Les services numériques sont utilisés pour concevoir des applications reparties en abstrayant des logiciels et ressources virtuelles. La relation entre les services est définie par des accords au niveau de service (SLA) qui décrivent la qualité de service (QoS). Dans ce contexte, le défi est de gérer l'exécution des services en respectant la QoS. En premier lieu, ces services s'exécutent sur des environnements dynamiques et distribués. Ensuite, des buts de haut-niveau tels que la QoS et le prix de service doivent être traduits afin de configurer le système. Cette thèse propose une solution autonome pour gérer l'exécution des services sur des infrastructures distribuées. Plus précisément, l'exécution des services vise à garantir la QoS ainsi que l'augmentation du gain du fournisseur. Cette thèse décrit la conception et la mise en oeuvre du canevas Qu4DS qui supporte le cycle de vie des SLA. De plus, Qu4DS offre un support de haut-niveau pour des développeurs de services. Les résultats expérimentaux sur la grille Grid'5000 valident la contribution de cette thèse.

This document is especially aimed at web services technologies and testing them using fault injection methods. The work deals with Service-Oriented Architecture, used as a standard for web service implementation, and with software testing in general. Practical part of the project includes the design and realization of a tool, which is able to test the most common types of web services according to setup criteria. To demonstrate its functionality, some of the sample and public web services were tested.

Pour faire face aux contraintes économiques (demande de plus en plus importante pour de la personnalisation de masse, globalisation et réduction des coûts…), le développement de stratégies de production « Juste À Temps », ou « Lean Manufacturing » impose la réorganisation de l’entreprise sur les activités génératrices de valeur en suivant une logique de chaîne de valeur pour éviter tout gaspillage. Cette stratégie conduit de fait à un recentrage métier et une extension de la chaîne de valeur. L’entreprise est donc amenée à développer des stratégies de collaboration (Bare et Cox, 2008 ; Davis, 1987) et doit disposer d’un SI Lean (réponse au plus juste), agile pour réagir aux fluctuations et aléas, ouvert pour assurer un partenariat avec ses fournisseurs, ses clients et ses partenaires et, enfin, interopérable pour faciliter la communication entre les différents systèmes et concilier ces différentes facettes métiers. Or, le SI de l’entreprise est constitué d’une multiplicité de logiciels (l’ERP (Enterprise Resource Planning), le MES (Manufacturing Execution System), le PLM (Product Life-cycle Management), le SCM (Supply Chain Management)…). Chaque système vise à répondre à un objectif donné pour une facette métier, et est développé selon des spécifications métier propres échappant le plus souvent à toute standardisation. Ceci engendre une redondance, une hétérogénéité et une augmentation du volume d’information, d’où des risques d’incohérence, de rigidité du SI et notamment une grande difficulté de communication dans le cadre de collaboration interentreprises. Pour répondre à ces aléas, il importe de définir un SI agile et interopérable et de réorganiser les processus pour supporter la chaîne de valeur de l’entreprise. C’est dans cet objectif que nous proposons de développer un Lean ESB (Enterprise Service Bus), socle d’une Architecture Orientée Services, doté d’une couche sémantique métier. Nous avons défini quatre modules du Lean ESB : • Le module de médiation définit les échanges d’information entre les différents métiers et entre le métier et la technologie pour assurer le fonctionnement des autres modules. • Le module de chorégraphie dynamique permet de composer les services industriels pour définir les processus selon les besoins de production spécifiés par le client. • Le module de routage intelligent organise les ressources de l’atelier pour définir des processus en flux tirés. • Le module de monitoring et gouvernance permet de contrôler la performance de la production et la qualité des produits. / To meet the economic constraints (growth of mass customization demands, globalization and cost reducing), the development of new strategies forms as a “Just In Time” production strategy or “Lean Manufacturing” needs to reorganize the enterprise taking into account the activities which generates value (following the value-chain logic) in order to avoid wastefulness. This strategy leads to a business refocusing and a value-chain extension. The enterprise has to develop collaboration strategies (Bare and Cox, 2008 ; Davis, 1987) and has to have a Lean (just in time response) Information Systems (IS), agile IS to react fluctuations, open IS to support a partnership with suppliers, customers and partners and interoperable IS to make easier the communication between systems and business views. However, the enterprise IS contains multiple systems: ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System), PLM (Product Life-cycle Management), SCM (Supply Chain Management)…Each system is designed to meet a particular business view, and is developed according to specific business requirementswithout any standardization which cause redundancy, heterogeneity and increase the volume of information including an inconsistency, a rigidity of the IS and a difficulty of inter-enterprise collaboration. To face theses disadvantages we have to define an agile and interoperable IS and to reorganize processes to support the enterprise value-chain. Therefore, we propose to develop a Lean ESB (Enterprise Service Bus) which is a Service Oriented Architecture middleware, improved by a business semantic layer. We defined four modules of Lean ESB:• The mediation module defines information exchange between a business layers and IS and insures other modules operating. • The dynamic choreography module enables industrial services composition to define processes in accordance with customer demands. • The intelligent routing module organizes workshop resources in order to reorganize processes in a pull flow strategy. • The monitoring and governance module enables the control of production performance and products quality.

Le processus de composition des services Web joue un rôle important dans la réalisation des architectures orientées services (SOA). Dans les environnements dynamiques dans lesquels des informations con-textuelles changent souvent, le processus de composition est souvent affec-té pendant les phases de conception et d’exécution. Ce processus devrait par conséquence être en mesure de s'adapter aux changements en temps de conception et exécution. A présent, les architectures orientées services et les mécanismes automatiques de composition de services Web ne parviennent pas à faire face aux changements continus et imprévisibles. Construire des architectures orientées services qui s'adaptent aux changements dans des environnements dynamiques révèle un défi pour les processus de com-position de services Web. En outre, les processus de composition actuelles offrent un support limité pour les utilisateurs professionnels de spécifier leurs exigences métier afin générer automatiquement les processus métiers (services Web composites). Par cela, l'écart entre les exigences fonction-nelles et non-fonctionnelles au niveau métier et les exigences techniques liées aux mécanismes de composition de services Web augmentent la com-plexité du développement d'applications ou de processus métier adaptés aux environnements dynamiques. Pour remédier à ces défis, nous introduisons le concept de rési-lience appliqué à l'informatique orientée services (nommé SOC résilient) afin de construire des applications et processus métier dynamiques en res-pectant les exigences métier dans des environnements dynamiques. La SOA résilient est conçue comme un ensemble de modèles qui affectent, et sont affectées par, d’autres modèles. Dans cette thèse, nos contributions, qui se concentrent en particulier sur le modèle d’exigence de composition et le modèle de composition des services Web, composent trois parties princi-pales: tout d'abord le modèle de d’exigence est modélisé aux trois niveaux, i.e., métier, capacité, et règle. Particulièrement, le modèle de d’exigence métier offre aux utilisateurs un langage structuré à base de langage naturelle pour spécifier les processus métier; d'autre part, un processus de trans-formation dérive par transformation un modèle d’exigence de composition à base de règles. Chaque règle représente un ensemble de contraintes multi-objectives concernant différentes variables liées au processus de composi-tion et à son environnement dynamique. Troisièmement, une approche ad-hoc de composition des services Web a été développée pour construire de services composites sans plans de composition prédéfinis dans des environ-nements dynamiques. L’approche de transformation de modèle-à-modèle génère les règles qui sont récursivement utilisées pour modifier ces modèles et ensuite replanifiés une composition ad-hoc de services Web. / Due to the distributed and asynchronous nature of Web services, the Web service composition process plays an important role in achieving SOC. In dynamic environments by which contextual information such as Web service properties and composition requirements often change, the composition process is thus affected and, consequently, should be able to adapt composite applications to changes at design time and runtime. Un-fortunately, current Service-Oriented Architecture (SOA) and Web service composition approaches lack of the ability to deal with continuous and un-predictable changes. Building resilient service-oriented architectures that are adaptable to endogenous and exogenous changes in dynamic environments reveal a drastic challenge to current composition processes. In addition, current composition processes provide a limited support for business users to specify their requirements in business languages to automatically compose business processes (i.e., composite services). By such, the gap be-tween business requirements and composition requirements related to Web services increases the complexity of developing adaptable SOA-based ap-plications and processes in dynamic environments. To overcome these challenges, we introduce the concept of Resili-ent Service-Oriented Computing (rSOC) to construct resilient SOA-based applications driven by business requirements in dynamic environments. To this end, the resilient SOA is defined as a set of models that affect and are affected by each other, and relies on a model-to-model transformation ap-proach to ensure SOA adaptability and evolution. In this thesis, we particu-larly focus on two models: a three-level composition requirement model and a Web service composition model, to establish the foundation for a re-silient SOA as follows: firstly, composition requirements are modeled in three levels, i.e., business-centric, capability-focused and rule-driven. Par-ticularly the business-centric requirement model provides business users with a structured natural language to specify requirements; secondly, a two-phase requirement transformation process builds the rule-driven Web ser-vice composition requirement model from the business-centric requirement model as set of composition rules, expressing multi-objective constraints that affect the composition process and its dynamic environment; thirdly, an ad-hoc Web service composition approach is introduced to flexibly con-struct composite services without predefined composition plans. Particularly, composition rules generated in composition process may affect other model(s) in the resilient SOA, such as composition requirement model, and recursively invoke the model-to-model transformation approach to replan the ad-hoc Web service composition approach.

Malgré de nombreuses années de travail en robotique, il existe toujours un manque d’architecture logicielle et de middleware stables pour les systèmes multi-robot. Un intergiciel robotique devrait être conçu pour faire abstraction de l’architecture matérielle de bas niveau, faciliter la communication et l’intégration de nouveaux logiciels. Cette thèse se concentre sur le middleware pour systèmes multi-robot et sur la façon dont nous pouvons améliorer les frameworks existantes dans un contexte multi-robot en ajoutant des services de coordination multi-robot, des outils de développement et de déploiement massif. Nous nous attendons à ce que les robots soient de plus en plus utiles car ils peuvent tirer profit des données provenant d’autres périphériques externes dans leur prise de décision au lieu de simplement réagir à leur environnement local (capteurs, robots coopérant dans une flotte, etc.). Cette thèse évalue d’abord l’un des intergiciels les plus récents pour robot(s) mobile(s), Robot operating system (ROS), suivi par la suite d’un état de l’art sur les middlewares couramment utilisés en robotique. Basé sur les conclusions, nous proposons une contribution originale dans le contexte multi-robots, appelé SDfR (Service discovery for Robots), un mécanisme de découverte des services pour les robots. L’objectif principal est de proposer un mécanisme permettant aux robots de garder une trace des pairs accessibles à l’intérieur d’une flotte tout en utilisant une infrastructure ad-hoc. A cause de la mobilité des robots, les techniques classiques de configuration de réseau pair à pair ne conviennent pas. SDfR est un protocole hautement dynamique, adaptatif et évolutif adapté du protocole SSDP (Simple Service Discovery Protocol). Nous conduisons un ensemble d’expériences, en utilisant une flotte de robots Turtlebot, pour mesurer et montrer que le surdébit de SDfR est limité. La dernière partie de la thèse se concentre sur un modèle de programmation basé sur un automate temporisé. Ce type de programmation a l’avantage d’avoir un modèle qui peut être vérifié et simulé avant de déployer l’application sur de vrais robots. Afin d’enrichir et de faciliter le développement d’applications robotiques, un nouveau modèle de programmation basé sur des automates à états temporisés est proposé, appelé ROSMDB (Robot Operating system Model Driven Behaviour). Il fournit une vérification de modèle lors de la phase de développement et lors de l’exécution. Cette contribution est composée de plusieurs composants : une interface graphique pour créer des modèles basés sur un automate temporisé, un vérificateur de modèle intégré basé sur UPPAAL et un générateur de squelette de code. Enfin, nous avons effectué deux expériences : une avec une flotte de drones Parrot et l’autre avec des Turtlebots afin d’illustre le modèle proposé et sa capacité à vérifier les propriétés. / Despite many years of work in robotics, there is still a lack of established software architecture and middleware for multi-robot systems. A robotic middleware should be designed to abstract the low-level hardware architecture, facilitate communication and integration of new software. This PhD thesis is focusing on middleware for multi-robot system and how we can improve existing frameworks for fleet purposes by adding multi-robot coordination services, development and massive deployment tools. We expect robots to be increasingly useful as they can take advantage of data pushed from other external devices in their decision making instead of just reacting to their local environment (sensors, cooperating robots in a fleet, etc). This thesis first evaluates one of the most recent middleware for mobile robot(s), Robot operating system (ROS) and continues with a state of the art about the commonly used middlewares in robotics. Based on the conclusions, we propose an original contribution in the multi-robot context, called SDfR (Service discovery for Robots), a service discovery mechanism for Robots. The main goal is to propose a mechanism that allows highly mobile robots to keep track of the reachable peers inside a fleet while using an ad-hoc infrastructure. Another objective is to propose a network configuration negotiation protocol. Due to the mobility of robots, classical peer to peer network configuration techniques are not suitable. SDfR is a highly dynamic, adaptive and scalable protocol adapted from Simple Service Discovery Protocol (SSDP). We conduced a set of experiments, using a fleet of Turtlebot robots, to measure and show that the overhead of SDfR is limited. The last part of the thesis focuses on programming model based on timed automata. This type of programming has the benefits of having a model that can be verified and simulated before deploying the application on real robots. In order to enrich and facilitate the development of robotic applications, a new programming model based on timed automata state machines is proposed, called ROSMDB (Robot Operating system Model Driven Behaviour). It provides model checking at development phase and at runtime. This contribution is composed of several components: a graphical interface to create models based on timed automata, an integrated model checker based on UPPAAL and a code skeleton generator. Moreover, a ROS specific framework is proposed to verify the correctness of the execution of the models and to trigger alerts. Finally, we conduct two experiments: one with a fleet of Parrot drones and second with Turtlebots in order to illustrates the proposed model and its ability to check properties.

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.

L'intelligence ambiante est considérée comme l'une des évolutions majeures de l'informatique ubiquitaire. Elle vise la mise en œuvre des environnements ambiants ou des espaces intelligents permettant d'améliorer la vie quotidienne des utilisateurs, leur bien-être et leur sécurité. Un environnement ambiant dispose d'une multitude d'équipements (capteurs, actionneurs), fournissant des services ubiquitaires atomiques qui sont distribués et de nature hétérogène. Ces services atomiques disponibles dans ce type d'environnement, ne répondent pas directement ou complètement à toutes les exigences et les besoins des utilisateurs. Par ailleurs, ces services de haut niveau peuvent impliquer l'interaction de services ubiquitaires appartenant et/ou contrôlés par différentes structures ou domaines (i.e. environnement multi-domaine). Dans ces travaux de thèse, on a étudié les problématiques reliées à l'agrégation des services ubiquitaires atomiques dans des coopérations et des compositions dans un environnement ambiant multi-domaine afin de répondre à des besoins utilisateurs. Cette étude concerne l'interopérabilité sémantique et comportementale des compositions de services ainsi que leurs spécifications dans un modèle formel basé sur la logique constructive BCDL0. Cette thèse a contribuée par la réalisation d'un canevas sémantique permettant la conception et la vérification formelles des processus coopératifs dans l'assistant à la preuve Isabelle/HOL. Le canevas sémantique proposé consiste en une ontologie de coopération extensible et un langage de spécification de services fiable (Sound) ainsi que des modules de mise en correspondance vers des infrastructures cibles / Ambient Intelligence is considered as the major application domain of ubiquitous computing. It aims at implementing intelligent environments to improve the daily activities, the well-being and the safety of users. An ambient environment has a multitude of devices (sensors, actuators), providing atomic ubiquitous services which are distributed and heterogeneous. These atomic services available in these environments, do not directly or fully meet all the requirements and the needs of users. Moreover, these high-level services may involve the interaction of ubiquitous services owned and/or controlled by different structures or domains (i.e. multi-domain environment). In this work, we studied the problems related to the aggregation of atomic ubiquitous services in cooperations and compositions in an ambient multi-domain environment in order to meet users' needs. This study concerns the semantic and behavioral interoperability of high-level composite services and their formal specification. This latter, is based on the Basic Constructive Description Logic, namely, BCDL0 formal model. This work contributes by realizing a semantic framework for the design and formal verification of cooperative processes in the interactive theorem prover Isabelle/HOL. The proposed semantic framework consists of an extensible cooperation ontology, a sound formal specification language of ubiquitous services and a components for mapping the formally proved cooperatives processes to the targeted infrastructures

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.