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.

L'architecture logicielle est devenue un thème scientifique majeur de l'informatique. En effet, l'architecture logicielle fournit l'abstraction qui permet de développer rigoureusement et de faire évoluer des systèmes logiciels complexes au vu des besoins tant fonctionnels que non fonctionnels. Afin de modéliser les architectures logicielles, un nouveau type de langage est apparu : les langages de description d'architectures (ADL, Architecture Description Language). Divers ADL ont été proposés dans la littérature, mais ces ADL sont restreints à la modélisation d'architectures abstraites, indépendantes des plateformes d'implémentation. Lors de l'implémentation, l'architecture n'est plus représentée. Cette thèse s'inscrit dans le domaine des ADL et porte sur la définition et la mise en œuvre d'un langage pour la concrétisation, c'est-à-dire l'implémentation explicite, d'architectures logicielles. Elle adresse le problème de la construction d'un tel langage et son système d'exécution. Pour cela elle aborde le problème d'un point de vue nouveau : la construction d'un langage centré sur l'architecture logicielle. Assis sur des bases formelles, notamment sur le π-calcul et π-ADL, ces travaux ont donné lieu à un langage formel pour décrire et garantir l'intégrité architecturale d'un système au niveau de sa spécification, de son implémentation et de ses évolutions ultérieures. La machine virtuelle et le compilateur associé sont enfouis dans la plateforme .NET.

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre des architectures logicielles à base de composants. Une architecture logicielle offre une description d'un système à un niveau d'abstraction élevé en terme de composants et d'interactions entre ces composants. La problématique abordée relève de l'évolution structurelle dans les architectures logicielles à base de composants. L'évolution est une nécessité importante dans le monde du logiciel et des systèmes informatiques. Elle permet, dans le cadre des architectures logicielles, d'éviter que celles-ci ne restent figées et soient obsolètes par rapport aux besoins en perpétuels changements. Un autre objectif essentiel est la possibilité de pouvoir élargir les architectures logicielles et d'appliquer le passage à l'échelle, pour prendre en compte de nouveaux besoins ou des fonctionnalités plus complexes. Une architecture doit donc pouvoir être modifiée pour rester utilisable, réutilisable et disponible pour ses utilisateurs, et cela tout au long du cycle de vie du système. Notre contribution à cette problématique se scinde en trois axes : Le premier axe consiste en la proposition d'un modèle d'évolution dénommé SAEV (Software Architecture EVolution model) permettant l'abstraction, la spécification et la gestion de l'évolution des architectures logi- cielles. SAEV se veut un modèle générique, uniforme et indépendant de tout langage de description d'archi- tectures logicielles. Le deuxième axe s'appuie sur deux constats : le premier constat est que les architectures logicielles ne véhi- culent pas assez d'informations sur le degré de corrélation entre leurs éléments constitutifs, qui permettraient de déterminer et de propager automatiquement les impacts d'une évolution. Le deuxième constat est que les connecteurs, de par leur position d'intermédiaires entre les éléments architecturaux sont des supports idéaux pour véhiculer les changements entre ces éléments. C'est ainsi que nous proposons d'enrichir les connecteurs par des propriétés sémantiques qui exprimeraient alors la corrélation entre les éléments d'une architecture logicielle qu'ils relient. Le troisième axe illustre la prise en compte des propriétés sémantiques proposées dans le cadre de l'ADL COSA (Component-Object based Software Architecture). COSA est un ADL hybride qui réifie les concepts communément admis par la majorité des langages de description d'architectures logicielles. Cet axe montre aussi l'application du modèle SAEV sur des architectures logicielles décrites en COSA et en tenant compte des propriétés sémantiques définies.

Les architectures logicielles ont été introduites en réponse à l'accroissement de la complexité des systèmes, en favorisant leurs descriptions à un haut niveau d'abstraction. Dans cette thèse, nous proposons d'aborder la problématique de leurs évolutions avec comme objectif, de capitaliser les évolutions récurrentes et de favoriser leur réutilisation. Notre contribution se décline en deux volets majeurs. Le premier volet concerne la proposition du modèle d'évolution SAEM (Style-based Architectural Evolution Model), permettant l'abstraction, la spécification et la gestion de l'évolution dans les architectures logicielles au travers du concept de style d'évolution. SAEM se veut un modèle d'évolution générique, uniforme et indépendant de tout langage de description d'architecture. Le formalisme proposé décrit les concepts du style d'évolution selon un tryptique : domaine, entête et compétence. Le deuxième volet concerne le développement d'une approche de réutilisation par dessus SAEM pour tenter de rendre les activités d'évolution plus rentables. Nous proposons une démarche pour la construction de bibliothèques pour les styles d'évolution, orchestrée par différentes catégories d'intervenants. Les bibliothèques sont élaborées selon deux types de processus complémentaires : « pour la réutilisation » et « par la réutilisation ». Nous présentons une technique de raisonnement classificatoire pour permettre aux bibliothèques d'être peuplées et interrogées dans le but de gérer les savoir et savoir-faire relatifs à l'évolution architecturale.

Ces dernières années ont été marquées par l'intégration dans les interfaces de réseaux sans fil de fonctionnalités de plus en plus nombreuses : qualité de service, routage, sécurité, mobilité, etc. Ces interfaces évoluent aujourd'hui vers des systèmes autonomes adaptatifs. Le problème de la simulation dans ce contexte est que l'écart technologique entre ces équipements et les moutures de simulation disponibles est devenu trop grand. Les systèmes en composants offrant un meilleur potentiel d'adaptation et d'évolution que les structures monolithiques classiques, nous proposons l'application du principe de modularisation aux cartes réseaux dans les simulateurs. Cette thèse est une réflexion autour de la flexibilité et de la réutilisation des composants dans les interfaces réseaux des simulateurs sans fil. Nous avons recours pour ce faire aux méthodes d'ingénierie logicielle FODA (Feature Oriented Domain Analysis) et FORM (Feature Oriented Reuse Method) pour définir l'ensemble des fonctionnalités possibles d'une interface réseau et les mapper dans une structure logicielle. La structure ainsi définie met en oeuvre plusieurs styles d'architecture dont les machines virtuelles, les systèmes à évènements et les processus communicants. Une suite d'outils permettant la comparaison des simulateurs est également proposée dans le cadre de la validation d'un tel système. Nos contributions sont les suivantes. (i) La conception et l'implémentation d'une suite d'outils dédiée à la comparaison et à la validation des simulateurs grâce à la mesure et à la certification par rapport aux spécifications. La solution se base sur un format de trace standard très détaillé baptisé 'langage neutre'. (ii) La définition d'un procédé de mapping des préoccupations utilisateurs vers une architecture de simulation. Celui s'appuie sur les méthodes FODA et FORM. (iii) La définition d'un prototype de carte réseau basé sur cette méthodologie.

Gérer l'évolution des logiciels est une tâche complexe mais nécessaire. Tout au long de son cycle de vie, un logiciel doit subir des changements, pour corriger des erreurs, améliorer ses performances et sa qualité, étendre ses fonctionnalités ou s’adapter à son environnement. A défaut d’évoluer, un logiciel se dégrade, devient obsolète ou inadapté et est remplacé. Cependant, sans évaluation de leurs impacts et contrôle de leur réalisation, les changements peuvent être sources d’incohérences et de dysfonctionnements, donc générateurs de dégradations du logiciel. Cette thèse propose une approche améliorant la gestion de l'évolution des logiciels dans les processus de développement orientés composants. Adoptant une démarche d’ingénierie dirigée par les modèles (IDM), cette approche s’appuie sur Dedal, un langage de description d’architecture (ADL) séparant explicitement trois niveaux d’abstraction dans la définition des architectures logicielles. Ces trois niveaux (spécification, configuration et assemblage) correspondent aux trois étapes principales du développement d’une architecture (conception, implémentation, déploiement) et gardent la trace des décisions architecturales prises au fil du développement. Ces informations sont un support efficace à la gestion de l’évolution : elles permettent de déterminer le niveau d’un changement, d’analyser son impact et de planifier sa réalisation afin d’éviter la survenue d’incohérences dans la définition de l’architecture (érosion, dérive, etc.). Une gestion rigoureuse de l’évolution nécessite la formalisation, d’une part, des relations intra-niveau liant les composants au sein des modèles correspondant aux différents niveaux de définition d’une architecture et, d’autre part, des relations inter-niveaux liant les modèles décrivant une même architecture aux différents niveaux d’abstraction. Ces relations permettent la définition des propriétés de consistance et de cohérence servant à vérifier la correction d’une architecture. Le processus d’évolution est ainsi décomposé en trois phases : initier le changement de la définition de l’architecture à un niveau d’abstraction donné ; vérifier et rétablir la consistance de cette définition en induisant des changements complémentaires ; vérifier et rétablir la cohérence globale de la définition de l’architecture en propageant éventuellement les changements aux autres niveaux d’abstraction.Ces relations et propriétés sont décrites en B, un langage de modélisation formel basé sur la théorie des ensembles et la logique du premier ordre. Elles s’appliquent à des architectures définies avec un adl formel écrit en B dont le méta-modèle, aligné avec celui de Dedal, permet d’outiller la transformation de modèles entre les deux langages. Cette intégration permet de proposer un environnement de développement conjuguant les avantages des approches IDM et formelle : la conception d’architectures avec l’outillage de Dedal (modeleur graphique); la vérification des architectures et la gestion de l’évolution avec l’outillage de B (animateur, model-checker, solver). Nous proposons en particulier d’utiliser un solver B pour calculer automatiquement des plans d’évolution conformes à notre proposition et avons ainsi défini l’ensemble des règles d’évolution décrivant les opérations de modification applicables à la définition d’une architecture. Le solver recherche alors automatiquement une séquence de modifications permettant la réalisation d’un changement cible tout en préservant les propriétés de consistance et de cohérence de l’architecture. Nous avons validé la faisabilité de cette gestion de l’évolution par une implémentation mêlant optimisation et génie logiciel (search-based software engineering), intégrant notre propre solver pourvu d’heuristiques spécifiques qui améliorent significativement les temps de calcul, pour expérimenter trois scénarios d’évolution permettant de tester la réalisation d’un changement à chacun des trois niveaux d’abstraction. / Managing software evolution is a complex task. Indeed, throughout their whole lifecycle, software systems are subject to changes to extend their functionalities, correct bugs, improve performance and quality, or adapt to their environment. If not evolved, software systems degrade, become obsolete or inadequate and are replaced. While unavoidable, software changes may engender several inconsistencies and system dysfunction if not analyzed and handled carefully hence leading to software degradation and phase-out.This thesis proposes an approach to improve the evolution management activity in component-based software development processes. The solution adopts a Model-Driven Engineering (MDE) approach. It is based on Dedal, an Architecture Description Language (ADL) that explicitly separates software architecture descriptions into three abstraction levels: specification, configuration and assembly. These abstraction levels respectively correspond to the three major steps of component-based development (design, implementation and deployment) and trace architectural decisions all along development. Dedal hence efficiently supports evolution management: It enables to determine the level of change, analyze its impact and plan its execution in order to prevent architecture inconsistencies (erosion, drift, etc.). Rigorous evolution management requires the formalization, on the one hand, of intra-level relations linking components within models corresponding to different architecture abstraction levels and on the other hand, of the formalization of inter-level relations linking models describing the same architecture at different abstraction levels. These relations enable the definition of the consistency and coherence properties that prove necessary for architecture correctness analysis. The evolution process therefore consists of three steps: First, change is initiated on an architecture description at a given abstraction level; then, the consistency of the impacted description is checked out and restored by triggering additional changes; finally, the global coherence of the architecture definitions is verified and restored by propagating changes to other abstraction levels.Relations and properties are expressed in B, a set-theoretic and first-order logic language. They are applied on B formal ADL, the meta-model of which is mapped to Dedal's and helps automatic model transformations. This integration enables to implement a development environment that combines the benefits of both MDE and formal approaches: Software architecture design using Dedal tools (graphical modeler) and architecture analysis and evolution management using B tools (animator, model-checker, solver).In particular, we propose to use a B solver to automatically calculate evolution plans according to our approach. The solver explores a set of defined evolution rules that describe the change operations that can apply on architecture definitions. It automatically searches for a sequence of operations that both changes the architecture as requested and preserves architecture consistency and coherence properties. The feasibility of the evolution management approach is demonstrated through the experimentation of three evolution scenarios, each addressing a change at different abstraction level. The experimentation relies on an implementation of a search-based software engineering approach mixing software engineering and optimization and integrates our own solver with specific heuristics that significantly improve calculation time.

La complexité des systèmes de transport rend difficile la maîtrise de leur conception dans la mesure où ils intègrent des composantes technologiques, mais aussi sociologiques et politiques. Il est alors opportun de proposer un système destiné à aider à la définition d’une politique de transport urbain. L’objectif principal de notre recherche est de proposer l’architecture logicielle d’un outil de simulation visant à aider un décideur, chargé de la régulation d’un système de transport urbain, pour son travail d’analyse et d’évaluation des impacts des stratégies de régulation. Notre système est basé sur un simulateur à base d’agents intégrant des informations géographiques et temporelles pour évaluer des scénarii de régulation. En termes d’architecture du système, nous avons adopté une approche «système de systèmes», principalement structurée par couches, afin de modéliser les principaux éléments du système. La validation de notre outil de simulation a pu être effectuée à partir d’une étude de cas de taille et de complexité significative puisque nous disposons des enquêtes de déplacement, de recensement, et des mesures de trafic. Nous avons réalisé un prototype pour les déplacements des usagers dans la ville de La Rochelle à partir des données statistiques de l’INSEE et de la BD TOPO 2 de l’IGN en utilisant la plate-forme de simulation GAMA. / Transport systems are becoming more complex and must incorporate not only technological components, but also sociological and political ones. In particular, they should be easy to adapt in order to incorporate the goals set by decision makers, such as the integration of sustainable development settings. The main objective of our research is to propose software architecture of a simulation tool to help a decision maker, responsible for the regulation of an urban transportation system to analyze and evaluate the impacts of regulatory strategies. We propose a system to assist in the definition of an urban transportation policy. Our system is based on an agent-based simulation integrating spatial and temporal information to evaluate regulatory scenarios. In terms of system architecture, we adopted a “system of systems” approach, mainly structured in layers, in order to model the main elements of the system. The validation of our simulation tool could be done from a case study of significant size and complexity because we have travel surveys, census, and traffic measurements. We made a prototype for the movement of people in the city of La Rochelle from statistical data of INSEE and the BD TOPO 2 of IGN using the GAMA platform.

La Robotique a connu une évolution remarquable au cours des dernières années, couplée à un intérêt croissant de la société pour ce domaine. Les robots ne sont plus fabriqués exclusivement pour effectuer des tâches répétitives dans les usines, mais ils sont aussi créés pour collaborer avec les humains dans plusieurs domaines d'application d'importance. Les systèmes robotiques qui contrôlent ces robots sont donc de plus en plus larges, complexes et difficiles à développer. Dans ce contexte, l'Architecture Orientée Services (SOA) a été identifiée comme un style d'architecture logicielle prometteur pour concevoir des systèmes robotiques de manière flexible, réutilisable et productive. Cependant, malgré le nombre considérable de Systèmes Robotiques Orientées Services (SORS) existants aujourd'hui, la plupart d'entre eux ont été développés de manière ad hoc. Le peu d'attention et le soutien limité portés à la conception d'architectures logicielles SORS peuvent non seulement masquer les avantages de l'adoption de la SOA, mais aussi réduire la qualité globale des systèmes robotiques, qui sont souvent utilisés dans des contextes de sécurité critiques. Cette thèse vise à améliorer la compréhension et la systématisation de la conception architecturale SORS. Elle décrit une taxonomie des services pour le domaine de la robotique, puis propose un processus ainsi qu'une architecture de référence afin de systématiser la conception d'architectures logicielles SORS. Les résultats obtenus dans les études d'évaluation montrent qu'à la fois le processus et l'architecture de référence peuvent avoir un impact positif sur la qualité des architectures logicielles SORS et, par conséquent, contribuent à l'amélioration des systèmes robotiques / Robotics has experienced an increasing evolution and interest from the society in recent years. Robots are no longer produced exclusively to perform repetitive tasks in factories, they have been designed to collaborate with humans in several important application domains. Robotic systems that control these robots are therefore becoming larger, more complex, and difficult to develop. In this scenario, Service-Oriented Architecture (SOA) has been investigated as a promising architectural style for the design of robotic systems in a flexible, reusable, and productive manner. Despite the existence of a considerable amount of Service-Oriented Robotic Systems (SORS), most of them have been developed in an ad hoc manner. The little attention and limited support devoted to the design of SORS software architectures may not only hamper the benefits of SOA adoption, but also reduce the overall quality of robotic systems, which are often used in safety-critical contexts. This thesis aims at improving the understanding and systematization of SORS architectural design.

Face à l'augmentation de la taille et de la complexité des systèmeslogiciels, il convient de les décrire à un plus haut niveaud'abstraction (i.e., au-delà du code) avant de concrètement lesimplémenter. Toutefois, l'utilisation de ces descriptions de hautniveau dans les processus de construction et de vérification dessystèmes reste très rudimentaire, ne permettant pas de véritablementguider et faciliter le développement logiciel. Cette thèse propose une nouvelle approche pour rendre plus simple etplus sûr le développement de systèmes logiciels. Cette approche reposesur l'utilisation de langages dédiés et sur un couplage fort entre unecouche de spécification et d'architecture et une couched'implémentation. Elle consiste tout d'abord à décrire à un hautniveau d'abstraction différents aspects, à la fois fonctionnels et nonfonctionnels, d'un système dans la couche de spécification etd'architecture. Ces descriptions sont ensuite analysées et utiliséespour personnaliser la couche d'implémentation, afin de faciliter laconstruction et la vérification du système logiciel. Nous illustrons notre approche dans le domaine de l'informatiqueubiquitaire. À la suite d'une analyse complète du domaine, nous avonsconçu deux langages dédiés à l'orchestration d'objets communicants,Pantaxou et Pantagruel. / The sheer size and complexity of today's software systems posechallenges for both their programming and verification, making itcritical to raise the level of abstraction of software developmentbeyond the code. However, the use of high-level descriptions in thedevelopment process still remains rudimentary, improving and guidingthis process marginally.This thesis proposes a new approach to making software developmentsimpler and safer. This approach is based on the use ofdomain-specific languages and a tight coupling between a specificationand architecture layer, and an implementation layer. It consists ofdescribing functional and non-functional aspects of a software systemat a high level of abstraction, using the specification andarchitecture layer. These high-level descriptions are then analyzedand used to customize the implementation layer, greatly facilitatingthe programming and verification of the software system.We have validated our approach in the domain of pervasive computingsystems development. From a complete domain analysis, we haveintroduced two domain-specific languages, Pantaxou and Pantagruel,dedicated to the orchestration of networked smart devices.

Dans les domaines critiques tels que l’avionique, le ferroviaire ou encore l’automobile, il faut, afin de pouvoir certifier un système, démontrer qu’il réalise la fonction pour laquelle il a été conçu, selon des exigences temporelles spécifiées. En effet, un rendu temporel trop long peut rendre des données erronées, et ainsi mettre en danger la sûreté des personnes. Aujourd’hui, la plupart des approches proposent d’assurer ces exigences de Qualité de service au niveau des couches basses, e.g., au travers d’une bande passante déterministe, d’allocation statique d’intervalles de temps, et d’un ordonnancement prédéfini. Ces contraintes assurent que les applications ne peuvent dépasser le temps d’exécution alloué ; les applications récupèrent de ce fait des exigences qui sont découplées de leur fonctionnalité. En revanche, il faut aussi pouvoir certifier des exigences temporelles spécifiques à une application. De là, les garanties au niveau des couches basses ne sont plus suffisantes. Il faudrait pouvoir prendre en compte ces exigences dès la phase de conception des applications. Aujourd’hui, la plupart des approches existant dans ce domaine se concentrent sur le support de QoS à des phases isolées du processus de développement logiciel, empêchant la traçabilité des exigences. Cette thèse propose une approche dirigée par la conception pour supporter les exigences de QoS tout au long du processus de développement logiciel, intégrée dans une méthodologie outillée, appelée DiaSuite. L’extension de QoS enrichit le langage de conception DiaSpec avec la capacité d’instancier les exigences de QoS sur les composants logiciels. Un support de surveillance à l’exécution de ces exigences temporelles est ensuite généré, directement à partir de la spécification. Cette thèse intègre uniformément les concepts temporels avec les concepts de gestion d’erreurs, au travers de la méthodologie DiaSuite, afin de proposer une couche de supervision qui puisse effectuer une reconfiguration applicative, dans le cas de violation de contrat de QoS. Les contributions de cette thèse sont évaluées au regard du respect des critères de cohérence et de conformité, illustrés au travers d’une étude de cas dans le domaine avionique. / In critical domains such as avionics, railways or automotive, to certify a system, it is required to demonstrate that it achieves its function, with respect to specified timing requirements. Indeed, longer-than-predicted function computing can make data erroneous, leading potentially to endanger people lives. Today, most approaches propose to ensure these Quality of Service requirements at platform level, e.g., through deterministic bandwidth, static time slots allocation and predefined scheduling. These constraints ensure applications can’t overpass allocated time slots; applications are then fed with requirements decoupled to their functionality. However, it shall be possible to certify timing requirements, dedicated to an application. Hence, guarantees at platform-level are not sufficient anymore. It should be possible to take into account these requirements from the stage of application design. Today, most of existing approaches in this domain, focus on supporting QoS at individual stages of the software development process, preventing requirements traceability. This thesis proposes a design-driven approach to supporting QoS throughout software development process, integrated in a tool-based methodology, namely DiaSuite. The QoS extension enriches the DiaSpec design language, with the capability to instantiate QoS requirements onto software components. A runtime execution support to monitoring these timing requirements, is then generated, directly from the specification. This thesis uniformly integrates timing concepts with error ones, around DiaSuite methodology, to propose a supervision layer that could lead to application reconfiguration in case of QoS contract violation. Contributions of this thesis are evaluated through respect of coherence and conformance critera, illustrated through a case study in avionics.