COSMO

• Responsable : Guillaume HUTZLER (MCF HDR Univ. Évry)
• Responsable-adjointe: Hanna KLAUDEL (PR Univ. Évry)

L’équipe COSMO (COmmunications Spécifications MOdèles) étudie les propriétés fondamentales des systèmes informatiques et biologiques et, plus généralement, le comportement de systèmes dynamiques réactifs, décentralisés et ouverts. Dans ce cadre, elle s’intéresse à la spécification et à l’analyse de ces systèmes, ainsi qu’à leur conception. L’équipe se caractérise par une continuité entre les recherches fondamentales et appliquées, avec des avancées théoriques significatives, des développements méthodologiques, la production d’outils logiciels, des applications à des problèmes réels, jusqu’à la création de liens industriels. Deux orientations structurent la recherche au sein de l’équipe.

1. Une problématique applicative axée sur les problèmes de société (médecine personnalisée, véhicule du futur, Internet du futur, …) et pour lesquels la définition de nouveaux cadres théoriques ou méthodologiques est nécessaire.

2. Des travaux ancrés sur une théorie « cœur de compétence » qui peuvent avoir des retombées dans la première orientation et y trouver leur application. Cette double orientation favorise la production d’outils logiciels et méthodologiques, à la fois pour permettre l’application et comme validation de la théorie.

modélisation et analyse formelles, preuve, réseaux de Petri, algèbres de processus, réseaux booléens, réseaux d’automates, logiques modales, méthodes de tableaux, simulation entité-centrée, médecine personnalisée de précision, véhicules autonomes communicants, biologie des systèmes, Internet du futur, réseaux autonomiques, multi-agents

Dans le domaine de la médecine personnalisée et de précision, un des objectifs majeurs est la conception de logiciels d’assistance à la prise de décision pour le diagnostic et la thérapie. Dans cette perspective, la question centrale est la carence de méthodes pour interpréter les données de l’« omique ». En nous focalisant sur la prédiction de cibles thérapeutiques fondées sur l’analyse de réseaux moléculaires, nous avons formalisé les cadres théoriques adaptés afin d’inférer les cibles causales responsables de transition phénotypiques (sain/malade). Notre méthodologie a été implantée dans un ensemble d’outils logiciels s’appuyant sur la théorie des jeux et sur des principes d’abduction appliqués aux réseaux booléens.

Nous avons par ailleurs travaillé sur la modélisation, la simulation et la vérification formelles de modules de décision de véhicules autonomes et communicants. Nous avons proposé dans ce cadre une modélisations originale, scalable et paramétrique en automates temporisés et également un modèle de simulation multi-agent, les deux permettant d’évaluer les aspects de sécurité, de fluidité et de confort de diverses politiques de décision. Nous avons montré en particulier, en développant une comparaison entre ces deux approches, quel impact avait le niveau d’abstraction choisi sur les indicateurs considérés. Notre méthode de simulation a été implantée dans un plugin pour le simulateur Gama.

Nous nous sommes aussi intéressés aux technologies Cloud Computing et IoT (Internet of Things) dans le cadre de l’Internet du Futur. Le déploiement de ces technologies introduit de nombreux problèmes ayant une grande complexité. Nous avons alors proposé plusieurs approches pour modéliser ces problèmes de manière à relaxer certaines contraintes par une meilleure compréhension des spécificités de ces technologies et de leur utilisation. Nous avons également adressé le problème du contrôle holistique et autonomique d’un environnement convergeant « Cloud IoT » satisfaisant les exigences de délai et de ressources de traitement pour la collection des données à partir de milliers de capteurs potentiellement déployés dans l’environnement. Enfin, nous avons proposé un modèle à base de réseaux de Petri des mécanismes autonomiques pour gérer l’élasticité des ressources dans le Cloud, dont l’analyse a été conduite grâce à notre outil SNAKES.

D’autres applications ont été abordées. En particulier nous avons proposé un cadre formel de modélisation et d’analyse de systèmes de stockages distribués, par exemple les hiérarchies de caches dans des architecture de calcul haute performance en collaboration avec le CEA. Plus récemment, une collaboration avec l’INRA Montpellier a été entamée sur la modélisation et l’analyse d’écosystèmes.

COSMO a obtenu le financement des projets SYNBIOTIC sur la synthèse d’organismes biologiques en utilisant les techniques de l’informatique comme la compilation (programme blanc, 2010–2014, 242 k€), et SVEDAS sur la modélisation et la vérification des systèmes sensibles aux données (programme JCJC, 2017–2019, 174 k€).

COSMO a organisé et accueilli des colloques internationaux sur des thèmes dont l’équipe est reconnue pour son expertise : ADVANCE, L&G (logic & games, 2017), CBSC, EUMAS.

En 2014, Nazim Agoulmine a été nommé IEEE Distinguished Lecturer pour représenter l’IEEE ComSoc à travers un ensemble de conférences invité organisés par les sections nationales et locales ; en 2018, il a reçu le IEEE Communication Society Outstanding Service Award (prix d’appréciation pour ses contributions dans la poursuite des objectifs de la société savante IEEE Communication).

La bibliothèque ActONetLib fournit un ensemble de fonctionnalités pour l’inférence de cibles thérapeutiques en médecine de précision.

Dans le cadre du projet eCo-FEV (efficient Cooperative infrastructure for Fully Electric Vehicles, avec Renault, CEA, Hitachi Europe, Université Technique de Berlin, …) sur les véhicules autonomes électriques, un logiciel a été réalisé au sein d’IBISC pour calculer des consignes de navigation sûres à partir d’une proposition d’itinéraire, tout en garantissant la tolérance aux fautes de perte de réseau et d’exécution des consignes de navigation, en permettant le recalcul local en temps-réel de chemins alternatifs, et en tenant compte des contraintes liées à l’utilisation d’une voiture électrique.

La plateforme MOST permet l’orchestration de services virtualisés complexe dans une infrastructure de cloud computing fédérée, elle a été initialement développée dans le cadre du projet européen Easi-clouds puis déployée dans 3 pays (France, Brésil et Uruguay) dans le cadre du projet AmSud SLA4CLOUD.

SNAKES est une bibliothèque très générale de manipulation de réseaux de Pétri de toutes sortes, elle est développée depuis plus de 15 ans et est maintenant utilisée dans de nombreux établissements en France et à l’étranger, pour la recherche ou pour l’enseignement.

Sur le site d’Évry, nos travaux en médecine personnalisée s’insèrent directement dans les axes scientifiques prioritaire de l’UEVE et de Genopole et nous collaborons avec le laboratoire I-STEM spécialisé dans les cellules souches et les maladies mono-géniques. Au delà, nous collaborons aussi avec l’Institut Curie, et avec l’équipe BIOINFO du LRI ainsi que l’INRIA Paris-Saclay pour les aspects théoriques. Enfin, les membres impliqués dans ce thème font partie du réseau/projet UPsay-CompBio de Paris-Saclay destiné à fédérer les actions interdisciplinaires autour de l’étude du cancer et de ces thérapies, et à l’échelle nationale du GT BIOSS.

Au niveau de Paris-Saclay, nous collaborons aussi avec IRT/SystemX sur les travaux appliqués aux véhicules, et avec le LSV (ENS Paris-Saclay) concernant ATL* par le biais du projet de recherche ALESSO porté par COSMO. Au niveau francilien, une large partie de l’équipe est impliquée dans le groupe de travail MeFoSyLoMa qui regroupe des chercheurs en méthodes formelles issus de toute la région. MeFoSyLoMa organise un séminaire mensuel ainsi que des actions communes comme l’organisation de colloques, d’écoles, ou la publication d’ouvrages collectifs.

L’équipe entretient aussi de nombreuses collaborations internationales avec des chercheurs réputés : Valentin Goranko, Stockholm ; Maciej Koutny, Newcastle ; Raymond Devillers, Bruxelles ; Marta Cialdea Mayer, Rome ; Bozena Wozna-Szczesniak, Czestochowa ; Benjamin Moszkowski, Newcastle ; Alessio Lumuscio, Londres ; Wiebe van der Hoek, Liverpool ; Aniello Murano, Naples.

Enfin, au niveau industriel, nous collaborons avec Thalès, Renault, et Hitachi Europe.

Les membres de l’équipe portent deux parcours de master informatique de l’université Paris-Saclay :

• parcours Architecture des systèmes en réseau du master informatique, responsable Franck Pommereau ;

• parcours Ingénierie logicielle pour le Web du master MIAGE, responsable Bachir Djafri.

Nous enseignons dans ces parcours, ainsi que dans le parcours Conception et intelligence des logiciels et systèmes du master informatique, dans le parcours Genomics Informatics and Mathematics for Health and Environment du master de bio-informatique, et dans le parcours Systems and Synthetic Biology du master de biologie intégrative et physiologie.

Par ailleurs, Hanna Klaudel est directrice adjointe de l’école doctorale STIC de l’université Paris-Saclay.