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.

Le processus de composition des services Web joue un rôle important dans la réalisation des architectures orientées services (SOA). Dans les environnements dynamiques dans lesquels des informations con-textuelles changent souvent, le processus de composition est souvent affec-té pendant les phases de conception et d’exécution. Ce processus devrait par conséquence être en mesure de s'adapter aux changements en temps de conception et exécution. A présent, les architectures orientées services et les mécanismes automatiques de composition de services Web ne parviennent pas à faire face aux changements continus et imprévisibles. Construire des architectures orientées services qui s'adaptent aux changements dans des environnements dynamiques révèle un défi pour les processus de com-position de services Web. En outre, les processus de composition actuelles offrent un support limité pour les utilisateurs professionnels de spécifier leurs exigences métier afin générer automatiquement les processus métiers (services Web composites). Par cela, l'écart entre les exigences fonction-nelles et non-fonctionnelles au niveau métier et les exigences techniques liées aux mécanismes de composition de services Web augmentent la com-plexité du développement d'applications ou de processus métier adaptés aux environnements dynamiques. Pour remédier à ces défis, nous introduisons le concept de rési-lience appliqué à l'informatique orientée services (nommé SOC résilient) afin de construire des applications et processus métier dynamiques en res-pectant les exigences métier dans des environnements dynamiques. La SOA résilient est conçue comme un ensemble de modèles qui affectent, et sont affectées par, d’autres modèles. Dans cette thèse, nos contributions, qui se concentrent en particulier sur le modèle d’exigence de composition et le modèle de composition des services Web, composent trois parties princi-pales: tout d'abord le modèle de d’exigence est modélisé aux trois niveaux, i.e., métier, capacité, et règle. Particulièrement, le modèle de d’exigence métier offre aux utilisateurs un langage structuré à base de langage naturelle pour spécifier les processus métier; d'autre part, un processus de trans-formation dérive par transformation un modèle d’exigence de composition à base de règles. Chaque règle représente un ensemble de contraintes multi-objectives concernant différentes variables liées au processus de composi-tion et à son environnement dynamique. Troisièmement, une approche ad-hoc de composition des services Web a été développée pour construire de services composites sans plans de composition prédéfinis dans des environ-nements dynamiques. L’approche de transformation de modèle-à-modèle génère les règles qui sont récursivement utilisées pour modifier ces modèles et ensuite replanifiés une composition ad-hoc de services Web. / Due to the distributed and asynchronous nature of Web services, the Web service composition process plays an important role in achieving SOC. In dynamic environments by which contextual information such as Web service properties and composition requirements often change, the composition process is thus affected and, consequently, should be able to adapt composite applications to changes at design time and runtime. Un-fortunately, current Service-Oriented Architecture (SOA) and Web service composition approaches lack of the ability to deal with continuous and un-predictable changes. Building resilient service-oriented architectures that are adaptable to endogenous and exogenous changes in dynamic environments reveal a drastic challenge to current composition processes. In addition, current composition processes provide a limited support for business users to specify their requirements in business languages to automatically compose business processes (i.e., composite services). By such, the gap be-tween business requirements and composition requirements related to Web services increases the complexity of developing adaptable SOA-based ap-plications and processes in dynamic environments. To overcome these challenges, we introduce the concept of Resili-ent Service-Oriented Computing (rSOC) to construct resilient SOA-based applications driven by business requirements in dynamic environments. To this end, the resilient SOA is defined as a set of models that affect and are affected by each other, and relies on a model-to-model transformation ap-proach to ensure SOA adaptability and evolution. In this thesis, we particu-larly focus on two models: a three-level composition requirement model and a Web service composition model, to establish the foundation for a re-silient SOA as follows: firstly, composition requirements are modeled in three levels, i.e., business-centric, capability-focused and rule-driven. Par-ticularly the business-centric requirement model provides business users with a structured natural language to specify requirements; secondly, a two-phase requirement transformation process builds the rule-driven Web ser-vice composition requirement model from the business-centric requirement model as set of composition rules, expressing multi-objective constraints that affect the composition process and its dynamic environment; thirdly, an ad-hoc Web service composition approach is introduced to flexibly con-struct composite services without predefined composition plans. Particularly, composition rules generated in composition process may affect other model(s) in the resilient SOA, such as composition requirement model, and recursively invoke the model-to-model transformation approach to replan the ad-hoc Web service composition approach.

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). / Web services are widely used by organizations to share their knowledge over the network and facilitate business-to-business collaboration. The emergence of Web services enabled applications to be presented as a set of business services well structured and correctly described. However, combining Web services and making them interoperable, to satisfy user requests taking into account functional and non-functional quality criteria, is a complex process. In this work, we focus specifically on location-based services (LBS) that integrate geographic information and provide information reachable from mobile devices, through wireless network by making use of the geographical positions of the devices. The aim of this work is to develop a model driven approach to specify, validate and implement service composition process in an automatic fashion for road security. This approach is based on two formal tools namely Petri nets (PN) and (max, +) algebra used to model, to verify and to evaluate the performance of service composition process. Workflow patterns are used to represent service composition processes. The behavior of each pattern is modeled by a PN model and then by a (max,+) state equation. The developed formal models allow the graphical and analytical description of the considered processes. Also, these models enable to evaluate some quantitative and qualitative properties of the considered processes. A platform, called TransportML, has been developed for collaboration and interoperability of different LBS. The obtained simulation results from the formal models are compared, on one hand, to those obtained from trials of the platform, and on the other hand, to those obtained from the real experimentations on the field.This work is a part of the FP7 European projects ASSET (2008-2011) and TeleFOT (2008-2012).

Dans ce travail, une approche pour la spécification, la vérification formelle et la mise en oeuvre de services Web composés est proposée. Il s'agit d'une approche dirigée par les modèles fidèle aux principes de MDA définis par l'OMG. Elle permet au développeur de s'abstraire des difficultés liées à l'implémentation en travaillant sur les modèles de haut niveau, indépendants de la plateforme ou de la technologie d'implémentation cible. Les modèles sont réalisés à l'aide du langage de modélisation UML. Plus précisément, une extension à UML nommée UML-S est proposée pour adapter le langage au domaine de la composition de services. Les modèles UML-S sont suffisamment expressifs et précis pour être directement transformés en code exécutable tout en conservant leur lisibilité. Ces modèles peuvent également être transformés en descriptions formelles LOTOS afin de procéder à leur vérification formelle. L'approche proposée contribue à réduire les temps et les coûts de développement tout en assurant la fiabilité des services composés.

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, par 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 oeuvre notre approche à travers le 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.

Dans une composition de services Web basée protocole, un ensemble de services composants se collaborent pour donner lieu à un service Composite. Chaque service est représenté par un automate à états finis (AEF). Au sein d'un AEF, chaque transition exprime l'exécution d'une opération qui fait avancer le service vers un état suivant. Une exécution du composite correspond à une séquence de transitions où chacune est déléguée à un des composants. Lors de l'exécution du composite, un ou plusieurs composants peuvent devenir indisponibles. Ceci peut produire une exécution incomplète du composite, et de ce fait un recouvrement est nécessaire. Le recouvrement consiste à transformer l'exécution incomplète en une exécution alternative ayant encore la capacité d'aller vers un état final. La transformation s'effectue en compensant certaines transitions et exécutant d'autres. Cette thèse présente une étude formelle du problème de recouvrement dans une composition de service Web basée protocole. Le problème de recouvrement consiste à trouver une meilleure exécution alternative parmi celles disponibles. Une meilleure alternative doit être atteignable à partir de l'exécution incomplète avec un nombre minimal de compensations visibles (vis-à-vis le client). Pour une exécution alternative donnée, nous prouvons que le problème de décision associé au calcul du nombre de transitions invisiblement compensées est NP-Complet. De ce fait, nous concluons que le problème de décision associé au recouvrement appartient à la classe ΣP2.

Les Architectures Orientées Services (SOA) se sont progressivement imposées comme outil incontournable dans les échanges inter-entreprises grâce à leurs potentiels stratégiques et technologiques. Leurs mise en oeuvre est concrétisée à travers les services Web dont l'un des principaux atouts est leur composabilité. Avec l'émergence du Web sémantique la découverte et la composition de services Web sémantiques constituent un réel défi. Le processus de découverte s'appui généralement sur les registres traditionnels offrant des descriptions syntaxiques regroupés statiquement, ce qui pose un problème lié à l'hétérogénéité des descriptions syntaxiques et à la rigidité de la classification. Le processus de composition dépend à son tour de la qualité de l'appariement des services. Nous proposons dans cette thèse une architecture d'un framework qui couvre toutes les phases du processus de composition. Ensuite, nous proposons une mesure de similarité sémantique pour un appariement entre les descriptions des services Web. Le processus de découverte de services Web s'appuie sur la similarité entre les services, le formalisme d'Analyse de Concepts Formels et l'organisation des services en treillis. La composition ensuite repose sur l'établissement de services composites cohérents et pertinaents pour la fonctionnalité espérée. Les points forts de cette architecture sont l'adaptation et l'intégration des technologies sémantiques, le calcul de similarité sémantique et l'utilisation de cette similarité sémantique et du formalisme FCA afin d'optimiser le processus de composition. / Service Oriented Architectures (SOA) have been progressively confirmed as an essential tool in inter-companies exchanges thanks to their strategic and technological potential. Their implementation is realised through Web services. One of the main assets of services is their compostability. With the emergence of the semantic Web, the discovery and composition of semantic Web services become a real challenge. The discovery process is generally based on traditional registries with syntactic descriptions where services are statically grouped. This poses a problem related to the heterogeneity of syntactic descriptions and the rigidity of the classification. The composition process depends on the Web service matching quality processed in the discovery phase. We propose in this dissertation an architecture of a framework that covers all the phases of the composition process. Then, we propose a semantic similarity measure Web services. The Web services discovery process relies on the proposed similarity measure, the formal concept analysis (FCA) formalism, and the organisation of lattice services. The composition is then based on the establishment of coherent and relevant composite services for the expected functionality. The main strengths of this architecture are the adaptation and integration of semantic technologies, the calculation of semantic similarity and the use of this semantic similarity and the FCA formalism in order to optimise the composition process.

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. / The growth of the Internet and the evolution of communicating devices have allow the integration of the computer world and the real world, paving the way for developing new types of applications such as pervasive and ubiquitous ones. These applications must run in heterogeneous, distributed and open environments that evolve constantly. In such environments, the availability of services and devices, the preferences and location of users may change at any time during the execution of applications. The variability of the execution context makes the execution of an application dependent on the available services and devices. Building applications capable of evolving dynamically to their execution context is a challenging task. In fact, the architecture of such an application cannot be fully known nor statically specified at design, development or deployment times. It is then needed to redefine the concept of dynamic application in order to cover the design, development, execution and management phases, and to enable thus the dynamic construction and evolution of applications. In this dissertation, we propose a model-driven approach for the design, development and execution of dynamic applications. We defined a component service model that considers dynamic properties within a component model. This model allows defining an application by its intention (its goal) through a set of composition properties, constraints and preferences. An application is thus specified in an abstract way, which allows controlling its gradual composition during development and execution times. Our approach aims to blur the boundary between development-time and runtime. Thus, the same model and the same composition mechanisms are used from design to runtime. At runtime, the composition process considers also the services available in the execution platform in order to compose applications opportunistically; and the variability of the execution context in order to adapt compositions dynamically. We implemented our approach through a prototype named COMPASS, which relies on the CADSE platform for building software design and development environments, and on the APAM platform for building an execution environment for dynamic service-based applications.

L'orientation service occupe de plus en plus une place importante dans la structuration des systèmes complexes. La conception et le développement d'applications évoluent progressivement d'un modèle traditionnel vers un modèle plus dynamique orienté services où la réutilisation et l'adaptabilité jouent un rôle important. Dans cette thèse, nous proposons une étude portant sur la conception et le développement d'applications par composition de services. Nous décrivons un environnement de partage de services : DyCoSe. Il consiste en un écosystème coopératif où les entreprises membres, organisées en communautés, partagent un consensus global représentant les fonctionnalités métier récurrentes et les propriétés non fonctionnelles communes. La composition d'applications dans DyCoSe repose sur une architecture à trois niveaux combinant à la fois une démarche descendante et une autre ascendante. La démarche descendante permet de décrire l’application à travers une interaction de composants haut niveau et de la raffiner en une ou plusieurs orchestrations de services. La démarche ascendante projette les caractéristiques de l’infrastructure réseau sous-jacente au niveau services. Un processus d’instanciation visant à réaliser une application composite est détaillé. Il formalise le choix des services, selon un ensemble de contraintes données, comme un problème d’optimisation de coûts. Deux solutions au problème d’instanciation sont étudiées. Une solution globale tient compte de l’ensemble des services disponibles dans l’écosystème et une solution locale favorise les services de certaines communautés. Un algorithme génétique est décrit comme implémentation de l’instanciation globale. Une simulation stochastique de l’environnement DyCoSe est proposée. Elle permet d'étudier les possibilités d’instanciation d’une application donnée dans un environnement où la disponibilité des services n’est pas garantie. Elle permet d'étudier aussi, le taux de réussite de l’exécution d’une instance d’une application donnée. / The service oriented computing paradigm plays an increasingly important role in structuring complex systems. Application design and development approaches are witnessing a shift from traditional models towards a more dynamic service oriented model promoting reuse and adaptability. In this thesis, we study an approach for application design and development based on services’ composition. We propose DyCoSe, an environment for sharing services. It consists of an enterprise ecosystem wherein members, organized in communities, share a global agreement describing traditional business functionalities and common non-functional properties. DyCoSe relies on a three level architecture for service based application composition combining both, a top down and a bottom up composition approach. The top down part describes an application using high-level components and refines it to an orchestration of services. The bottom up part projects network characteristics to the services’ level. An instantiation process aiming at realizing an application is described. It formalizes services’ selection as a cost optimization problem considering a set of user given constraints. Two solutions of the instantiation problem are proposed. A global solution considers all the available services in an ecosystem. A local solution gives priority to services of selected communities. A genetic algorithm implements the global instantiation. A stochastic simulation of DyCoSe is proposed. It allows studying the instantiation success rate and the application execution success rate both in a dynamic environment wherein services availability is not guaranteed.

Dans une composition de services Web basée protocole, un ensemble de services composants se collaborent pour donner lieu à un service Composite. Chaque service est représenté par un automate à états finis (AEF). Au sein d’un AEF, chaque transition exprime l’exécution d’une opération qui fait avancer le service vers un état suivant. Une exécution du composite correspond à une séquence de transitions où chacune est déléguée à un des composants. Lors de l’exécution du composite, un ou plusieurs composants peuvent devenir indisponibles. Ceci peut produire une exécution incomplète du composite, et de ce fait un recouvrement est nécessaire. Le recouvrement consiste à transformer l’exécution incomplète en une exécution alternative ayant encore la capacité d’aller vers un état final. La transformation s'effectue en compensant certaines transitions et exécutant d’autres. Cette thèse présente une étude formelle du problème de recouvrement dans une composition de service Web basée protocole. Le problème de recouvrement consiste à trouver une meilleure exécution alternative parmi celles disponibles. Une meilleure alternative doit être atteignable à partir de l’exécution incomplète avec un nombre minimal de compensations visibles (vis-à-vis le client). Pour une exécution alternative donnée, nous prouvons que le problème de décision associé au calcul du nombre de transitions invisiblement compensées est NP-Complet. De ce fait, nous concluons que le problème de décision associé au recouvrement appartient à la classe ΣP2. / In a protocol-based Web service composition, a set of available component services collaborate together in order to provide a new composite service. Services export their protocols as finite state machines (FSMs). A transition in the FSM represents a task execution that makes the service moving to a next state. An execution of the composite corresponds to a sequence of transitions where each task is delegated to a component service. During composite run, one or more delegated components may become unavailable due to hard or soft problems on the Network. This unavailability may result in a failed execution of the composite. We provide in this thesis a formal study of the automatic recovery problem in the protocol-based Web service composition. Recovery consists in transforming the failed execution into a recovery execution. Such a transformation is performed by compensating some transitions and executing some others. The recovery execution is an alternative execution of the composite that still has the ability to reach a final state. The recovery problem consists then in finding the best recovery execution(s) among those available. The best recovery execution is attainable from the failed execution with a minimal number of visible compensations with respect to the client. For a given recovery execution, we prove that the decision problem associated with computing the number of invisibly-compensated transitions is NP-complete. Thus, we conclude that deciding of the best recovery execution is in ΣP2.