer des propriétés de raffinement entre les multi-stratégies. Par ailleurs, nous utilisons pour USL des exécutions du système qui ne sont pas nécessairement infinies. Nous pouvons alors formaliser les notions d'engagement contradictoire pour un agent et de capacités d'actions conflictuelles pour un ensemble d'agents. Nous montrons que l'expressivité d'USL englobe celle des formalismes pré-existants. Cette logique permet notamment de formaliser la propriété, nouvelle dans le domaine, de contrôle pérenne. Elle permet également d'introduire des prédicats de comparaisons et d'égalité entre les multi-stratégies et/ou les stratégies. Une étude des relations de dépendance entre les multi-stratégies et/ou les stratégies est par ailleurs amorcée avec USL. Nous montrons par ailleurs que la complexité des problèmes de model-checking et de satisfiabilité pour USL est équivalente à celle des formalismes pré-existants. Nous réduisons ensuite la satisfaction des critères de correction qui expriment le problème de l'assignation dans Khi à des instances du problème de model-checking pour une version adéquate de USL, USLKhi. Nous donnons un algorithme de résolution pour ce problème, il utilise un espace polynomial. Le développement de Khi et l'usage adéquat d'USL permettent donc d'exprimer, de formaliser et de résoudre le problème de l'assignation. L'ensemble des concepts et des outils présentés est par ailleurs illustré par un cas d'étude décrivant des missions d'observation spatiale