Suite au développement des technologies de l'information, et en particulier au déploiement d'infrastructures telles que le Cloud Computing, de plus en plus d'applications et plateformes coopèrent en échangeant des données et des services. Cette tendance renforce l'importance de la gestion de la sécurité. Afin d'assurer la sécurité des données et de l'interaction de service une politique de sécurité doit être appliquée. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux politiques de contrôle d'accès. Ce type de politique spécifie les privilèges de l'utilisation des ressources et est implémentée par différents modèles selon différents scénarios. Notre objectif ici est d'aider le client du service à bien exprimer ses exigences de sécurité et à choisir les fournisseurs de services qui peuvent la déployer. La première partie de cette thèse est dédiée à la sélection des fournisseurs de service. Dans le cas où les politiques de sécurité du fournisseur sont accessibles au client, nous proposons une méthode pour mesurer la similarité entre les politiques de sécurité. Dans le cas où les politiques de sécurité ne sont pas accessibles au client ou ne sont pas explicitement spécifiées, nous proposons un cadre à base de règles permettant la dérivation à partir des exigences de sécurité aux politiques de sécurité concrètes. La seconde partie de la thèse porte sur la négociation de politiques de sécurité. Nous étudions le processus permettant aux parties en négociation de parvenir à un accord par une série d'échanges d'offres et de contre-offres. Lorsque le résultat de la négociation est positif, un contrat incluant la politique de sécurité acceptée par les parties est généré. / Security policy provides a way to define the constraints on behavior of the members belonging to a system, organization or other entities. With the development of IT technology such as Grid Computing and Cloud Computing, more and more applications and platforms exchange their data and services for cooperating. Toward this trend, security becomes an important issue and security policy has to be applied in order to ensure the safety of data and service interaction. In this thesis, we deal with one type of security policy: access control policy. Access control policy protects the privileges of resource's utilization and there exist different policy models for various scenarios. Our goal is to ensure that the service customer well expresses her security requirements and chooses the service providers that fit these requirements.The first part of this dissertation is dedicated to service provider selection. In case that the security policies of the service provider are accessible to the service customer, we provide a method for measuring the similarity between security policies. Another case is that security policies are not accessible to the service customer or not specified explicitly. Our solution is proposing a policy-based framework which enables the derivation from attribute-based security requirements to concrete security policies. The second part of the dissertation focuses on the security policy negotiation. We investigate the process of reaching agreement through bargaining process in which negotiators exchange their offers and counter offers step by step. The positive result of the negotiation generates a policy contract.

Particulièrement lors de collaborations dans le cadre de chaînes logistiques ou d'entreprises virtuelles, établir les workflows collaboratifs est une étape laborieuse car souvent réalisée soit de façon humaine, soit avec des méthodes manquant de flexibilité. Sur la base d'un réseau social d'entreprises, cette thèse vise à faciliter cette étape en proposant un service de déduction de processus collaboratifs inter-organisationnels. Cela soulève trois problèmes: (i) trouver les activités qui doivent être exécutées pour remplir les objectifs de la collaboration (Quoi?), (ii) sélectionner les partenaires pouvant réaliser ces activités (Qui?) et (iii) ordonner ces activités en un processus métier collaboratif (Quand?). Dans le cadre d'un réseau social, il est attendu que plusieurs organisations soient capables de fournir les mêmes activités. Dans un tel contexte de concurrence entre les organisations, une optimisation globale permet de trouver un processus final quasi-optimal, en prenant en compte ces trois questions de manière simultanée : trouver l'ensemble des "meilleurs" partenaires et leurs activités dans un contexte de collaboration spécifique. A cette fin, des ontologies de collaboration ont été développées et permettent de représenter et collecter des connaissances sur les collaborations. Ainsi, quand les utilisateurs remplissent leurs profils sur le réseau social, le système peut comprendre (i) les attentes des utilisateurs lorsqu'ils fournissent leurs objectifs de collaboration et (ii) les capacités qu'ils peuvent fournir. Un outil d'aide à la décision, basé sur un algorithme d'optimisation par colonies de fourmis permet ensuite d'exploiter les ontologies de collaboration afin de trouver un processus quasi-optimal répondant aux attentes et objectifs de la collaboration. Les résultats de cette thèse s'inscrivent au sein du projet FUI OpenPaaS dont le but est d'établir un nouveau réseau social d'entreprises visant à faciliter leurs collaborations intra et inter-organisationnelles. / Especially in the context of collaborative supply chains and virtual enterprises, the step of designing the collaborative workflows remains laborious because either it is still carried out humanly or the methods lack of flexibility. Based on an enterprise social network, this thesis aims at facilitating this step by proposing a service for the deduction of collaborative processes. It raises three main issues: (i) finding the activities to execute that answer the objectives of the collaboration (What?), (ii) selecting the corresponding partners (Who?) and (iii) ordering the activities into a collaborative business process (When?). Moreover, it is expected that many companies could be able to provide the same activities, on the enterprise social network. In this competitive context, a global optimization should be set up in order to find the quasi-optimal collaborative process that answer these three questions simultaneously. A three-dimensional solution is proposed here. First, a non-functional framework has been set up in order to determine the criteria that make a « good » partner in a specific collaborative context. Then, collaborative ontologies have been implemented and enable the representation and the acquisition of collaborative knowledge, so that the IT system can understand (a) the user's needs when they model their objectives of collaboration and (b) the user's capabilities when they model their profiles on the enterprise social network. And finally, a tool for decision support has been implemented thanks to an ant colony optimization algorithm that exploits the collaborative ontologies in order to provide a quasi-optimal process that fits the context of the collaboration and answers its objective. The results are in line with the FUI French project OpenPaaS which aims at offering an enterprise social network to facilitate their collaborations.

Dans le but d’exploiter au mieux les grandes masses de données hétérogènes produites par les instruments scientifiques modernes de l’astrophysique, les scientifiques ont développé le concept d’Observatoire Virtuel (OV). Il s’agit d’une architecture orientée services, qui a pour objectif de faciliter l’identification et l’interopérabilité des données astrophysiques. Malgré le développement et les avancées permises par l’OV dans l’exploitation de ces données, certains objectifs sont partiellement atteints notamment l’interopérabilité, la sélection de services et l’identification de services connexes, etc. Par ailleurs, l’ergonomie des outils à la disposition de l’utilisateur final reste perfectible. De même l’utilisation actuelle des ressources de l’OV, s’appuyant sur des compétences humaines, gagnerait à être automatisée. Les services de données astrophysiques n’étant pas tous inscrits dans l’OV, il serait aussi souhaitable pour permettre une utilisation plus large de ces outils, qu’ils s’appuient également sur des services disponibles en-dehors de l’OV. En vue d’automatiser l’utilisation des ressources en ligne, les sciences de l’information travaillent depuis 2001 à l’élaboration du Web sémantique. Cette évolution apporte au Web des capacités de raisonnement automatiques, basées sur des algorithmes utilisant une nouvelle forme de description des contenus. Cette nouvelle forme de description sémantique se trouve exprimée dans des représentations informatiques appelées ontologies. Malheureusement, les méthodes actuelles d’élaboration du Web sémantique ne sont pas complètement compatibles avec les services OV qui utilisent des modèles de données, des formats et des protocoles d’accès aux services qui s’éloignent de ceux rencontrés habituellement dans les sciences de l’information. Dans ce contexte, cette thèse décrit une méthodologie générique de composition de services sans état, basée sur la description des services par une ontologie dont la définition est proposée dans ce document. Cette ontologie représente aussi bien des services Web que des services non accessibles par le Web. Elle prend en compte certaines spécificités qui peuvent être rencontrées dans les infrastructures de services préexistantes. L’enrichissement de l’ontologie par des concepts issus de domaines d’application spécifiques pour lesquels il n’existe que peu de représentations ontologiques est également pris en compte. La population de cette ontologie, par des services éventuellement éloignés des standards utilisés habituellement dans les sciences de l’information, est aussi traitée. La méthodologie a été appliquée avec succès dans le cadre de l’astrophysique, et a permis de développer une application Web permettant la composition automatique de services utilisable par un public non averti. / Scientists have developed the Virtual Observatory (VO) concept in order to make the most of the large masses of heterogeneous data produced by the modern scientific instruments of astrophysics. It is a service-oriented architecture, aiming to facilitate the identification and interoperability of astrophysical data. Despite the development and advances made by VO in the exploitation of these data, some objectives are partially such as interoperability, service selection and identification of related services, etc. In addition, the ergonomics of the tools available to the end user can be improved. Similarly, the current use of VO resources, based on human skills, would benefit from being automated. As not all the astrophysical data services are included in the VO, it would also be desirable to allow a wider use of these tools, as they also rely on services available outside the VO. In order to automate the use of online resources, information sciences have been working since 2001 on the development of the Semantic Web. This evolution provides the Web with automatic reasoning abilities, based on algorithms using a new form of content description. This new form of semantic description is expressed in computer representations called ontologies. Unfortunately, the current semantic Web development methods are not fully compatible with VO services that use data models, formats and protocols for accessing services that differ from those typically encountered in information sciences. In this context, this thesis describes a generic methodology for the composition of stateless services, based on the description of services by a global ontology, the definition of which is proposed in this document. This ontology represents both Web services and services that are not accessible via the Web. It takes into account certain specificities that may be encountered in preexisting service infrastructures. The enrichment of the ontology by concepts derived from specific fields of application for which there are only a few ontological representations is also taken into account. The population of this ontology, by services possibly distant from the standards usually used in the information sciences, is also treated. The methodology was applied successfully in the framework of astrophysics, and allowed to develop a Web application allowing the automatic composition of services usable by an uninformed public.

Cette thèse a pour objectif de proposer une approche formelle basée sur les automates d’interface pour spécifier les contrats des composants réutilisables et vérifier leur interopérabilité fonctionnelle. Cette interopérabilité se traduit par la vérification des trois niveaux : signature, sémantique, et protocole. Le formalisme des automates d’interface est basé sur une approche « optimiste» qui prend en compte les contraintes de l’environnement. Cette approche considère que deux composants sont compatibles s’il existe un environnement convenable avec lequel ils peuvent interagir correctement. Dans un premier temps, nous proposons une approche préliminaire qui intègre la sémantique des paramètres des actions dans la vérification de la compatibilité et de la substitution des composants spécifiés par des automates d’interface. Dans un second temps, nous nous somme intéressés à adapter les composants réutilisables dont les contrats sont décrits par des automates d’interface enrichis par la sémantique des actions. En ce sens, nous avons proposé un algorithme qui permet de générer automatiquement la spécification d’un adaptateur de deux composants lorsque celui-ci existe. Dans un troisième temps, nous avons augmenté le pouvoir d’expression de notre approche proposée pour vérifier l’interopérabilité et les propriétés de sûreté des composants qui communiquent par des variables définies au niveau de leurs contrats d’interface. En particulier, nous étudions la préservation des invariants par composition et par raffinement. / The aim of this thesis is to propose a formal approach based on interface automata to specify the contracts of reusable components and to verify their functional interoperability. The functional interoperability is checked at three levels : signature, semantics, and protocol. Interface automata are based on an « optimistic » approach that takes into account the environment constraints. This approach considers that two components are compatible if there is a suitable environment with which they can interact properly. First, we propose an approach allowing the integration of the semantics of the action parameters in interface automata in order to strengthen the compatibility and substitution check between components. Second, we were interested in adapting reusable components whose contracts are described by interface automata enriched by the action semantics. In this context, we propose an algorithm of automatic generation of an adaptor of two mismatched components if possible. Third, we have increased the expressive power of our proposed approach to verify the interoperability and the safety properties of components that communicate by interface variables defined at the level of their contracts. In particular, we study the preservation of invariants by composition and refinement.

L'alimentation est une nécessité de base de l'être humain, dont la survie dépend de la quantité et de la qualité de la nourriture ingérée. L'augmentation de la population requiert de plus en plus de nourriture, tandis que la qualité est associée aux contraintes des produits alimentaires comme une courte durée de vie ou la sensibilité à la température. L'augmentation de la demande entraîne une augmentation de la production alimentaire, répartie entre plusieurs sites de production appartenant à plusieurs entreprises de taille variée, qui peuvent utiliser les produits d'autres sites pour fabriquer leurs produits finaux. En outre, certains produits alimentaires doivent être transportés entre les sites et les produits finaux distribués à des détaillants et des consommateurs lointains en tenant compte des contraintes de produits alimentaires. Les activités exercées par ces entités incluent entre autres la production, la distribution, la vente, etc. et ces entités forment conjointement dans l'environnement de l'écosystème alimentaire une chaîne pour le traitement, l'emballage ou la livraison de nourriture. Ce réseau s'appelle une chaîne logistique alimentaire (FSC). En raison de leur nature distribuée, les FSC héritent des problèmes classiques des chaînes logistiques, mais doivent en plus gérer les problèmes découlant de la périssabilité des produits. Cette périssabilité rend extrêmement important le traitement d'enjeux tels que le maintien de la qualité, la prévision de la demande, la gestion des stocks (éviter les ruptures de stock ou les stocks excessifs), l’amélioration de l'efficacité du réapprovisionnement, de la production et du transport, la traçabilité et le suivi pour réagir aux perturbations. Il est donc nécessaire d'établir une collaboration entre les entités principales de l'écosystème alimentaire pour traiter tous ces enjeux. En outre, depuis l'arrivée des entreprises de transport spécialisées, un nouveau acteur a émergé appelé transporteur ou fournisseur de logistique. Ces transporteurs doivent collaborer avec les producteurs, les détaillants et même d'autres transporteurs afin de prendre en compte la demande future et les tendances, afin d'organiser leur réseau et les ressources, pour livrer des produits alimentaires en assurant sécurité et qualité. Ainsi, la collaboration est devenue vitale pour les FSC. La collaboration implique une bonne compréhension des informations échangées afin de minimiser les déplacements, le coût et la pollution environnementale. Des problèmes d'interopérabilité surgissent lorsque les partenaires impliqués utilisent des systèmes hétérogènes et différentes normes et terminologies. Les approches de collaborations existantes comme "Vendor Managed Inventory" (VMI) ou "Collaborative Planning Forecasting and Replenishment" (CPFR) ne prennent en compte que deux acteurs de la FSC : le producteur et le détaillant (acheteur et vendeur). En outre, elles ne considèrent pas la planification de la production et des transports comme des tâches de collaboration. En tenant compte des limitations ci-dessus, nous proposons, dans une première partie de cette thèse, une extension du modèle CPFR prennant en compte les aspects production et transport. Ce nouveau modèle C-PRIPT (Collaborative -Planning Replenishment Inventory Production and Transportation) inclut le transporteur et considère la planification de la production et des transports comme des activités de collaboration. Dans la deuxième partie, nous proposons un modèle distribué et interopérable I-POVES (Interoperable - Path Finder, Order, Vehicle, Environment and Supervisor) pour réaliser la planification des transports en collaboration avec les producteurs, les transporteurs et les détaillants, visant à une meilleure utilisation efficace des ressources de transport. Enfin, nous illustrons le fonctionnement du modèle I-POVES en l’appliquant sur un cas étude de chaîne logistique alimentaire. / Eating is human’s basic necessity whose survival depends on both quantity and quality of food. Increasing population requires increasing in quantity of food, while quality is associated with the food product constraints like short shelf-life, temperature sensitiveness, climate etc. Increasing demand causes increase in food production, which is distributed between several production sites involving several distinct entities from small to large enterprises, where sites may use the intermediate products of other sites to produce the final products. Moreover, food products need to be transported between sites and final products to be distributed to faraway retailer sites and consumers considering the food product constraints. Activities performed by these entities include but not limited to: production, distribution, sales, etc. and these entities form jointly in the environment of food ecosystem a chain for food gathering, processing, packaging, delivery etc. This distributed network of enterprises is called food supply chain (FSC). Due to FSC’s distributed nature, it inherits not only the common problems also faced by other supply chain, but in addition has to deal with the problems arising from the perishability of food products. This perishability nature makes extremely important for FSC, the handling of issues such as maintaining the quality of food products, forecasting the product demand, managing the inventory according to the forecast to reduce out of stock or excessive inventory of products, improving the efficiency of replenishment, production and transportation, taking into account product future demand and tracing and tracking to react to disturbance. Finally, it is necessary to institute collaboration between the main entities of food ecosystem to deal with all of these issues. Furthermore, since the advent of specialized transport enterprises, a new actor has emerged called transporter or logistics provider in the FSC. These transporters have to collaborate with producers, retailers and even other transporters within FSC to take into account product future demands and trends to organise their transport network and resources to make possible the delivery of the food products with security, while maintaining the quality of the food products. Thus, collaboration became vital for FSC. Collaboration involves a good understanding of exchanged information in order to minimizing number of transport travels, cost and environmental pollution. Interoperability problem arises when each of the partners involved in FSC uses heterogeneous systems and uses different standards and terminologies for representing locations, product constraints, vehicles types etc. Furthermore, existing collaborative approaches like Quick Response, Efficient Consumer Response, Vendor Managed Inventory, Collaborative Planning Forecasting and Replenishment (CPFR), etc. take into account only two types of actors of FSC: buyer and seller (producer and retailer). Additionally, they don’t consider the production and transportation planning as collaborative tasks. Taking into account above limitations, we propose, in the first phase of this thesis, an extension of CPFR model, which take into account production and transportation aspects. This new model C-PRIPT (Collaborative -Planning Replenishment Inventory Production and Transportation) includes transporter actor and elaborates production and transportation planning as collaborative activities. In the second phase, we propose a distributed and interoperable transportation planning model I-POVES (Interoperable - Path Finder, Order, Vehicle, Environment and Supervisor) to realise collaborative transportation planning by collaborating producers, transporters and retailers, aiming at a better use of transport resources. Finally, we illustrate the functioning of I-POVES model by applying it on a case study of food supply chain.

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.

Durant les dix dernières années, l'infrastructure informatique et l'infrastructure industrielle ont évolué de manière à passer de systèmes monolithiques à des systèmes hétérogènes, autonomes et largement distribués. Tous les systèmes ne peuvent pas coexister de manière isolée et exigent que leurs données soient partagées de manière à accroître la productivité de l'entreprise. En fait, nous progressons vers des systèmes complexes plus vastes où des millions des systèmes doivent être intégrés. Ainsi, l'exigence d'une solution d'interopérabilité peu coûteuse et rapide devient un besoin essentiel. Aujourd'hui, les solutions imposent les normes ou les middlewares pour gérer cette problématique. Cependant, ces solutions ne sont pas suffisantes et nécessitent souvent des développements ad-hoc spécifiques. Ainsi, ce travail propose l'étude et le développement d'une architecture d'interopérabilité générique, modulaire, agnostique et extensible basée sur des principes de l'architecture dirigée par les modèles et les concepts de la séparation de préoccupations. Il vise à promouvoir l'interopérabilité et l'échange de données entre les systèmes hétérogènes en temps réels sans obliger les systèmes à se conformer à des normes ou technologies spécifiques. La proposition s'applique à des cas d'usages industriels dans le contexte de réseau de distribution de gaz français. La validation théorique et empirique de notre proposition corrobore note hypothèses que l'interopérabilité entre les systèmes hétérogènes peut être atteinte en utilisant les concepts de la séparation de préoccupations et de l'ingénierie dirigée par les modèles et que le coût et le temps pour promouvoir l'interopérabilité est réduit en favorisant les caractéristiques de la réutilisabilité et de l'extensibilité. / Over the last decade, the information technology and industrial infrastructures have evolved from containing monolithic systems to heterogeneous, autonomous, and widely distributed systems. Most systems cannot coexist while completely isolated and need to share their data in order to increase business productivity. In fact, we are moving towards larger complex systems where millions of systems and applications need to be integrated. Thus, the requirement of an inexpensive and fast interoperability solution becomes an essential need. The existing solutions today impose standards or middleware to handle this issue. However, these solutions are not sufficient and often require specific ad-hoc developments. Thus, this work proposes the study and the development of a generic, modular, agnostic and extensible interoperability architecture based on modeling principles and software engineering aspects. It aims to promote interoperability and data exchange between heterogeneous systems in real time without requiring systems to comply with specific standards or technologies. The industrial use cases for this work takes place in the context of the French gas distribution network. The theoretical and empirical validation of our proposal corroborates assumptions that the interoperability between heterogeneous systems can be achieved by using the aspects of separation of concerns and model-driven engineering. The cost and time to promote the interoperability are also reduced by promoting the characteristics of re-usability and extensibility.

La maitrise de la complexité croissante tant de nos organisations socioéconomiques que de nos systèmes et infrastructures technologiques, impose des systèmes informatiques de plus en plus intégrés. L’organisation de nos sociétés avancées ne pourrait plus se développer dans des conditions raisonnables sans le support des technologies de l’information. Les différents systèmes d’information s’intègrent ainsi de plus en plus en un maillage informationnel formant ainsi un système de systèmes qui se complexifie de jour en jour et de ce fait devient de plus en plus vital. Ces systèmes des systèmes doivent répondre à deux types d’objectifs : i) la réalisation d’un système par l’intégration de systèmes offerts par différents fournisseurs, ii) l’interopération de systèmes déjà en service en vue d’obtenir des propriétés nouvelles dues à leur coopération, généralement avec une augmentation d’efficacité. Ces objectifs et cette complexité ne peuvent être appréhendés par une démarche purement analytique. C’est pourquoi nous avons préconisé à travers cette thèse une solution de système de systèmes basée sur un graphe d'interopérabilité construit sur une comparaison hiérarchique ontologique. La mise en œuvre de cette approche à travers l’utilisation d’une plateforme d’agents mobile permet une recherche dynamique de services visant à satisfaire au mieux les critères de qualité exigés par l’utilisateur. / Mastering the increasing complexity of our socio-economic organizations and technology infrastructure requires more and more integrated information systems. The organization of our advanced societies could no longer grow on reasonable terms without the support of information technology.The different information systems belongs more and more to an informational meshing, forming in this way a complex system of systems which is getting complex day after day and because of that is becoming increasingly vital.This system of systems must meet two objectives: i) implementation of a system by integrating systems offered by different providers, ii) interoperation of systems already in use in order to obtain new properties due to their cooperation, usually with an efficiency increase.These objectives and this complexity can be grasped by a purely analytical approach. That is why we have advocated throughout this thesis a solution of system of systems based on an interoperability graph built on a hierarchical ontological comparison (foundation of trust). The platform of mobile agents associated with this system will implement a dynamic search of services which tries to satisfy the quality criteria required by the user.

Présenté dans la littérature comme une nouvelle technologie, le Cloud Computing est devenu incontournable dans la mise en place et la fourniture des services informatiques. Cette thèse s’inscrit dans le contexte de cette nouvelle technologie qui est en mesure de transformer la mise en place, la gestion et l’utilisation des systèmes d’information. L'adoption et la vulgarisation du Cloud ont été ralenties par la jeunesse même des concepts et l'hétérogénéité des solutions existantes. Cette difficulté d'adoption se manifeste par l'absence de standard, l'hétérogénéité des architectures et des API, le Vendor Lock-In imposé par les leaders du marché et des manques qui ralentissent la fédération. La motivation principale de la thèse est de simplifier l'adoption du cloud et la migration vers ses environnements et technologies. Notre objectif est de proposer des solutions d'interopérabilité et de fédération dans le Cloud. Le travail de recherche s’est aussi articulé autour de deux grands axes. Le premier concerne le rapprochement des réseaux du futur et des Clouds. Le deuxième axe concerne l'interopérabilité et la fédération entre solutions et services cloud. Une analyse de l’état de l’art sur le Cloud Computing et le Cloud Networking, a permis de confirmer des manques pressentis et de proposer deux architectures de fédération Cloud. La première architecture permet le rapprochement entre le Cloud Computing et le Cloud Networking. La seconde architecture facilite l'interopérabilité et le courtage de services Cloud. L'étude des deux architectures a fait ressortir deux composants primordiaux et essentiels pour assurer la fédération: une interface générique et un système d'échange de messages. Ces deux composants correspondent à deux contributions centrales de la thèse et reflètent l’ensemble des contributions (quatre au total) du travail de recherche / Presented in the literature as a new technology, Cloud Computing has become essential in the development and delivery of IT services. Given the innovative potential of Cloud, our thesis was conducted in the context of this promising technology. It was clear that the Cloud would change the way we develop, manage and use information systems. However, the adoption and popularization of Cloud were slow and difficult given the youth of the concepts and heterogeneity of the existing solutions. This difficulty in adoption is reflected by the lack of standard, the presence of heterogeneous architectures and APIs, the introduction of Vendor Lock-In imposed by the market leaders and the lack of cloud federation principles and facilitators. The main motivation for our PhD is to simplify the adoption of the cloud paradigm and the migration to cloud environments and technologies. Our goal has consequently been to improve interoperability and enable federation in the cloud. The thesis focused on two main areas. The first concerns the convergence of future networks and clouds and the second the improvement of federation and interoperability between heterogeneous cloud solutions and services. Based on our work in state of the art about Cloud Computing and Cloud Networking, we defined in this thesis two architectures for Cloud federation. The first architecture enables the merging (convergence) of Cloud Computing and Cloud Networking. The second architecture addresses interoperability between services and proposes cloud-brokering solutions. The study enabled the identification of two essential components for cloud federation, namely: a generic interface and a message exchange system. These two components have been two contributions of our thesis. The proposed federation architectures and these two components summarize the four major contributions of our work

La communication Machine-to-Machine (M2M) est l'un des principaux fondements de l'Internet des Objets (IoT). C'est un phénomène qui a évolué discrètement au cours du temps et vient d’émerger à la surface pour do! nner naissance à une explosion de nouveaux usages et services. Capteurs, actionneurs, tags, véhicules et objets intelligents ont tous la possibilité de communiquer. Le nombre de connexions M2M est en constante augmentation et il est prévu de voir des milliards d’objets connectés dans un futur proche. Les applications M2M offrent des avantages dans divers domaines à savoir les villes intelligentes, les voitures connectées, les usines du futures, l’agriculture de précision, l’environnement, la santé, etc. La croissance rapide de cet écosystème est entrain de conduire le M2M vers un avenir prometteur. Cependant, les opportunités d'expansion des marchés M2M ne sont pas évidentes. En effet, un ensemble de challenges doivent être surmontés afin de permettre un déploiement à grande échelle dans des domaines diverses et variés à savoir les défis d’interopérabilité, de complexité et de scalabilité. Actuellement, le marché du M2M souffre d'une fragmentation verticale importante touchant la majorité des domaines industriels. En effet, diverses solutions propriétaires ont été conçues pour répondre à des applications spécifiques engendrant ainsi un sérieux problème d''interopérabilité. Pour adresser ce challenge, nous avons conçu, développer et expérimenté la plateforme OM2M offrant une architecture opérationnelle, flexible et extensible pour l'interopérabilité M2M conforme à la norme SmartM2M. Pour supporter les environnements contraints, nous avons proposé une nouvelle convention de nommage basée sur une structure de ressources non-hiérarchique permettant d’optimiser la taille des messages échangés. Pour assurer l’interopérabilité sémantique entre les applications et les machines, nous avons proposé l'ontologie IoT-O. Cette dernière est composée de cinq modèles de base représentant les capteurs, les actionneurs, les observations, les actuations et les web ! services pour permettre de converger rapidement vers un vocabulaire commun pour l'IoT. Une plateforme M2M horizontale permet d'interconnecter des machines hétérogènes largement distribués et qui évoluent fréquemment en fonction des changements de l’environnement. Maintenir ces systèmes complexes en vie est coûteux en termes de temps et d'argent. Pour adresser ce challenge, nous avons conçu, développé et intégré le framework FRAMESELF afin d'ajouter des capacités d'autogestion aux systèmes M2M basées sur le paradigme de l'informatique autonome. En étendant le modèle d'architecture de référence MAPE-K, notre solution permet d'adapter dynamiquement le comportement de la plateforme OM2M par en fonctions des changements du contexte et des politiques haut niveaux. Nous avons défini un ensemble de règles sémantiques pour faire du raisonnement sur l'ontologie IoT-O en tant que modèle de connaissance. Notre objectif est de permettre la découverte automatique entre les machines et les applications à travers un appariement sémantique et une reconfiguration dynam! ique de l'architecture des ressources. L’interopérabilité et l’autogestion ouvrent la voie à un déploiement de masse des systèmes M2M. Par contre, ces derniers se basent sur l'infrastructure actuelle d'internet qui n'a jamais été conçu pour ce genre de d'utilisation ce qui pose de nouvelles exigences en termes de scalabilité. Pour adresser ce challenge, nous avons conçu, simulé et validé l'approche OSCL proposant une nouvelle topologie de réseau maillé M2M comme alternative à l'approche centralisée actuelle. OSCL s'appuie sur les techniques de routage centrées sur l'information favorisant les communications à sauts multiples et un cache distribué pour une meilleure dissémination des données. Nous avons développé le simulateur OSCLsim pour valider l'approche proposée.[...] / Machine-to-Machine (M2M) is one of the main features of Internet of Things (IoT). It is a phenomenon that has been proceeding quietly in the background, and it is coming into the surface, where explosion of usage scenarios in businesses will happen. Sensors, actuators, tags, vehicles, and intelligent things all have the ability to communicate. The number of M2M connections is continuously increasing, and it has been predicted to see billions of machines interconnected in a near future. M2M applications provide advantages in various domains from smart cities, factories of the future, connected cars, home automation, e-health to precision agriculture. This fast-growing ecosystem is leading M2M towards a promising future. However, M2M market expansion opportunities are not straightforward. A set of challenges should be overcome to enable M2M mass-scale deployment across various industries including interoperability, complexity, and scalability issues. Currently, the M2M market is suffering from a high vertical fragmentation affecting the majority of business sectors. In fact, various vendor-specific M2M solutions have been designed independently for specific applications, which led to serious interoperability issues. To address this challenge, we designed, implemented, and experimented with the OM2M platform offering a flexible and extensible operational architecture for M2M interoperability compliant with the SmartM2M standard. To support constrained environments, we proposed an efficient naming convention relying on a non-hierarchical resource structure to reduce the payload size. To reduce the semantic gap between applications and machines, we proposed the IoT-O ontology for an effective semantic interoperability. IoT-O consists of five main parts, which are sensor, actuator, observation, actuation and service models and aims to quickly converge to a common IoT vocabulary. An interoperable M2M service platform enables one to interconnect heterogeneous devices that are widely distributed and frequently evolving according to their environment changes. Keeping M2M systems alive is costly in terms of time and money. To address this challenge, we designed, implemented, and integrated the FRAMESELF framework to retrofit self-management capabilities in M2M systems based on the autonomic computing paradigm. Extending the MAPE-K reference architecture model, FRAMESELF enables one to dynamically adapt the OM2M system behavior according to high level policies how the environment changes. We defined a set of semantic rules for reasoning about the IoT-O ontology as a knowledge model. Our goal is to enable automatic discovery of machines and applications through dynamic reconfiguration of resource architectures. Interoperability and self-management pave the way to mass-scale deployment of M2M devices. However, current M2M systems rely on current internet infrastructure, which was never designed to address such requirements, thus raising new requirements in term of scalability. To address this challenge, we designed, simulated and validated the OSCL overlay approach, a new M2M meshed network topology as an alternative to the current centralized approach. OSCL relies on the Named Data Networking (NDN) technique and supports multi-hop communication and distributed caching 5 to optimize networking and enhance data dissemination. We developed the OSCLsim simulator to validate the proposed approach. Finally, a theoretical model based on random graphs is formulated to describe the evolution and robustness of the proposed system.