Service-Oriented Computing (SOC) provides a flexible framework in which applications may be built up from services, often distributed across a network. One of the promises of SOC is that of Dynamic Binding where abstract consumer requests are bound to concrete service instances at runtime, thereby offering a high level of flexibility and adaptability. Existing research has so far focused mostly on the design and implementation of dynamic binding operations and there is little research into a comprehensive evaluation of dynamic binding systems, especially in terms of system failure and dependability. This work presents a novel, extensible evaluation framework that allows for the testing and assessment of a Dynamic Binding System (DBS). Based on a fault model specially built for DBS's, the system is able to insert selectively the types of fault that would affect a DBS and observe its behaviour. By treating the DBS as a black box and distributing the components of the evaluation framework, it is not restricted to the implementing technologies of the DBS, nor does it need to be co-located in the same environment as the DBS under test. This thesis presents the results of a series of experiments on two case studies; a proof-of-concept DBS, and a real-life DBS. Here the focus is on the interactions between each DBS and the services they employ as well as interactions with a client of the DBS. The results on the proof-of-concept Calculator-DBS and real-life NECTISE Software Demonstrator (NSD) system show that the proposed method and testing framework is able to trigger abnormal behaviour of the NSD due to communication and interaction faults and generate important information for improving both dependability and performance of the system under test.

This thesis deals with the problem of interaction with context-aware mobile applications in digitally augmented physical spaces. The term "mobile application" is used as an umbrella term for any piece of software that can run on a mobile device in order to support a human task. “Context-aware” refers to the ability of such applications to use information about the environment or the user to adapt their behaviour accordingly. A "physical hyperlink" is a mechanism that associates a physical object or point in space with digital information/service(s). The term “digitally augmented physical space” refers here to a physical space where digital information relevant to points or artefacts can be accessed (e.g. by means of physical hyperlinks). In the last two decades mobile devices and applications have developed tremendously. With them, on one hand new ways appeared to support human tasks and on the other hand new research challenges emerged. A key factor is the continuous change of environment and context of use. This is very different to a classic desktop computer application, in which the external environment is hardly changing, as the user and the computer do not change location during interaction. In the world of mobile computing the environment and the context of use are changing, at a faster rate. One of the most widely spread mobile devices, the mobile phone, evolved into a powerful mobile computing device. These advanced devices are now ubiquitously spread and already billions of people carry and use them daily. New services and uses are emerging with every step of evolution of this technology. However these rapidly emerging and evolving technologies and services result in a generally heterogeneous environment that affects user experience. The advances in mobile technology permitted devices to be equipped with sensors and hardware that allow on one hand the acquisition of information from the environment and on the other hand interaction with objects like physical hyperlinks, that permit direct access to information related to physical artefacts. In the frame of this thesis a conceptual framework (MobiAct framework) and a service oriented architecture (MobiAct architecture) have been defined. The MobiAct framework deals with the interaction with context-aware mobile applications in a digitally augmented physical space. The MobiAct framework has as a goal to identify the main concepts that come into play while interacting with context-aware applications in digitally augmented physical spaces. MobiAct architecture is an innovative solution for delivering context-aware mobile services in digitally augmented physical spaces. The MobiAct architecture has MobiAct framework as the underlying base. The architecture aims at enabling a uniform and consistent user experience across spaces and contexts and at facilitating the design and development of context-aware mobile services by providing ready functionality for common tasks. Finally a set of software architectural patterns relevant to designing mobile context-aware applications have been identified. These patterns provide a set of building blocks to facilitate the design and development of similar systems. The road towards designing MobiAct conceptual architecture and framework for interacting with context-aware mobile applications included the development and evaluation of several prototypes mainly targeted at public and semi-public environments. These prototypes contributed in a great degree towards exploring and studying context-aware mobile applications and interaction with digitally augmented physical spaces using physical hyperlinks and subsequently defining the requirements for the architecture. To avoid binding the architecture to capabilities of a certain platform, the prototypes involved different devices and platforms. The prototypes and applications developed included educational games and a guide for a museum, an application to support users of a library and a shopping assistant aimed at a supermarket environment. The findings of these efforts contributed in the definition of the MobiAct architecture that has been evaluated through a software architecture analysis method based on scenarios and discussions involving representative stakeholders as well as an evaluation team / Αυτή η διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης μεταξύ χρηστών και εφαρμογών φορητών συσκευών με επίγνωση του πλαισίου, σε ψηφιακά επαυξημένους φυσικούς χώρους. Ο όρος "εφαρμογή φορητής συσκευής", ή “φορητή εφαρμογή”, χρησιμοποιείται ως όρος που περικλείει κάθε λογισμικό που μπορεί να εκτελεστεί σε μια φορητή συσκευή έτσι ώστε να υποστηρίξει μια ανθρώπινη εργασία (task). Ο όρος "πλαισιογνωστικός" αναφέρεται στη δυνατότητα τέτοιων εφαρμογών να χρησιμοποιήσουν πληροφορίες σχετικές με το άμεσο περιβάλλον ή με το χρήστη ώστε να προσαρμόσουν τη συμπεριφορά τους κατάλληλα. Ένας "φυσικός υπερσύνδεσμος" είναι ένας μηχανισμός που συσχετίζει ένα φυσικό αντικείμενο ή σημείο στο χώρο με ψηφιακή πληροφορία ή ψηφιακή υπηρεσία. Ο όρος "ψηφιακά επαυξημένος χώρος" αναφέρεται σε ένα φυσικό χώρο από όπου είναι προσβάσιμη ψηφιακή πληροφορία που σχετίζεται με σημεία ή αντικείμενα του χώρου (π.χ. μέσω φυσικών υπερσυνδέσμων). Τις τελευταίες δύο δεκαετίες οι φορητές συσκευές και εφαρμογές έχουν εξελιχθεί εντυπωσιακά. Μαζί τους εμφανίστηκαν νέοι τρόποι υποστήριξης ανθρώπινων εργασιών και παράλληλα παρουσιάστηκαν και νέα ερευνητικά προβλήματα. Ένας σημαντικός παράγοντας είναι η συνεχής αλλαγή του περιβάλλοντος στο οποίο γίνεται η χρήση και του πλαισίου επίγνωσης της χρήσης. Αυτό διαφέρει πολύ από τις κλασικές εφαρμογές υπολογιστών, όπου το εξωτερικό περιβάλλον αλλάζει ελάχιστα καθώς ο χρήστης και ο υπολογιστής δεν μεταβάλλουν τη θέση τους στη διάρκεια της αλληλεπίδρασης. Στον κόσμο των φορητών υπολογιστών το περιβάλλον και το πλαίσιο επίγνωσης αλλάζουν με γρηγορότερο ρυθμό. Μια από τις πιο ευρέως διαδεδομένες φορητές συσκευές, το κινητό τηλέφωνο, εξελίχθηκε σε μια ισχυρή φορητή υπολογιστική συσκευή. Αυτές οι εξελιγμένες συσκευές είναι σήμερα διάχυτες και δισεκατομμύρια ανθρώπων τις κουβαλούν και χρησιμοποιούν καθημερινά. Νέες υπηρεσίες και χρήσεις εμφανίζονται με κάθε βήμα εξέλιξης αυτής της τεχνολογίας. Ωστόσο αυτές οι ταχέως εμφανιζόμενες και εξελισσόμενες τεχνολογίες και υπηρεσίες καταλήγουν να δημιουργήσουν ένα γενικώς ετερογενές περιβάλλον, πράγμα το οποίο επηρεάζει την εμπειρία της χρήσης τους. Οι εξελίξεις στη φορητή τεχνολογία επέτρεψαν στις συσκευές αυτές να εξοπλισθούν με αισθητήρες και υλικό το οποίο επιτρέπει τη συλλογή πληροφοριών από το περιβάλλον και επίσης την αλληλεπίδραση με αντικείμενα όπως είναι οι φυσικοί υπερσύνδεσμοι, οι οποίοι επιτρέπουν την άμεση πρόσβαση σε πληροφορία που σχετίζεται με τα φυσικά αντικείμενα. Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας ορίστηκε ένα εννοιολογικό πλαίσιο (πλαίσιο εργασίας MobiAct) και μια υπηρεσιοκεντρική αρχιτεκτονική (service oriented architecture) (αρχιτεκτονική MobiAct). Το πλαίσιο εργασίας MobiAct αφορά την αλληλεπίδραση με πλαισιογνωστικές φορητές εφαρμογές σε ψυφιακά επαυξημένους φυσικούς χώρους. Η αρχιτεκτονική MobiAct έχει ως στόχο τον εντοπισμό των βασικών σημείων της αλληλεπίδρασης με πλαισιογνωστικές εφαρμογές σε ψηφιακά επαυξημένους φυσικούς χώρους. Η αρχιτεκτονική MobiAct είναι μια πρωτοποριακή λύση για την παροχή πλαισιογνωστικών υπηρεσιών σε ψηφιακά επαυξημένους φυσικούς χώρους. Η βάση της αρχιτεκονικής MobiAct είναι το πλαίσιο εργασίας MobiAct. Η αρχιτεκτονική στοχεύει στην πραγμάτωση μιας ομοιόμορφης και συνεπούς εμπειρίας χρήστη διαμπάξ σε διάφορους φυσικούς χώρους και πλαίσια επίγνωσης και στη διευκόλυνση της ανάπτυξης πλαισιογνωστικών φορητών υπηρεσιών (μέσω της παροχής λειτουργικότητας για εργασίες που επαναλαμβάνονται συχνά). Τέλος έχει εντοπιστεί ένα σύνολο αρχιτεκτονικών προτύπων για το σχεδιασμό φορητών πλαισιογνωστικών εφαρμογών. Αυτά τα πρότυπα συγκροτούν μια ομάδα καλουπιών που διευκολύνουν το σχεδιασμό και την ανάπτυξη παρεμφερών συστημάτων. Η πορεία προς το σχεδιασμό του πλαισίου και της αρχιτεκτονικής MobiAct για την αλληλεπίδραση με φορητές πλαισιογνωστικές εφαρμογές συμπεριέλαβε το σχεδιασμό και την ανάπτυξη αρκετών πρωτοτύπων τα οποία στόχευαν κυρίως σε δημόσια ή ημι-δημόσια περιβάλλοντα. Αυτά τα πρωτότυπα συνέβαλαν σε μεγάλο βαθμό στην εξερεύνηση και στη μελέτη των πλαισιογνωστικών φορητών εφαρμογών και της αλληλεπίδρασης με ψηφιακά επαυξημένους φυσικούς χώρους μέσω φυσικών υπερσυνδέσμων και τελικά στον ορισμό των απαιτήσεων για την αρχιτεκτονική. Για την αποφυγή της υπερβολικής συσχέτισης της αρχιτεκτονικής με τις δυνατότητες μιας συγκεκριμένης πλατφόρμας, τα πρωτότυπα συμπεριέλαβαν διάφορες συσκευές και πλατφόρμες. Τα πρωτότυπα και οι εφαρμογές που αναπτύχθηκαν περιλαμβάνουν εκπαιδευτικές εφαρμογές και έναν πλοηγό για ένα μουσείο, μια εφαρμογή για την υποστήριξη των επισκεπτών μιας βιβλιοθήκης καθώς και έναν βοηθό αγορών σε περιβάλλον σούπερ μάρκετ. Τα ευρήματα αυτών των προσπαθειών συνέβαλλαν στον ορισμό της αρχιτεκτονικής MobiAct η οποία αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας μια μεθοδολογία ανάλυσης αρχιτεκτονικών λογισμικού που βασίζεται σε σενάρια και συζητήσεις με αντιπροσωπευτικούς συμμετόχους καθώς και με μια ομάδα αξιολόγησης.

Το αντικείμενο που πραγματεύεται είναι η χρήση τεχνικών και τεχνολογιών υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής και σημασιολογικού ιστού περιλαμβάνοντας κανόνες σημασιολογίας και κατανεμημένου λογισμικού για την κάθετη ολοκλήρωση και ανάπτυξη προσβάσιμων επιχειρησιακών συστημάτων. Επομένως, η παρούσα διατριβή εστιάζει αφενός με την ολοκλήρωση ετερογενών συστημάτων μέσω της χρήσης μεθόδων και τεχνικών σημασιολογικής ολοκλήρωσης και υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής και αφετέρου με την εισαγωγή μιας πρωτότυπης μεθοδολογίας για την ολοκλήρωση προτύπων και τεχνικών προσβασιμότητας προκειμένου να παραχθούν προσβάσιμα διαδικτυακά συστήματα για άτομα με κάθε μορφής αναπηρία. Μέρος της διατριβής αυτή έγινε στα πλαίσια του FP7 Ερευνητικού Προγράμματος με τίτλο ‘Accessibility Assessment Simulation Environment for New Applications Design and Development (ACCESSIBLE) καθώς και στα πλαίσια σχετικών συμβάσεων με την Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Αχαΐας. / This Phd Thesis presents the usage of Service Oriented Technologies and techniques for the development of an hybrid top-down integrated framework that can be utilized for the integration of heterogeneous systems and the introduction of accessibility features. Taking into account the requirements of the successful deployment of semantic Web technologies regarding off-the-shelf and easy to use semantic SWRL and SPARQL rules and querry tools, the proposed muti-dimensional Framework should be capable of meeting the demands of different users. With the presented Framework, which allows for the selection of suitable matching approaches between well known tools and methodologies, we intend to contribute to the tackling of real world challenges and scenarios, with the aim of ensuring seamless interoperability and integration of different systems. Furthermore, the presented framework facilitates, for the first time, the development of an innovative methodology for the integration of international standards and appropriate techniques, in order to create accessible Web applications and systems. This thesis was partially supported by the European FP7 Research project ACCESSIBLE - Accessibility Assessment Simulation Environment for New Applications Design and Development as well as different contracts with prefecture of Achaia.

La croissance des appareils connectés, principalement due au grand nombre de déploiements de l'internet des objets et à l'émergence des services de cloud mobile, introduit de nouveaux défis pour la conception d'architectures de services dans le Cloud Computing Mobile (CCM) du cloud computing mobile. Nous montrons dans cette thèse comment l'architecture orientée services SOA peut être une solution clé pour fournir des services cloud mobiles distribués et comment la plate-forme OSGi peut être un cadre adaptatif et efficace pour fournir une telle implémentation. Nous adaptons le cadre CCM proposé à différents contextes d'architecture. Le premier est un modèle centré traditionnel, où les appareils mobiles sont réduits à consommer des services. Le second est un modèle distribué où la puissance de l'interaction de mobile à mobile offre des opportunités illimitées de services de valeur, et enfin, l'architecture à trois niveaux est considérée avec l'introduction de la notion de cloudlet. Pour chaque contexte, nous explorons la performance de notre cadre axé sur le service et le comparons à d'autres solutions existantes. / The growth of connected devices, mostly due to the large number of internet of things IoT deployments and the emergence of mobile cloud services, introduces new challenges for the design of service architectures in mobile cloud computing MCC. An MCC framework should provide elasticity and scalability in a distributed and dynamic way while dealing with limited environment resources and variable mobile contexts web applications, real-time, enterprise services, mobile to mobile, hostile environment, etc. that may include additional constraints impacting the design foundation of cloud services. We show in this thesis how service-oriented architecture SOA can be a key solution to provide distributed mobile cloud services and how OSGi platform can be an adaptive and efficient framework to provide such implementation. We adapt the proposed MCC framework to different architecture contexts. The first one is a traditional centric model, where mobile devices are reduced to consuming services. The second one is a distributed model where the power of mobile-to-mobile interaction offers unlimited value-services opportunities, and finally, three-tier architecture is considered with the introduction of the cloudlet notion. For each context, we explore the performance of our service-oriented framework, and contrast it with alternative existing solutions.

Le but de cette thèse est de dégager un cadre sémantique formel approprié supportant l'interopérabilité dedifférents formalismes déjà utilisés pour décrire et déployer un service Web. En d’autres termes, nouscontribuons au développement d’un formalisme mathématique rigoureux permettant de décrire un service Webcomplexe susceptible de changer pendant l’exécution et de coordonner avec les autres services de façonadaptative. Pour atteindre cet objectif, les étapes de description, de sélection et de composition ont constitué lestrois majeures problématiques étudiées dans cette thèse.Pour ce faire, nous avons proposé dans un premier temps, à travers l’utilisation du cadre sémantique formel K lelangage K-WSDL; un langage de description de services Web doté d’une sémantique opérationnelle en terme derègles de réécriture qui peut être exécutable et analysable sous Maude. Nous avons introduit, dans un secondtemps, l’approche WS-Sim basée sur la théorie des catégories qui évalue l’équivalence comportementale entreservices en représentant chaque service par une catégorie et en établissant des liens formels (foncteur) entre elles.Enfin, nous avons présenté le modèle RMop-ECATNet (Refined Meta Open ECATNet ) : un modèle dédié à laspécification formelle de la composition des services Web et fruit du raffinement du modèle Mop-ECATNetproposé par [LB14]. Nous avons étendu et enrichi ce dernier aux trois niveaux : structurel, comportemental etimplémentation. / The aim of this thesis is to provide a suitable formal semantic framework that supports interoperability ofdifferent formalisms already used to describe and deploy a Web service. In other words, we contribute to thedevelopment of a rigorous mathematical formalism to describe a complex Web service that may change duringexecution and coordinate with other services adaptively. To achieve this goal, the steps of description, selectionand composition constitute the three major issues studied in this thesis.We proposed so, initially, through the use of the K semantic framework the K-WSDL : a Web servicesdescription language endowed with an operational semantics in terms of rewriting rules which can be executedand analyzed in Maude. We introduced, in a second step, WS-Sim, a new approach based on the category theorywhich evaluates the behavioral equivalence between services by representing each service by a category and byestablishing formal links (functor) between them. Finally, we present RMop-ECATNet (Refined Meta OpenECATNet): a formal model for the specification of services composition. product of the refinement of the Mop-ECATNets model, introduced initially by [LB14]. We extended and enriched this model at three distinct levels:at the structural, behavioural level and implementation levels.