La méthode de conception des architectures orientées services (SOA) est basée sur des standards et permet de créer une infrastructure informatique intégrée capable de répondre rapidement aux nouveaux besoins d’un utilisateur. Réellement, il n’est pas toujours facile de trouver des services correspondant aux requêtes des utilisateurs. Par conséquent, la composition des services satisfaisant la requête est un besoin grandissant de nos jours. La composition de services implique la capacité de sélectionner, de coordonner, d’interagir, et de faire interopérer des services existants. Elle constitue une tâche complexe. Cette complexité est due principalement au grand nombre de services disponibles et à leur hétérogénéité puisqu’ils sont créés par des organisations différentes. Cette complexité est renforcée quand il s’agit d’intégrer dynamiquement des services à la demande, et les composer automatiquement pour répondre à des exigences qui ne sont pas réalisées par les services existants. En fait, une approche pour la composition de services doit offrir le potentiel de réaliser des applications flexibles et adaptables, en sélectionnant et en combinant les services de manière appropriée sur la base de la requête et du contexte de l’utilisateur. Dans cette perspective, différentes approches ont été développées pour la composition de services. Cependant, la plupart des processus de composition ont tendance à être statique et non flexible dans le sens où ils n’ont pas la capacité de s’adapter aux besoins des utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons une approche de composition dans laquelle la génération du schéma de composition est effectuée en partie au moment de l’exécution en ayant recours aux services abstraits fournis au moment de la conception. L’utilisation des services abstraits permet une certaine flexibilité et adaptabilité sans avoir besoin de construire une composition de services à partir de zéro au moment de l’exécution. Le processus de composition que nous proposons se compose principalement de quatre étapes. La première étape prend une structuration des besoins de l’utilisateur matérialisée par un graphe d’intentions et l’enrichit pour expliciter les relations implicites. Le résultat de cette étape permet de générer un schéma de composition initial en construisant le flux de contrôle déduit du graphe des intentions enrichi, puis en sélectionnant les services abstraits adéquats. Le choix de ces services est basé sur le matching sémantique et le degré d’affinité sémantique entre les services abstraits. La troisième étape consiste à générer le schéma de composition final à l’aide d’un mécanisme de raffinement des services abstraits en utilisant des techniques de matching sémantique et en tenant compte du contexte de l’utilisateur. Enfin, le plan d’exécution est généré en tenant compte des contraintes non-fonctionnelles fournies dans la spécification des intentions. / The design approach of service oriented architectures (SOA) is based on standards which gives the possibility of creating an integrated IT infrastructure capable of rapidly responding to new user needs. Actually, it is not always easy to find services that meet user requests.Therefore, the service composition satisfying the user intention is a growing need. The composition of services implies the ability to select, coordinate, interact, and to interoperate existing services. The composition is considered as a complex task. This complexity is mainly due to the large number of available services and their heterogeneity as they are created by different organizations. This complexity is increased when services must be dynamically and automatically composed to meet requirements which are not satisfied by existing services. In fact, an approach for service composition must offer the potential to achieve flexible and adaptable applications, by selecting and combining services based of the request and the context of the user. In this perspective, different approaches have been developed for services composition. However, most of the existing composition approaches tend to be static and not flexible in the sense that they do not have the ability to adapt to user requirements. In this thesis, we propose a composition approach in which the generation of the composition schema is performed at runtime through the use of abstract services provided at design time. The use of abstract services allows flexibility and adaptability without having to build a service composition from scratch at run time. The composition process that we propose consists mainly of four steps. The first step takes a structure of user requirements materialized by a graph of intentions and enriches this graph to explicit the implicit relationships. The enriched graph is used to generate an initial composition scheme by building the control flow and selecting the appropriate abstract services. The selection of these services is based on the semantic matching and the degree of semantic affinity between abstract services. The third step is to generate the final composition schema with a refinement mechanism of abstract services using semantic matching techniques and taking into account user context and constraints. Finally, the execution plan is generated driven by non-functional constraints provided in the intentions specification.

Les Architectures Orientées Services permettent la définition d'applications complexes par assemblage de service existants, par exemple sous la forme d'«orchestrations» implémentant des processus métiers. La complexité de ces assemblages impose l'utilisation de techniques telle que la Séparation des Préoccupations pour en maitriser la difficulté. Dans cette thèse, nous présentons ADORE, un métamodèle d'activité permettant l'évolution des orchestrations. Il permet d'exprimer dans le même formalisme des “orchestrations” et des “fragments d'orchestrations”. Nous proposons alors différents algorithmes de compositions permettant l'intégration automatique de ces fragments dans des processus existants. Ces algorithmes définissent des propriétés de compositions (e.g., préservation des relations d'ordre), et assurent leur respect dans les processus composés. Ils assurent que les résultats de composition obtenus ne dépendent pas de l'ordre d'application. ADORE permet la définition de règles de détection d'interférences, sous la forme de prédicats. Le logiciel développé propose ainsi un support, en identifiant les interférences apparaissant lors des compositions. Nous illustrons cette contribution au travers de 2 études de cas: (i) JSEDUITE, une application de diffusion d'information utilisée en production et (ii) CCCMS, une application de gestion de crise implémentée dans le cadre d'une réponse à une étude de cas commune. Pour conclure, nous mettons en perspectives de récentes collaborations visant l'intégration d'ADORE au sein d'un processus de développement logiciel complet, allant des l'ingénierie des besoins à la visualisation efficace des processus composés.

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.

La qualité de service est devenue aujourd'hui une notion incontournable dans le développement des applications logicielles, en particulier dans le cadre des architectures orientées services. Les travaux de cette thèse se focalisent sur la supervision de la qualité de service des applications orientées services, définies sous forme d'orchestrations de services. L'approche de supervision proposée dans ce contexte est générique. Elle repose sur des patrons de flux de contrôle des orchestrations de services pouvant être implémentés en intégralité ou en partie par tout langage d'orchestration de services. D'autre part, elle ne pose aucune restriction, ni sur les attributs qualité à surveiller par le système de supervision, ni sur leurs représentations. Cette approche de supervision se distingue des approches existantes par l'exploitation d'un modèle de préférences orienté utilisateur, permettant de représenter fidèlement la satisfaction de ce dernier. Le degré de satisfaction, issu du modèle de préférences, constitue une information de haut niveau représentant la qualité globale de l'orchestration étudiée. Sur la base de ce degré de satisfaction, de nouvelles stratégies de surveillance sont proposées afin de satisfaire les attentes de l'utilisateur. L'élaboration du modèle de préférences exploite la méthode d'aide à la décision multi-critères MACBETH étendue avec l'opérateur d'agrégation de l'intégrale de Choquet 2-additive. Une illustration de l'approche de supervision a été réalisée sur une orchestration de services, représentant un processus industriel dans le domaine du pilotage d'atelier de production. Les travaux de cette thèse ont été réalisés dans le cadre d'un projet R&D regroupant sept éditeurs de progiciels dans le domaine du MES (Manufacturing Execution System).

L'émergence de nouvelles plateformes décentralisées pour la création de données, tel que les plateformes mobiles, les capteurs et l'augmentation de la disponibilité d'open data sur le Web, s'ajoute à l'augmentation du nombre de sources de données disponibles et apporte des données massives sans précédent à être explorées. La notion de curation de données qui a émergé se réfère à la maintenance des collections de données, à la préparation et à l'intégration d'ensembles de données (data set), les combinant avec une plateforme analytique. La tâche de curation inclut l'extraction de métadonnées implicites et explicites ; faire la correspondance et l'enrichissement des métadonnées sémantiques afin d'améliorer la qualité des données. La prochaine génération de moteurs de gestion de données devrait promouvoir des techniques avec une nouvelle philosophie pour faire face au déluge des données. Ils devraient aider les utilisateurs à comprendre le contenue des collections de données et à apporter une direction pour explorer les données. Un scientifique peut explorer les collections de données pas à pas, puis s'arrêter quand le contenu et la qualité atteignent des niveaux satisfaisants. Notre travail adopte cette philosophie et la principale contribution est une approche de curation des données et un environnement d'exploration que nous avons appelé CURARE. CURARE est un système à base de services pour curer et explorer des données volumineuses sur les aspects variété et variabilité. CURARE implémente un modèle de collection de données, que nous proposons, visant représenter le contenu structurel des collections des données et les métadonnées statistiques. Le modèle de collection de données est organisé sous le concept de vue et celle-ci est une structure de données qui pourvoit une perspective agrégée du contenu des collections des données et de ses parutions (releases) associées. CURARE pourvoit des outils pour explorer (interroger) des métadonnées et pour extraire des vues en utilisant des méthodes analytiques. Exploiter les données massives requière un nombre considérable de décisions de la part de l'analyste des données pour trouver quelle est la meilleure façon pour stocker, partager et traiter les collections de données afin d'en obtenir le maximum de bénéfice et de connaissances à partir de ces données. Au lieu d'explorer manuellement les collections des données, CURARE fournit de outils intégrés à un environnement pour assister les analystes des données à trouver quelle est la meilleure collection qui peut être utilisée pour accomplir un objectif analytique donné. Nous avons implémenté CURARE et expliqué comment le déployer selon un modèle d'informatique dans les nuages (cloud computing) utilisant des services de science des donnés sur lesquels les services CURARE sont branchés. Nous avons conçu des expériences pour mesurer les coûts de la construction des vues à partir des ensembles des données du Grand Lyon et de Twitter, afin de pourvoir un aperçu de l'intérêt de notre approche et notre environnement de curation de données / The emergence of new platforms for decentralized data creation, such as sensor and mobile platforms and the increasing availability of open data on the Web, is adding to the increase in the number of data sources inside organizations and brings an unprecedented Big Data to be explored. The notion of data curation has emerged to refer to the maintenance of data collections and the preparation and integration of datasets, combining them to perform analytics. Curation tasks include extracting explicit and implicit meta-data; semantic metadata matching and enrichment to add quality to the data. Next generation data management engines should promote techniques with a new philosophy to cope with the deluge of data. They should aid the user in understanding the data collections’ content and provide guidance to explore data. A scientist can stepwise explore into data collections and stop when the content and quality reach a satisfaction point. Our work adopts this philosophy and the main contribution is a data collections’ curation approach and exploration environment named CURARE. CURARE is a service-based system for curating and exploring Big Data. CURARE implements a data collection model that we propose, used for representing their content in terms of structural and statistical meta-data organised under the concept of view. A view is a data structure that provides an aggregated perspective of the content of a data collection and its several associated releases. CURARE provides tools focused on computing and extracting views using data analytics methods and also functions for exploring (querying) meta-data. Exploiting Big Data requires a substantial number of decisions to be performed by data analysts to determine which is the best way to store, share and process data collections to get the maximum benefit and knowledge from them. Instead of manually exploring data collections, CURARE provides tools integrated in an environment for assisting data analysts determining which are the best collections that can be used for achieving an analytics objective. We implemented CURARE and explained how to deploy it on the cloud using data science services on top of which CURARE services are plugged. We have conducted experiments to measure the cost of computing views based on datasets of Grand Lyon and Twitter to provide insight about the interest of our data curation approach and environment

Nos travaux de thèse s'inscrivent dans le cycle de vie des contrats de qualité de service (QdS) pour les architectures orientées services. Le cycle de vie de ces contrats se caractérise principalement par une phase de spécification et de modélisation des niveaux requis de qualité, une phase de négociation de ces niveaux et une phase de surveillance du contrat de qualité de service élaboré entre le client et le fournisseur. Concernant la première phase, nous avons remarqué que les approches existantes de modélisation des contrats de qualité de service se limitent à une description incompléte notamment dans le cas où les niveaux de service requis sont composés à partir d'autres métriques élémentaires de qualité. Pour remédier à cette insuffisance, nous avons défini un modèle nommé " SLAOnt " caractérisé par sa richesse sémantique et par sa complétude. Ce modèle de contrats de QdS est le fondement de base pour la phase de négociation et la phase de surveillance. Quand à la deuxième phase, nous avons constaté que les approches existantes de négociation consistent à choisir un sous-ensemble de clauses et de valeurs parmi des choix prédéfinis par le fournisseur. Cependant, le client peut ne pas comprendre ces choix dans le cas où il n'est pas expert du domaine. En conséquence, il n'a pas la possibilité d'exprimer ses exigences avec ses connaissances et son langage. Pour cela, nous avons proposé une approche de négociation basée sur un alignement d'objectifs sémantiques de qualité de service pour l'élaboration de ces contrats. Cette approche d'alignement se base sur des inférences sémantiques dans toutes ses étapes permettant de détecter des correspondances non détectables par les techniques classiques de négociation et d'alignement offrant ainsi une précision supérieure par rapport aux approches existantes. Cette phase d'alignement se termine par une génération complète d'un contrat de qualité de service en cas de compatibilité. Concernant la troi sième phase traitant la surveillance des contrats de qualité de service, nous avons remarqué l'absence d'une approche automatique et générique pour faciliter la tâche d'observation, d'analyse et de détection des violations de contrats de QdS. Pour remédier à ces insuffisances, nous nous sommes basés sur les mêmes capacités sémantiques que la phase de négociation. En effet, l'approche de surveillance de QdS que nous avons définie se base sur un raisonnement par inférence qui nous permet de détecter des violations et même des dégradations non détectables sans sémantique.

Les thèmes de recherche développés dans cette habilitation portent sur les méthodologies guidées par les modèles sémantiques et les paradigmes architecturaux nécessaires pour la conception et le développement d'une couche transport de nouvelle génération. Une première partie présente un état de l'art des protocoles de transport et introduit une méthodologie guidée par les modèles et une implémentation sous la forme d'un modèle sémantique pour la conception des protocoles de transport avancés. Une deuxième partie présente nos travaux relatifs à la conception (UML) et l'implémentation (JAVA) d'un protocole de transport orienté composants. Il en propose, en perspective, une extension suivant les paradigmes des architectures orientées services et basées composants. Une troisième partie présente nos contributions aux stratégies d'adaptabilité guidées par les modèles pour gérer l'adaptation comportementale et structurelle des protocoles de transport. En perspective, la conception et le développement d'une couche transport orientée composants et orientée services pour aboutir à des propriétés d'adaptabilité puis d'autonomie suivant le cadre de l'autonomic computing, et basés sur les ontologies, sont présentés.

Nos travaux s'inscrivent dans le domaine du génie logiciel pour les systèmes informatiques à large échelle. Notre objectif est de fournir des techniques et des outils pour aider les architectes logiciels à maîtriser la complexité toujours grandissante de ces systèmes. Principalement fondées sur des approches par ingénierie des modèles, nos contributions s'organisent autour de trois axes. Le premier axe concerne le développement de systèmes à la fois fiables et flexibles, et ce à base de composants hiérarchiques équipés de capacités de reconfiguration dynamique. Par l'utilisation de nouvelles formes de contrats logiciels, les systèmes et frameworks que nous proposons prennent en compte differents formalismes de spécification et maintiennent les contrats à jour pendant l'exécution. Une seconde partie de nos travaux s'intéresse à fournir des capacités auto-adaptatives à ces systèmes contractuels, à travers des mécanismes de négociation de contrats et des sous-systèmes de monitoring eux-mêmes auto-adaptatifs. Un troisième axe concerne les lignes de produits logiciels dans lesquelles les features models sont largement utilisés pour modéliser la variabilité. Nos contributions consistent en un ensemble d'opérateurs de composition bien définis et implémentés efficacement pour les feature models, ainsi qu'un langage dédié permettant leur gestion à large échelle.

Les systèmes logiciels tendent à se doter de facultés d'adaptation, d'évolution et d'ouverture. Ces capacités requièrent une grande flexibilité et dynamicité de l'environnement d'exécution, ainsi que de nouveaux outils d'assistance à la fabrication de ces systèmes. En électronique, des outils ont été déployés pour faire face à l'hétérogénéité et au nombre de composants, ainsi qu'aux besoins d'adaptation de produits existants à de nouvelles technologies. L'ouverture de la documentation et des spécifications a permis une grande richesse de solutions venant tant de bricoleurs que d'industriels. Inspiré par l'électronique, cette thèse contribue à l'amélioration de la flexibilité des systèmes logiciels tout en conservant un haut niveau de fiabilité. Les apports se font à trois niveaux. (1) Un nouveau modèle de composants qui offre une grande flexibilité et permet la connection de composants hétérogènes. (2) Des outils issus de l'ingénierie des modèles, pour créer, modifier, simuler et valider la structure et le comportement des assemblages de composants avant leur déploiement. (3) Un environnement d'exécution bati sur une architecture à base de services, pour supporter les évolutions, les adaptations et l'ouverture requises par le modèle de composant proposé. Cette thèse a été validée sur un cas concret dans un projet d'aide à domicile. Dans ce domaine, les systèmes logiciels doivent être adaptables et flexibles, pour répondre aux évolutions des besoins et pathologies des personnes âgées. Les bénéfices acquis de l'utilisation de cette approche dans ce contexte ont prouvé la pertinence de cette thèse.

La qualité de service est devenue aujourd'hui une notion incontournable dans le développement des applications logicielles, en particulier dans le cadre des architectures orientées services. Les travaux de cette thèse se focalisent sur la supervision de la qualité de service des applications orientées services, définies sous forme d'orchestrations de services. L'approche de supervision proposée dans ce contexte est générique. Elle repose sur des patrons de flux de contrôle des orchestrations de services pouvant être implémentés en intégralité ou en partie par tout langage d'orchestration de services. D'autre part, elle ne pose aucune restriction, ni sur les attributs qualité à surveiller par le système de supervision, ni sur leurs représentations. Cette approche de supervision se distingue des approches existantes par l'exploitation d'un modèle de préférences orienté utilisateur, permettant de représenter fidèlement la satisfaction de ce dernier. Le degré de satisfaction, issu du modèle de préférences, constitue une information de haut niveau représentant la qualité globale de l'orchestration étudiée. Sur la base de ce degré de satisfaction, de nouvelles stratégies de surveillance sont proposées afin de satisfaire les attentes de l'utilisateur. L'élaboration du modèle de préférences exploite la méthode d'aide à la décision multi-critères MACBETH étendue avec l'opérateur d'agrégation de l'intégrale de Choquet 2-additive. Une illustration de l'approche de supervision a été réalisée sur une orchestration de services, représentant un processus industriel dans le domaine du pilotage d'atelier de production. Les travaux de cette thèse ont été réalisés dans le cadre d'un projet R&D regroupant sept éditeurs de progiciels dans le domaine du MES (Manufacturing Execution System). / Quality of Service (QoS) is an important issue today in the developement of software applications, especially in the context of Service-Oriented Architectures (SOA). The work of this thesis focuses on QoS supervision of service-oriented applications, defined as service orchestrations. The proposed supervision approach is generic. It is based on workflow control-flow patterns, which can be entirety or partillay implemented by any service orchestration language. On the other hand, it does not make any restrictions, neither on the monitored QoS attributes , nor on their representations. This supervision approach is based on a user-oriented preferences model, that represents faithfully the user satisfaction. The satisfaction degree derived from the preferences model is a high-level information representing the overall quality of the orchestration. New monitoring strategies are proposed on the basis of this satisfaction degree in order to satisfy user expectations. The elaboration of the preferences model uses the MACBETH method extended to the 2-additive Choquet integral operator as a multi criteria decision aiding method. An illustration of the approach is carried out on a service orchestration representing a Manufacturing Execution System (MES) process. This work was realized in a R&D project involving seven software vendors in the field of MES.STAR