La construction de logiciels par coordination d'applications existantes et autonomes permet de réaliser des logiciels de grande taille, réutilisant le savoir-faire contenu dans ces applications. Les procédés, utilisés dans différents domaines et de différentes manières pour coordonner des applications ou des humains, se présentent comme étant de bons candidats pour réaliser ces coordinations. Cependant, la plupart des procédés sont rigides, fortement couplés, et se basent sur un grand nombre de concepts spécialisés. Ils sont aussi souvent réservés à une catégorie d'applications. Nous présentons les points forts et les points faibles des formalismes et moteurs de procédés actuels et nous en déduisons quels sont les besoins pour la coordination d'applications via un procédé. <br /><br />Nous présentons dans cette thèse l'environnement réalisé dans notre équipe qui propose une architecture des logiciels à trois couches : conceptuelle, médiateur, et outils. Le niveau conceptuel contient un meta-modèle qui ne définit que les concepts basiques des procédés. Nous définissons ensuite quatre classes d'extension de ce meta-modèle minimal. Notre environnement permet alors de construire et exécuter des logiciels basés sur des procédés de coordination extensibles et évolutifs.

La construction d'applications par composition d'éléments existants permet de réduire le temps de développement des applications ; pour cette raison, c'est un thème central du génie logiciel. On peut trouver quatre types de composition proposés par les approches actuelles : l'intégration, la connexion, la coordination et l'orchestration. Tandis que l'intégration et la connexion se basent sur les liens directs liant les éléments à composer, la coordination et l'orchestration utilisent une architecture à deux niveaux dans laquelle la logique de composition est exprimée séparément. Cette thèse propose un modèle de composition, basé sur la coordination, où la réutilisation, l'évolution et l'adaptation sont les objectifs premiers. Le concept de domaine est proposé pour représenter un groupe d'éléments coordonnés fournissant une fonctionnalité clairement identifiée par un modèle conceptuel. La composition de domaines est effectuée en établissant des relations entre les concepts provenant des modèles conceptuels de ces domaines. Une fédération est introduite comme une architecture logicielle permettant la structuration des domaines et la composition de domaines. La composition de domaines est réalisée par la synchronisation de domaines à travers un espace partagé et contrôlé (univers commun) contenant la matérialisation des modèles conceptuels des domaines composés ainsi que des relations liant leurs concepts. Les environnements pour la conception, le développement, l'exécution et l'administration d'une fédération ont été réalisés, et plusieurs applications ont été construites afin de valider l'approche proposée dans cette thèse.

L'Internet des Objets (IdO) couvre peu à peu tous les aspects de notre vie. À mesure que ces systèmes deviennent plus répandus, le besoin de gérer cette infrastructure complexe comporte plusieurs défis. En effet, beaucoup de petits appareils interconnectés fournissent maintenant plus d'un service dans plusieurs aspects de notre vie quotidienne, qui doivent être adaptés à de nouveaux contextes sans l'interruption de tels services. Cependant, ce nouveau système informatique diffère des systèmes classiques principalement sur le type, la taille physique et l'accès des nœuds. Ainsi, des méthodes typiques pour gérer la couche logicielle sur de grands systèmes distribués comme on fait traditionnellement ne peuvent pas être employées dans ce contexte. En effet, cela est dû aux capacités très différentes dans la puissance de calcul et la connectivité réseau, qui sont très contraintes pour les appareils de l'IdO. De plus, la complexité qui était auparavant gérée par des experts de plusieurs domaines, tels que les systèmes embarqués et les réseaux de capteurs sans fil (WSN), est maintenant accrue par la plus grande quantité et hétérogénéité des logiciels et du matériel des nœuds. Par conséquent, nous avons besoin de méthodes efficaces pour gérer la couche logicielle de ces systèmes, en tenant compte les ressources très limitées. Cette infrastructure matérielle sous-jacente pose de nouveaux défis dans la manière dont nous administrons la couche logicielle de ces systèmes. Ces défis peuvent entre divisés en : Intra-nœud, sur lequel nous faisons face à la mémoire limitée et à la puissance de calcul des nœuds IdO, afin de gérer les mises à jour sur ces appareils ; Inter-noeud, sur lequel une nouvelle façon de distribuer les mises à jour est nécessaire, en raison de la topologie réseau différente et le coût en énergie pour les appareils alimentés par batterie ; En effet, la puissance de calcul limitée et la durée de vie de chaque nœud combiné à la nature très distribuée de ces systèmes, ajoute de la complexité à la gestion de la couche logicielle distribuée. La reconfiguration logicielle des nœuds dans l'Internet des objets est une préoccupation majeure dans plusieurs domaines d'application. En particulier, la distribution du code pour fournir des nouvelles fonctionnalités ou mettre à jour le logiciel déjà installé afin de l'adapter aux nouvelles exigences, a un impact énorme sur la consommation d'énergie. La plupart des algorithmes actuels de diffusion du code sur l'air (OTA) sont destinés à diffuser un microprogramme complet à travers de petits fragments, et sont souvent mis en œuvre dans la couche réseau, ignorant ainsi toutes les informations de guidage de la couche applicative. Première contribution : Un moteur de modèles en temps d'exécution représentant une application de l'IdO en cours d'exécution sur les nœuds à ressources limitées. La transformation du méta-modèle Kevoree en code C pour répondre aux contraintes de mémoire spécifiques d'un dispositif IdO a été réalisée, ainsi que la proposition des outils de modélisation pour manipuler un modèle en temps d'exécution. Deuxième contribution : découplage en composants d'un système IdO ainsi qu'un algorithme de distribution de composants efficace. Le découplage en composants d'une application dans le contexte de l'IdO facilite sa représentation sur le modèle en temps d'exécution, alors qu'il fournit un moyen de changer facilement son comportement en ajoutant/supprimant des composants et de modifier leurs paramètres. En outre, un mécanisme pour distribuer ces composants en utilisant un nouvel algorithme appelé Calpulli est proposé. / The Internet of Things (IoT) is covering little by little every aspect on our lives. As these systems become more pervasive, the need of managing this complex infrastructure comes with several challenges. Indeed, plenty of small interconnected devices are now providing more than a service in several aspects of our everyday life, which need to be adapted to new contexts without the interruption of such services. However, this new computing system differs from classical Internet systems mainly on the type, physical size and access of the nodes. Thus, typical methods to manage the distributed software layer on large distributed systems as usual cannot be employed on this context. Indeed, this is due to the very different capacities on computing power and network connectivity, which are very constrained for IoT devices. Moreover, the complexity which was before managed by experts on several fields, such as embedded systems and Wireless Sensor Networks (WSN), is now increased by the larger quantity and heterogeneity of the node’s software and hardware. Therefore, we need efficient methods to manage the software layer of these systems, taking into account the very limited resources. This underlying hardware infrastructure raises new challenges in the way we administrate the software layer of these systems. These challenges can be divided into: intra-node, on which we face the limited memory and CPU of IoT nodes, in order to manage the software layer and ; inter-node, on which a new way to distribute the updates is needed, due to the different network topology and cost in energy for battery powered devices. Indeed, the limited computing power and battery life of each node combined with the very distributed nature of these systems, greatly adds complexity to the distributed software layer management. Software reconfiguration of nodes in the Internet of Things is a major concern for various application fields. In particular, distributing the code of updated or new software features to their final node destination in order to adapt it to new requirements, has a huge impact on energy consumption. Most current algorithms for disseminating code over the air (OTA) are meant to disseminate a complete firmware through small chunks and are often implemented at the network layer, thus ignoring all guiding information from the application layer. First contribution: A models@runtime engine able to represent an IoT running application on resource constrained nodes. The transformation of the Kevoree meta-model into C code to meet the specific memory constraints of an IoT device was performed, as well as the proposition of modelling tools to manipulate a model@runtime. Second contribution: Component decoupling of an IoT system as well as an efficient component distribution algorithm. Components decoupling of an application in the context of the IoT facilitates its representation on the model@runtime, while it provides a way to easily change its behaviour by adding/removing components and changing their parameters. In addition, a mechanism to distribute such components using a new algorithm, called Calpulli is proposed.

Le principal problème abordé dans cette thèse est la définition d'une nouvelle méthodologie SPL qui couvre les deux phases du processus et met l'accent sur la dérivation de modèles comportementaux des produits. Le chapitre 2 définit le cadre de cette thèse : les lignes de produits logiciels, les processus opérationnels et l'ingénierie dirigé par les modèles. Dans le chapitre 3, nous proposons une nouvelle méthodologie SPL centrée sur la dérivation de comportement des produits. Nous décrivons d'abord le courant principal de la méthodologie, et ensuite les différentes étapes. Dans le chapitre 4, nous proposons un nouveau langage spécifique domaine appelé CBPF pour la modélisation des fragments de processus opérationnels. Une approche dirigée par les modèles est suivie pour créer CBPF: syntaxe abstraite, syntaxe concrète graphique et sémantique translationnelles. Dans le chapitre 5, nous proposons plusieurs types de vérifications applicables aux fragments afin de déterminer leur justesse. Pour la vérification structurelle, est définit un ensemble des règles de cohérence qui doivent être valides pour chaque fragment réalisé avec CBPF. Pour vérifier le comportement, nous transformons d'abord les fragments dans des réseaux de Pétri équivalents. On peut alors vérifier des propriétés génériques mais aussi définir des propriétés spécifiques. Dans le chapitre 6, nous illustrons la méthodologie proposée en l'appliquant à une étude de cas à partir du domaine système de gestion de crise. Nous proposons également une suite d'outils qui supporte notre méthodologie. Le chapitre 7 décrit les améliorations possibles et les extensions aux contributions de cette thèse. Nous concluons la thèse dans le chapitre 8. / The major problem addressed in this thesis is the definition of a new SPLE methodology that covers both phases of the SPLE process and focuses on the derivation of behavioral models of SPL products. In Chapter 2 three research areas scope context of this thesis: Software Product Lines, Business Processes, and Model-Driven Engineering. Throughout Chapter 3, we propose a new SPLE methodology that focuses on the derivation of product behavior. We first describe the main flow of the methodology, and then detail the individual steps. In chapter 4 we propose a new domain specific language called CBPF created for modeling composable business process fragments. A model driven approach is followed for creating CBPF: definition of the abstract syntax, graphical concrete syntax and translational semantics. In Chapter 5 we propose several types of verifications that can be applied to business processfragments to determine their "correctness". For structural verification we definine a set of fragment consistency rules that should be valid for every business process fragment created with CBPF. To check behavioral correctness we first transform the business process fragment into an equivalent HCPN. We can then check generic properties but also define aset of fragment specific properties. In chapter 6 we exemplify the proposed SPL methodology by applying it to a case study from the crisis management system domain. We also propose a tool suite that supports our methodology. Chapter 7 describes possible improvements and extensions to the contributions of this thesis. We conclude the thesis in Chapter 8 and draw some conclusions.