Les équipements électroniques envahissent progressivement l'univers quotidien. D'aucuns souhaiteraient que ces équipements puissent intelligemment réagir à l'activité de l'utilisateur afin de l'assister dans ces activités de tous les jours. Le domaine de l'Informatique Pervasive adresse la vision de ce monde naturellement numérique assistant les individus sans être intrusif.<br /><br />Face aux défis de l'Informatique Pervasive dans les réseaux locaux, notamment la distribution, l'hétérogénéité et la dynamique des équipements, cette thèse répond par une ligne de conduite et l'approche logicielle Home SOA. Cette ligne de conduite distingue les situations où les solutions protocolaires sont pertinentes et ramène les autres situations à des problèmes de génie logiciel. Parmi les solutions protocolaires, la proposition d'une interface uniforme de gestion de cycle de vie logiciel dans le Comité de Travail UPnP Device Management est une des contributions importantes. <br /><br />Le Home SOA est l'association de technologies de développement modulaire et d'un ensemble de patrons de conception orientés objets. Au-delà de l'orientation objet, le Home SOA exploite les modèles récents de composants à services et le concept de plateforme de services. Les pilotes orientés service masquent les aspects distribués tout en réifiant la dynamique des entités pervasives sur la plateforme. Les pilotes raffinés adaptent les objets mandataires dans des interfaces à la sémantique du domaine d'application visé. La contextualisation des services de la plateforme alliée à une automatisation de la sélection de service achève de simplifier le développement d'applications pervasives. Le cadriciel est implémenté au-dessus de la plateforme OSGi et est validé par la réalisation d'applications conscientes du contexte et mixant des domaines d'applications distincts dans le réseau domestique.

Le développement et l'adoption des technologies associées aux services web permettent aux entreprises d'implanter de nouvelles applications en composant des services existants. Cependant, la mise en oeuvre de processus métiers interagissant sur le web reste une tâche complexe. Le concept de service web, basé sur les standards de l'internet, vise à faciliter le développement de ce type de processus et les interactions entre plusieurs partenaires dans le but de produire un service à valeur ajoutée. Mais, paradoxalement, le développement de services créés par chaque entreprise de manière autonome a donné lieu à une hétérogénéité qui pose divers problèmes au moment de l'exécution de la composition obtenue, surtout lorsque celle-ci est munie de propriétés transactionnelles.<br />L'étude présentée dans ce document nous a permis d'identifier les problèmes liés d'une part, à la composition de services web, et d'autre part à l'association de propriétés transactionnelles à cette composition. Nous nous sommes intéressés à ces deux problématiques qui nous ont conduits à la conception du canevas TCOWS - Transactional Composition Of Web Services - pour la composition de services web en tenant compte des propriétés transactionnelles des services composants. Le modèle permet aux concepteurs de composer des services et de prendre en compte des contraintes liées à la portée de la transaction et, par le biais de restrictions et de préférences, de fixer la qualité de service requise par les composants. Au moment de l'exécution, s'appuyant sur le concept de communautés de services, le canevas choisit, parmi les services accessibles via une communauté, ceux qui répondent le mieux aux besoins de la composition, tout en respectant ces caractéristiques transactionnelles.

L'orientation service occupe de plus en plus une place importante dans la structuration des systèmes complexes. La conception et le développement d'applications évoluent progressivement d'un modèle traditionnel vers un modèle plus dynamique orienté services où la réutilisation et l'adaptabilité jouent un rôle important. Dans cette thèse, nous proposons une étude portant sur la conception et le développement d'applications par composition de services. Nous décrivons un environnement de partage de services : DyCoSe. Il consiste en un écosystème coopératif où les entreprises membres, organisées en communautés, partagent un consensus global représentant les fonctionnalités métier récurrentes et les propriétés non fonctionnelles communes. La composition d'applications dans DyCoSe repose sur une architecture à trois niveaux combinant à la fois une démarche descendante et une autre ascendante. La démarche descendante permet de décrire l'application à travers une interaction de composants haut niveau et de la raffiner en une ou plusieurs orchestrations de services. La démarche ascendante projette les caractéristiques de l'infrastructure réseau sous-jacente au niveau services. Un processus d'instanciation visant à réaliser une application composite est détaillé. Il formalise le choix des services, selon un ensemble de contraintes données, comme un problème d'optimisation de coûts. Deux solutions au problème d'instanciation sont étudiées. Une solution globale tient compte de l'ensemble des services disponibles dans l'écosystème et une solution locale favorise les services de certaines communautés. Un algorithme génétique est décrit comme implémentation de l'instanciation globale. Une simulation stochastique de l'environnement DyCoSe est proposée. Elle permet d'étudier les possibilités d'instanciation d'une application donnée dans un environnement où la disponibilité des services n'est pas garantie. Elle permet d'étudier aussi, le taux de réussite de l'exécution d'une instance d'une application donnée.

Le paradigme architecture orientée service AOS est devenu un standard pour la conception et le développement d'applications distribuées dans base de services Web. Malgré tous les avantages qu'elles apportent en termes d'interopérabilité et de réutilisation, les solutions de développement associées au paradigme AOS sont destinées aux programmeurs et restent difficiles à comprendre par le monde de l'entreprise. Pour être en phase avec le monde de l'entreprise, les applications à base de services Web doivent être décrites en termes d'exigences qu'elles permettent de satisfaire et non pas en termes de fonctionnalités qu'elles permettent de réaliser. Ceci permet de minimiser la discordance conceptuelle entre les services logiciels et l'énoncé des exigences des utilisateurs. Nous proposons dans le cadre de ce travail de thèse, une approche multi-perspective centrée exigences pour la composition de services Web. Notre approche positionne la composition des services dans une perspective centrée exigences dans laquelle les services métiers de haut niveau sont décrits en termes d'exigences qu'ils permettent de satisfaire. Un processus d'alignement est proposé pour assurer une mise en correspondance de ces services avec les services logiciels de bas niveau qui sont décrits en termes de déclarations techniques au niveau d'une perspective centrée fonctions. Ce processus intègre la variabilité de composition tout au long des étapes de construction de ces applications à base de services.

Récemment, l'approche à services est apparue en ayant pour but de construire des applications à partir d'entités logicielles, nommées services. Un service fournit un ensemble de fonctionnalités définies par une description de services. A partir de cette description, un consommateur de service peut rechercher un service qui corresponde à ses besoins, le sélectionner et l'invoquer. La construction d'applications par composition de services demeure néanmoins une activité complexe puisqu'il faut traiter conjointement les aspects métier et techniques ; la composition doit satisfaire aux exigences fonctionnelles et non-fonctionnelles ainsi que respecter les contraintes des technologies à services liées, notamment, à l'hétérogénéité des plates-formes. Par ailleurs, les points forts de l'architecture à services, qui sont la distribution et le déploiement des services sur des platesformes hétérogènes, ouvrent d'importantes failles de sécurité. Nous proposons une approche dirigée par les modèles pour simplifier la réalisation d'applications basées sur une orchestration de services hétérogènes en prenant en considération les aspects de sécurité dès l'étape de conception. Pour cela, nous avons défini deux méta-modèles : l'un pour l'orchestration de services et l'autre pour la sécurité, ainsi que des liens entre ces méta-modèles dans le but d'étendre l'orchestration avec des propriétés de sécurité. Ainsi, il est possible de réaliser des modèles d'orchestration de services hétérogènes et sécurisés conformes aux méta-modèles. A partir de ces modèles, nous générons le code nécessaire à l'exécution de l'orchestration. L'exécution se fait en fonction des modèles définis dans la phase de conception et des services disponibles qui répondent aux spécifications. Notre approche a été validée avec la plate-forme Secure FOCAS, qui a été réalisée dans le cadre du projet Européen ITEA SODA.

Au vu des dernières avancées dans le domaine de l’ingénierie web, ainsi qu’avec la baisse de coût du cloud computing, les architectures orientées services sont rapidement devenues la solution prépondérante pour fournir des services à valeur ajoutée aux clients. Suite à cette tendance, la composition de services tiers est devenue un paradigme de référence pour le développement d’applications robustes et riches, ou encore pour l’automatisation de processus métiers. Avec la disponibilité de centaines de milliers de services et APIs web, la réalisation de telles intégrations devient lourde et fastidieuse quand effectuée manuellement. Par ailleurs, chaque client peut exiger des besoins et politiques d’intégration différentes, ce qui complexifie davantage la tâche. De plus, fournir une telle solution qui soit à la fois robuste et scalable est une tâche non-triviale. Il est donc primordial d’étudier comment coordonner de manière efficace les interactions entre les services web existants. Ainsi, cette thèse vise à étudier les problématiques liées à la composition de services web dans le contexte des pratiques de développement web modernes. Nous présentons un cadre architectural permettant la spécification de compositions de services web grâce à une approche orientée langage, et montrons comment supporter leur exécution de manière scalable grâce à MEDLEY, une plateforme légère et orientée événements. / In light of the recent advances in the field of web engineering, along with the decrease of cost of cloud computing, service-oriented architectures rapidly became the leading solution in providing valuable services to clients. Following this trend, the composition of third-party services has become a successful paradigm for the development of robust and rich distributed applications, as well as automating business processes. With the availability of hundreds of thousands of web services and APIs, such integrations become cumbersome and tedious when performed manually. Furthermore, different clients may require different integration requirements and policies, which further complexifies the task. Moreover, providing such a solution that is both robust and scalable is a non-trivial task. Therefore, it becomes crucial to investigate how to efficiently coordinate the interactions between existing web services. As such, this thesis aims at investigating the underlying challenges in web service composition in the context of modern web development practices. We present an architectural framework to support the specification of web service compositions using a language-based approach, and show how we support their execution in a scalable manner using MEDLEY, a lightweight, event-driven platform.

La thèse rapportée dans ce manuscrit étudie l'impact de ces propriétés dans la composition de services Web. La considération de telles propriétés soulève plusieurs problèmes auxquels on a essayé d'apporter une solution. Le premier aspect consiste à définir un modèle qui tienne compte des abstractions nécessaires afin de pouvoir analyser et synthétiser une composition, à savoir les messages, les données, les contraintes de données, les propriétés temporelles et l'aspect asynchrone des communications des services. En se basant sur ce modèle, le deuxième problème consiste à proposer une approche d'analyse de compatibilité. Cette analyse vise à caractériser la compatibilité ou la non-compatibilité des services Web et ce en prenant en considération les abstractions précédemment citées. Nous étudions particulièrement l'impact des propriétés temporelles dans une chorégraphie dans laquelle les services Web supportent des communications asynchrones. Nous proposons une démarche basée sur le model checking qui permet de détecter les éventuels conflits temporisés qui peuvent surgir dans une chorégraphie. Finalement, le dernier problème auquel nous nous intéressons est celui de la construction d'une composition qui essaie de répondre au besoin du client et ce en prenant en compte les aspects temporels. L'approche que l'on propose est basée sur la génération d'un médiateur pour essayer, quand c'est possible, de contourner les incompatibilités temporisées et non-temporisées qui peuvent surgir lors d'une collaboration. Des mécanismes et des algorithmes ont été développés afin de mettre en oeuvre ces objectifs / Web services are based on standrards and Web technologies to interact by exchanging messages. Apart from the sequences of messages, other factors affect the interoperability of Web services, such as temporal constraints that specify the required delay to exchange messages. This thesis studies the impact of these properties in the composition of Web services. The consideration of such properties raises several problems that need several investigations. The first aspect is to define a formal model that takes into account the necessary abstractions in order to analyze and synthesize a composition. The abstractions we have considered are: messages, data, data constraints, temporal properties and the asynchronous nature of services communications. Based on this model, the second problem we handled is the compatibility analysis. This later aims at characterizing the compatibility or incompatibility of Web services by taking into account the abstractions mentioned above. We propose an approach based on model checking to detect the conflicts that may arise in timed choreography. Finally, the last problem we dealt with is the construction of a composition which attempts to satisfy the client need. The approach that we propose is based on the generation of a mediator to try, whenever possible, to resolve the incompatibilities that may arise during a collaboration. Mechanisms and algorithms have been developed to implement these primitives

Avec le développement de l'Internet des services, composer dynamiquement des services distribués faiblement couplés est devenu le nouveau challenge du calcul à large échelle. Alors que la composition de services est devenue un élément clef des plates-formes orientées service, les systèmes de composition de services suivent pour la plupart une approche centralisée connaissant l'ensemble des informations de flux de contrôle et de données du workflow, posant un certain nombre de problèmes, notamment de passage à l'échelle et de fiabilité. Dans un monde où les plates-formes sont de plus en plus dynamiques, de nouveaux mécanismes de coordination dynamiques sont requis. Dans ce contexte, des métaphores naturelles, et en particulier la méthapore chimique, ont gagné une attention particulière récemment, car elles fournissent des abstractions pour une coordination flexible d'entités. Dans cette thèse, nous présentons un système de gestion de workflow fondée sur la métaphore chimique, qui fournit un modèle d'exécution haut-niveau pour l'exécution centralisée et décentralisée de compositions (ou workflows). Selon ce modèle, les services sont vus comme des molécules qui flottent dans une solution chimique. La coordination de ces services est effectuée par un ensemble de réactions entre ces molécules exprimant l'exécution décentralisée d'un workflow. Par ailleurs, si le paradigme chimique est aujourd'hui considéré comme un modèle de coordination prometteur, il manque des résultats expérimentaux. Ainsi, nous avons développé un prototype logiciel. Des expériences ont été menées avec des workflows d'applications réelles pour montrer la viabilité de notre modèle.

La robotique ambiante s'intéresse à l'introduction de robots mobiles au sein d'environnements actifs où ces derniers fournissent des fonctionnalités alternatives ou complémentaires à celles embarquées par les robots mobiles. Cette thèse étudie la mise en concurrence des fonctionnalités internes et externes aux robots, qu'elle pose comme un problème de sélection de services logiciels. La sélection de services consiste à choisir un service ou une combinaison de services parmi un ensemble de candidats capables de réaliser une tâche requise. Pour cela, elle doit prédire et évaluer la performance des candidats. Ces performances reposent sur des critères non-fonctionnels comme la durée d'exécution, le coût ou le bruit. Ce domaine applicatif a pour particularité de nécessiter une coordination étroite entre certaines de ses fonctionnalités. Cette coordination se traduit par l'échange de flots de données entre les fonctionnalités durant leurs exécutions. Les fonctionnalités productrices de ces flots sont modélisées comme des services continus. Cette nouvelle catégorie de services logiciels impose que les compositions de services soient hiérarchiques et introduit des contraintes supplémentaires pour la sélection de services. Cette thèse met en évidence la présence d'un important couplage non-fonctionnel entre les performances des instances de services de différents niveaux, même lorsque les flots de données sont unidirectionnels. L'approche proposée se concentre sur la prédiction de la performance d'une instance de haut-niveau sachant son organigramme à l'issue de la sélection. Un organigramme regroupe l'ensemble des instances de services sollicitées pour réaliser une tâche de haut-niveau. L'étude s'appuie sur un scénario impliquant la sélection d'un service de positionnement en vue de permettre le déplacement d'un robot vers une destination requise. Pour un organigramme considéré, la prédiction de performance d'une instance de haut-niveau de ce scénario introduit les exigences suivantes : elle doit (i)être contextuelle en tenant compte, par exemple, du chemin suivi pour atteindre la destination requise, (ii) prendre en charge le remplacement d'une instance de sous-service suite à un échec ou, par extension, de façon opportuniste. En conséquence, cette sélection de services est posée comme un problème de prise de décision séquentielle formalisé à l'aide de processus de décision markoviens à horizon fini. La dimensionnalité importante du contexte en comparaison à la fréquence des déplacements du robot rend inadaptées les méthodes consistant à apprendre directement une fonction de valeur ou une fonction de transition. L'approche proposée repose sur des modèles de dynamique locaux et exploite le chemin de déplacement calculé par un sous-service pour estimer en ligne les valeurs des organigrammes disponibles dans l'état courant. Cette estimation est effectuée par l'intermédiaire d'une méthode de fouille stochastique d'arbre, Upper Confidence bounds applied to Trees

La robotique ambiante s'intéresse à l'introduction de robots mobiles au sein d'environnements actifs où ces derniers fournissent des fonctionnalités alternatives ou complémentaires à celles embarquées par les robots mobiles. Cette thèse étudie la mise en concurrence des fonctionnalités internes et externes aux robots, qu'elle pose comme un problème de sélection de services logiciels. La sélection de services consiste à choisir un service ou une combinaison de services parmi un ensemble de candidats capables de réaliser une tâche requise. Pour cela, elle doit prédire et évaluer la performance des candidats. Ces performances reposent sur des critères non-fonctionnels comme la durée d'exécution, le coût ou le bruit. Ce domaine applicatif a pour particularité de nécessiter une coordination étroite entre certaines de ses fonctionnalités. Cette coordination se traduit par l'échange de flots de données entre les fonctionnalités durant leurs exécutions. Les fonctionnalités productrices de ces flots sont modélisées comme des services continus. Cette nouvelle catégorie de services logiciels impose que les compositions de services soient hiérarchiques et introduit des contraintes supplémentaires pour la sélection de services. Cette thèse met en évidence la présence d'un important couplage non-fonctionnel entre les performances des instances de services de différents niveaux, même lorsque les flots de données sont unidirectionnels. L'approche proposée se concentre sur la prédiction de la performance d'une instance de haut-niveau sachant son organigramme à l'issue de la sélection. Un organigramme regroupe l'ensemble des instances de services sollicitées pour réaliser une tâche de haut-niveau. L'étude s'appuie sur un scénario impliquant la sélection d'un service de positionnement en vue de permettre le déplacement d'un robot vers une destination requise. Pour un organigramme considéré, la prédiction de performance d'une instance de haut-niveau de ce scénario introduit les exigences suivantes : elle doit (i)être contextuelle en tenant compte, par exemple, du chemin suivi pour atteindre la destination requise, (ii) prendre en charge le remplacement d'une instance de sous-service suite à un échec ou, par extension, de façon opportuniste. En conséquence, cette sélection de services est posée comme un problème de prise de décision séquentielle formalisé à l'aide de processus de décision markoviens à horizon fini. La dimensionnalité importante du contexte en comparaison à la fréquence des déplacements du robot rend inadaptées les méthodes consistant à apprendre directement une fonction de valeur ou une fonction de transition. L'approche proposée repose sur des modèles de dynamique locaux et exploite le chemin de déplacement calculé par un sous-service pour estimer en ligne les valeurs des organigrammes disponibles dans l'état courant. Cette estimation est effectuée par l'intermédiaire d'une méthode de fouille stochastique d'arbre, Upper Confidence bounds applied to Trees / Ambient robotics aims at introducing mobile robots in active environments where the latter provide new or alternative functionalities to those shipped by mobile robots. This thesis studies the competition between robot and external functionalities, which is set as a service selection problem. Service selection consists in choosing a service or a combination of services among a set of candidates able to fulfil a given request. To do this, it has to predict and evaluate candidate performances. These performances are based on non-functional requirements such as execution time, cost or noise. This application domain requires tight coordination between some of its functionalities. Tight coordination involves setting data streams between functionalities during their execution. In this proposal, functionalities producing data streams are modelled as continuous services. This new service category requires hierarchical service composition and adds some constraints to the service selection problem. This thesis shows that an important non-functional coupling appears between service instances at different levels, even when data streams are unidirectional. The proposed approach focuses on performance prediction of an high-level service instance given its organigram. This organigram gathers service instances involved in the high-level task processing. The scenario included in this study is the selection of a positioning service involved in a robot navigation high-level service. For a given organigram, performance prediction of an high-level service instance of this scenario has to: (i) be contextual by, for instance, considering moving path towards the required destination, (ii) support service instance replacement after a failure or in an opportunist manner. Consequently, this service selection is set as a sequential decision problem and is formalized as a finite-horizon Markov decision process. Its high contextual dimensionality with respect to robot moving frequency makes direct learning of Q-value functions or transition functions inadequate. The proposed approachre lies on local dynamic models and uses the planned moving path to estimate Q-values of organigrams available in the initial state. This estimation is done using a Monte-Carlo tree search method, Upper Confidence bounds applied to Trees