Le paradigme composant propose de construire un système à partir d'éléments faiblement couplés et pour la plupart déjà existants. Le taux de réutilisation ainsi atteint entraîne une diminution des délais et des coûts de développement. Pour faire face à la complexité croissante des applications, les entreprises sont de plus en plus obligées d'avoir recours à des composants commerciaux "sur étagère", fournis par des tierces personnes, et dont la nature même impose de repenser profondément le cycle de développement d'un logiciel. Il n'est plus possible de spécifier un besoin ou une architecture sans se demander s'il existe sur le marché un composant capable de satisfaire le premier ou de s'intégrer dans la seconde. Dans ce contexte, une activité voit son importance renforcée : la sélection de composants. Cette activité est sensible : une mauvaise définition des besoins associée à une mauvaise sélection des composants peut conduire à des catastrophes financières, voire même humaines dans certains cas. Elle est de plus trés coûteuse car elle impose le parcours de marchés comportant des milliers de composants, décrits avec des formats potentiellement tres différents. La sélection devient au final trés consommatrice en temps, au point de menacer les gains que conférait à l'origine ce type d'approche. La seule solution pour espérer maintenir ces gains est de disposer d'un mécanisme de sélection qui soit autant que possible automatisé. Dans cette thèse je propose un mécanisme qui permet de sélectionner, parmi une vaste bibliothèque de composants, le candidat qui répond le mieux à un besoin spécifique, aussi bien sur le plan fonctionnel que non-fonctionnel. L'originalité de cette approche est de permettre une sélection itérative en s'appuyant sur des niveaux de description des besoins de plus en plus détaillés. À cette fin, ce mécanisme intègre des résultats de travaux provenant de domaines variés tels que la recherche de composants, le sous-typage et les métriques de qualité, au sein d'un unique concept : le composant recherché.

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.

Un système logiciel embarqué est dit reconfigurable, s'il peut modifier son comportement ou son architecture selon l'évolution des exigences de son contexte d'utilisation et la variation des contraintes de son environnement d'exécution. La croissance constante de la complexité afférente et l'autonomie indispensable à la gestion des systèmes logiciels embarqués rendent la reconfiguration de plus en plus importante. Les défis concernent autant le niveau modèle de conception que le niveau environnement et support d'exécution. Les contributions de ce travail portent sur la reconfiguration dynamique guidée par les modèles dans le processus de développement des systèmes logiciels embarqués. Elles ciblent à la fois le niveau modélisation et le niveau plate-forme d'exécution. Par ailleurs, nous proposons une approche basée sur l'ingénierie dirigée par les modèles permettant le passage automatisé et fiable des modèles vers l'implantation, sans rupture de la chaîne de production.

Un système logiciel embarqué est dit reconfigurable, s’il peut modifier son comportement ou son architecture selon l’évolution des exigences de son contexte d’utilisation et la variation des contraintes de son environnement d’exécution. La croissance constante de la complexité afférente et l’autonomie indispensable à la gestion des systèmes logiciels embarqués rendent la reconfiguration de plus en plus importante. Les défis concernent autant le niveau modèle de conception que le niveau environnement et support d’exécution. Les contributions de ce travail portent sur la reconfiguration dynamique guidée par les modèles dans le processus de développement des systèmes logiciels embarqués. Elles ciblent à la fois le niveau modélisation et le niveau plate-forme d’exécution. Par ailleurs, nous proposons une approche basée sur l’ingénierie dirigée par les modèles permettant le passage automatisé et fiable des modèles vers l’implantation, sans rupture de la chaîne de production. / An embedded software system is reconfigurable when it can modify its behavior or its architecture. The reconfigurations are launched according to the evolution of context requirements and the variation of execution environment constraints. The constant growth of the complexity in embedded systems makes the reconfiguration more important and more difficult to achieve. The challenges concern as much the design model level as the runtime support level. The development of these systems according to the traditional processes is not more applicable in this context. New methods are necessary to conceive and to supply reconfigurable embedded software architectures. We propose a model driven approach that enables to specify dynamic embedded software architectures with respect to non-functional properties. We also propose a runtime support that enables to perform dynamic embedded applications generated from a high level description.

Nous proposons une approche pour ajouter des propriétés non-fonctionnelles (traitement d'exceptions, atomicité, sécurité, persistance) à des coordinations de services. L'approche est basée sur un Modèle de Politiques Actives (AP Model) pour représenter les coordinations de services avec des propriétés non-fonctionnelles comme une collection de types. Dans notre modèle, une coordination de services est représentée comme un workflow compose d'un ensemble ordonné d'activité. Chaque activité est en charge d'implante un appel à l'opération d'un service. Nous utilisons le type Activité pour représenter le workflow et ses composants (c-à-d, les activités du workflow et l'ordre entre eux). Une propriété non-fonctionnelle est représentée comme un ou plusieurs types de politiques actives, chaque politique est compose d'un ensemble de règles événement-condition-action qui implantent un aspect d'un propriété. Les instances des entités du modèle, politique active et activité peuvent être exécutées. Nous utilisons le type unité d'exécution pour les représenter comme des entités dont l'exécution passe par des différents états d'exécution en exécution. Lorsqu'une politique active est associée à une ou plusieurs unités d'exécution, les règles vérifient si l'unité d'exécution respecte la propriété non-fonctionnelle implantée en évaluant leurs conditions sur leurs états d'exécution. Lorsqu'une propriété n'est pas vérifiée, les règles exécutant leurs actions pour renforcer les propriétés en cours d'exécution. Nous avons aussi proposé un Moteur d'exécution de politiques actives pour exécuter un workflow orientés politiques actives modélisé en utilisant notre AP Model. Le moteur implante un modèle d'exécution qui détermine comment les instances d'une AP, une règle et une activité interagissent entre elles pour ajouter des propriétés non-fonctionnelles (NFP) à un workflow en cours d'exécution. Nous avons validé le modèle AP et le moteur d'exécution de politiques actives en définissant des types de politiques actives pour adresser le traitement d'exceptions, l'atomicité, le traitement d'état, la persistance et l'authentification. Ces types de politiques actives ont été utilisés pour implanter des applications à base de services fiables, et pour intégrer les données fournies par des services à travers des mashups. / We propose an approach for adding non-functional properties (exception handling, atomicity, security, persistence) to services' coordinations. The approach is based on an Active Policy Model (AP Model) for representing services' coordinations with non-functional properties as a collection of types. In our model, a services' coordination is represented as a workflow composed of an ordered set of activities, each activity in charge of implementing a call to a service' operation. We use the type Activity for representing a workflow and its components (i.e., the workflow' activities and the order among them). A non-functional property is represented as one or several Active Policy types, each policy composed of a set of event-condition-action rules in charge of implementing an aspect of the property. Instances of active policy and activity types are considered in the model as entities that can be executed. We use the Execution Unit type for representing them as entities that go through a series of states at runtime. When an active policy is associated to one or several execution units, its rules verify whether each unit respects the implemented non-functional property by evaluating their conditions over their execution unit state, and when the property is not verified, the rules execute their actions for enforcing the property at runtime. We also proposed a proof of concept Active Policy Execution Engine for executing an active policy oriented workflow modelled using our AP Model. The engine implements an execution model that determines how AP, Rule and Activity instances interact among each other for adding non-functional properties (NFPs) to a workflow at execution time. We validated the AP Model and the Active Policy Execution Engine by defining active policy types for addressing exception handling, atomicity, state management, persistency and authentication properties. These active policy types were used for implementing reliable service oriented applications, and mashups for integrating data from services.

L’accroissement continu de la complexité des systèmes embarqués pose un problème majeur pour leur développement lequel doit aussi prendre en compte les exigences extra-fonctionnelles et les contraintes du domaine telles que la limitation et le partage des ressources, la distribution, et les contraintes temporelles et de fiabilité. De ce fait, les systèmes embarqués requièrent de nouvelles solutions pouvant efficacement et de manière prévisible répondre à l’ensemble de ces besoins. L’ingénierie logicielle basée composants est un paradigme qui a déjà démontré des aptitudes pour appréhender la complexité logicielle. Cependant, pour supporter de manière efficace les propriétés extra-fonctionnelles, un modèle de composants doit posséder des mécanismes spécifiques. L’objectif de cette thèse est de construire un tel support. Pour ce faire, nous avons analysé de manière systématique des modèles de composants existants à ce jour et identifié des challenges relatifs à la réalisation d’une approche basée composants dédiée au développement des systèmes embarqués. S’appuyant sur ces challenges, nous avons avancé l’état de l’art en développant ProCom, un nouveau modèle de composants qui répond aux attentes des systèmes embarqués au travers de sa sémantique d’exécution et de sa structuration en niveaux. Centré autour de ProCom, nous avons aussi développé PRIDE, son environnement de développement intégré. PRIDE couvre le procédé de développement des premières phases de spécification jusqu’à la synthèse et le déploiement et fournit des moyens d’intégrer différents outils d’analyse et de vérification. La contribution principale de cette thèse réside dans la modélisation et la réalisation d’un support pour la gestion des propriétés extra-fonctionnelles pour les systèmes embarqués construits à base de composants logiciels. Ce support facilite la spécification, le management et l’intégration de propriétés multi-valuées tenant compte du contexte dans lequel elles ont été établies. Les propriétés peuvent être attachées aux éléments architecturaux des modèles de composants et leurs valeurs peuvent être comparées et raffinées durant le développement. En particulier, le fait d’avoir des valeurs multiples avec leur contexte d’évaluation permet de comparer des valeurs provenant de différentes sources. Les concepts proposés ont été illustrés au travers d’exemples représentatifs de systèmes. / The continuously increasing complexity of embedded systems is a major issue for their development, which, in addition, must also consider specific extra-functional requirements and constraints, such as limited and shared resources, distribution, timing, and dependability. Thus, embedded systems call for development solutions that can efficiently and predictably cope with these issues. Component-based software engineering is a proven paradigm to handle complexity. Yet, for efficiently managing extra-functional properties, a component model needs to have dedicated mechanisms that provide a suitable support for their management. The objective of this thesis is to build this support. We have performed a systematic analysis of existing component models and identified challenges of applying a component-based approach to embedded system development. Based on these challenges we have advanced the current state-of-the-art by developing a new component model, called ProCom, that accommodates the specifics of embedded systems through its well-defined execution semantics and layered structure. Centered around ProCom, we have also developed PRIDE, the ProCom Integrated Development Environment. PRIDE supports the development from early specification to synthesis and deployment, providing the means to aggregate various analysis and verification tools. The main contribution of the thesis is in the design and implementation of an extra-functional property management framework that enables to seamlessly specify, manage and integrate multi-valued context-aware extra-functional properties of component-based embedded systems. Properties can be attached to architectural elements of component models and their values can be compared and refined during the development process. In particular, having multiple context-aware values allows values from different sources to be compared. The proposed concepts have been demonstrated on several representative example systems.

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. / The service oriented computing paradigm plays an increasingly important role in structuring complex systems. Application design and development approaches are witnessing a shift from traditional models towards a more dynamic service oriented model promoting reuse and adaptability. In this thesis, we study an approach for application design and development based on services’ composition. We propose DyCoSe, an environment for sharing services. It consists of an enterprise ecosystem wherein members, organized in communities, share a global agreement describing traditional business functionalities and common non-functional properties. DyCoSe relies on a three level architecture for service based application composition combining both, a top down and a bottom up composition approach. The top down part describes an application using high-level components and refines it to an orchestration of services. The bottom up part projects network characteristics to the services’ level. An instantiation process aiming at realizing an application is described. It formalizes services’ selection as a cost optimization problem considering a set of user given constraints. Two solutions of the instantiation problem are proposed. A global solution considers all the available services in an ecosystem. A local solution gives priority to services of selected communities. A genetic algorithm implements the global instantiation. A stochastic simulation of DyCoSe is proposed. It allows studying the instantiation success rate and the application execution success rate both in a dynamic environment wherein services availability is not guaranteed.