Ces dernières années ont vu l’émergence d’architectures orientées services (SOA) conçues pour faciliter la création, l’exposition, l’interconnexion et la réutilisation d’applications à base de services. Les services Web sont la réalisation la plus importante de cette architecture SOA. Ce sont des applications auto descriptives et modulaires fournissant un modèle simple de programmation et de déploiement d’applications. La composition de services Web, en particulier l’orchestration, est au coeur de l’ingénierie à base de services (SOC pour Service Oriented Computing) puisque elle supporte la construction de nouveaux services composés à partir de services de base. De son côté, WS-BPEL (ou BPEL) s’est imposé depuis 2005 comme le langage standard d’orchestration de services Web. Cette thèse de Doctorat s’articule autour du test fonctionnel de l’orchestration de services décrite en langage BPEL, qui consiste à établir la conformité de l’implantation d’un service composé par rapport à sa spécification. Nos activités de recherche ont été motivées par les caractéristiques spécifiques de la composition de services surtout celle décrite en BPEL, et par la nécessité d’automatisation des tests. L’objectif de cette thèse est double : d’une part, proposer une modélisation formelle de l’orchestration de services, et d’autre part, proposer une méthode de test complète de l’orchestration de services, allant de la modélisation formelle de l’orchestration à l’exécution des tests, incluant la génération automatique de cas de test. Notre modèle formel (appelé WS-TEFSM) permet de décrire une grande partie de BPEL et prend en considération les propriétés temporelles de la composition de service. La modélisation formelle est la première phase de notre approche de test. Par conséquent, nous utilisons le modèle formel résultant pour la génération de cas de test satisfaisant un ensemble d’objectifs de test. L’automatisation de la génération de cas de test a été mise en oeuvre par l’implémentation d’une stratégie efficace d’exploration partielle de l’espace d’états (i.e. Hit-Or-Jump) dans le simulateur IF. Pour se focaliser seulement sur les erreurs potentielles du service orchestrateur (service composé), nous proposons une approche de test boîte grise consistant à simuler les services partenaires de cet orchestrateur. Nous avons abordé ces problématiques à la fois d’un point de vue théorique et pratique. En plus de la proposition d’une modélisation formelle de l’orchestration de services et d’un algorithme de génération de cas de test temporisés, nous avons implémenté ces deux concepts en développant deux prototypes. BPEL2IF permet de transformer une orchestration de services décrite en BPEL en une spécification formelle à base d’automates temporisés (spécification IF). TestGen-IF permet de dériver automatiquement des cas de test temporisés. Enfin, pour valider notre démarche, nous avons appliqué notre approche de test à des cas d’études de taille réelle. / Last years have seen the emergence of the service oriented architecture (SOA) designed to facilitate the creation, the publication, the networking and the reuse of applications based on services. Web services are the most important realization of the SOA architecture. They are self descriptive and modular entities which provide a simple model of programming and application deployment. Web services composition, especially orchestration, is at the heart of service oriented computing (SOC), since it supports the construction of new composite services out of basic services. WS-BPEL (BPEL for short) has emerged since 2005 as the standard language for Web service orchestration. This PhD thesis focuses on functional testing of service orchestrations described in BPEL, which aims to establish the conformance of a composite service implementation to its specification. Our research activities have been motivated by specific features of the BPEL composition, and the need for test automation. The objective of this thesis is twofold : on the one hand, to propose a formal modeling of service orchestration, and on the other hand, to propose a comprehensive testing approach for orchestrations, ranging from orchestration modeling to tests execution, including automatic test case generation. Compared to existing work, our formal model covers a large subset of BPEL constructs and focuses on the temporal properties of the composition. The formal model is a first step of our testing approach. Afterwards, we use the model to generate the test cases according to test purposes. We automate the test generation by implementing an efficient state space search strategy inside an open-source simulator, i.e. the IF simulator. In our case, to focus on the potential errors of the orchestrator, we propose a gray box approach which consists on the simulation of the partners of this orchestrator. We have addressed these issues both from a theoretical and practical perspective. Therefore, besides proposing expressive orchestration models and test case generation algorithm, we have developed prototypes (BPEL2IF and TestGen-IF) as a proof of concepts. BPEL2IF transforms a BPEL orchestration into a formal specification based on timed automata (IF specification). TestGen- IF generates automatically timed test cases. Moreover, to validate our proposal, we have applied our testing approach on real size case studies.

De nos jours, l’ouverture à la concurrence stimule les fournisseurs de services à être de plus en plus compétitifs et à attirer de plus en plus d’abonnés afin de faire face aux fortes pressions du marché. L’approche user-centric, qui consiste à fournir le plus rapidement possible des services adaptés aux besoins de l’usager, attire de plus en plus d’attention suite à l’émergence de l’environnement ubiquitaire. L’interopérabilité, aussi bien celle entre utilisateur et service que celle entre les services, est favorisée par l’adoption de SOA (architecture orientée service) comme modèle de développement, ainsi que les services Web qui combinent les avantages de ce modèle avec les langages et technologies développés pour Internet.Notamment, la composition dynamique de service Web est considérée comme un atout majeur, qui permet de répondre à des requêtes complexes en combinant les fonctionnalités de plusieurs services au sein d’une session personnalisée. Les services sont divers et variés et des services similaires pourraient être fournis depuis des plateformes hétérogènes. Dans un environnement ubiquitaire, les utilisateurs sont mobiles, cette mobilité se manifeste aussi bien à travers les réseaux empruntés que les terminaux utilisés. Ceci entraine une possible mobilité de services (aussi bien en termes de serveur effectif qu’en termes de services équivalents). C’est dans ce contexte dynamique et ubiquitaire, qui est celui choisi par le projet ANR/UBIS (dont cette thèse est partiellement issue), que nous avons mené nos recherches sur le thème particulier de la médiation de composition dynamique de services web. Plus précisément, nous proposons une approche de médiation qui consiste à recenser puis organiser de divers services concrets (aussi bien SOAP que RESTFul) pour constituer une panoplie des services abstraits d’une part, puis, à partir desquels, à offrir aux usagers les possibilités de réaliser des services personnalisés selon leur besoins (logique métier) par composition dynamiquement de ces services abstraits et de leur association avec le service concret le plus approprié. Nous avons considéré les trois types de composition de services (SOAP/SOAP, SOAP/RESTful, RESTful/RESTful) dans notre médiation. Selon le souhait de l’usager, cette composition (Mashup du coté de médiateur) peut lui être retournée et que l’usager peut invoquer de manière autonome, ou bien le médiateur peut assurer la réalisation du service composé et fournir seulement le résultat final à l’usager. Dans ce dernier cas, les différentes mobilités peuvent être prises en compte par le médiateur, qui s’appuie sur les mécanismes de la communauté virtuelle préconisés par le projet UBIS pour activer les services concrets les plus appropriés correspondant à un service / Nowadays, high market pressure stimulates service providers to be more competitive in order to attract more subscribers. The user-centric approach, which aims to provide adapted services to user’s needs, is attracting a great attention thanks to the emergence of ubiquitous environment. The interoperability, either that between users and services or that among services, is favored by the adoption of SOA (Service Oriented Architecture), as a development model as well as the Web services that combine the advantages of this model with the language and development technologies devoted to Internet-based applications. In particular, the dynamic Web service composition is currently the main practice which allows achieving enhanced services, as an answer to increasing complex requests by users for various types of services, by combining functionalities of multiple services within a single and personalized service session. Indeed, already available services are numerous and of various natures, similar services can be provided by heterogeneous platforms. In a ubiquitous environment, users are mobile, either by changing the access network or by changing the terminal, or even both of them. This leads in turn to potential needs on mobility of services, both in terms of the (physical) server and in terms of the (equivalent) services. It is in this dynamic and ubiquitous context that we have conducted our research. In particular, we focused on the particular topic of mediation of dynamic composition of web services. We proposed a mediation approach which consists in identifying and organizing various concrete services (both SOAP and RESTful) to form a set of abstract services, and, from this knowledge base, to provide users the possibility to realize personalized service session according to their needs through dynamic composition of some of the abstract services and their mapping to best suited concrete services. We considered three types of service composition (SOAP/SOAP, SOAP/RESTful, RESTful/RESTful) in our mediation. Depending on the user’s will, this composition (Mashup on the side of the mediator) can be returned to him/her, so that he/she can invoke it autonomously; or the mediator can ensure the realization of the composed services and provide only the final result to the user. In the latter case, the mediator can handle the aforementioned different mobility. This feature is achieved by exploring the mechanism of the virtual community to select the most appropriate concrete service corresponding to the abstract service and maintain the continuity of service while respecting its requested QoS. The virtual community has been developed within the ANR/UBIS project (to which part of this thesis is related).

L'architecture orientée services (SOA) est une évolution architecturale des systèmes d'informations qui formalise le concept d'échange et de partage inter-application. L'approche SOA utilise un annuaire de services (UDDI) qui joue un rôle de médiateur entre le fournisseur et le consommateur de services. Le fournisseur ou le producteur de services enregistre la description de son service et, par la suite, le consommateur va interroger l'annuaire afin de trouver un service approprié à ses besoins à partir des descriptions publiées. Une mise en oeuvre possible de cette architecture consiste à utiliser le Web comme support pour la communication entre services. Une telle architecture entraîne donc que les services soient exposés sur le web, qu'on appelle services Web. L'avantage de cette approche est, d'une part, de créer un bassin de clientèle pour les fournisseurs et, d'autre part, de mettre en place une base de services importante à l'attention des consommateurs. Un problème qui apparaît à la mise en oeuvre de cette architecture basée sur les services Web est que le processus de découverte devient assez complexe, et ce en raison de la multitude de services offerts sur Internet, de l'absence d'un standard de représentation des requêtes des consommateurs et en l'absence d'un moteur de recherche efficace. Notre travail consiste à développer une application basée sur les techniques des algorithmes génétiques pour la découverte et la composition de services Web. Le consommateur exprime le service Web désiré par un fichier de description WSDL. Le système interroge un espace de recherche sous la forme de collection de services Web et donne comme résultat une liste de services possibles (population). Le critère de sélection d'un service est sa valeur de similarité avec le service cible. Les éléments de la population résultat sont des services qui existent dans l'espace de recherche (découverte d'un service approprié) ou qui ont été créés par le biais de la composition de services existants. Notre choix d'une approche utilisant les algorithmes génétiques s'est fait parce que les opérations utilisées par un algorithrne génétique -croisement, mutation, sélection -semblaient avoir une grande correspondance avec la composition de services Web. Les quelques tests que nous avons effectués pour évaluer notre approche semblent justifier notre choix de ces techniques. Toutefois, les résultats pourraient être améliorés par l'introduction de notions sémantiques et le temps de réponse pourrait être amélioré par l'utilisation de parallélisme dans nos algorithmes génétiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Services Web, Composition de services, Architecture orientée services (SOA), Web Services Description Language (WSDL), Simple Object Access Protocol (SOAP), Algorithmes génétiques.

Dans ce travail nous proposons une adaptation du paradigme de la programmation par contrat - contrats exprimés sous forme de protocoles de comportement - au contexte des architectures orientées services, et ce à travers la conception d'un cadre d'applications (framework) supportant l'ensemble du processus de contractualisation, à savoir, la définition des contrats, la surveillance dynamique et la réaction en fonction du respect ou non des règles établies. La solution proposée permet de détecter les ruptures de contrat à chaud, c'est-à-dire en cours d'exécution des compositions de services, ouvrant ainsi la porte à l'instauration de mécanismes dynamiques de compensation. Les contrats surveillés représentent des protocoles de comportements de processus BPEL, ce qui permet de définir des contraintes sur l'ordre d'exécution des opérations publiques des services partenaires. Nous en présentons également une mise en œuvre, BPEL.RPM, qui est adaptable, dans le sens où elle peut aisément intégrer des modules externes de compensation, mais qui est aussi portable, puisqu'elle fonctionne indépendamment de l'environnement d'exécution des services Web. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : services Web, programmation par contrat, surveillance dynamique, BPEL.

La composition des services web, en tant que moyen de fournir des applications à valeur ajoutée a engendré un grand intérêt aussi bien dans le milieu industriel que dans la communauté des chercheurs. Dans le premier cas, l'accent a été mis sur la définition des standards basés sur le langage XML. Elle est de nature exclusivement syntaxique. Dans le deuxième cas, on aborde la composition sous une approche basée sur le web sémantique et la description de services est basée sur des informations sémantiques. Les deux approches ayant été développées séparément bien que l'objectif que l'on veut atteindre est le même à savoir la fourniture d'outils de composition automatique de services. Dans ce mémoire, nous proposons une approche « mixte » qui essaye de rassembler les avantages des deux méthodes précédentes. L'originalité de la solution consiste à utiliser les standards industriels de la composition tout en utilisant un système à base de connaissances modélisant les contraintes de la composition de services. Les mécanismes utilisés sont les règles exprimées par la logique d'ordre 1 avec les concepts orientés objet. Nous avons réalisé un prototype qui a montré la concrétisation des idées avancées afin de mettre en place un système de composition pouvant être utilisé pour des applications réelles. Le prototype est illustré par un exemple provenant de l’industrie de la distribution et du transport électrique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : services web, composition, système à base de connaissances, Jess, wsdl, bpel4ws

Le Web est devenu une plateforme universelle d’hébergement d'applications hétérogènes. Dans ce contexte, les services Web se sont imposés comme une technologie clé pour permettre l’interaction entre diverses applications. Les technologies standards proposées autour des services Web permettent la programmation, plutôt manuelle, de ces applications. Pour favoriser une programmation automatique à base de services web, un problème majeur se pose : celui de leur découverte. Plusieurs approches adressant ce problème ont été proposées dans la littérature. L’objectif de cette thèse est d’améliorer le processus de découverte de services en exploitant trois pistes de recherche. La première consiste à proposer une approche de découverte qui combine plusieurs techniques de matching. La deuxième se base sur une validation des services retournés par un processus de découverte automatique en se basant sur les compétences utilisateurs. Ces approches ne prennent pas en considération l’évolution de services dans le temps et les préférences des utilisateurs. Pour remédier à ces lacunes plusieurs approches incorporent des techniques de recommandation. La majorité d'entre eux sont basées sur les évaluations des propriétés de QdS. Pratiquement, ces évaluations sont rarement disponibles. D’autres systèmes exploitent les relations de confiance. Ces relations sont établies en se basant sur les évaluations de services. Or, invoquant le même service ne signifie pas obligatoirement avoir les mêmes préférences. D’où, nous proposons, l’exploitation des relations d’intérêts entre les utilisateurs pour recommander des services. L’approche s’appuie sur une modélisation orientée base de données graphes. / The Web has become an universal platform for content hosting and distributed heterogeneous applications that can be accessed manually or automatically. In this context, Web services have established themselves as a key technology for deploying interactions across applications. The standard Web services technologies allow and facilitate the manual programming of these applications. To promote automatic programming based on Web services, a major problem arises : that of their discovery. Several approaches addressing this problem have been proposed in the literature. The aim of this thesis is to improve the Web services discovery process. We proposed three approaches. We proposed a Web services discovery approach that combines several matching techniques. The second consists on the validation of the services returned by an automatic process of discovery using users’ competencies. These approaches do not take into account the evolution of services over time and user preferences. To address these shortcomings, several approaches incorporate referral techniques to assist the discovery process. A large majority of these approaches are based on assessments of QoS properties. In practice, these assessments are rarely available. In other systems, trust relationships between users and services are used. These relationships are established based on invocations evaluations of similar services. However, invoking the same service do not necessarily mean having the same preferences. Hence, we propose, in our third approach, the use of the relations of interest between users to recommend services. The approach relies on modeling services’ ecosystem by database graphs.

Les services web ont longtemps été présentés comme la réponse, tant attendue, à l'interopérabilité souhaitée des systèmes distribués hétérogènes. Dans le passé, plusieurs technologies ont fait la promesse d'offrir cette interopérabilité: .NET, DCOM, J2EE, CORBA, etc. La promesse ne fut jamais tenue, tantôt parce que la technologie en question n'était pas extensible (adaptable à différentes échelles) (DCOM et CORBA), tantôt parce qu'elle était de propriété industrielle (DCOM, .NET, etc.). UDDI (Universal Discovery Description and Integration) publie tous les services web disponibles et facilite ainsi la requête des services offerts par les différentes entreprises. Néanmoins, la façon dont ces requêtes sont formulées laisse à désirer. En particulier, UDDI prend pour acquis que, pour chaque besoin commercial, il y aurait un service commercial. Cette réalité a rapidement convaincu les utilisateurs des services web de l'importance d'en faire la composition. Par conséquent, la composition des services web a connu beaucoup d'intérêt dans les dernières années. Les approches adoptées pour composer des services web sont différentes. Nous prônons une approche syntaxique. Nous pensons qu'une recherche par contexte et domaine d'industrie permettrait une découverte adéquate de services web satisfaisant les besoins du client. WSDL nous facilite la tâche, puisque les types de ses éléments sont des documents d'affaires donnant une bonne idée des services qu'ils offrent. Nous utilisons l'appariement des signatures des opérations pour chercher l'ensemble d'opérations fournissant les types dont on a besoin. La composition des services web devient une composition de fonctions qui, partant d'un ensemble de messages d'entrées, produisent un ensemble de messages de sorties. Dans cette recherche, nous présentons un algorithme qui se base sur différentes manières d'apparier les types et qui satisfait cette approche sémantique ainsi que les résultats trouvés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Services Web, .NET, DCOM, J2EE, CORBA, Standard UDDI, WSDL, Appariement, Composition.

Ce mémoire aborde un sujet du domaine de l'intégration d'applications d'entreprise qui est basé sur la notion de services. Le nom exact de ce domaine est architecture orientée-service. L'architecture orientée-service est abordée par ce mémoire comme étant une nouvelle approche de l'intégration d'applications, qui est en soit un problème qui date de plusieurs années déjà. Des survols historiques et théoriques sont donnés afin de fournir l'état de l'art, en plus d'approfondir la matière avant d'entrer dans le coeur du sujet qui est, comme le titre l'indique, les bases d'un guide sur l'architecture orientée-service basé sur le SWEBOK. Pour ce faire, le chapitre 4 est divisé en sections faisant directement référence au SWEBOK mais où l'on retrouve plutôt des contributions de l'auteur sur chacun des domaines abordés. Une suite d'objectifs est donnée en début de chapitre 4. Les contributions doivent répondre à un ou plusieurs de ces objectifs. Aux contributions, sont donc directement attribués des objectifs, ainsi qu'une courte explication qui décrit comment chacune des contributions répond aux divers objectifs. Une analyse sommaire des relations entre contributions et objectifs suit afin de déterminer si des hypothèses et généralisations découlent de cet exercice. La conclusion porte, d'une façon générale, sur l'ensemble du mémoire, mais aussi principalement sur le contenu du chapitre 4. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Architecture, Orientée-service, Architecture orientée-service, Intégration d'applications d'entreprise, Conception d'application, Services web, Conception de logiciel, Swebok, Génie logiciel, Soa.

Depuis quelques années, de nombreux champs de l'informatique ont été transformés par l'introduction d'une nouvelle vision de la conception et de l'utilisation d'un système, appelée approche déclarative. Contrairement à l'approche dite impérative, qui consiste à décrire au moyen d'un langage formelles opérations à effectuer pour obtenir un résultat, l'approche déclarative suggère plutôt de décrire le résultat désiré, sans spécifier comment ce «but» doit être atteint. L'approche déclarative peut être vue comme le prolongement d'une tendance ayant cours depuis les débuts de l'informatique et visant à résoudre des problèmes en manipulant des concepts d'un niveau d'abstraction toujours plus élevé. Le passage à un paradigme déclaratif pose cependant certains problèmes: les outils actuels sont peu appropriés à une utilisation déclarative. On identifie trois questions fondamentales qui doivent être résolues pour souscrire à ce nouveau paradigme: l'expression de contraintes dans un langage formel, la validation de ces contraintes sur une structure, et enfin la construction d'une structure satisfaisant une contrainte donnée. Cette thèse étudie ces trois problèmes selon l'angle de la logique mathématique. On verra qu'en utilisant une logique comme fondement formel d'un langage de « buts », les questions de validation et de construction d'une structure se transposent en deux questions mathématiques, le model checking et la satisfiabilité, qui sont fondamentales et largement étudiées. En utilisant comme motivation deux contextes concrets, la gestion de réseaux et les architectures orientées services, le travail montrera qu'il est possible d'utiliser la logique mathématique pour décrire, vérifier et construire des configurations de réseaux ou des compositions de services web. L'aboutissement de la recherche consiste en le développement de la logique CTLFO+, permettant d'exprimer des contraintes sur les données, sur la séquences des opérations d'un système, ainsi que des contraintes dites «hybrides». Une réduction de CTL-FO+ à la logique temporelle CTL permet de réutiliser de manière efficace des outils de vérification existants. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Méthodes formelles, Services web, Réseaux.

According to current development of internet technology, remote control over the internet becomes a heated discussed topic. Some recent technologies such as Service-Oriented Architecture (SOA), web service and ontology offer great opportunity for remote control over the internet and a lot of research has been done into this topic. However, there are still many challenges in architecture design and dynamic user interface generation. Architectures in this research field lack clear description of controlled machine model as well as related knowledge support. Also, there is little system support further control service development. There is little research on web user interface design for remote control system over the internet. The design of web user interface has the challenge of overcoming the limitations of web technology to satisfactorily support different machines, users and control process requirements. This work overcomes the limitations on architecture by offering a SOA based design which allows both multiple users and distributed machine access. The system applies a machine model for the description of the machine structure and functions, which help the system to reason about machine components and their relationships with instructions. With a web service based design, different machines can be connected via the system and execute user commands. Using semantic description and ontology based methods the system can automatically retrieve machine information and generate the structure and function descriptions for different machines. Moreover, the system provides services which can support further development in remote control services. The proposed architecture improves on former designs, and offers a flexible architecture for remote control services over the internet. An intelligent web user interface is also introduced in this work. The design separates the interface data structure from the data representation. Supported by the remote control service development environment, the user interface could adapt to the control sessions. Semantic descriptions are used to describe the page data structure, session context as well as control command. Therefore, control page content can be adapted by the computer to real time control session. At the same time, a session dependent navigation is designed to resolve the problem of changeable requirements for multiple-machine web user interface. With a message driven model and a session dependent semantic data structure, the required machine data can be analysed by the system and categorised according to user s requirements. Compare with other designs, this service offers a method for web user interface generation for different machines, users and can adapt to different control processes. The design is demonstrated in five evaluation scenarios aimed at testing different aspects of the system. Evaluation demonstrates the design proposed in this thesis is feasible. It also shows the design can be applied to different areas and adapted to different control related requirements well.