Mobiles, pouvant changer d'environnements au cours du temps, et de milieu pour la transmission des données et de forme de topologie, les capteurs doivent s'adapter au contexte où ils se trouvent afin d'optimiser les mécanismes qu'ils mettent en œuvre. Dans la première partie, nous proposons un mécanisme pour adapter l'architecture d'un réseau de capteurs dynamiquement en fonction du contexte et comprenant la détection dynamique d'un changement de contexte, la détection dynamique du nouveau, l'adaptation dynamique au niveau des trois couches responsables de la gestion des liens de communication en conséquence, le tout sous contrainte de consommation d'énergie. Le travail mené dans cette première partie a d'emblée posé la question de la détection du contexte. C'est une question assez difficile car elle est mal définie. L'objet de la deuxième partie est d'aborder la reconnaissance à la volée de la technologie utilisée par les réseaux émettant du trafic concurrent au réseau de capteurs. Le mécanisme proposé, FIM, identifie la cause d'interférences à partir de modèles d'erreurs observées dans les paquets de données. La détection du contexte permet aux nœuds du réseau de capteurs d'obtenir des informations sur l'environnement. Certains nœuds doivent avoir une connaissance plus fiable de l'environnement que d'autres. Comment récupérer l'information de nœuds voisins, sélectionner ceux de qui on la récupère et ne garder que ce qui nous semble sûr et utile sont les questions qui sont abordées dans la troisième partie. Nous proposons un mécanisme qui permet de décider dynamiquement si des mécanismes de docition doivent être utilisés ou pas

Comme dans de nombreux autres domaines, la construction des applications en Informatique Ambiantes (IAm) se fait par réutilisation d'entités logicielles disponibles. Pour des raisons de conductivités, de pannes, de charge de batterie mais aussi de nombreuses autres, la disponibilité de ces entités est imprévisible ce qui implique que l'auto-adaptation dynamique des applications est une nécessité. Cela passe par la spécification en parallèle des adaptations par des experts de divers domaines. Ce parallélisme de construction, peut amener des problèmes d'interférences lors de la composition dynamique de plusieurs adaptations. Dans cette thèse, par l'utilisation de graphes, nous contribuons à la définition d'un cadre formel pour la détection et la résolution de ces interférences. L'assemblage des entités logicielles repose sur des connecteurs d'assemblage qui sont utilisés dans la spécification des adaptations. Des règles de réécriture de graphe permettront de résoudre les interférences détectées, cette résolution étant guidée par la connaissance de connecteurs définis. De plus, pour pouvoir étendre dynamiquement et automatiquement notre mécanisme de gestion des interférences, nous proposons la modélisation comportementale de ces connecteurs. Ceci permet de ne pas reposer sur une connaissance à priori des connecteurs et autorise par la même d'étendre dynamiquement l'ensemble des connecteurs disponibles pour la spécification des adaptations.

Le traitement de flux de données est au cœur des problématiques actuelles liées au Big Data. Face à de grandes quantités de données (Volume) accessibles de manière éphémère (Vélocité), des solutions spécifiques tels que les systèmes de gestion de flux de données (SGFD) ont été développés. Ces SGFD reçoivent des flux et des requêtes continues pour générer de nouveaux résultats aussi longtemps que des données arrivent en entrée. Dans le contexte de cette thèse, qui s’est réalisée dans le cadre du projet ANR Socioplug (ANR-13-INFR-0003), nous considérons une plateforme collaborative de traitement de flux de données à débit variant en termes de volume et de distribution des valeurs. Chaque utilisateur peut soumettre des requêtes continues et contribue aux ressources de traitement de la plateforme. Cependant, chaque unité de traitement traitant les requêtes dispose de ressources limitées ce qui peut engendrer la congestion du système en fonction des variations des flux en entrée. Le problème est alors de savoir comment adapter dynamiquement les ressources utilisées par chaque requête continue par rapport aux besoins de traitement. Cela soulève plusieurs défis : i) comment détecter un besoin de reconfiguration ? ii) quand reconfigurer le système pour éviter sa congestion ? Durant ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à la gestion automatique de la parallélisation des opérateurs composant une requête continue. Nous proposons une approche originale basée sur une estimation des besoins de traitement dans un futur proche. Ainsi, nous pouvons adapter le niveau de parallélisme des opérateurs de manière proactive afin d’ajuster les ressources utilisées aux besoins des traitements. Nous montrons qu’il est possible d’éviter la congestion du système mais également de réduire significativement la consommation de ressources à performance équivalente. Ces différents travaux ont été implémentés et validés dans un SGFD largement utilisé avec différents jeux de tests reproductibles. / In a Big Data context, stream processing has become a very active research domain. In order to manage ephemeral data (Velocity) arriving at important rates (Volume), some specific solutions, denoted data stream management systems (DSMSs),have been developed. DSMSs take as inputs some queries, called continuous queries,defined on a set of data streams. Acontinuous query generates new results as long as new data arrive in input. In many application domains, data streams haveinput rates and distribution of values which change over time. These variations may impact significantly processingrequirements for each continuous query.This thesis takes place in the ANR project Socioplug (ANR-13-INFR-0003). In this context, we consider a collaborative platformfor stream processing. Each user can submit multiple continuous queries and contributes to the execution support of theplatform. However, as each processing unit supporting treatments has limited resources in terms of CPU and memory, asignificant increase in input rate may cause the congestion of the system. The problem is then how to adjust dynamicallyresource usage to processing requirements for each continuous query ? It raises several challenges : i) how to detect a need ofreconfiguration ? ii) when reconfiguring the system to avoid its congestion at runtime ?In this work, we are interested by the different processing steps involved in the treatment of a continuous query over adistributed infrastructure. From this global analysis, we extract mechanisms enabling dynamic adaptation of resource usage foreach continuous query. We focus on automatic parallelization, or auto-parallelization, of operators composing the executionplan of a continuous query. We suggest an original approach based on the monitoring of operators and an estimation ofprocessing requirements in near future. Thus, we can increase (scale-out), or decrease (scale-in) the parallelism degree ofoperators in a proactive many such as resource usage fits to processing requirements dynamically. Compared to a staticconfiguration defined by an expert, we show that it is possible to avoid the congestion of the system in many cases or to delay itin most critical cases. Moreover, we show that resource usage can be reduced significantly while delivering equivalentthroughput and result quality. We suggest also to combine this approach with complementary mechanisms for dynamic adaptation of continuous queries at runtime. These differents approaches have been implemented within a widely used DSMS and have been tested over multiple and reproductible micro-benchmarks.

Comme dans de nombreux autres domaines, la construction des applications en Informatique Ambiantes (IAm) se fait par réutilisation d’entités logicielles disponibles. Pour des raisons de conductivités, de pannes, de charge de batterie mais aussi de nombreuses autres, la disponibilité de ces entités est imprévisible ce qui implique que l’auto-adaptation dynamique des applications est une nécessité. Cela passe par la spécification en parallèle des adaptations par des experts de divers domaines. Ce parallélisme de construction, peut amener des problèmes d’interférences lors de la composition dynamique de plusieurs adaptations. Dans cette thèse, par l’utilisation de graphes, nous contribuons à la définition d’un cadre formel pour la détection et la résolution de ces interférences. L’assemblage des entités logicielles repose sur des connecteurs d’assemblage qui sont utilisés dans la spécification des adaptations. Des règles de réécriture de graphe permettront de résoudre les interférences détectées, cette résolution étant guidée par la connaissance de connecteurs définis. De plus, pour pouvoir étendre dynamiquement et automatiquement notre mécanisme de gestion des interférences, nous proposons la modélisation comportementale de ces connecteurs. Ceci permet de ne pas reposer sur une connaissance à priori des connecteurs et autorise par la même d’étendre dynamiquement l’ensemble des connecteurs disponibles pour la spécification des adaptations. / Like many other fields, application construction in ubiquitous computing is done by reuse of available software entities. For reasons of conductivity, breakdown, battery charge, but also many others reasons, the availability of these entities is unpredictable. As consequence, the self-adaptation of applications becomes necessary. This requires the specification of parallel adaptations by experts from various fields. This parallel specification can cause interference problems when several adaptations are composed. In this thesis, using graph formalism, we contribute to the definition of a formal approach for the detection and the resolution of interferences. The specification of adaptation uses connectors in order to assemble software entities. Graph rewriting rules are defined to solve the detected interferences. This resolution is guided by the knowledge of defined connectors. In addition, in order to extend dynamically and automatically our interference management mechanism, we propose behavioral modeling of these connectors. This allows us extending our mechanism without an a priori knowledge of connectors and allows afterwards to extend the set of available connectors used for adaptations' specifications.

Les intergiciels sont aujourd'hui incontournables lorsqu'il s'agit de développer des applications réparties. Des simples Web Services aux architectures n-tiers, d'une unique communication client / serveur à un réseau dynamique pair-à-pair, chaque conception requiert des outils adaptés et performants. En complément de chaque utilisation spécifique des intergiciels, leur contexte de déploiement nécessite des mécanismes particuliers afin de s'adapter au mieux à la situation.<br /><br />Face à ces besoins, les intergiciels proposent des modèles de programmation et de communication différents, fournissant des moyens de communication efficaces dans certaines situations.<br /><br />La mobilité introduit une problématique supplémentaire pour ces intergiciels. D'une part l'interopérabilité devient inévitable ; le nombre de composants répartis susceptibles d'être utilisés en mobilité est immense, et les composants peuvent être développés avec différents intergiciels. D'autre part le contexte varie, et avec lui les conditions et capacités de communication évoluent.<br /><br />Nous traitons dans cette thèse des impératifs actuels d'un intergiciel en mobilité. Nous proposons pour cela une approche multi-modèles, basée sur les travaux actuels dans ce domaine, et présentant des concepts novateurs.<br /><br />Cette approche se compose d'un modèle de programmation générique, proposant différents types de communications synchrones, asynchrones, et basées sur des patrons de conception. Elle se compose également d'une combinaison de modèles de communication, assurant l'interopérabilité avec les intergiciels standards, et offrant des possibilités de communications enrichies, capables de s'adapter aux changements de contextes.<br />Des politiques d'adaptation définissent les règles de combinaison des modèles en fonction d'observations du contexte, afin de se comporter au mieux face à ses évolutions.<br />Des mécanismes d'adaptation dynamique permettent à notre approche de proposer une prise en compte en temps réel des changements de contexte, et permettent également de reconfigurer le système pendant son exécution afin de répondre à des besoins de déploiement.<br /><br />Nous avons validé notre approche au travers d'une application concrète aux problèmes engendrés par l'utilisation d'un proxy Internet à bord des trains : le développement d'un greffon multi-modèles a illustré et justifié notre approche, et l'évaluation de ce greffon a montré les bénéfices de celle-ci face aux changements de contexte.<br />Pour implémenter entièrement notre approche et proposer ainsi un intergiciel multi-modèles, nous avons conçu et développé notre infrastructure logicielle multi-modèles, proposant tous les concepts de l'approche. Une première version "statique" puis une version finale offrant les mécanismes d'adaptation dynamique ont été implémentées et permettent ainsi de profiter des bénéfices de notre approche multi-modèles.

Les réseaux de capteurs sans fil posent de nombreux défis de conception. Ils doivent en particulier capter les informations provenant de l'environnement, traiter les données acquises, recevoir et retransmettre celles-ci avec une durée de vie devant atteindre plusieurs dizaines d'années selon les applications, sans intervention extérieure. Il est donc nécessaire d'optimiser la consommation d'énergie à tous les niveaux. Ce travail propose de réduire la consommation d'énergie de la partie numérique d'un nœud de réseau grâce à l'utilisation de la logique asynchrone et de communications synchrones entre le logiciel le matériel. Par ailleurs, il est important de gérer dynamiquement la consommation en adaptant dynamiquement les tensions d'alimentation. Cet aspect est traité à l'échelle du système complet, au niveau matériel, grâce à la spécification d'un coprocesseur dédié, au niveau algorithmique et logiciel temps-réel ainsi qu'au niveau des interfaces de communication.

La réutilisation à grande échelle de composants logiciels se révèle être un challenge pour la conception de nouvelles applications. Dans la grande majorité des cas, pour être intégrés à une application, les composants disponibles ont besoin d'être adaptés afin de faire face à la multiplicité des environnements de déploiement dotés de caractéristiques variables. Ainsi, pour éviter le redéveloppement de nouveaux composants et favoriser la réutilisation, de nombreuses approches ont proposé des techniques permettant d'adapter le comportement de composants existants. Cependant, adapter le comportement de composants n'est pas suffisant pour permettre leur réutilisation : il faut également adapter leur structure. Or, aucune approche existante ne permet de répondre pleinement à ces besoins en adaptation structurelle. Ainsi, notre objectif est de proposer une approche, appelée Scorpio, permettant d'adapter la structure de composants. Nous nous focalisons plus particulièrement sur des composants existants. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'adaptation structurelle de composants existants en proposant un processus permettant leur ré-ingénierie vers de nouvelles structures. Puis, pour répondre aux besoins liés à une adaptation sans interruption de l'exécution, nous avons proposé des mécanismes permettant de prendre en charge l'adaptation dynamique de ces composants. Partant du constat qu'un certain nombre d'environnements, tels que les environnements ubiquitaires, nécessite une automatisation du processus d'adaptation, nous avons proposé alors de prendre en charge ces besoins à travers une approche permettant l'auto-adaptation structurelle de composants logiciels. Enfin, nos propositions ont été mises en œuvre d'une part par la réalisation du prototype Scorpio-Tool implémenté en Fractal et d'autre part, par la définition et le développement d'un scénario ubiquitaire permettant l'expérimentation de ces propositions.

La croissante complexité du logiciel a mené les chercheurs en génie logiciel à chercher des approcher pour concevoir et projéter des nouveaux systèmes. Par exemple, l'approche des architectures orientées services (SOA) est considérée actuellement comme le moyen le plus avancé pour réaliser et intégrer rapidement des applications modulaires et flexibles. Une des principales préocuppations des solutions en génie logiciel et la réutilisation, et par conséquent, la généralité de la solution, ce qui peut empêcher son application dans des systèmes où des optimisation sont souvent utilisées, tels que les systèmes temps réels. Ainsi, créer un système temps réel est devenu très couteux. De plus, la plupart des systèmes temps réel ne beneficient pas des facilités apportées par le genie logiciel, tels que la modularité et la flexibilité. Le but de cette thèse c'est de prendre en compte ces aspects temps réel dans des solutions populaires et standards SOA pour faciliter la conception et le développement d'applications temps réel flexibles et modulaires. Cela sera fait à l'aide d'un modèle d'applications temps réel orienté composant autorisant des modifications dynamiques dans l'architecture de l'application. Le modèle de composant sera une extension au standard SCA qui intègre des attributs de qualité de service sur le consomateur et le fournisseur de services pour l'établissement d'un accord de niveau de service spécifique au temps réel. Ce modèle sera executé sur une plateforme de services OSGi, le standard de facto pour le developpement d'applications modulaires en Java. / The increase of software complexity along the years has led researchers in the software engineering field to look for approaches for conceiving and designing new systems. For instance, the service-oriented architectures approach is considered nowadays as the most advanced way to develop and integrate fastly modular and flexible applications. One of the software engineering solutions principles is re-usability, and consequently generality, which complicates its appilication in systems where optimizations are often used, like real-time systems. Thus, create real-time systems is expensive, because they must be conceived from scratch. In addition, most real-time systems do not beneficiate of the advantages which comes with software engineering approches, such as modularity and flexibility. This thesis aim to take real time aspects into account on popular and standard SOA solutions, in order to ease the design and development of modular and flexible applications. This will be done by means of a component-based real-time application model, which allows the dynamic reconfiguration of the application architecture. The component model will be an extension to the SCA standard, which integrates quality of service attributs onto the service consumer and provider in order to stablish a real-time specific service level agreement. This model will be executed on the top of a OSGi service platform, the standard de facto for development of modular applications in Java.

Les logiciels adaptatifs sont une classe de logiciels qui peuvent modifier leur structure et comportement à l'exécution afin de s'adapter à des nouveaux contextes d'exécution. Le développement de logiciels adaptatifs a été un domaine de recherche très actif les dix dernières années. Plusieurs approches utilisent des techniques issues des lignes des produits afin de développer de tels logiciels. Ils proposent des outils, des frameworks, ou des langages pour construire des architectures logicielles adaptatives, mais ne guident pas les ingénieurs dans leur utilisation. De plus, ils supposent que tous les éléments spécifiés à la conception sont disponibles dans l'architecture pour l'adaptation, même s'ils ne seront jamais utilisés. Ces éléments inutiles peuvent être une cause de soucis lors du déploiement sur une cible dont l'espace mémoire est très contraint par exemple. Par ailleurs, le remplacement de composants à l'exécution reste une tâche complexe, elle doit assurer non seulement la validité de la nouvelle version, mais aussi préserver la terminaison correcte des transactions en cours. Pour faire face à ces problèmes, cette thèse propose un processus de développement de logiciels adaptatifs où les tâches, les rôles, et les artefacts associés sont explicites. En particulier, le processus vise la spécification d'informations nécessaires pour construire des architectures logicielles adaptatives. Le résultat d'un tel processus est une architecture logicielle adaptative qui contient seulement des éléments utiles pour l'adaptation. De plus, un mécanisme d'adaptation est proposé basé sur la gestion de transactions pour assurer une adaptation dynamique cohérente. Elle assure la terminaison correcte des transactions en cours. Nous proposons pour cela la notion de dépendance transactionnelle : dépendance entre des actions réalisées par des composants différents. Nous proposons la spécification de ces dépendances dans le modèle de variabilité, et de l'exploiter pour décider des fonctions de contrôle dans les composants de l'architecture, des fonctions qui assurent une adaptation cohérente à l'exécution. / Adaptive software is a class of software which is able to modify its own internal structure and hence its behavior at runtime in response to changes in its operating environment. Adaptive software development has been an emerging research area of software engineering in the last decade. Many existing approaches use techniques issued from software product lines (SPLs) to develop adaptive software architectures. They propose tools, frameworks or languages to build adaptive software architectures but do not guide developers on the process of using them. Moreover, they suppose that all elements in the SPL specified are available in the architecture for adaptation. Therefore, the adaptive software architecture may embed unnecessary elements (components that will never be used) thus limiting the possible deployment targets. On the other hand, the components replacement at runtime remains a complex task since it must ensure the validity of the new version, in addition to preserving the correct completion of ongoing activities. To cope with these issues, this thesis proposes an adaptive software development process where tasks, roles, and associate artifacts are explicit. The process aims at specifying the necessary information for building adaptive software architectures. The result of such process is an adaptive software architecture that only contains necessary elements for adaptation. On the other hand, an adaptation mechanism is proposed based on transactions management for ensuring consistent dynamic adaptation. Such adaptation must guarantee the system state and ensure the correct completion of ongoing transactions. In particular, transactional dependencies are specified at design time in the variability model. Then, based on such dependencies, components in the architecture include the necessary mechanisms to manage transactions at runtime consistently.

Mobiles, pouvant changer d’environnements au cours du temps, et de milieu pour la transmission des données et de forme de topologie, les capteurs doivent s’adapter au contexte où ils se trouvent afin d’optimiser les mécanismes qu’ils mettent en œuvre. Dans la première partie, nous proposons un mécanisme pour adapter l’architecture d’un réseau de capteurs dynamiquement en fonction du contexte et comprenant la détection dynamique d’un changement de contexte, la détection dynamique du nouveau, l’adaptation dynamique au niveau des trois couches responsables de la gestion des liens de communication en conséquence, le tout sous contrainte de consommation d’énergie. Le travail mené dans cette première partie a d’emblée posé la question de la détection du contexte. C’est une question assez difficile car elle est mal définie. L’objet de la deuxième partie est d’aborder la reconnaissance à la volée de la technologie utilisée par les réseaux émettant du trafic concurrent au réseau de capteurs. Le mécanisme proposé, FIM, identifie la cause d’interférences à partir de modèles d’erreurs observées dans les paquets de données. La détection du contexte permet aux nœuds du réseau de capteurs d’obtenir des informations sur l’environnement. Certains nœuds doivent avoir une connaissance plus fiable de l’environnement que d’autres. Comment récupérer l’information de nœuds voisins, sélectionner ceux de qui on la récupère et ne garder que ce qui nous semble sûr et utile sont les questions qui sont abordées dans la troisième partie. Nous proposons un mécanisme qui permet de décider dynamiquement si des mécanismes de docition doivent être utilisés ou pas / Being mobile, the wireless sensors must adapt to the changing environment. Therefore, in the first part of this thesis we propose a mechanism to adapt the WSN architecture dynamically based on the detected context; this includes the dynamic detection of the topology change, the detection of the new context and consequently the dynamic adaptation of the communication layer. All of these actions are executed under constraints on energy consumption. The work done in this part poses the question of detecting the new context. This is a rather difficult question because it is unclear. The purpose of the second part is to detect on the fly the type of the competitor technology generating a traffic that interferes with the WSN. The proposed mechanism, FIM, identifies the cause of interference from errors model observed in the corrupt data packets. The context detection allows the nodes of the sensor network to obtain information about the environment. Some nodes must have more reliable information on the environment than others. How to retrieve the information? From which neighboring nodes? And what information to keep as safe and useful? Are the questions that are addressed in the third part. We propose a mechanism to dynamically decide if docition mechanisms should be used or not