Dans ce travail, une approche pour la spécification, la vérification formelle et la mise en oeuvre de services Web composés est proposée. Il s'agit d'une approche dirigée par les modèles fidèle aux principes de MDA définis par l'OMG. Elle permet au développeur de s'abstraire des difficultés liées à l'implémentation en travaillant sur les modèles de haut niveau, indépendants de la plateforme ou de la technologie d'implémentation cible. Les modèles sont réalisés à l'aide du langage de modélisation UML. Plus précisément, une extension à UML nommée UML-S est proposée pour adapter le langage au domaine de la composition de services. Les modèles UML-S sont suffisamment expressifs et précis pour être directement transformés en code exécutable tout en conservant leur lisibilité. Ces modèles peuvent également être transformés en descriptions formelles LOTOS afin de procéder à leur vérification formelle. L'approche proposée contribue à réduire les temps et les coûts de développement tout en assurant la fiabilité des services composés.

Dans un monde de plus en plus connecté, le besoin d'interconnecter des systèmes hétérogènes apparait de plus en plus présent. Les Systèmes de Systèmes (SoS) sont une approche de supervision et de contrôle global où les systèmes constituants sont caractérisés comme des sous-systèmes du SoS. Certains de ces sous-systèmes peuvent être sujets à un environnement dynamique leur demandant d'évoluer pour répondre à de nouvelles exigences, voire de s'adapter s'ils doivent répondre à un besoin de disponibilité. La principale difficulté dans la gestion des évolutions possibles est qu'elles peuvent impacter plusieurs sous-systèmes connectés, et par extension, une vision globale comme celle proposée par un système de systèmes. Ainsi, les problèmes d'évolution et d'adaptation d'un SoS se posent. Dans un cadre d'ingénierie logicielle, cette thèse propose l'approche R-* qui soutient l'hypothèse que plus un système est Réflexif, et plus il devient capable de s'adapter, et donc d'évoluer. Trois contributions majeures et un cas d'utilisation évalu ́e sont proposés pour justifier l'intérêt de R-*. R-DDS et R-MOM ajoutent la capacité de réflexivité dans des sous-systèmes de communication asynchrones, et R-EMS ajoute la capacité de réflexivité sur la vision globale d'un SoS, incluant ses sous-syst'emes et son environnement. R-DDS ajoute la réflexivité à l'intergiciel de Service de Distribution de Données dédié aux domaines du temps-réel et de l'embarqué. R-MOM remonte en abstraction pour proposer la réflexivité au niveau des fonctionalités d'un intergiciel asynchrone. R-EMS est un système de gestion d'environnement réflexif en support de l'utilisation d'un SoS. Finalement, le cas d'utilisation est une implémentation d'un sous-modèle du système de systèmes TACTICOS de THALES, qui servira également d'environnement d'évaluation.

Enterprise Service Bus (ESB) est actuellement l'approche la plus prometteuse pour l'implémentation d'une architecture orientée services (SOA : Service-Oriented Architecture) par l'intégration des différentes applications isolées dans une plateforme centralisée. De nombreuses solutions d'intégration à base d'ESB on été proposées, elles sont soit open-source comme : Mule, Petals, ou encore Fuse, soit propriétaires tels que : Sonic ESB, IBM WebSphere Message Broker, ou Oracle ESB. Cependant, il n'en existe aucune en mesure de traiter, à la fois des aspects : d'intégration et de traitement massivement parallèle, du moins à notre connaissance. L'intégration du parallélisme dans le traitement est un moyen de tirer profit des technologies multicœurs/multiprocesseurs qui améliorent considérablement les performances des ESBs.Toutefois, cette intégration est une démarche complexe et soulève des problèmes à plusieurs niveaux : communication, synchronisation, partage de données, etc.Dans cette thèse, nous présentons l'étude d'une nouvelle architecture massivement parallèle de type ESB.

L'informatique multi-nuages s'est imposée comme un paradigme de choix pour créer des applications distribuées à large échelle s'exécutant à des emplacements géographiques ré- partis. L'informatique multi-nuages consiste en l'utilisation de multiples environnements de nuages indépendants qui ne nécessitent pas d'accord a priori entre les fournisseurs de nuage ou un tiers. Toutefois, ces applications conçues pour un environnement multi-nuages doivent faire face à de véritables défis en terme d'architecture, de modèle et de technologies. L'utilisation de l'informatique multi-nuages se heurte à l'hétérogénéité et à la complexité des offres de nuage. Ainsi, l'informatique multi-nuages doit faire face aux défis de la portabilité, de l'approvisionnement, de l'élasticité et de la haute disponibilité que nous identifions dans cette thèse. Dans ce travail de thèse, nous proposons un modèle d'applications nommé soCloud qui adresse ces quatre défis. C'est un modèle basé sur le standard SCA du consortium OASIS pour concevoir de manière simple et cohérente des applications distribuées à large échelle pour un environnement multi-nuages. Un nouveau langage dédié d'élasticité a été proposé pour exprimer efficacement l'élasticité d'applications multi-nuages par l'abstraction. Nous proposons aussi une plateforme multi-nuages soCloud conçue pour déployer, exécuter et gérer des applications réparties à travers plusieurs nuages. Le modèle d'applications soCloud a été utilisé pour la mise en œuvre de trois applications distribuées déployées dans un environnement multi-nuages. Quant à la plateforme soCloud, elle a été implantée, déployée et expérimentée sur dix nuages : Windows Azure, DELL KACE, Amazon EC2, CloudBees, OpenShift, dotCloud, Jelastic, Heroku, Appfog et Eucalyptus. Ces expériences sont utilisées pour valider la nouveauté des solutions approtées. Grâce à notre contribution, nous visons à offrir un moyen simple et efficace pour concevoir, déployer, exécuter et gérer des applications distribuées pour des environnements multi- nuages en proposant un modèle et une plateforme.

Aujourd’hui, la production est souvent multi-site car les entreprises se recentrent sur leurs cœurs de métiers. Dans ce contexte, la gestion des projets est une tâche difficile car il faut prendre en compte la distribution de la décision et l’hétérogénéité qui peut exister entre les différentes applications de production des partenaires. Les Systèmes Multi-Agents, et notamment le modèle SCEP (Superviseur, Client, Environnement, Producteur), apportent une solution satisfaisante au problème de la distribution de la décision, en instaurant une coopération entre des agents responsables de la gestion des projets client et des agents représentant les sites de production distants. Néanmoins, ce modèle présente des limites à cause de sa faible capacité à communiquer et à coopérer avec des modèles et des systèmes de gestion hétérogènes ainsi qu’à sa difficulté à localiser les nouveaux partenaires. Dans ce mémoire, nous proposons une architecture distribuée et interopérable SCEP-SOA intégrant les concepts du modèle SCEP et ceux du modèle SOA (Service Oriented Architecture) qui offre des mécanismes de mise en relation des partenaires et permet des communications entre des systèmes et des applications hétérogènes. Pour garantir la bonne compréhension des informations échangées entre les partenaires, l’architecture SCEP-SOA met en œuvre une stratégie d’interopérabilité sémantique basée sur l’intégration des ontologies. Cette stratégie s’articule autour d’une ontologie globale et commune utilisée pour l’échange des informations, et des mécanismes de correspondances entre cette ontologie globale et les ontologies locales des partenaires. Cette architecture est illustrée sur un cas d’étude où l’on se focalise sur l’interopérabilité entre des applications dédiées à la planification des projets de fabrication multi-sites. / Today, the production is often multi-site because companies focus on their core competencies. In this context, projects’ management is a difficult task because it must take into account the distribution of the decision and the heterogeneity which can exist between the various production applications of the partners. The Multi-agents systems, in particular the SCEP model (Supervisor, Customer, Environment, Producer), offer a satisfactory solution for the decision distribution problem, by establishing a cooperation between agents responsible of the management of the customer projects and agents representing the remote production sites. Nevertheless, this model presents limits because of its weak ability to communicate and to cooperate with heterogeneous models and management systems, as well as in its difficulty to localize new partners. In this dissertation, we propose a distributed and interoperable architecture, SCEP-SOA, which integrates concepts of the SCEP model and SOA (Service Oriented Architecture) which offers mechanisms for putting in relation various partners and allows communication between heterogeneous systems and applications. To insure the good understanding of the information exchanged between the partners, the SCEP-SOA architecture implements a strategy of semantic interoperability based on the integration of ontologies. This strategy is based on the use of a shared global ontology for information exchange, and on mechanisms of mappings between the global ontology and the partners’ local ontologies. This architecture is illustrated by a study case in which we focus on the interoperability between applications dedicated to the planning of manufacturing multi-sites projects

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.

Enterprise Service Bus (ESB) est actuellement l'approche la plus prometteuse pour l'implémentation d'une architecture orientée services (SOA : Service-Oriented Architecture) par l'intégration des différentes applications isolées dans une plateforme centralisée. De nombreuses solutions d'intégration à base d'ESB on été proposées, elles sont soit open-source comme : Mule, Petals, ou encore Fuse, soit propriétaires tels que : Sonic ESB, IBM WebSphere Message Broker, ou Oracle ESB. Cependant, il n'en existe aucune en mesure de traiter, à la fois des aspects : d'intégration et de traitement massivement parallèle, du moins à notre connaissance. L'intégration du parallélisme dans le traitement est un moyen de tirer profit des technologies multicœurs/multiprocesseurs qui améliorent considérablement les performances des ESBs.Toutefois, cette intégration est une démarche complexe et soulève des problèmes à plusieurs niveaux : communication, synchronisation, partage de données, etc.Dans cette thèse, nous présentons l'étude d'une nouvelle architecture massivement parallèle de type ESB. / Enterprise service bus (ESB) is currently the most promising approach for business application integration in distributed and heterogeneous environments. It allows to deploy a service-oriented architecture (SOA) by the integration of all the isolated applications on a decentralized platform.Several commercial or open source ESB-based solutions have been proposed. However, to the best of our knowledge, none of these solutions has integrated the parallel processing. The integration of parallelism in the treatment allows to take advantage of the multicore/multiprocessor technologies and thus can improve greatly the ESB performance. However, this integration is difficult to achieve, and poses problems at multiple levels (communication, synchronization, etc). In this study, we present a new massively parallel ESB architecture that meets this challenge.

Avec l’évolution des technologies de l’internet, les applications et plus généralement lessystèmes distribués sont de plus en plus conçus en composant et interconnectant un ensemblede services distribués. Ces services pouvant être très hétérogènes, plusieurs approches etsolutions pour la gestion de l’intégration et l’interopérabilité ont été proposées. De toutes cespropositions, les bus de services (ESB – Enterprise Service Bus) ont été désignés commeétant la solution la plus adaptée. Toutefois, le problème avec les ESB est qu’ils sont déployésdans un contexte très évolutif et très dynamique; un contexte dans lequel un grand nombre deservices peuvent être fournis et utilisés de façon concurrente à travers le bus. L’utilisationconcurrente de ces services mais aussi des ressources sous-jacentes allouées au bus (mémoire,processeur, etc.) peut conduire à des événements imprévisibles tels qu’une surcharge du bus,une indisponibilité des services, des temps de réponse élevés, une diminution de la fiabilité,etc. Dans ce contexte, des solutions efficaces permettant de garantir ou d'améliorer à la fois laqualité de service et l'évolutivité offertes par les ESB sont nécessaires. Le but de cette thèse est de proposer les principes architecturaux pour la mise en place un busde service autonome (ASB) qui offre une solution de communication scalable guidée par lestransactions des systèmes interconnectés, mais aussi par les ressources disponibles. L’ASBoffre aussi un service d’intégration différentiée en fonction des exigences en termes de qualitéde service spécifiques aux systèmes interconnectés / With the accelerated evolution of Internet, distributed systems are more and more designed asa composition of distributed services that need to be composed to implement complexbusiness processes. Diversity and heterogeneity of these services raise important integrabilityand interoperability requirements. To meet these needs, the Enterprise Service Bus (ESB) hasbeen proposed as a mediator based on open and standard interfaces facilitating theintegrability and interoperability of services. However, in very active and dynamic contextswhere a large number of concurrent services can be provided and consumed via the ESB, thecompetition for using shared services, but also the underlying computing resources allocatedto the ESB (memory, processor, etc.) can lead to unpredictable events such as serviceunavailability, high response time, decrease of reliability, etc. Such anomalies need to beaddressed by proposing efficient strategies able to guarantee or to improve both the QoS andscalability offered by the ESB. The aim of this thesis is to propose an architectural framework for a QoS-aware AutonomicService Bus (ASB) able to offer in an autonomic way a scalable communication solutionguided by distributed systems transactions and the state of the underlying computingresources. The ASB offers also a differentiated integration service based on the QoSrequirements of interconnected systems

L'objectif de cette thèse est de concevoir une architecture de services Web pour la dé-termination automatique d’un système de capteurs personnalisé, embarqué sous forme de vêtement intelligent dédié au self-care, afin de permettre à tout utilisateur profane d'enregistrer lui-même son propre électrocardiogramme (ECG), à tout moment et n’importe où. Le défi principal réside dans l'orchestration intelligente et dynamique de services métiers en fonction du contexte, pour qu’ils fournissent à l'utilisateur une solution personnalisée optimale tout en maîtrisant la complexité inhérente à la dépendance au contexte des interactions homme-machine, à l'extraction des connaissances des signes vitaux spécifiques à un sujet, et à l'automatisation de la reconfiguration des services. Une solution à ce défi est de créer une intelligence ambiante qui étend la notion d'informatique ubiquitaire et est capable d’offrir à l’instar d’un expert du domaine, une assistance intelligente personnalisée à tout citoyen. Nous proposons une méthodologie de construction d'une architecture DM-SOA orientée-services, dirigée à la fois par les données et par des modèles, pour la production de services métiers intelligents et tenant compte du contexte. Cette architecture permet l’automatisation d’activités sophistiquées et personnalisées qu’un expert mettrait en œuvre pour le traitement d’un cas individuel, à partir de ses connaissances professionnelles. La solution proposée est basée sur une nouvelle approche de modélisation dynamique de processus métiers, et l’implémentation de services reconfigurables automatiquement. Elle consiste à mettre en œuvre un environnement intelligent fondé sur une ontologie de processus métiers des concepts du domaine et de son contexte, et sur une base de règles pour l'orchestration contextuelle des services. Pour valider le bien-fondé de notre approche, nous avons proposé une ontologie pour l’automatisation de processus d’aide à la décision et nous l’avons évaluée dans le domaine de la cardiologie, en l’appliquant au problème de la sélection la plus adéquate possible d’un système de positionnement d’électrodes, spécifique à chaque individu, et capable de fournir un signal ECG de contenu diagnostique similaire à celui d'un ECG standard à 12 dérivations. Pour répondre aux besoins en situation de self-care tout en préservant la qualité diagnostique des signaux enregistrés à la demande, nous proposons la réalisation d’un nouveau système prototype de capture ECG-3D à trois modalités. Ce prototype a été testé sur huit jeunes adultes volontaires sains (4 hommes et 4 femmes) présentant diverses caractéristiques morphologiques. L'intelligence ambiante est fournie par un ensemble de services de qualité professionnelle, prêts à l’emploi par des utilisateurs profanes. Ces services peuvent être accessibles au travail, n’importe où, via des moyens classiquement utilisés chaque jour, et fournissent une aide appropriée aux utilisateurs non-compétents. / The aim of the thesis is to design a web services architecture that shall support the automatic determination of a personalised sensor-system, which is embedded in smart garments, and which shall be used in self-care in order to allow a profane user to record himself a personal electrocardiogram (ECG), at anytime and anywhere. The main challenge consists in the intelligent and dynamic orchestration of context-aware business services that supply the user with an optimal personalised solution, while mastering the system’s complexity: context dependent user and system interactions, knowledge extraction from subject-specific vital signs, services reconfiguration automation. The solution to this challenge is to create an Ambient Intelligence which goes beyond Ubiquitous Computing and is capable to replace an expert by proposing an Intelligent Assistance to any citizen. We propose a methodology expressed in terms of Data and Model driven Service Oriented Architecture (DM-SOA), which provides a framework for the production of context-aware intelligent business services. This architecture supports the automation of sophisticated and personalised expert activities, which apply professional knowledge to process an individual case. The proposed solution is based on a new dynamic business process modelling approach and in its implementation via automatically reconfigurable services. It consists in setting-up an intelligent environment based on a business process ontology of context-aware concepts and on related context handling rules for services orchestration. A core-ontology has been designed to support the automation of expert activities related to decision-making. The soundness of the method and of the underlying decision-making techniques has been demonstrated in the cardiology domain for selecting the most adequate subject-specific sensor-system, characterised by its ability to yield for an ECG signal of similar diagnostic content than a standard 12-lead ECG. We propose the design of a new three modalities sensor-system prototype as a response to the need of sensor-systems used on demand in self-care situations and ensuring diagnostic quality signals recordings. This prototype has been tested on a set of healthy volunteers presenting various characteristics in age, sex and morphology. In this context, Ambient Intelligence is demonstrated as an ensemble of professional quality services ready to use by profane users. These services are accessible pervasively, trough the objects people work with / wear on / use each day, and provide an appropriate guidance to the non-competent users. Such an Ambient Intelligence approach strongly supports the vision of an Information Society which corresponds to the long-term goal of the EU Information Society Technologies Research Programme that aims to ease knowledge access. The future healthcare will benefit from this approach and will significantly improve patient care.

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’appliquent au domaine de la gestion de crise française, et notamment à la phase de réponse qui suit un évènement majeur, comme une crue ou un accident industriel. Suite à l’évènement, des cellules de crise sont activées pour prévenir et traiter les conséquences de la crise. Elles font face, dans l’urgence, à de nombreuses difficultés. Les parties-prenantes sont nombreuses, autonomes et hétérogènes, la coexistence de plans d’urgence engendre des contradictions et des effets en cascade se nourrissent des interconnexions entre réseaux. Ces constats arrivent alors que les données disponibles sur les réseaux informatiques ne cessent de se multiplier. Elles sont, par exemple, émises par des capteurs de mesures, sur des réseaux sociaux, ou par des bénévoles. Ces données sont l’occasion de concevoir un système d’information capable de les collecter pour les interpréter en un ensemble d’information formalisé, utilisable en cellule de crise. Pour réussir, les défis liés aux 4Vs du Big data doivent être relevés en limitant le Volume, unifiant (la Variété) et améliorant la Véracité des données et des informations manipulées, tout en suivant la dynamique (Vélocité) de la crise en cours. Nos états de l’art sur les différentes parties de l’architecture recherchée nous ont permis de définir un tel système d’information. Ce dernier est aujourd’hui capable de (i) recevoir plusieurs types d’évènements émis de sources de données connues ou inconnues, (ii) d’utiliser des règles d’interprétations directement déduites de règles métiers réelles et (iii) de formaliser l’ensemble des informations utiles aux parties-prenantes. Son architecture fait partie des architectures orientées évènements, et coexiste avec l’architecture orientée services du logiciel développé par le laboratoire Centre de Génie Industriel (CGI). Le système d’information ainsi implémenté a pu être éprouvé sur un scénario de crue majeure en Loire Moyenne, élaboré par deux Services de Prévision des Crues (SPC) français. Le modèle décrivant la situation de crise courante, obtenu par le système d’information proposé, peut être utilisé pour (i) déduire un processus de réponse à la crise, (ii) détecter des imprévus ou (iii) mettre à jour une représentation de la situation en cellule de crise. / The present work is applied to the field of French crisis management, and specifically to the crisis response phase which follows a major event, like a flood or an industrial accident. In the aftermath of the event, crisis cells are activated to prevent and deal with the consequences of the crisis. They face, in a hurry, many difficulties. The stakeholders are numerous, autonomous and heterogeneous, the coexistence of contingency plans favours contradictions and the interconnections of networks promotes cascading effects. These observations arise as the volume of data available continues to grow. They come, for example, from sensors, social media or volunteers on the crisis theatre. It is an occasion to design an information system able to collect the available data to interpret them and obtain information suited to the crisis cells. To succeed, it will have to manage the 4Vs of Big Data: the Volume, the Variety and Veracity of data and information, while following the dynamic (velocity) of the current crisis. Our literature review on the different parts of this architecture enables us to define such an information system able to (i) receive different types of events emitted from data sources both known and unknown, (ii) to use interpretation rules directly deduced from official business rules and (iii) to structure the information that will be used by the stake-holders. Its architecture is event-driven and coexists with the service oriented architecture of the software developed by the CGI laboratory. The implemented system has been tested on the scenario of a 1/100 per year flood elaborated by two French forecasting centres. The model describing the current crisis situation, deduced by the proposed information system, can be used to (i) deduce a crisis response process, (ii) to detect unexpected situations, and (iii) to update a COP suited to the decision-makers.