Orientadores: Eleri Cardozo, Juan Manuel Adán Coello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T11:09:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tizzo_NeilPaiva_D.pdf: 4158360 bytes, checksum: 2da573ad2a127a6b19a4e75f6b8f2d76 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A automação da composição de serviços Web é, na visão do autor, um dos problemas mais importantes da área de serviços Web. Além de outras características, destaca-se que somente a composição automática é capaz de lidar com ambientes mutáveis onde os serviços são permanentemente inseridos, removidos e modificados. Os métodos existentes para realizar a composição automática de serviços apresentam várias limitações. Alguns tratam de um número muito restrito de fluxos de controles e outros não consideram a marcação semântica dos serviços. Em adição, em muitos casos não há avaliações quantitativas do desempenho dos métodos. Desta forma, o objetivo desta tese é propor um método para realizar a composição automática de serviços Web semânticos que considera os cinco tipos básico de fluxo de controle identificados pela Workflow Management Coalition, a saber: sequencial, separação paralela, sincronização, escolha-exclusiva e união simples; bem como para o fluxo de controle em laço, considerado um fluxo do tipo estrutural. As regras que descrevem a composição entre os serviços são híbridas, baseadas em semântica e em técnicas de recuperação de informação. Os serviços são descritos em OWL-S, uma ontologia descrita em OWL que permite descrever semanticamente os atributos IOPE (parâmetros de entrada, de saída, pré-requisitos e efeitos) de um serviço, mas somente os parâmetros de entrada e saída foram levados em consideração neste trabalho. Para validar a abordagem foi implementado um protótipo que utilizou times assíncronos (A-Teams) com agentes baseados em algoritmos genéticos para realizar a composição segundo os padrões de fluxo sequencial, paralelo e sincronização. A avaliação experimental do algoritmo de composição foi realizada utilizando uma coleção de serviços Web semânticos pública composta de mais de 1000 descrições de serviços. As avaliações de desempenho, em vários cenários típicos, medidas em relação ao tempo de resposta médio e à quantidade de vezes em que a função de avaliação (função fitness) é calculada são igualmente apresentadas. Para os casos mais simples de composição, o algoritmo conseguiu reduzir o tempo de resposta em relação a uma busca cega em aproximadamente 97%. Esta redução aumenta à medida que a complexidade da composição também aumenta / Abstract: The automation of the composition of Web services is, in the view of the author, one of the most important problems in the area of Web services. Beyond other characteristics, only the automatic composition can deal with a changing environment where the services are permanently inserted, removed, and modified. Existing methods performing the automatic service composition have several limitations. Some deal with a very limited number of control flow patterns, while others do not consider the semantic markup of services. In addition, in many cases there is no quantitative evaluation of the method's performance. In such a way, the objective of this thesis is to propose a method to perform the automatic composition of semantic Web services considering the five basic types of control flow identified by the Workflow Management Coalition, namely: sequential, parallel split, synchronization, exclusive choice and simple merge; and for loop control flow, classified as a structural control flow pattern. The rules that describe the composition of the service are hybrid: based in semantics and in information retrieval techniques. Services are described in OWL-S, an ontology described in OWL that allows the semantically description of the IOPE attributes (input, output, prerequisite and effect) of a service, but only the input and output parameters were taken into consideration in this work. A prototype was implemented to validate the proposed rules. An asynchronous Team (A-Team) algorithm with genetic agents was used to carry out the composition according to the sequential, parallel and synchronization control flows. The experimental evaluation of the composition algorithm employed a public collection of semantic Web services composed of more than 1000 descriptions of services. An experimental performance evaluation showed that, for simple composition cases, the algorithm reduced the average response time in approximately 97%, when compared to blind search. This reduction increases as the composition complexity increases / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Le Web d'aujourd'hui représente un espace où les utilisateurs recherchent, découvrent et partagent des informations. Dans ce cadre, les processus de découverte de services Web jouent un rôle fondamental. Un tel processus permet de faire le lien entre des informations publiées par des fournisseurs de services et des requêtes créées par les internautes. Généralement, un tel processus repose sur une recherche " textuelle " ou à base de " mots-clés ". Or, ce type de recherche ne parvient pas à toujours identifier les services les plus pertinents. Notre idée est de concevoir un système plus " intelligent ", permettant d'utiliser, lors du processus de découverte, une base de connaissances associées aux informations, comme c'est le cas pour le Web sémantique. Cette thèse présente un prototype pour la découverte de services Web sémantiques, utilisant des caractéristiques non-fonctionnelles (descriptives) des services. Notre approche emploie le langage OWL-S (Web Ontology Language for Services) pour définir un modèle de description des paramètres non-fonctionnels des services. Ce modèle a pour but de faciliter la découverte de services Web sémantiques. Ce modèle représente le centre de notre contribution, étant utilisé pour la conception des interfaces et des requêtes. Deux interfaces sont développées, l'une s'adressant aux fournisseurs de services, alors que la deuxième interface est conçue pour l'utilisateur final. L'algorithme de recherche présenté dans cette thèse a pour but d'améliorer la précision et la complétude du processus de découverte de services.

Les services web gagnent de l'importance en tant que cadre facilitant l'intégration d'applications au sein et en dehors des frontières des entreprises. Il est accepté que la description d'un service ne devrait pas seulement inclure l'interface, mais aussi le protocole métier supporté par le service. Dans le cadre de ce travail, nous avons formalisé la catégorie des protocoles incluant des contraintes de temps (appelés protocoles temporisés) et étudié l'impact du temps sur l'analyse de compatibilité et de remplaçabilité. Nous avons formalisé les contraintes suivantes : les contraintes Clnvoke définissent des fenêtres de disponibilités tandis que les contraintes Mlnvoke définissent des délais d'expiration. Nous avons étendu les techniques pour l'analyse de compatibilité et de remplaçabilité entre protocoles temporisés à l'aide d'un mapping préservant la sémantique entre les protocoles temporisés et les automates temporisés, ce qui a défini la classe des automates temporisés de protocoles (PTA). Les PTA possèdent des transitions silencieuses qui ne peuvent pas être supprimées en général, et pourtant ils sont fermés par calcul du complément, ce qui rend décidable les différents types d'analyse de compatibilité et de remplaçabilité. Enfin, nous avons mis en oeuvre notre approche dans le cadre du projet ServiceMosaic, une plate-forme pour la gestion du cycle de vie des services web.

Les contraintes de déductibilité ont été introduites pour vérifier les protocoles cryptographiques. Cette thèse présente une procédure de décision pour le problème de satisfaisabilité des systèmes généraux de contraintes de déductibilité. Deux cas sont envisagés: la théorie de Dolev-Yao standard et son extension par un opérateur associatif, commutatif, idempotent. Le résultat est utilisé pour résoudre le problème de l'orchestration automatique et distribué de services Web sécurisés. Comme seconde application nous proposons une procédure pour décider la sécurité d'un nombre fini de sessions de protocole en présence de plusieurs intrus qui ne communiquent pas. Nous montrons également comment il est possible de détecter certaines attaques par réécriture qui exploitent le format des messages en XML / Deducibility constraints have been introduced to verify cryptographic protocols. This thesis gives a decision procedure for the satisfiability problem of general deducibility constraints. Two cases are considered: the standard Dolev-Yao theory and its extension with an associative, commutative idempotent operator. The result is applied to solve the automated distributed orchestration problem for secured Web services. As a second application we give a procedure to decide the security of a cryptographic protocol in presence of several non-communicating intruders. We also show how it is possible to detect some XML rewriting attacks on Web services

La gestion des connaissances permet d'identifier et de capitaliser les savoirs faires de l'entreprise afin de les organiser et de les diffuser. Cette thèse propose un système de gestion des connaissances hétérogènes et distribuées, appelé OCEAN. Basé sur les ontologies et sur un système multi-agents, OCEAN a pour but de résoudre le problème de la capitalisation et de réutilisation des connaissances provenant de plusieurs sources différentes, afin d’aider les acteurs métiers dans le processus de développement de produits mécaniques. Le système OCEAN repose sur un cycle de vie de quatre étapes Ce cycle de vie possède les phases : d’identification, d’extraction, de validation et se termine par la réutilisation des connaissances. Chaque phase constitue l’objectif d’une organisation d’agents.L’identification dans le système OCEAN consiste à définir les connaissances par un expert métier sous la forme d’une ontologie. Les ontologies sont utilisées dans notre système pour représenter les connaissances définis d’une façon structurée et formelle afin d’être compréhensible par les machines. L’extraction des connaissances dans OCEAN est réalisée par les agents de manière automatique à l’aide des ontologies créées par les experts métiers. Les agents interagissent avec les différentes applications métiers via des services web. Le résultat de cette phase est stocké dans une mémoire organisationnelle. La validation des connaissances consiste à permettre aux acteurs métiers de valider les connaissances de la mémoire organisationnelle dans un wiki sémantique. Ce wiki permet de présenter les connaissances de la mémoire organisationnelle aux acteurs pour les réutiliser, les évaluer et les faire évoluer. La réutilisation des connaissances dans OCEAN est inspiré de travaux antérieurs intégrés au sein d’OCEAN. Les quatre phases du cycle de vie des connaissances traitées dans cette thèse nous ont permis de réaliser un système apte à gérer les connaissances hétérogènes et distribuées dans une entreprise étendue. / Among the goals of Knowledge Management we can cite the identification and capitalization of the know-how of companies in order to organize and disseminate them. This thesis proposes a heterogeneous and distributed knowledge management system, called OCEAN. Based on ontologies and multi-agents system, OCEAN aims to solve the problem of capitalization and reuse of multi-sources knowledge in order to assist business actors in the development process of mechanical products. The OCEAN system is based on a knowledge life cycle composed by four steps. This knowledge life cycle begins with the identification then extraction, validation and finishes with knowledge reuse. Each step is the goal of an organization of agents.The identification in OCEAN system consists in the definition of knowledge by a business expert with an ontology. Ontologies are used in our system to represent the knowledge, defined by the business expert, in a structured and formal way in order to be understandable by machines. Agents according to the ontology defined by business experts realize knowledge extraction in OCEAN automatically. Agents interact with professional softwares via web services. The result of this extraction is stored in an organizational memory (OM). Validation of knowledge in OCEAN relies on business actors that validate the knowledge of the OM in a semantic wiki. This wiki allows also the presentation of this knowledge to business actors in order to reuse, evaluate or evolve it. Previous works, integrated within OCEAN, inspires the knowledge reuse step. The four steps lifecycle discussed in this thesis has enabled us to achieve a system that can manage heterogeneous and distributed knowledge in an extended enterprise.

Un grand nombre de périphériques actuels sont dotés de connexions réseaux qui permettent d'accéder à leurs fonctionnalités au travers d'un réseau informatique. Les applications ubiquitaires visent à structurer ces fonctionnalités pour les mettre au service de l'utilisateur.<br /><br />Les environnements ubiquitaires sont caracttérisés par une disponibilité dynamique des fonctionnalités et une hétérogénéité matérielle et logicielle des périphériques. De plus les applications doivent s'adapter en fonction du contexte des utilisateurs.

La technologie des services web est aujourd'hui largement utilisée comme support de l'interopérabilité entre les applications. Dans ce cadre, les interactions entre deux applications encapsulées par des services web sont réalisées par le biais d'un ensemble d'échanges de messages appelé conversation. Une conversation peut échouer parce que l'interface fournie d'un participant a été modifiée et n'est plus compatible avec celle requise par l'autre participant. L'étude rapportée dans cette thèse porte sur la réconciliation de telles conversations. La solution proposée est le canevas ArchiMed.<br>Dans un premier temps, une modélisation des interfaces comportementales par des automates est adoptée. Dans cette modélisation, seul le comportement externe (comportement observable) est considéré. En d'autres termes, il n'y a que les opérations d'envoi et de réception de messages qui sont décrites dans les interfaces. Une fois les interfaces comportementales décrites en automates, une étape de détection des incompatibilités entre les différentes définitions de l'interface d'un service est réalisée. La détection des incompatibilités est automatique et portent sur des changements élémentaires dans les interfaces qui sont : l'ajout, la suppression et la modification d'opérations. Une visualisation des incompatibilités entre les interfaces est rendue disponible.<br>Le canevas maintient les descriptions des versions successives de l'interface du service ainsi que l'ensemble minimal de médiateurs pour que les clients puissent interagir avec le service au travers de l'une de ses versions. A l'initiation d'une conversation par un client, si nécessaire, le canevas sélectionne parmi les médiateurs disponibles celui qui résoud les incompatibilités entre le client et le service. La sélection du médiateur est basée sur une mesure de similarité entre les interfaces afin de découvrir la description de l'interface fournie qui est conforme avec l'interface requise du client. La validation expérimentale du canevas, a été effectuée par le traitement d'une collection de tests qui contient les descriptions des interfaces comportementales des services. Une étude quantitative et comparative à des travaux similiaires est réalisée et montre l'apport significatif de notre proposition.

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

Les services Web sont des briques de bases logicielles s‟affranchissant de toute contrainte de compatibilité logicielle ou matérielle. Ils sont mis en oeuvre dans une architecture orientée service. A l‟heure actuelle, les travaux de recherche se concentrent principalement sur la découverte et la composition. Cependant, la complexité de la structure de l‟espace des services Web et son évolution doivent nécessairement être prises en compte. Ceci ne peut se concevoir sans faire appel à la science des systèmes complexes, et notamment à la théorie des réseaux complexes. Dans cette thèse, nous définissons un ensemble de réseaux pour la composition sur la base de services décrits dans des langages syntaxique (WSDL) et sémantique (SAWSDL). L‟exploration expérimentale de ces réseaux permet de mettre en évidence les propriétés caractéristiques des grands graphes de terrain (la propriété petit monde et la distribution sans échelle). On montre par ailleurs que ces réseaux possèdent une structure communautaire. Ce résultat permet d‟apporter une réponse alternative à la problématique de la classification de services selon les domaines d‟intérêts. En effet, les communautés regroupent non pas des services aux fonctionnalités similaires, mais des services qui ont en commun de nombreuses relations d‟interaction. Cette organisation peut être utilisée entre autres, afin de guider les algorithmes de recherche de compositions. De plus, en ce qui concerne la classification des services aux fonctionnalités similaires en vue de la découverte ou de la substitution, nous proposons un ensemble de modèles de réseaux pour les représentations syntaxique et sémantique des services, traduisant divers degrés de similitude. L‟analyse topologique de ces réseaux fait apparaître une structuration en composantes et une organisation interne des composantes autour de motifs élémentaires. Cette propriété permet une caractérisation à deux niveaux de la notion de communauté de services similaires, mettant ainsi en avant la souplesse de ce nouveau modèle d‟organisation. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans les problématiques de l‟architecture orientée service.

Le développement des nouveaux paradigmes et technologies comme le Web sémantique, le calcul sur grille et les services Web ouvrent de nouvelles perspectives et défis pour la conception d'une nouvelle génération d'applications. Cette nouvelle génération peut être conçue comme des systèmes multi-agents opérant sur les grilles de calcul tout en s'appuyant sur les services offerts par les services Web sémantiques. D'une part, les avancées dans la standardisation des langages et technologies des services Web ont permis un déploiement rapide d'applications fondées sur l'invocation dynamique de services découverts à la volée. Ainsi, grâce aux services Web, les applications peuvent être vues comme un ensemble de services logiciels, explicitement décrits, découverts et invoqués à l'aide des standards internationaux définis par le W3C (World Wide Web Consortium). D'autre part, le Web sémantique vise à rendre le contenu des ressources du Web accessible et utilisable par les agents logiciels, grâce à un système de métadonnées. Ces métadonnées sont notamment exprimées à l'aide d'ontologies définies en OWL – Web Ontology Language, un langage standardisé par le W3C. L'extension du Web sémantique aux services Web donne ainsi lieu à des services Web sémantiques. Le Web sémantique est également à la base des grilles sémantiques fournissant une infrastructure virtuelle constituée d'un ensemble de ressources potentiellement partagées, distribuées, hétérogènes, délocalisées et autonomes. Ces ressources sont abstraites en tant que services grille. La conjonction des services Web et des systèmes multi-agents déployés sur les grilles sémantiques donne naissance aux grilles sémantiques autonomes. Dans cette vision, des agents logiciels exploitent les services des grilles de calcul mais également utilisent des services Web au-delà de la grille, permettant un usage à très large échelle. Ces systèmes multi-agents sont construits en se reposant souvent sur les standards IEEE de la FIPA (Foundation of Intelligent Physical Agents). Néanmoins, un problème se pose : celui de l'interopérabilité des agents logiciels, de nature sémantique, avec les services Web sémantiques, tout en respectant les standards définis par la FIPA et le W3C. Cette thèse s'attaque à cette problématique. L'approche développée dans la thèse est fondée sur la conception d'un intergiciel permettant l'interopérabilité entre agents logiciels et services Web de manière transparente tout en s'appuyant sur les standards actuels promus par la FIPA pour les systèmes multi-agents et pour le W3C pour les services Web sémantiques. Elle définit l'architecture logicielle et implémente en intergiciel pour la médiation entre agents logiciels et services Web sémantiques, en prenant en compte la dimension ontologique. La solution proposée est validée par des études de cas et utilise π-ADL, un langage formel basé sur le π-calcul, pour spécifier l'application des mécanismes développés.