Dans cette thèse, nous intéressons à l'automatisation de la composition de service Web d'accès aux données (i.e. DaaS Data-gs-g-S..ervice Web services) pour les besoins de partage de données dans les environnements distribués. La composition de service Web permet de répondre aux besoins d'un utilisateur ne pouvant être satisfaits par un seul Web service, alors qu'une intégration de plusieurs le permettrait. La motivation principale de notre travail est que les méthodes de composition, telles qu'elles sont appliquées aux services Web traditionnels (i.e. AaaS Application-as-a-Service Web services), ne permettent pas de prendre en compte la relation sémantique entre les entrées/sorties d'un service Web d'accès aux données, et en conséquence, elles ne sont pas adaptées pour composer les services Web d'accès aux données. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'exploiter les principes de base des systèmes d'intégration des données pour composer les services Web d'accès aux données. Plus précisément, nous modélisons les services Web d'accès aux données comme des vues sur des ontologies de domaine. Cela permet de représenter la sémantique d'un service d'une manière déclarative en se basant sur des concepts et des relations dont les sémantiques sont formellement définies dans l'ontologie de domaine. Ensuite, nous utilisons les techniques de réécriture des requêtes pour sélectionner et composer automatiquement les services pour répondre aux requêtes des utilisateurs. Comme les services Web d'accès aux données peuvent être utilisés pour accéder à des données sensibles et privées, nous proposons également un mécanisme basé sur la modification des requêtes pour préserver la confidentialité des données. Ce mécanisme modifie les requêtes en se basant sur des politiques de confidentialité avant leur résolution par 1' algorithme de composition, et il prend en considération les préférences des utilisateurs quant à la divulgation de leurs données privées. Le principal domaine d'application de notre approche est le domaine d'e-santé, où les services Web d'accès aux données sont utilisés pour partager les dossiers médicaux des patients. / In this dissertation, we propose a novel approach for the automatic composition of DaaS Web services (DaaS Data-gs-g-S.ervice Web services). Automatic DaaS Web service composition requires dealing with three major research thrusts: (i) describing the semantics of DaaS Web services, (ii) selecting and combining relevant DaaS Web services, and (iii) generating composite service descriptions (i.e. the compositions' plans). We first propose to model DaaS Web services as RDF views over domain ontologies. An RDF view allows capturing the semantics of the associated DaaS Web service in a "declarative" way based on concepts and relationships whose semantics are formally defined in domain ontologies. The service description files (i.e. WSDL files) are annotated with the defined RDF views using the extensibility feature of the WSDL standard. We then propose to use query rewriting techniques for selecting and composing DaaS Web services. Specifically, we devised an efficient RDF-oriented query rewriting algorithm that selects relevant services based ontheir defined RDF views and combines them to ans~wer a posed query. It also generates an execution plan for the obtained composition/s. Our algorithm takes into account the RDFS semantic constraints (i.e. "subClassOf", "subPropertyOf", "Domain" and "Range") and is able to address both specifie and parameterized queries. Since DaaS Web services may be used to access sensitive and private data; we also extended our DaaS service composition approach to handle data privacy concems. Posed queries are modified to accommodate pertaining privacy conditions from data privacy policies before their resolution by the core composition algorithm. Our proposed privacy preservation model takes user' s privacy preferences into account.

Le domaine de la recherche en neuroimagerie nécessite de pouvoir partager, réutiliser et comparer les outils de traitement d'images des différents laboratoires. Cependant la tâche de partage de traitement sous forme de services et leur composition sous forme de workflow reste une tâche difficile et trop souvent complexe. Ceci est dû dans la plupart des cas à l'hétérogénéité des services et des plateformes qui diffèrent au niveau de leurs conceptions et de leurs implémentations. Nous travaillons dans le cadre du projet NeuroLOG, une initiative cherchant à construire un système fédéré pour le partage de données et d'outils de traitement dans le domaine de la neuroimagerie. Il adopte une approche ontologique pour assurer la médiation et le partage de ressources entre les différents collaborateurs. Notre travail de thèse vise à compléter la médiation pour assurer le partage et la composition des outils de traitement d'images et à fournir aux utilisateurs spécialistes et non-spécialistes du domaine de la neuroimagerie une plateforme de composition de service ergonomique et facile à utiliser. Nous utilisons pour cela les techniques du web sémantique afin de remédier aux différents problèmes d'interopérabilité et de cohérence de ressources utilisées et produites. La première solution proposée se fonde sur une extension de la plateforme OWL-S. Elle a été adaptée aux différents services web de la plateforme de neuroimagerie. On a déduit que finalement les outils qui ne possèdent pas le format de services web et une description conforme au standard WSDL ne peuvent pas être enchaînés sous forme de workflow. A partir de là, nous avons proposé une autre approche pour effectuer la composition de services de traitement d'images. Elle se se fonde sur un nouveau modèle ontologique de composition de services qui répond aux exigences de la neuroimagerie, qui s'articule bien avec l'ontologie de domaine OntoNeuroLOG et qui pourra remédier aux différents problèmes rencontrés lors de l'élaboration de la première approche. Ce travail a permit de remédier à la fois aux problèmes d'hétérogénéité des descripteurs des services et à l'interopérabilité des services selon les contraintes de la neuroimagerie au sein de la plateforme NeuroLOG. / The field of neuroimaging research requires the ability to share, reuse and compare image processing tools coming from different laboratories. However, sharing treatment as services and composing them as workflows, is usually difficult and a complex task. This is due in most cases to the heterogeneity of services and platforms with regards to their conception and their implementation. We work within the NeuroLOG project, which aims at developing a middleware to federate data repositories and to facilitate the sharing and reuse of processing tools to analyze the shared images. It adopts an ontological approach for data and tools mediation and for sharing resources. This work aims to provide tools mediation to enhance the sharing and composition of image processing tools and provide non-specialist and expert users of neuroimaging field with an ergonomic and easy to use composition platform. We have chosen to use the Semantic Web techniques to address the various problems of resource interoperability and consistency. The first proposed solution is based on an extension of the OWL-S framework. It has been adapted to the various web services of our neuroimaging platform. We finally concluded that services that haven't the WSDL standard as descriptor could not be chained as workflow. So, we have proposed a new approach to compose image processing tools. It is based on a new ontological model for service composition that meets the requirements of the neuroimaging domain and the constraints of our domain ontology OntoNeuroLOG and addresses the various problems encountered in the development of the first approach. This work led to solve the two major problems in the composition of services; the heterogeneity of services descriptors and the interoperability of services according to the constraints within the NeuroLOG platform.

Les concepts d’architecture orientée service (SOA) ainsi que tout une panoplie de technologies «en tant que service» (XaaS) sont utilisés quasiment partout de nos jours, et l’organisation optimisée d’activités synchronisées devient un défi important. Dans le but de proposer à l’utilisateur final un service sécuritaire et fiable sans compromettre la qualité, les questions concernant la vérification et la validation des compositions des services deviennent d’un grand intérêt tant théorique que pratique. Dans les autres travaux traitant du sujet, de nombreux modèles et techniques sont proposés, mais la plupart mettent l’accent sur les aspects fonctionnels ou non-fonctionnels pris séparément, alors que l’intégration de ces paramètres en un modèle formel unifié reste un problème qui doit être résolu – ce qui est devenu par conséquent un des objectifs fondamentaux de cette thèse. Dans notre travail, nous réfléchissons aux problèmes de la vérification et de l’optimisation des compositions des services web. Tout ceci est étudié dans l’optique de la fonctionnalité des systèmes, de leur qualité et de la sécurité des compositions. Il a été prouvé que les modèles à états finis sont utiles à des fins de tests et de vérification, de même que pour le contrôle qualité à chaque étape du développement du service. C’est pour cette raison que nous proposons d’utiliser le modèle de machine temporisée à états finis (TFSM) pour intégrer une description fonctionnelle du service avec les paramètres de sécurité et de qualité liées au temps. L’extension du modèle permettra alors d’interpréter adéquatement le non-déterminisme significatif causé par un manque d’observabilité ou/et de contrôle sur les services tiers. Dans le but d’optimiser les compositions des systèmes, nous proposons une méthode pour dériver la solution la plus globale contenant tous les composants autorisés pour la mise en œuvre du service, basée sur la résolution de l’équation parallèle du TFSM. Ensuite, les techniques pour extraire des solutions restreintes avec les propriétés requises (paramètres de temps minimisé/maximisé, interblocages actifs ou passifs de sécurité, similarité avec le composant d’origine donné, etc.) ont été proposées. Dans le cas où les spécifications d’un service composite consistent en un ensemble d’exigences fonctionnelles, éventuellement renforcées par des exigences de qualité, nous proposons une technique de minimisation de l’ensemble, dans le respect du composant à optimiser. L’application des résultats obtenus à la découverte et à la mise en place de composants plus efficaces, ainsi que l’extension du modèle à des modes de communication plus complexes font partie des sujets possibles pour des études futures. / Service-oriented architecture (SOA) together with a family of Everything-as-a-Service (XaaS) concepts nowadays are used almost everywhere, and the proper organization of collaborative activities becomes an important challenge. With the goal of bringing to the end-user safe and reliable service with the guaranteed level of quality, issues of service compositions verification and validation become of high practical and theoretical interest. In the related works, numerous models and techniques are proposed, but mostly focused on functional and non-functional issues in isolation, while integration of these parameters within unified formal framework still remains a problem to be solved – and therefore became one of the core objectives of this thesis. In our work, we address the problems of web service composition verification and optimization with respect to functional, quality and safety properties of the composition. Finite state models are proven to be useful for testing and verification purposes as well as for service quality evaluation at each step of service development. Therefore, we propose to use the model of Finite State Machine with Timeouts (TFSM) for integrating functional service description with time-related quality and safety parameters, and derive the extension of the model in order to adequately inherit significant nondeterminism due to the lack of observability and control over third-party component services. For the purpose of component optimization in the composition, we propose a method for deriving the largest solution containing all allowed component service implementations, based on solving TFSM parallel equation. Further, techniques for extracting restricted solutions with required properties (minimized/maximized time parameters, deadlock- and livelock-safety, similarity to the initially given component, etc.) have been proposed. In cases when the specification of a composite service is provided as a set of functional requirements, possibly, augmented with quality requirements, we propose a technique to minimize this set with respect to the component under optimization. Application of the obtained results for more efficient candidate component services discovery and binding, alongside with extending the framework for more complex distributed modes of communications, are among the topics for the future work.

Le domaine de la recherche en neuroimagerie nécessite de pouvoir partager, réutiliser et comparer les outils de traitement d'images des différents laboratoires. Cependant la tâche de partage de traitement sous forme de services et leur composition sous forme de workflow reste une tâche difficile et trop souvent complexe. Ceci est dû dans la plupart des cas à l'hétérogénéité des services et des plateformes qui diffèrent au niveau de leurs conceptions et de leurs implémentations. Nous travaillons dans le cadre du projet NeuroLOG, une initiative cherchant à construire un système fédéré pour le partage de données et d'outils de traitement dans le domaine de la neuroimagerie. Il adopte une approche ontologique pour assurer la médiation et le partage de ressources entre les différents collaborateurs. Notre travail de thèse vise à compléter la médiation pour assurer le partage et la composition des outils de traitement d'images et à fournir aux utilisateurs spécialistes et non-spécialistes du domaine de la neuroimagerie une plateforme de composition de service ergonomique et facile à utiliser. Nous utilisons pour cela les techniques du web sémantique afin de remédier aux différents problèmes d'interopérabilité et de cohérence de ressources utilisées et produites. La première solution proposée se fonde sur une extension de la plateforme OWL-S. Elle a été adaptée aux différents services web de la plateforme de neuroimagerie. On a déduit que finalement les outils qui ne possèdent pas le format de services web et une description conforme au standard WSDL ne peuvent pas être enchaînés sous forme de workflow. A partir de là, nous avons proposé une autre approche pour effectuer la composition de services de traitement d'images. Elle se se fonde sur un nouveau modèle ontologique de composition de services qui répond aux exigences de la neuroimagerie, qui s'articule bien avec l'ontologie de domaine OntoNeuroLOG et qui pourra remédier aux différents problèmes rencontrés lors de l'élaboration de la première approche. Ce travail a permit de remédier à la fois aux problèmes d'hétérogénéité des descripteurs des services et à l'interopérabilité des services selon les contraintes de la neuroimagerie au sein de la plateforme NeuroLOG.

Dans une composition de services Web basée protocole, un ensemble de services composants se collaborent pour donner lieu à un service Composite. Chaque service est représenté par un automate à états finis (AEF). Au sein d'un AEF, chaque transition exprime l'exécution d'une opération qui fait avancer le service vers un état suivant. Une exécution du composite correspond à une séquence de transitions où chacune est déléguée à un des composants. Lors de l'exécution du composite, un ou plusieurs composants peuvent devenir indisponibles. Ceci peut produire une exécution incomplète du composite, et de ce fait un recouvrement est nécessaire. Le recouvrement consiste à transformer l'exécution incomplète en une exécution alternative ayant encore la capacité d'aller vers un état final. La transformation s'effectue en compensant certaines transitions et exécutant d'autres. Cette thèse présente une étude formelle du problème de recouvrement dans une composition de service Web basée protocole. Le problème de recouvrement consiste à trouver une meilleure exécution alternative parmi celles disponibles. Une meilleure alternative doit être atteignable à partir de l'exécution incomplète avec un nombre minimal de compensations visibles (vis-à-vis le client). Pour une exécution alternative donnée, nous prouvons que le problème de décision associé au calcul du nombre de transitions invisiblement compensées est NP-Complet. De ce fait, nous concluons que le problème de décision associé au recouvrement appartient à la classe ΣP2.

Dans une composition de services Web basée protocole, un ensemble de services composants se collaborent pour donner lieu à un service Composite. Chaque service est représenté par un automate à états finis (AEF). Au sein d’un AEF, chaque transition exprime l’exécution d’une opération qui fait avancer le service vers un état suivant. Une exécution du composite correspond à une séquence de transitions où chacune est déléguée à un des composants. Lors de l’exécution du composite, un ou plusieurs composants peuvent devenir indisponibles. Ceci peut produire une exécution incomplète du composite, et de ce fait un recouvrement est nécessaire. Le recouvrement consiste à transformer l’exécution incomplète en une exécution alternative ayant encore la capacité d’aller vers un état final. La transformation s'effectue en compensant certaines transitions et exécutant d’autres. Cette thèse présente une étude formelle du problème de recouvrement dans une composition de service Web basée protocole. Le problème de recouvrement consiste à trouver une meilleure exécution alternative parmi celles disponibles. Une meilleure alternative doit être atteignable à partir de l’exécution incomplète avec un nombre minimal de compensations visibles (vis-à-vis le client). Pour une exécution alternative donnée, nous prouvons que le problème de décision associé au calcul du nombre de transitions invisiblement compensées est NP-Complet. De ce fait, nous concluons que le problème de décision associé au recouvrement appartient à la classe ΣP2. / In a protocol-based Web service composition, a set of available component services collaborate together in order to provide a new composite service. Services export their protocols as finite state machines (FSMs). A transition in the FSM represents a task execution that makes the service moving to a next state. An execution of the composite corresponds to a sequence of transitions where each task is delegated to a component service. During composite run, one or more delegated components may become unavailable due to hard or soft problems on the Network. This unavailability may result in a failed execution of the composite. We provide in this thesis a formal study of the automatic recovery problem in the protocol-based Web service composition. Recovery consists in transforming the failed execution into a recovery execution. Such a transformation is performed by compensating some transitions and executing some others. The recovery execution is an alternative execution of the composite that still has the ability to reach a final state. The recovery problem consists then in finding the best recovery execution(s) among those available. The best recovery execution is attainable from the failed execution with a minimal number of visible compensations with respect to the client. For a given recovery execution, we prove that the decision problem associated with computing the number of invisibly-compensated transitions is NP-complete. Thus, we conclude that deciding of the best recovery execution is in ΣP2.