Les logiciels récents sont de plus en plus complexes en terme de leur développement et gestions associés. Pour adresser cette complexité, un approche fondé sur les composant a vu le jour qui vise une meilleure ingénierie des logiciels. En particulier, une approche à composants structure les logiciels comme un assemblage dynamique des composants qui doivent être déployés et gérés à l'exécution, en continu. Pour ce deploiement et cette gestion, nous avons adopté une approche fondée sur une architecture logicielle explicite de composants. Cette approche, communément appelée " gestion basée sur l'architecture ", a évolué de premières solutions ad-hoc vers des infrastructures génériques fondées sur des modèles de composants réflexifs. Une de ces infrastructures est la plateforme JADE. JADE vise à gérer autonomiquement des systèmes distribués complexes. Basé sur un modèle de composants réflexifs, JADE capture l'architecture logicielle complète des systèmes distribués, incluant non seulement les applications distribuées hébergées mais aussi les systèmes distribués qui les hébergent". En particulier, cette architecture réifie en continue certains aspects de l'exécution des systèmes distribués, tels que les défaillances de nœuds ou les caractéristiques de performance. Utilisant cette architecture réifiée, les gestionnaires autonomes observent et réagissent selon les changements de conditions. Chaque réaction de gestionnaires automatiques a pour but de planifier une reconfiguration de l'architecture en réponse à un changement des conditions d'exécution. Par exemple, un gestionnaire d'auto-réparation observant la défaillance d'un nœud aurait pour but de reconstruire, sur un autre nœud, la partie perdue du système distribué. Un gestionnaire d'auto-protection observerait une intrusion et planifierait la reconfiguration du système distribué pour isoler les composants compromis. Un gestionnaire d'auto-optimisation pourrait observer une disponibilité en baisse d'un serveur répliqué et planifier d'augmenter cette réplication cardinale des composants serveurs. Au coeur de cette gestion autonomique fournie par JADE se trouve le déploiement des composants. En effet, la plupart des reconfigurations de l'architecture de systèmes distribués s'appuient sur l'aptitude à instancier des composants sur des nœuds distants. Plus précisément, une fois que les gestionnaires autonomes ont générés un plan de reconfiguration du système distribué, l'exécution effective du plan est automatiquement distribuée, essentiellement par création et suppression de composants ainsi que leur édition de liens. La création et la suppression de composants requièrent une gestion locale des composants sur chaque nœud du système distribué. Cette gestion locale nécessite une infrastructure distribuée pour trouver, installer, charger et supprimer les composants. Le travail présenté dans cette thèse est le socle de JADE, fournissant les capacités de déploiement avancé dans un environnement distribué. En particulier, nous avons traité ce défi via une conception récursive où l'implémentation de composants a été modélisée par des composants. Cette approche fournie un déploiement uniforme qui suit les principes basés sur l'architecture. En particulier, nous pouvons déployer non seulement des composants d'applications mais aussi des composants " middleware ". De plus, au-delà du déploiement de composants normaux, nous pouvons également déployer des logiciels " legacy " qui sont gérés uniformément par JADE. En plus de fournir le socle du déploiement de JADE, ce travail a montré que le modèle de composant réflexif utilisé par JADE (appelé FRACTAL) a besoin d'être étendu pour capter les implémentations et leur spécificité. Bien que conçu spécifiquement pour FRACTAL et JADE, ces extensions présetent une applicabilité bien plus large, elles s'appliquent en effet à la plupart des modèles de composant courant. En effet, la plupart de ces modèles se focalisent sur l'assemblage fonctionnel de composants et ne proposent rien ou peu sur le déploiement des composants. Ce travail a également montré que l'architecture autonomique basée sur l'architecture a des besoins dynamiques spécifiques en terme de déploiement qui rend difficile la ré-utilisation de plateformes existantes pour la gestion dynamique de composants, tels que OSGI. Sur la base d'OSGi, cette thèse a expérimenté plusieurs conceptions et prototypes qui ont été utilisé avec succès, mais dont ultimement les limites sont apparues. Ces limites sont liées à une tension fondamentale entre les conceptions architecturales de JADE et OSGI. Une nouvelle conception et un nouveau prototype ont montré la faisabilité de supporter notre FRACTAL étendu sur la plateforme JAVA, servant de fondation à la gestion autonomique de systèmes distribués complexes fondée sur l'architecture.

Le développement des réseaux de capteurs sans fil (WSN) profite des progrès récents en consommation énergétique dans les systèmes électroniques et des progrès en technologies de récupération d'énergie pour construire des entités de contrôle intelligentes utilisées dans des domaines variés comme la santé ou l'agriculture. Grâce aux consommations toujours plus faibles des circuits de communication radiofréquence, il est possible de créer des réseaux de systèmes de capteurs capables d'extraire des données de l'environnement et de les transmettre à une entité maîtresse. Les durées de vie limitées des batteries sont un frein au développement de tels réseaux pour des raisons de coût et de difficulté de maintenance. Grâce à la récupération d'énergie dans l'environnement, qu'elle soit solaire, thermique ou mécanique, il est alors envisageable d'alimenter un système de capteurs et sa communication sans fil afin d'accroitre l'autonomie globale du réseau. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à étudier la gestion d'énergie au sein d'un nœud de capteurs communicant sans fil. Grâce à l'utilisation d'une architecture d'alimentation avancée à chemins de puissance multiples, basée notamment sur un chemin direct à haut rendement entre les récupérateurs d'énergie et les charges consommantes, le système peut optimiser son rendement énergétique lorsque l'énergie est récupérée dans l'environnement. Cette architecture d'alimentation requiert néanmoins un contrôle numérique fin afin de déterminer à tout moment le chemin de puissance optimal entre les récupérateurs, les capacités et batterie de stockage, et les charges consommantes. Un contrôleur intégré asynchrone réalise une gestion événementielle de ces chemins de puissance et permet au système d'être robuste face aux variations énergétiques environnementales. Après une modélisation et une analyse des gains de l'architecture avancée de gestion de puissance, un contrôleur événementiel adapté aux systèmes de capteurs communicants est proposé. Ce contrôleur est implémenté en logique asynchrone quasi insensible aux délais (QDI) et offre au système une robustesse intrinsèque forte aux variations environnementales en addition à sa très faible consommation. Un circuit de gestion d'alimentation pour nœud de capteurs communicant est ainsi fabriqué en technologie CMOS 180nm et intègre des innovations tant architecturales que de gestion numérique applicative. Sa consommation globale proche d'1µW permet ainsi la réalisation de systèmes de capteurs fonctionnels pour des applications mettant en jeu des puissances de l'ordre du microwatt, autorisant en conséquence la mise en place de réseaux de capteurs ultra faible consommation.

Les progrès récents dans la définition de mécanismes décisionnels ont permis de déléguer de plus en plus de responsabilités aux systèmes informatiques. Par exemple, des robots de service travaillent aujourd'hui en interaction avec l'humain et réalisent des tâches de plus en plus complexes. Ce transfert de responsabilité pose alors de manière critique le problème de la sécurité pour l'homme, l'environnement du système, ou le système lui-même. La surveillance en ligne par un moniteur de sécurité indépendant vise à assurer un comportement sûr malgré la présence de fautes et d'incertitudes. Un tel moniteur doit détecter des situations potentiellement dangereuses afin d'enclencher des actions de mise en état sûr et d'éviter les défaillances catastrophiques. Cette thèse traite de l'identification de conditions de déclenchement de sécurité permettant de lancer des actions de mise en état sûr. Un processus systématique permettant d'identifier de telles conditions est défini, en partant d'une analyse de risque HazOp/UML du système fonctionnel. Par ailleurs, une méthode est proposée pour identifier les états du système où des actions de sécurité peuvent être enclenchées simultanément, afin d'être revues et corrigées, en cas de besoin, par un expert du système. L'approche proposée est appliquée à un robot déambulateur.

Les progrès récents dans la définition de mécanismes décisionnels ont permis de déléguer de plus en plus de responsabilités aux systèmes informatiques. Par exemple, des robots de service travaillent aujourd'hui en interaction avec l'humain et réalisent des tâches de plus en plus complexes. Ce transfert de responsabilité pose alors de manière critique le problème de la sécurité pour l'homme, l'environnement du système, ou le système lui-même. La surveillance en ligne par un moniteur de sécurité indépendant vise à assurer un comportement sûr malgré la présence de fautes et d'incertitudes. Un tel moniteur doit détecter des situations potentiellement dangereuses afin d'enclencher des actions de mise en état sûr et d'éviter les défaillances catastrophiques. Cette thèse traite de l'identification de conditions de déclenchement de sécurité permettant de lancer des actions de mise en état sûr. Un processus systématique permettant d'identifier de telles conditions est défini, en partant d'une analyse de risque HazOp/UML du système fonctionnel. Par ailleurs, une méthode est proposée pour identifier les états du système où des actions de sécurité peuvent être enclenchées simultanément, afin d'être revues et corrigées, en cas de besoin, par un expert du système. L'approche proposée est appliquée à un robot déambulateur.

Les systèmes autonomes suscitent aujourd'hui un intérêt croissant, que ce soit dans le domaine des robots d'exploration spatiale ou dans des domaines plus proches de l'homme, tels que les robots de service. Mais se pose le problème de leur sûreté de fonctionnement : peut-on avoir une confiance justifiée dans le comportement de systèmes conçus pour prendre des décisions sans intervention humaine ? L'objectif de cette thèse est de proposer des concepts architecturaux capables d'améliorer la sûreté de fonctionnement des systèmes autonomes, en particulier par la conception et le développement de mécanismes de tolérance aux fautes adaptés à la fonction de planification, centrale à l'autonomie des systèmes complexes. Une évaluation des performances et de l'efficacité des mécanismes proposés est réalisée en utilisant la technique d'injection de fautes par mutation.

Avec l'émergence de l'informatique dans les nuages, une nouvelle approche consiste à externaliser des tâches de calcul, de façon à réduire les coûts d'hébergement et à augmenter la flexibilité des systèmes. L'infrastructure actuelle des services permettant cette externalisation repose sur l'utilisation de centres de traitement de données centralisés, qui sont dédiés à l'approvisionnement de ressources de calcul. Dans cette thèse, nous étudions la possibilité de fournir de tels services en utilisant une infrastructure pair-à-pair, c'est-à-dire une infrastructure totalement décentralisée pouvant être déployée sur une fédération de noeuds de calcul hétérogénes et de provenances diverses. Nous nous focalisons sur le problème de l'allocation des noeuds et présentons Salute, un service d'allocation de noeuds, qui organise les noeuds en réseaux virtuels non-structurés et repose sur des mécanismes de prédiction de disponibilité pour assurer, avec une grande probabilité, que les requêtes d'allocation sont satisfaites dans le temps, malgré le dynamisme de l'environnement hôte. Pour ce faire, le service Salute repose sur la collaboration de plusieurs protocoles pair-à-pair appartenant à la catégorie des protocoles épidémiques. Afin de valider nos propositions, nous évaluons Salute en utilisant des traces provenant d'un échantillonnage de plusieurs systèmes pair-à-pair de référence.

Les besoins croissants en puissance de calcul sont généralement satisfaits en fédérant de plus en plus d'ordinateurs (ou noeuds) pour former des infrastructures distribuées. La tendance actuelle est d'utiliser la virtualisation système dans ces infrastructures, afin de découpler les logiciels des noeuds sous-jacents en les encapsulant dans des machines virtuelles. Pour gérer efficacement ces infrastructures virtualisées, de nouveaux gestionnaires logiciels ont été mis en place. Ces gestionnaires sont pour la plupart hautement centralisés (les tâches de gestion sont effectuées par un nombre restreint de nœuds dédiés). Cela limite leur capacité à passer à l'échelle, autrement dit à gérer de manière réactive des infrastructures de grande taille, qui sont de plus en plus courantes. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux façons d'améliorer cet aspect ; l'une d'entre elles consiste à décentraliser le traitement des tâches de gestion, lorsque cela s'avère judicieux. Notre réflexion s'est concentrée plus particulièrement sur l'ordonnancement dynamique des machines virtuelles, pour donner naissance à la proposition DVMS (Distributed Virtual Machine Scheduler). Nous avons mis en œuvre un prototype, que nous avons validé au travers de simulations (notamment via l'outil SimGrid), et d'expériences sur le banc de test Grid'5000. Nous avons pu constater que DVMS se montrait particulièrement réactif pour gérer des infrastructures virtualisées constituées de dizaines de milliers de machines virtuelles réparties sur des milliers de nœuds. Nous nous sommes ensuite penchés sur les perspectives d'extension et d'amélioration de DVMS. L'objectif est de disposer à terme d'un gestionnaire décentralisé complet, objectif qui devrait être atteint au travers de l'initiative Discovery qui fait suite à ces travaux.

Le développement des réseaux de capteurs sans fil (WSN) profite des progrès récents en consommation énergétique dans les systèmes électroniques et des progrès en technologies de récupération d'énergie pour construire des entités de contrôle intelligentes utilisées dans des domaines variés comme la santé ou l'agriculture. Grâce aux consommations toujours plus faibles des circuits de communication radiofréquence, il est possible de créer des réseaux de systèmes de capteurs capables d'extraire des données de l'environnement et de les transmettre à une entité maîtresse. Les durées de vie limitées des batteries sont un frein au développement de tels réseaux pour des raisons de coût et de difficulté de maintenance. Grâce à la récupération d'énergie dans l'environnement, qu'elle soit solaire, thermique ou mécanique, il est alors envisageable d'alimenter un système de capteurs et sa communication sans fil afin d'accroitre l'autonomie globale du réseau. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à étudier la gestion d'énergie au sein d'un nœud de capteurs communicant sans fil. Grâce à l'utilisation d'une architecture d'alimentation avancée à chemins de puissance multiples, basée notamment sur un chemin direct à haut rendement entre les récupérateurs d'énergie et les charges consommantes, le système peut optimiser son rendement énergétique lorsque l'énergie est récupérée dans l'environnement. Cette architecture d'alimentation requiert néanmoins un contrôle numérique fin afin de déterminer à tout moment le chemin de puissance optimal entre les récupérateurs, les capacités et batterie de stockage, et les charges consommantes. Un contrôleur intégré asynchrone réalise une gestion événementielle de ces chemins de puissance et permet au système d'être robuste face aux variations énergétiques environnementales. Après une modélisation et une analyse des gains de l'architecture avancée de gestion de puissance, un contrôleur événementiel adapté aux systèmes de capteurs communicants est proposé. Ce contrôleur est implémenté en logique asynchrone quasi insensible aux délais (QDI) et offre au système une robustesse intrinsèque forte aux variations environnementales en addition à sa très faible consommation. Un circuit de gestion d'alimentation pour nœud de capteurs communicant est ainsi fabriqué en technologie CMOS 180nm et intègre des innovations tant architecturales que de gestion numérique applicative. Sa consommation globale proche d'1µW permet ainsi la réalisation de systèmes de capteurs fonctionnels pour des applications mettant en jeu des puissances de l'ordre du microwatt, autorisant en conséquence la mise en place de réseaux de capteurs ultra faible consommation. / Wireless Sensor Networks (WSN) development leverages recent progress in electronic devices power consumption and in energy harvesting technologies in order to create smart sensing structures useful for improvements in various topics such as health monitoring or farming. Thanks to wireless communication circuits lower power consumption, it becomes possible to create networks of sensing systems capable of extracting information from the environment and of transmitting data through the network to the global intelligence. Because of hard and costly maintenance requirements, limited lifespans batteries are a brake on such networks development. Thanks to environmental energy harvesting on solar, thermal or mechanical sources, a system containing sensors and a wireless communication circuit can be powered. Global energy autonomy is thus improved and the node's life is enhanced. Works done during this PhD aim to study energy management within a sensing wireless communicating node. Thanks to the use of advanced multiple power paths architecture leveraging direct power path between the sources and the power loads, the power management system can optimize its energy efficiency when energy is harvested in the environment. Nevertheless, a precise digital control is mandatory to continuously determine the best power path between the energy harvesters, the energy storing capacitors and batteries, and the power loads. An integrated asynchronous controller implements an event-driven management of the power paths and gives the system robustness to environmental energy variations. After modeling and analyzing the power efficiency gain granted by the advanced architecture, an event-driven controller is proposed to ease implementation of wireless sensing applications. The controller is implemented in asynchronous quasi delay insensitive (QDI) logic and presents high intrinsic robustness to environemental variations while maintaining ultra low power consumption. A power management circuit suited for wireless sensing systems is thus fabricated using 180nm CMOS process and includes both architecture and digital management innovations. Its global power consumption close to 1µW allows considering the creation of wireless sensing nodes running for applications in the range of microwatts, consequently enabling development of ultra low power wireless sensor networks.

La gestion de l'acheminement de messages d'e-santé en environnement ubiquitaire soulève plusieurs défis majeurs liés à la diversité et à la spécificité des cas d'usage et des acteurs, à l'évolutivité des contextes médical, social, logistique, environnemental...Nous proposons une méthode originale d'orchestration autonome et auto-adaptative de services visant à optimiser le flux des messages et à personnaliser la qualité de transmission, en les adressant aux destinataires les plus appropriés dans les délais requis. Notre solution est une architecture générique dirigée par des modèles du domaine d'information considéré et des données contextuelles, basés sur l'identification des besoins et des contraintes soulevées par notre problématique.Notre approche consiste en la composition de services de fusion et de gestion dynamique en temps réel d'informations hétérogènes provenant des écosystèmes source, cible et message, pilotés par des méthodes d'intelligence artificielle pour l'aide à la prise de décision de routage. Le but est de garantir une communication fiable, personnalisable et sensible à l'évolution du contexte, quel que soit le scénario et le type de message (alarme, technique, etc.). Notre architecture, applicable à divers domaines, a été consolidée par une modélisation des processus métiers (BPM) explicitant le fonctionnement des services qui la composent.Le cadriciel proposé est basé sur des ontologies et est compatible avec le standard HL7 V3. L'auto-adaptation du processus décisionnel d'acheminement est assurée par un réseau bayésien dynamique et la supervision du statut des messages par une modélisation mathématique utilisant des réseaux de Petri temporels / Routing policy management of eHealth messages in ubiquitous environment leads to address several key issues, such as taking into account the diversity and specificity of the different use cases and actors, as well as the dynamicity of the medical, social, logistic and environmental contexts.We propose an original, autonomous and adaptive service orchestration methodology aiming at optimizing message flow and personalizing transmission quality by timely sending the messages to the appropriate recipients. Our solution consists in a generic, model-driven architecture where domain information and context models were designed according to user needs and requirements. Our approach consists in composing, in real time, services for dynamic fusion and management of heterogeneous information from source, target and message ecosystems, driven by artificial intelligence methods for routing decision support. The aim is to ensure reliable, personalized and dynamic context-aware communication, whatever the scenario and the message type (alarm, technical, etc.). Our architecture is applicable to various domains, and has been strengthened by business process modeling (BPM) to make explicit the services operation.The proposed framework is based on ontologies and is compatible with the HL7 V3 standard. Self-adaptation of the routing decision process is performed by means of a dynamic Bayesian network and the messages status supervision is based on timed Petri nets

Ces travaux portent sur la récupération et le stockage d’énergie pour l’alimentation de capteurs sans fil dans un contexte aéronautique. Dans un premier temps, nous présentons la problématique particulière de l’alimentation des capteurs sans fil dans un tel domaine et dressons un état de l’art des différentes technologies de stockage et de récupération pouvant répondre à ce besoin. Dans un deuxième temps, à travers l’étude et la réalisation de deux récupérateurs, nous montrons les possibilités qu’apporte cette technologie et détaillons les contraintes de conception qu’impose le milieu afin d’obtenir une alimentation robuste et fiable. Le premier récupérateur présenté est une alimentation photovoltaïque située sur l’extrados de l’aile d’un A321 alimentant des bandes de capteurs sans fil proches. Le système fournit 2 watts, fonctionne par temps couvert et résiste aux températures fortement négatives (-50°C) et aux basses pressions (200hPa) qui sont rencontrées à l’altitude de croisière de cet appareil. Le deuxième récupérateur est une alimentation thermoélectrique placée dans le mât réacteur d’un A380 pour alimenter un système de capteurs dédié à la surveillance de l’état de structure. Le système résiste aux températures élevées (300°C) et aux importantes vibrations de la zone d’installation et produit l’énergie nécessaire à l’alimentation du système de capteurs. Les choix et les étapes de conception ayant menés aux deux systèmes sont détaillés, tant au niveau de l’assemblage mécanique que des circuits électroniques. / This work deals with energy harvesting and storage to power aircraft embedded wireless sensors. First, we discuss the issue of powering wireless sensors in an aircraft and we present a state of the art of the various energy harvesting and storage technologies that could be used. Then, through the design and construction of two harvesters, we show the possibilities offered by this technology and we explain the design constraints imposed by the application to get a reliable and robust power supply. The first harvester is a photovoltaic power supply located on the upper surface of an A321’s wing supplying a wireless sensors belt nearby. The systems provides 2 watts to the load, works with cloudy weather and is highly resistant to negative temperature (-50°C) and low pressure (200hPa) that are met at aircraft cruising altitude. The second harvester is a thermoelectric power supply located in an A380 pylon supplying a structural health monitoring system. The harvester is highly resistant to high temperature (300°C) and severe vibrations of the installation area and manages to generate the required energy to supply the structural health monitoring sensors. Mechanical and electronic design steps and choices that led to both harvesters are detailed and discussed.