Bien que la technologie de composition de services Web soit considérée comme l’une des technologies les plus prometteuses pour l’intégration des sources de données hétérogènes et multiples ainsi que pour la réalisation d’opérations complexes, la question de la protection des données personnelles demeure l’une des préoccupation majeure liés à cette technologie. Ainsi, lors d’un processus de composition, l’échange de données entre toutes les entités – tels que, les services Web recueillant et fournissant des données, les individus dont les données peuvent être fournies et gérées par les services Web, les systèmes qui composent les services Web et les clients finaux des services – est une étape nécessaire et indispensable pour répondre à des requêtes complexes. En conséquence, des données personnelles sont échangées et manipulées entre toutes les entités du système. Notre objectif dans cette thèse est la conception et le développement d’un cadre permettant d’améliorer la composition des services Web avec des mécanismes de protection des données personnelles. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé une approche générale composée de trois éléments. Premièrement, nous avons proposé un modèle formel de confidentialité pour permettre aux services Web de décrire leurs contraintes de confidentialité liées aux données personnelles. Notre modèle permet une spécification des contraintes de confidentialité relative non seulement au niveau des données manipulées, mais aussi au niveau des opérations invoquées par les services. Deuxièmement, nous développons un algorithme de compatibilité qui permet de vérifier formellement la compatibilité entre les exigences et les politiques de confidentialité de tous les services lors d’un processus de composition. Troisièmement, dans le cas où certains services dans la composition sont incompatibles par rapport à leur spécification de confidentialité, nous avons introduit une nouvelle approche basée sur un modèle de négociation dans la perspective de trouver une composition compatible (c’est-à-dire, d’obtenir la compatibilité de toutes les spécifications de confidentialité des services impliqués dans la composition). Enfin, nous avons mis en œuvre les techniques présentées dans cette thèse au sein du prototype PAIRSE et mené une étude de performance sur les algorithmes proposés / While Web service composition technologies have been beneficial to the integration of a wealth of information sources and the realization of complex and personalized operations, the issue of privacy is considered by many as a major concern in services computing. Central to the development of the composition process is the exchange of sensitive and private data between all parties: Web services collecting and providing data, individuals whose data may be provided and managed by Web services, systems composing Web service to answer complex queries, and requesters. As a consequence, managing privacy between all parties of the system is far from being an easy task. Our goal in this thesis is to build the foundations of an integrated framework to enhance Web service composition with privacy protection capabilities. To this aim, we firstly propose a formal privacy model to allow Web services to describe their privacy specifications. Our privacy model goes beyond traditional data-oriented models by dealing with privacy not only at the data level but also service level. Secondly, we develop a compatibility-matching algorithm to check privacy compatibility between privacy requirements and policies within a composition. Thirdly, in the case where some services in the composition are incompatible regarding their privacy specifications, we introduce a novel approach based on a negotiation model to reach compatibility of concerned services (i.e. services that participate in a composition which are incompatible). Finally, we conduct an extensive performance study of the proposed algorithms. The techniques presented in this dissertation are implemented in PAIRSE prototype

Il est désormais devenu naturel pour les entreprises de faire coexister des systèmes d'informations, des services ou des processus différents étant donné que celles-ci passent d'architectures centralisées à des architectures distribuées en vue de mener à bien des projets communs. Dans ce contexte, l'interopérabilité, c'est-à-dire la capacité qu'ont deux ou plusieurs composants (applications, sources de données, services mais aussi processus métier) de communiquer et de coopérer en dépit des différences (l'hétérogénéité) dues au langage d'implantation, à l'environnement d'exécution (applicatif métier) ou au modèle d'abstraction choisi (niveau d'abstraction choisi pour représenter une information), est devenue de plus en plus importante. Dans mes travaux, je me suis intéressé à différents problèmes autour de l'interopérabilité, en étudiant respectivement les problèmes liés à l'intégration de données afin de prendre compte l'hétérogénéité au niveau données, les problèmes liés à la distribution et à l'autonomie des processus interentreprises, et enfin les problèmes liés la fiabilité des compositions de services dans les architectures orientées services. Ce sont ces dimensions que je présente dans ce document, ainsi que quelques perspectives.

On appelle composition le mécanisme permettant la réalisation d'applications logicielles par intégration de services. Les applications à service exigeant souvent des propriétés telles que la sélection dynamique ou non déterministe des services, le concept d'application doit être défini différemment, et le processus de composition est très difficile à réaliser manuellement. Le processus de composition devrait être automatisé par des outils et des environnements logiciels. Ces outils devraient permettre d'une part la construction d'applications flexibles et d'autre part garantir la cohérence et la complétude de la composition. Cette thèse s'intéresse à la construction d'applications depuis leur conception jusqu'à leur exécution. Dans cette thèse, nous proposons une approche de composition de services et un prototype nommé SELECTA permettant de répondre aux besoins et aux défis de la composition de services, tels que l'augmentation du niveau d'abstraction de la spécification de la composition, la construction incrémentale de composites, la gestion de la cohérence et de la complétude de composites, la définition de langages de contraintes de services ou d'algorithmes de sélection de services.

De nos jours, les services Web sont très utilisés notamment par les entreprises pour rendre accessibles leurs métiers, leurs données et leurs savoir-faire via le Web. L'émergence des services Web a permis aux applications d'être présentées comme un ensemble de services métiers bien structurés et correctement décrits, plutôt que comme un ensemble d'objets et de méthodes. La composition automatique de services est une tâche complexe mais qui rend les services interopérables, ainsi leur interaction permet d'offrir une valeur ajoutée dans le traitement des requêtes des utilisateurs en prenant en compte des critères fonctionnels et non fonctionnels de la qualité de service. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons plus précisément aux services à base de localisation (LBS) qui permettent d'intégrer des informations géographiques, et de fournir des informations accessibles depuis des appareils mobiles via, les réseaux mobiles en faisant usage des positions géographiques de ces appareils. L'objectif de ce travail est de proposer une approche orientée modèles pour spécifier, valider et mettre en œuvre des processus de composition automatique de services à des fins de sécurité routière dans les transports. Cette approche est basée sur deux outils formels à savoir les Réseaux de Petri (RdP) et l'algèbre (max,+). Pour cela, nous préconisons l'utilisation des workflow patterns dans la composition, où chaque pattern est traduit par un modèle RdP et ensuite par une équation mathématique dans l'algèbre (max,+). Les modèles formels développés ont conduits, d'une part, à la description graphique et analytique des processus considérés, et d'autre part, à l'évaluation et la vérification quantitatives et qualitatives de ces processus. Une plateforme, appelée TransportML, pour la collaboration et l'interopérabilité de services à base de positionnement a été implémentée. Les résultats obtenus par la simulation des modèles formels sont comparés à ceux issus des simulations du fonctionnement de la plateforme et des expérimentations sur le terrain.Cette thèse est effectuée dans le cadre des projets Européens FP7 ASSET (2008-2011) et TeleFOT (2008-2012).

Le but du travail réalisé dans cette thèse est de fournir aux fournisseurs de services une solution qui est capable de non seulement déployer les services dans le cloud de façon économique, automatique, mais aussi à grande échelle. La première contribution traite le problème de la construction d'un nouveau service demandé par le client à partir de services disponibles dans le cloud de manière à satisfaire les exigences en termes de qualité de service ainsi qu'en termes de coût. Nous présentons ce problème par un modèle analytique et proposons un algorithme heuristique dont la performance est améliorée de 20-30% par rapport aux autres approches. La seconde contribution est une solution pour déployer les services dans le cloud en considérant les demandes des utilisateurs finaux. Pour assurer qualité de services dans une grande échelle, le service demandé est dupliqué et distribué dans le réseau; chacun de ses réplicas servira les utilisateurs à proximité. Le plan d'approvisionnement selon lequel le service est dupliqué dépend de sa demande, ce qui ne cesse pas de changer en quantité ainsi qu'en distribution, ce qui rend le problème plus compliqué. Nous proposons une solution qui est capable de s'adapter aux changements dans le réseau, y compris ceux des demandes de ses utilisateurs. Enfin, nous proposons un système basé sur OpenStack qui permet de déployer les services complexes dans un cloud qui couvre différente locations (cloud multi-site). A partir d'une demande du client, le système automatiquement calcule le plan d'approvisionnement optimal et le déploie en respectant les contraintes du client.

L'essor de l'Internet et l'évolution des dispositifs communicants ont permis l'intégration du monde informatique et du monde réel, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux types d'applications, tels que les applications ubiquitaires et pervasives. Ces applications doivent s'exécuter dans des contextes hétérogènes, distribués et ouverts qui sont en constante évolution. Dans de tels contextes, la disponibilité des services et des dispositifs, les préférences et la localisation des utilisateurs peuvent varier à tout moment pendant l'exécution des applications. La variabilité des contextes d'exécution fait que l'exécution d'une application dépend, par exemple, des services disponibles ou des dispositifs accessibles à l'exécution. En conséquence, l'architecture d'une telle application ne peut pas être connue statiquement à la conception, au développement ou au déploiement, ce qui impose de redéfinir ce qu'est une application dynamique : comment la concevoir, la développer, l'exécuter et la gérer à l'exécution. Dans cette thèse, nous proposons une approche dirigée par les modèles pour la conception, le développement et l'exécution d'applications dynamiques. Pour cela, nous avons défini un modèle de composants à services permettant d'introduire des propriétés de dynamisme au sein d'un modèle de composants. Ce modèle permet de définir une application en intention, via un ensemble de propriétés, de contraintes et de préférences de composition. Une application est ainsi spécifiée de façon abstraite ce qui permet de contrôler la composition graduelle de l'application lors de son développement et de son exécution. Notre approche vise à effacer la frontière entre les activités effectuées avant et pendant l'exécution des applications. Pour ce faire, le même modèle et les mêmes mécanismes de composition sont utilisés de la conception jusqu'à l'exécution des applications. A l'exécution, le processus de composition considère, en plus, les services disponibles dans la plate-forme d'exécution permettant la composition opportuniste des applications ; ainsi que la variabilité du contexte d'exécution permettant l'adaptation dynamique des compositions. Nous avons mis en œuvre notre approche via un prototype nommé COMPASS, qui s'appuie sur les plates-formes CADSE pour la réalisation d'environnements logiciels de conception et de développement, et APAM pour la réalisation d'un environnement d'exécution d'applications à services dynamiques.

Simplifier notre interaction avec les entités informatiques interconnectées de notre environnement et faciliter l'exploitation des informations générées par celles-ci est l'objectif des environnements et applications ubiquitaires. Le comportement des applications ubiquitaires dépend de l'état et de la disponibilité des entités (logicielles ou dispositifs) qui compose l'environnement ubiquitaire dans lequel ils évoluent, ainsi que des préférences et localisation des utilisateurs. Développer et exécuter des applications ubiquitaires est un véritable défi que notre approche essaie de relever au travers de l'environnement d'exécution ApAM. Considérant que l'environnement d'exécution est imprévisible, nous partons du principe qu'une application ubiquitaire doit disposer d'une grande flexibilité dans le choix de ses composants et que cette composition doit être automatique. Nous proposons une description abstraite et implicite de la composition (où les composants et les liens entre eux ne sont pas décrits explicitement), ce qui permet de construire l'application incrémentalement pendant la phase d'exécution. La plate-forme d'exécution ApAM implémente ces mécanismes de composition incrémentale et s'en sert pour conférer aux applications ubiquitaires la capacité de « résister » et de s'adapter aux changements imprévisibles de l'environnement d'exécution. Cette propriété dite de résilience est au cœur de notre approche car elle permet aux programmeurs de développer « simplement » des applications « résilientes » sans avoir à décrire les diverses adaptations à réaliser, et même sans connaitre toutes les perturbations de l'environnement auquel elles seront soumises. Notre proposition offre le moyen de développer et d'exécuter des applications ayant un haut niveau de résilience vis-à-vis des évolutions de leur contexte d'exécution, grâce à des mécanismes automatiques capables de construire et de modifier à l'exécution l'architecture logicielle des applications ubiquitaire. Les mécanismes fournis sont génériques mais peuvent être étendus et spécialisés pour s'adapter plus finement à certaines applications ou à des domaines métiers spécifiques. / The goal of ubiquitous environments and applications is to simplify our interaction with interconnected software and hardware entities, and to allow the exploitation of the information that they gather and generate. The behavior of ubiquitous applications depends on the state and the availability of the software and hardware entities that compose the ubiquitous environment in which they are constantly evolving, as well as, the preferences and locations of users. Developing and executing ubiquitous applications is a difficult challenge that our approach attempts to address with the creation of the ApAM execution environment. Knowing that the execution environment is unpredictable, we believe that ubiquitous applications require a large amount of flexibility in choosing the components that compose the application, and that the composition should be automated. We propose an abstract and implicit description of the composition, where components and bindings are not explicitly described. This allows to incrementally building an application at runtime. The ApAM execution platform implements the mechanisms to achieve incremental composition and uses them to provide ubiquitous applications with the resilience and adaptability necessary to face unpredictable changes that originate in the execution environment. Resilience is a core property of our approach because it allows developers to easily build applications without the need to either describe nor predict the multiple adaptations required to support environmental disturbances which the applications will encounter. Our proposal offers the means of developing and executing applications with a high level of resilience in regards to their continuously evolving context. This is possible thanks to the mechanisms described in this dissertation that allow building and changing, at runtime, ubiquitous applications. These mechanisms are generic but can be extended or specialized in order to solve domain or application-specific issues.

Dans cette thèse, nous intéressons à l'automatisation de la composition de service Web d'accès aux données (i.e. DaaS Data-gs-g-S..ervice Web services) pour les besoins de partage de données dans les environnements distribués. La composition de service Web permet de répondre aux besoins d'un utilisateur ne pouvant être satisfaits par un seul Web service, alors qu'une intégration de plusieurs le permettrait. La motivation principale de notre travail est que les méthodes de composition, telles qu'elles sont appliquées aux services Web traditionnels (i.e. AaaS Application-as-a-Service Web services), ne permettent pas de prendre en compte la relation sémantique entre les entrées/sorties d'un service Web d'accès aux données, et en conséquence, elles ne sont pas adaptées pour composer les services Web d'accès aux données. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'exploiter les principes de base des systèmes d'intégration des données pour composer les services Web d'accès aux données. Plus précisément, nous modélisons les services Web d'accès aux données comme des vues sur des ontologies de domaine. Cela permet de représenter la sémantique d'un service d'une manière déclarative en se basant sur des concepts et des relations dont les sémantiques sont formellement définies dans l'ontologie de domaine. Ensuite, nous utilisons les techniques de réécriture des requêtes pour sélectionner et composer automatiquement les services pour répondre aux requêtes des utilisateurs. Comme les services Web d'accès aux données peuvent être utilisés pour accéder à des données sensibles et privées, nous proposons également un mécanisme basé sur la modification des requêtes pour préserver la confidentialité des données. Ce mécanisme modifie les requêtes en se basant sur des politiques de confidentialité avant leur résolution par 1' algorithme de composition, et il prend en considération les préférences des utilisateurs quant à la divulgation de leurs données privées. Le principal domaine d'application de notre approche est le domaine d'e-santé, où les services Web d'accès aux données sont utilisés pour partager les dossiers médicaux des patients. / In this dissertation, we propose a novel approach for the automatic composition of DaaS Web services (DaaS Data-gs-g-S.ervice Web services). Automatic DaaS Web service composition requires dealing with three major research thrusts: (i) describing the semantics of DaaS Web services, (ii) selecting and combining relevant DaaS Web services, and (iii) generating composite service descriptions (i.e. the compositions' plans). We first propose to model DaaS Web services as RDF views over domain ontologies. An RDF view allows capturing the semantics of the associated DaaS Web service in a "declarative" way based on concepts and relationships whose semantics are formally defined in domain ontologies. The service description files (i.e. WSDL files) are annotated with the defined RDF views using the extensibility feature of the WSDL standard. We then propose to use query rewriting techniques for selecting and composing DaaS Web services. Specifically, we devised an efficient RDF-oriented query rewriting algorithm that selects relevant services based ontheir defined RDF views and combines them to ans~wer a posed query. It also generates an execution plan for the obtained composition/s. Our algorithm takes into account the RDFS semantic constraints (i.e. "subClassOf", "subPropertyOf", "Domain" and "Range") and is able to address both specifie and parameterized queries. Since DaaS Web services may be used to access sensitive and private data; we also extended our DaaS service composition approach to handle data privacy concems. Posed queries are modified to accommodate pertaining privacy conditions from data privacy policies before their resolution by the core composition algorithm. Our proposed privacy preservation model takes user' s privacy preferences into account.

Le domaine de la recherche en neuroimagerie nécessite de pouvoir partager, réutiliser et comparer les outils de traitement d'images des différents laboratoires. Cependant la tâche de partage de traitement sous forme de services et leur composition sous forme de workflow reste une tâche difficile et trop souvent complexe. Ceci est dû dans la plupart des cas à l'hétérogénéité des services et des plateformes qui diffèrent au niveau de leurs conceptions et de leurs implémentations. Nous travaillons dans le cadre du projet NeuroLOG, une initiative cherchant à construire un système fédéré pour le partage de données et d'outils de traitement dans le domaine de la neuroimagerie. Il adopte une approche ontologique pour assurer la médiation et le partage de ressources entre les différents collaborateurs. Notre travail de thèse vise à compléter la médiation pour assurer le partage et la composition des outils de traitement d'images et à fournir aux utilisateurs spécialistes et non-spécialistes du domaine de la neuroimagerie une plateforme de composition de service ergonomique et facile à utiliser. Nous utilisons pour cela les techniques du web sémantique afin de remédier aux différents problèmes d'interopérabilité et de cohérence de ressources utilisées et produites. La première solution proposée se fonde sur une extension de la plateforme OWL-S. Elle a été adaptée aux différents services web de la plateforme de neuroimagerie. On a déduit que finalement les outils qui ne possèdent pas le format de services web et une description conforme au standard WSDL ne peuvent pas être enchaînés sous forme de workflow. A partir de là, nous avons proposé une autre approche pour effectuer la composition de services de traitement d'images. Elle se se fonde sur un nouveau modèle ontologique de composition de services qui répond aux exigences de la neuroimagerie, qui s'articule bien avec l'ontologie de domaine OntoNeuroLOG et qui pourra remédier aux différents problèmes rencontrés lors de l'élaboration de la première approche. Ce travail a permit de remédier à la fois aux problèmes d'hétérogénéité des descripteurs des services et à l'interopérabilité des services selon les contraintes de la neuroimagerie au sein de la plateforme NeuroLOG. / The field of neuroimaging research requires the ability to share, reuse and compare image processing tools coming from different laboratories. However, sharing treatment as services and composing them as workflows, is usually difficult and a complex task. This is due in most cases to the heterogeneity of services and platforms with regards to their conception and their implementation. We work within the NeuroLOG project, which aims at developing a middleware to federate data repositories and to facilitate the sharing and reuse of processing tools to analyze the shared images. It adopts an ontological approach for data and tools mediation and for sharing resources. This work aims to provide tools mediation to enhance the sharing and composition of image processing tools and provide non-specialist and expert users of neuroimaging field with an ergonomic and easy to use composition platform. We have chosen to use the Semantic Web techniques to address the various problems of resource interoperability and consistency. The first proposed solution is based on an extension of the OWL-S framework. It has been adapted to the various web services of our neuroimaging platform. We finally concluded that services that haven't the WSDL standard as descriptor could not be chained as workflow. So, we have proposed a new approach to compose image processing tools. It is based on a new ontological model for service composition that meets the requirements of the neuroimaging domain and the constraints of our domain ontology OntoNeuroLOG and addresses the various problems encountered in the development of the first approach. This work led to solve the two major problems in the composition of services; the heterogeneity of services descriptors and the interoperability of services according to the constraints within the NeuroLOG platform.

Les concepts d’architecture orientée service (SOA) ainsi que tout une panoplie de technologies «en tant que service» (XaaS) sont utilisés quasiment partout de nos jours, et l’organisation optimisée d’activités synchronisées devient un défi important. Dans le but de proposer à l’utilisateur final un service sécuritaire et fiable sans compromettre la qualité, les questions concernant la vérification et la validation des compositions des services deviennent d’un grand intérêt tant théorique que pratique. Dans les autres travaux traitant du sujet, de nombreux modèles et techniques sont proposés, mais la plupart mettent l’accent sur les aspects fonctionnels ou non-fonctionnels pris séparément, alors que l’intégration de ces paramètres en un modèle formel unifié reste un problème qui doit être résolu – ce qui est devenu par conséquent un des objectifs fondamentaux de cette thèse. Dans notre travail, nous réfléchissons aux problèmes de la vérification et de l’optimisation des compositions des services web. Tout ceci est étudié dans l’optique de la fonctionnalité des systèmes, de leur qualité et de la sécurité des compositions. Il a été prouvé que les modèles à états finis sont utiles à des fins de tests et de vérification, de même que pour le contrôle qualité à chaque étape du développement du service. C’est pour cette raison que nous proposons d’utiliser le modèle de machine temporisée à états finis (TFSM) pour intégrer une description fonctionnelle du service avec les paramètres de sécurité et de qualité liées au temps. L’extension du modèle permettra alors d’interpréter adéquatement le non-déterminisme significatif causé par un manque d’observabilité ou/et de contrôle sur les services tiers. Dans le but d’optimiser les compositions des systèmes, nous proposons une méthode pour dériver la solution la plus globale contenant tous les composants autorisés pour la mise en œuvre du service, basée sur la résolution de l’équation parallèle du TFSM. Ensuite, les techniques pour extraire des solutions restreintes avec les propriétés requises (paramètres de temps minimisé/maximisé, interblocages actifs ou passifs de sécurité, similarité avec le composant d’origine donné, etc.) ont été proposées. Dans le cas où les spécifications d’un service composite consistent en un ensemble d’exigences fonctionnelles, éventuellement renforcées par des exigences de qualité, nous proposons une technique de minimisation de l’ensemble, dans le respect du composant à optimiser. L’application des résultats obtenus à la découverte et à la mise en place de composants plus efficaces, ainsi que l’extension du modèle à des modes de communication plus complexes font partie des sujets possibles pour des études futures. / Service-oriented architecture (SOA) together with a family of Everything-as-a-Service (XaaS) concepts nowadays are used almost everywhere, and the proper organization of collaborative activities becomes an important challenge. With the goal of bringing to the end-user safe and reliable service with the guaranteed level of quality, issues of service compositions verification and validation become of high practical and theoretical interest. In the related works, numerous models and techniques are proposed, but mostly focused on functional and non-functional issues in isolation, while integration of these parameters within unified formal framework still remains a problem to be solved – and therefore became one of the core objectives of this thesis. In our work, we address the problems of web service composition verification and optimization with respect to functional, quality and safety properties of the composition. Finite state models are proven to be useful for testing and verification purposes as well as for service quality evaluation at each step of service development. Therefore, we propose to use the model of Finite State Machine with Timeouts (TFSM) for integrating functional service description with time-related quality and safety parameters, and derive the extension of the model in order to adequately inherit significant nondeterminism due to the lack of observability and control over third-party component services. For the purpose of component optimization in the composition, we propose a method for deriving the largest solution containing all allowed component service implementations, based on solving TFSM parallel equation. Further, techniques for extracting restricted solutions with required properties (minimized/maximized time parameters, deadlock- and livelock-safety, similarity to the initially given component, etc.) have been proposed. In cases when the specification of a composite service is provided as a set of functional requirements, possibly, augmented with quality requirements, we propose a technique to minimize this set with respect to the component under optimization. Application of the obtained results for more efficient candidate component services discovery and binding, alongside with extending the framework for more complex distributed modes of communications, are among the topics for the future work.