Le Système-de-Systèmes (SdS) devient l'un des principaux paradigmes pour l'ingénieriedes solutions de la prochaine génération, telles que les villes intelligentes, les bâtiments intelligents,les systèmes médicaux, les systèmes d'interventions d'urgence et les systèmes de défense. Parconséquent, l'intérêt apporté aux SdS, leur architecture et surtout leur sécurité est en croissancecontinue. Cependant, les caractéristiques de différenciation des SdS, telles que le comportementémergent et l'indépendance managériale et opérationnelle de ses constituants, peuvent introduiredes problèmes spécifiques qui rendent leurs modélisation, simulation et analyse de sécurité un déficritique. Dans cette thèse, nous étudions comment les approches du génie logiciel peuvent êtreétendues pour modéliser et analyser les architectures sécurisées de SdS, afin de découvrir lesattaques à fort impact (attaques en cascade) tôt à la phase d'architecture. Pour atteindre notreobjectif, nous proposons une méthode d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), nommée Systems-of-Systems Security (SoSSec), qui comprend: (1) un langage de modélisation (SoSSecML) pour lamodélisation des architectures sécurisées des SdS, et une extension des Systèmes Multi-Agents(SMA) pour l'analyse des architectures sécurisées des SdS; (2) les outils correspondants: un éditeurgraphique, un générateur de code, une extension de la plate-forme Java Agent Development (JADE)pour la simulation des SMA, un outil personnalisé pour l'enregistrement des résultats de simulation;et (3) un processus pour guider l'utilisation de la méthode SoSSec. Pour illustrer notre approche,nous avons réalisé un cas d'étude sur un bâtiment intelligent réel, le bâtiment de l'école de santé del'Université d'Adélaïde (AHMS). / Systems-of-Systems (SoS) is becoming one of the major paradigm forengineering next generation solutions such as smart cities, smart buildings, health-care, emergencyresponse and defense. Therefore, there is a growing interest in SoS, their architecture and speciallytheir security. However, SoS differentiating characteristics, such as emergent behavior andmanagerial and operational independence of its constituents, may introduce specific issues thatmake their security modeling, simulation and analysis a critical challenge. In this thesis we investigatehow Software Engineering approaches can be extended to model and analyze secure SoS solutionsfor discovering high impact attacks (cascading attacks) at the architecture stage. In order to achieveour objective, we propose a Model Driven Engineering method, Systems-of-Systems Security(SoSSec), that comprises: (1) a modeling description language (SoSSecML) for secure SoS modelingand an extension of Multi-Agent Systems (MAS) for secure SoS architecture analysis, (2) thecorresponding tools: a graphical editor, a code generator, an extension of the Java AgentDevelopment (JADE) MAS simulation framework, a custom logging tool, (3) an utilization process toguide the use of the SoSSec method. To illustrate our approach we conducted a case study on a reallifesmart building SoS, the Adelaide University Health and Medical School (AHMS).

L'essor de l'Internet et l'évolution des dispositifs communicants ont permis l'intégration du monde informatique et du monde réel, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux types d'applications, tels que les applications ubiquitaires et pervasives. Ces applications doivent s'exécuter dans des contextes hétérogènes, distribués et ouverts qui sont en constante évolution. Dans de tels contextes, la disponibilité des services et des dispositifs, les préférences et la localisation des utilisateurs peuvent varier à tout moment pendant l'exécution des applications. La variabilité des contextes d'exécution fait que l'exécution d'une application dépend, par exemple, des services disponibles ou des dispositifs accessibles à l'exécution. En conséquence, l'architecture d'une telle application ne peut pas être connue statiquement à la conception, au développement ou au déploiement, ce qui impose de redéfinir ce qu'est une application dynamique : comment la concevoir, la développer, l'exécuter et la gérer à l'exécution. Dans cette thèse, nous proposons une approche dirigée par les modèles pour la conception, le développement et l'exécution d'applications dynamiques. Pour cela, nous avons défini un modèle de composants à services permettant d'introduire des propriétés de dynamisme au sein d'un modèle de composants. Ce modèle permet de définir une application en intention, via un ensemble de propriétés, de contraintes et de préférences de composition. Une application est ainsi spécifiée de façon abstraite ce qui permet de contrôler la composition graduelle de l'application lors de son développement et de son exécution. Notre approche vise à effacer la frontière entre les activités effectuées avant et pendant l'exécution des applications. Pour ce faire, le même modèle et les mêmes mécanismes de composition sont utilisés de la conception jusqu'à l'exécution des applications. A l'exécution, le processus de composition considère, en plus, les services disponibles dans la plate-forme d'exécution permettant la composition opportuniste des applications ; ainsi que la variabilité du contexte d'exécution permettant l'adaptation dynamique des compositions. Nous avons mis en œuvre notre approche via un prototype nommé COMPASS, qui s'appuie sur les plates-formes CADSE pour la réalisation d'environnements logiciels de conception et de développement, et APAM pour la réalisation d'un environnement d'exécution d'applications à services dynamiques. / The growth of the Internet and the evolution of communicating devices have allow the integration of the computer world and the real world, paving the way for developing new types of applications such as pervasive and ubiquitous ones. These applications must run in heterogeneous, distributed and open environments that evolve constantly. In such environments, the availability of services and devices, the preferences and location of users may change at any time during the execution of applications. The variability of the execution context makes the execution of an application dependent on the available services and devices. Building applications capable of evolving dynamically to their execution context is a challenging task. In fact, the architecture of such an application cannot be fully known nor statically specified at design, development or deployment times. It is then needed to redefine the concept of dynamic application in order to cover the design, development, execution and management phases, and to enable thus the dynamic construction and evolution of applications. In this dissertation, we propose a model-driven approach for the design, development and execution of dynamic applications. We defined a component service model that considers dynamic properties within a component model. This model allows defining an application by its intention (its goal) through a set of composition properties, constraints and preferences. An application is thus specified in an abstract way, which allows controlling its gradual composition during development and execution times. Our approach aims to blur the boundary between development-time and runtime. Thus, the same model and the same composition mechanisms are used from design to runtime. At runtime, the composition process considers also the services available in the execution platform in order to compose applications opportunistically; and the variability of the execution context in order to adapt compositions dynamically. We implemented our approach through a prototype named COMPASS, which relies on the CADSE platform for building software design and development environments, and on the APAM platform for building an execution environment for dynamic service-based applications.

Un des objectifs fondamentaux du dialogue homme-machine est de se rapprocher du dialogue naturel en langage naturel, c'est-à-dire de permettre une interaction entre la machine et son utilisateur humain dans la langue de celui-ci (langage naturel), avec une structure d'échanges similaire à un dialogue humain (dialogue naturel). Les recherches impliquées se nourrissent de travaux linguistiques qui analysent la langue et de travaux pragmatiques qui analysent l'usage du langage en contexte. Deux facettes importantes de la pragmatique linguistique portent ainsi sur les phénomènes de référence, par exemple les désignations des objets accessibles dans le contexte situationnel, et sur les actes de langage, ou actes de dialogue, c'est-à-dire les actions communicatives effectuées par les énoncés constituant les tours de parole. Nous présentons nos travaux de modélisation et de formalisation de ces deux facettes, avec leur application au dialogue avec support visuel et au dialogue associant parole et gestes co-verbaux (dialogue multimodal). Un autre objectif du dialogue homme-machine est de mettre en oeuvre des méthodologies et des moyens, par exemple des architectures logicielles réutilisables, pour faciliter le développement de systèmes. Nous présentons nos réflexions et nos réalisations dans ce sens, à travers notamment notre participation à un ensemble de projets européens. Nous proposons enfin des perspectives de recherche qui visent à mieux intégrer au dialogue homme-machine des phénomènes linguistiques et pragmatiques telles que la saillance et l'ambiguïté.

Simplifier notre interaction avec les entités informatiques interconnectées de notre environnement et faciliter l'exploitation des informations générées par celles-ci est l'objectif des environnements et des applications ubiquitaires. Le comportement des applications ubiquitaires dépend de l'état et de la disponibilité des entités (logiciels ou dispositifs) qui composent l'environnement ubiquitaire dans lequel elles évoluent, ainsi que des préférences et localisations des utilisateurs. Développer et exécuter des applications ubiquitaires est un véritable défi que notre approche essaie de relever au travers de l'environnement d'exécution ApAM. Considérant que l'environnement d'exécution est imprévisible, nous partons du principe qu'une application ubiquitaire doit disposer d'une grande flexibilité dans le choix de ses composants et que cette composition doit être automatique. Nous proposons une description abstraite et implicite de la composition (où les composants et les liens entre eux ne sont pas décrits explicitement), ce qui permet de construire l'application incrémentalement pendant la phase d'exécution. La plate-forme d'exécution ApAM implémente ces mécanismes de composition incrémentale et s'en sert pour conférer aux applications ubiquitaires la capacité de " résister " et de s'adapter aux changements imprévisibles de l'environnement d'exécution. Cette propriété dite de résilience est au coeur de notre approche car elle permet aux programmeurs de développer " simplement " des applications " résilientes " sans avoir à décrire les diverses adaptations à réaliser et même sans connaître toutes les perturbations de l'environnement auxquelles elles seront soumises. Notre proposition offre le moyen de développer et d'exécuter des applications ayant un haut niveau de résilience vis-à-vis des évolutions de leur contexte d'exécution, grâce à des mécanismes automatiques capables de construire et de modifier à l'exécution l'architecture logicielle des applications ubiquitaire. Les mécanismes fournis sont génériques mais peuvent être étendus et spécialisés pour s'adapter plus finement à certaines applications ou à des domaines métiers spécifiques.

Conséquence directe de la popularité croissante des services informatique en nuage, les centres de données se développent à une vitesse vertigineuse et doivent rapidement faire face à des problèmes de consommation d'énergie. Paradoxalement, l'informatique en nuage permet aux infrastructure et applications de s'ajuster dynamiquement afin de rendre l'infrastructure plus efficace en termes d'énergie et les applications plus conformes en termes de qualité de service (QdS). Toutefois, les décisions d'optimisation prises isolément à un certain niveau peuvent indirectement interférer avec (voire neutraliser) les décisions prises à un autre niveau, par exemple, une application demande plus de ressources pour garder sa QdS alors qu'une partie de l'infrastructure est en cours d'arrêt pour des raisons énergétiques. Par conséquent, il devient nécessaire non seulement d'établir une synergie entre les couches du nuage, mais aussi de rendre ces couches suffisamment souples et sensibles pour être en mesure de réagir aux changements d'exécution et ainsi profiter pleinement de cette synergie. Cette thèse propose une approche d'auto-adaptation qui prend en considération les composants applicatifs (élasticité architecturale) ainsi que d'infrastructure (élasticité des ressources) pour réduire l'empreinte énergétique. Chaque application et l'infrastructure sont équipées d'une boucle de contrôle autonome qui leur permet d'optimiser indépendamment leur fonctionnement. Afin de créer une synergie entre boucles de contrôle autour d'un objectif commun, nous proposons un modèle pour la coordination et la synchronisation de plusieurs boucles de contrôle. L'approche est validée expérimentalement à la fois qualitativement (amélioration de QdS et des gains d'énergie) et quantitativement (passage à l'échelle).

Avec la construction des robots de plus en plus complexes, la croissance des architectures logicielles robotiques et l’explosion de la diversité toujours plus grande des applications et misions des robots, la conception, le développement et l’intégration des entités logicielles des systèmes robotiques, constituent une problématique majeure de la communauté robotique. En effet, les architectures logicielles robotiques et les plateformes de développement logiciel pour la robotique sont nombreuses, et sont dépendantes du type de robot (robot de service, collaboratif, agricole, médical, etc.) et de son mode d'utilisation (en cage, d’extérieur, en milieu occupé, etc.). L’effort de maintenance de ces plateformes et leur coût de développement sont donc considérables.Les roboticiens se posent donc une question fondamentale : comment réduire les coûts de développement des systèmes logiciels robotiques, tout en augmentant leur qualité et en préservant la spécificité et l’indépendance de chaque système robotique? Cette question induit plusieurs autres : d’une part, comment décrire et encapsuler les diverses fonctions que doit assurer le robot, sous la forme d’un ensemble d’entités logicielles en interaction? Et d’autre part, comment conférer à ces entités logicielles, des propriétés de modularité, portabilité, réutilisabilité, interopérabilité, etc.?A notre avis, l’une des solutions les plus probables et prometteuses à cette question consiste à élever le niveau d’abstraction dans la définition des entités logicielles qui composent les systèmes robotiques. Pour ce faire, nous nous tournons vers l’ingénierie dirigée par les modèles, et plus particulièrement la conception des DSML (Domain Specific Modeling Language).Dans cette thèse, nous réalisons dans un premier temps, une étude comparative des langages de modélisation et de méthodes utilisés dans le développement des systèmes embarqués temps réel en général. L’objectif de ce premier travail étant de voir s’il en existe qui puissent permettre de répondre aux questions susmentionnées des roboticiens. Cette étude, non seulement nous montre que ces approches ne sont pas adaptées à la définition des architectures logicielles robotiques, mais elle aboutit surtout à unFramework, que nous proposons et qui aide à choisir la (les) méthode(s) et/ou le(s) langage(s) de modélisation le(s) plus adapté(s) aux besoins du concepteur. Par la suite, nous proposons un DSML baptisé RsaML (Robotic Software Architecture Modeling Language), pour la définition des architectures logicielles robotiques avec prise en compte de propriétés temps réel. Pour ce faire, un méta-modèle est proposé à partir des concepts que les roboticiens ont l’habitude d’utiliser pour la définition de leurs applications. Il constitue la syntaxe abstraite du langage. Les propriétés temps réel sont identifiées à leur tour et incluses dans les concepts concernés. Des règles sémantiques du domaine de la robotique sont ensuite définies sous forme de contraintes OCL, puis intégrées au méta-modèle, pour permettre que des vérifications de propriétés non fonctionnelles et temps réel soient effectuées sur les modèles construits. Le Framework de modélisation EMF d’Eclipse a été utilisé pour mettre en oeuvre un éditeur qui supporte le langage RsaML.La suite des travaux réalisés dans cette thèse a consisté à définir des transformations de modèles, puis à les utiliser pour implémenter des générateurs. Ces derniers permettent à partir d’un modèle RsaML construit, d’une part, de produire sa documentation et, d’autre part, de produire du code source en langage C. Ces contributions sont validées à travers un cas d’étude décrivant un scénario basé sur le robot Khepera III. / With the construction of increasingly complex robots, the growth of robotic software architectures and the explosion of ever greater diversity of applications and robots missions, the design, development and integration of software entities of robotic systems, constitute a major problem for the robotics community. Indeed, robotic software architectures and software development platforms for robotics are numerous, and are dependent on the type of robot (service robot, collaborative, agricultural, medical, etc.) and its usage mode (In cage, outdoor, environment with obstacles, etc.).The maintenance effort of these platforms and their development cost are therefore considerable.Roboticists are therefore asking themselves a fundamental question: how to reduce the development costs of robotic software systems, while increasing their quality and preserving the specificity and independence of each robotic system? This question induces several others: on the one hand, how to describe and encapsulate the various functions that the robot must provide, in the form of a set of interactive software entities? And on the other hand, how to give these software entities, properties of modularity, portability, reusability, interoperability etc.?In our opinion, one of the most likely and promising solutions to this question, is to raise the level of abstraction in defining the software entities that make up robotic systems. To do this, we turn to model-driven engineering, specifically the design of Domain Specific Modeling Language (DSML).In this thesis, we first realize a comparative study of modeling languages and methods used in the development of embedded real time systems in general. The objective of this first work is to see if there are some that can make it possible to answer the aforementioned questions of the roboticists. This study not only shows that these approaches are not adapted to the definition of robotic software architectures, but mainly results in a framework, which we propose and which helps to choose the method (s) and / or the modeling language (s) best suited to the needs of the designer. Subsequently, we propose a DSML called Robotic Software Architecture Modeling Language (RsaML), for the definition of robotic software architectures with real-time properties. To do this, a meta-model is proposed from the concepts that roboticists are used to in defining their applications. It constitutes the abstract syntax of the language. Real-time properties are identified and included in the relevant concepts. Semantic rules in the field of robotics are then defined as OCL constraints and then integrated into the meta-model, to allow non-functional and realtime property checks to be performed on the constructed models.Eclipse Modeling Framework has been used to implement an editor that supports the RsaML language. The rest of the work done in this thesis involved defining model transformations and then using them to implement generators. These generators make it possible from a RsaML model built, to produce its documentation and source code in C language. These contributions are validated through a case study describing a scenario based on the Khepera III robot.