<p>U sklopu doktorske disertacije izvršeno je istraživanje vezano za<br />automatizaciju integracije poslovnih aplikacija. Prikazani pristup<br />kombinuje model strukture interfejsa aplikacija koje se integrišu sa<br />formalnim opisom njihove semantike, datim u vidu ontologije. Na<br />osnovu ovih izvora, obavlja se automatsko mapiranje među elementima<br />interfejsa koji se integrišu, kao i detekcija i razrešavanje<br />semantičkih konflikata. Razvijena je praktična implementacija<br />predloženog pristupa, koja je korišćena za verifikaciju teorijskih<br />razmatranja, a uključuje adaptivan radni okvir i jezik specifičan za<br />domen. Predloženi pristup je verifikovan na dva realna<br />integraciona scenarija i jednim eksperimentom.</p> / <p>This thesis presents a research in the field of automation of enterprise<br />application integration. The approach combines structural models of<br />interfaces of the applications being integrated with a formal specification of<br />their semantics, given in form of an ontology. Using information from these<br />sources, automated interface mapping is performed, along with detection and<br />resolution of semantic conflicts. A practical implementation of the presented<br />approach was developed and used to verify theoretical considerations. The<br />implementation includes an adaptive framework and a domain specific<br />language. The proposed approach has been verified on two real-world<br />integration scenarios and one experiment.</p>

L’Internet des Objets (IdO) est un nouveau paradigme, dont l’idée de base est d’avoir un grand nombre d’objets de façon ubiquitaire. Ces objets sont capables d’interagir les uns avec les autres et de coopérer avec leurs voisins en partageant des données acquises directement en mesurant certains faits. Tout cela, afin d’atteindre des objectifs communs. Cette information ne représente pas seulement l’état des utilisateurs, mais aussi les processus dans lesquels ils sont impliqués, on appelle cela le Contexte. Le Contexte informe à la fois la reconnaissance et le mappage des opérations en fournissant une vue structurée et unifiée du monde dans lequel un système fonctionne.Avec l’IdO, de nombreuses applications récupèrent des informations de contexte concernant les utilisateurs (propriétaires de contexte) tels que, leurs habitudes, leurs comportements et leur «sentiment» (état de santé). Ceci, offre alors beaucoup d’avantages pour les utilisateurs, mais au dépend de leur intimité. La problématique de recherche de cette thèse se situe dans la vision orientée sémantique de l’IdO. Dans ce cadre, les technologies sémantiques jouent un rôle clé dans l’exploitation des solutions de modélisation parfaitement appropriée pour intégrer la notion de sécurité de la vie privée dans l’IdO. Les applications et services (consommateurs de contexte), qui sont sensibles au contexte, attendent des données de contexte correctes et fiables afin d’adapter leurs fonctionnalités. Dans cette thèse, la qualité de Contexte (QoC) est une métadonnée qui est associée aux informations de contexte. Elle décrit une série de critères exprimant la qualité de l’information de contexte. Ces métadonnées peuvent être utilisées pour déterminer la valeur de l’information pour une application particulière dans une situation particulière. Nous explorons des solutions intergicielles et des structures logiciels pour intégrer la gestion de la vie privée et QoC dans l’IdO.Cette thèse se distingue des autres recherches du domaine de la gestion de contexte et tient compte du découplage des participants IdO; à savoir, les propriétaires des informations de contexte et les consommateurs de ces informations de contexte. De plus, nous considérons la QoC comme un facteur affectant la vie privée des individus. Cette thèse fournit les contributions suivantes selon deux axes: Axe 1: Concevoir un contexte contrat méta-modèle pour définir la vie privée et QoC pour exprimer les préoccupations des propriétaires et consommateurs de contexte; basé sur la confiance réciproque, puisque les deux sont découplés. Cette conception est basée sur deux points : Premièrement, nous considérons que la vie privée est la capacité des propriétaires de contexte à contrôler quoi, comment, quand, où et avec qui partager des informations. Par conséquent, nous identifions quatre dimensions de la vie privée (le but, la visibilité, la rétention, la QoC), pour les utiliser au moment de la définition des politiques et des obligations d’accès. Deuxièmement, les consommateurs de contexte attendent un certain niveau de QoC afin d’accomplir leurs tâches. Nous proposons alors de définir deux types de contrat de contexte : le premier, pour la partie producteur et un second pour le côté du consommateur.Axe 2 : Proposer un algorithme pour créer des accords entre les producteurs et les consommateurs de contexte en évaluant et en comparant les exigences par rapport aux garanties indiquées sur leurs contrats de contexte respectives.Comme les deux participants de l’IdO ont des contrats symétriques, quand un participant définit ses besoins, l’autre définit ses garanties. Le processus de correspondance de ces contrats de contexte vérifie si les exigences de l’une des parties sont incluses dans les garanties offertes par l’autre partie.A partir de cette définition, nous avons conçu des algorithmes pour déterminer si l’accès et la consommation sont autorisés ou non, selon la correspondance des contrats de contexte / The Internet of Things (IoT) is a novel paradigm, which basic idea is the pervasive presence around us of a variety of things or objects that are able to interact with each other and cooperate with their neighbors by sharing data, directly acquired by measuring some facts, in order to reach common goals. This information not only represents the state of users but also the processes in which they are involved, this is called the Context. The context informs both recognition and mapping operations by providing a structured, unified view of the world in which a system operates. With the IoT, many applications consume context information concerning users (context owners) such as, daily routines, behaviors and health, offering lots of benefits to users, but compromising their privacy. The re-search problematic of this thesis lies within the “semantic-oriented” IoT vision. In this context, semantic technologies play a key role in exploiting appropriate modelling solutions for integrating privacy security into the IoT. Context-aware applications and services (context consumers) expect correct and reliable context data to adapt their functionalities. In this thesis the Quality of Context (QoC) is meta-data attached to context information describing a range of criteria that express context information quality. These meta-data can be used to determine the worth of the information for a particular application in a particular situation. We explore middleware and framework solutions to integrate the management of privacy and QoC in the IoT. This thesis is distinguished from other context management domain researches by bearing in mind the decoupling of the IoT participants, i.e., the owners of context information and the consumers of this context information. Moreover, we consider the QoC as a factor affecting the privacy of individuals. This thesis provides the following contributions along two axis: 1. Designing a Context Contract Meta-model to define privacy and QoC concerns of decoupled context owners and context consumers based on reciprocal trust. This design is based on two points. Firstly, we consider that privacy is the capacity of context owners to control what, how, when, where and with whom to share information. Therefore, we identify four privacy dimensions (purpose, visibility, retention, QoC), and use them in the definition of access policies and obligations. Secondly, context consumers expect a certain QoC level in order to perform their tasks. We then propose to define two kinds of context contract for the producer and the consumer sides as follows: Context producer contract: A context contract whose clauses are expressions of the production of context data, of privacy requirements, and of QoC guarantees; Context consumer contract: A context contract whose clauses are expressions of the consumption of context data, of QoC requirements, and of privacy guarantees. Each context contract is created without the knowledge of is counter party.2. Proposing an algorithm to create agreements among context producers and context consumers by evaluating and compare requirements against guarantees, stated on their respective context contracts. As both IoT participants have symmetric contracts, when one participant defines its requirements, the other one defines its guarantees. The matching process of these context contracts verifies if the requirements of one party are included within the guarantees offered by the other party. Therefore, taking a decision based on this compatibility match from the producer point of view is to permit or deny the access to context data. Complementarily, from a consumer point of view, the consumption of context data is permitted or denied. From this definition, we designed algorithms to determine whether access and consumption are authorized or not, according to the context contracts matching

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This thesis investigates integrating recommender systems into model-driven engineering tools powered by domain-specific modeling languages. The objective of integrating recommender systems into such tools is overcome a shortcoming of proactive modeling where the modeler must inform the model intelligence engine how to progress when it cannot automatically determine the next modeling action to execute (e.g., add, delete, or edit). To evaluate our objective, we integrated a recommender system into the Proactive Modeling Engine, which is a add-on for the Generic Modeling Environment (GME). We then conducted experiments to both subjective and objectively evaluate the enhancements to the Proactive Modeling Engine. The results of our experiments show that integrating recommender system into the Proactive Modeling Engine results in an Average Reciprocal Hit-Rank (ARHR) of 0.871. Likewise, the integration results in System Usability Scale (SUS) rating of 77. Finally, user feedback shows that the integration of the recommender system to the Proactive Modeling Engine increases the usability and learnability of domain-speci c modeling tools.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Domain-specific models powered using domain-specific modeling languages are traditionally created manually by modelers. There exist model intelligence techniques, such as constraint solvers and model guidance, which alleviate challenges associated with manually creating models, however parts of the modeling process are still manual. Moreover, state-of-the-art model intelligence techniques are---in essence---reactive (i.e., invoked by the modeler). This thesis therefore provides two contributions to model-driven engineering research using domain-specific modeling language (DSML). First, it discusses how DSML semantic and constraint can enable proactive modeling, which is a form of model intelligence that foresees model transformations, automatically executes these model transformations, and prompts the modeler for assistance when necessary. Secondly, this thesis shows how we integrated proactive modeling into the Generic Modeling environment (GME). Our experience using proactive modeling shows that it can reduce modeling effort by both automatically generating required model elements, and by guiding modelers to select what actions should be executed on the model.

Dans l’ingénierie dirigée par modèle, les diagrammes de classes UML servent à la planification et à la communication entre les différents acteurs d’un projet logiciel. Dans ce mémoire, nous proposons une méthode automatique pour l’extraction des diagrammes de classes UML à partir de spécifications en langues naturelles. Pour développer notre méthode, nous créons un dépôt de diagrammes de classes UML et de leurs spécifications en anglais fournies par des bénévoles. Notre processus d’extraction se fait en plusieurs étapes: la segmentation des spécifications en phrases, la classification de ces phrases, la génération des fragments de diagrammes de classes UML à partir de chaque phrase, et la composition de ces fragments en un diagramme de classes UML. Nous avons validé notre approche d’extraction en utilisant le dépôt de paires diagramme-spécification. Même si les résultats obtenus montrent une précision et un rappel bas, notre travail a permis d’identifier les éléments qui peuvent être améliorés pour une meilleure extraction. / In model-driven engineering, UML class diagrams serve as a way to plan and communicate between developers. In this thesis, we propose an automated approach for the extraction of UML class diagrams from natural language software specifications. To develop our approach, we create a dataset of UML class diagrams and their English specifications with the help of volunteers. Our approach is a pipeline of steps consisting of the segmentation of the input into sentences, the classification of the sentences, the generation of UML class diagram fragments from sentences, and the composition of these fragments into one UML class diagram. We develop a quantitative testing framework specific to UML class diagram extraction. Our approach yields low precision and recall but serves as a benchmark for future research.

Cyber-physical systems are dynamic physical systems that are controlled by computers for their safe and sound operations (e.g., cars, satellites, robots, elevators, and many others). Consequently, the programs running cyber-physical systems have real-time requirements, which require the programs to compute not only correctly but also timely because dynamic physical systems need to move to correct positions within certain duration to ensure safe and sound operations. To satisfy real-time requirements in better ways, many real-time languages have been proposed in the literature. Nevertheless, the general-purpose non-real-time languages C and C++ have remained the de facto languages to program cyber-physical systems, including Mars rovers and F-35 jet fighters. Given this reality, the better ways to satisfy real-time requirements have been the use of model-based tools (e.g., MATLAB/Simulink) that allow cyber-physical systems to be designed by modeling and simulating them and the resulting models to be translated automatically to C programs. Model-based tools, however, leave the resulting C programs for manual integration with other C/C++ programs, such as legacy/third-party device drivers and libraries. Since manual integration could slip in some inconsistencies, which proved fatal in the maiden flight of Ariane-5 rocket, this work shows how the standard features of C++, which support active libraries, can be used to embed a model-based real-time language, called Tice, as a C++ active library that can be used to declaratively express models of real-time systems that are processable by off-the-shelf standard C++ compilers (e.g., GCC and Clang) that automatically not only translate the models into C/C++ programs but also check both the validity of the models and the consistency of the models with other C/C++ programs. Furthermore, being compilable by off-the-shelf standard C++ compilers also sets Tice apart from other real-time languages already proposed in the literature because the other languages require either their own special compilers/interpreters or non-standard C/C++ compilers. Consequently, while Tice itself either uses no C++ features that are unsuitable for cyber-physical systems (e.g., exception) or uses some in judicious manner (e.g., template instantiations to generate programs), Tice prevents no usage that is permitted by standard C++ compilers. Beside that, as C++ active libraries are indeed ordinary C++ libraries, C++ active libraries are seamlessly composable as ordinary C++ libraries, and therefore, as models play an increasingly important role in software engineering, this work shows the potential of C++ as a platform for language-oriented programming where different languages that express different kinds of models and are embedded as C++ active libraries could be composed seamlessly.

La transformation de modèles consiste à transformer un modèle source en un modèle cible conformément à des méta-modèles source et cible. Nous distinguons deux types de transformations. La première est exogène où les méta-modèles source et cible représentent des formalismes différents et où tous les éléments du modèle source sont transformés. Quand elle concerne un même formalisme, la transformation est endogène. Ce type de transformation nécessite généralement deux étapes : l’identification des éléments du modèle source à transformer, puis la transformation de ces éléments. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons trois principales contributions liées à ces problèmes de transformation. La première contribution est l’automatisation des transformations des modèles. Nous proposons de considérer le problème de transformation comme un problème d'optimisation combinatoire où un modèle cible peut être automatiquement généré à partir d'un nombre réduit d'exemples de transformations. Cette première contribution peut être appliquée aux transformations exogènes ou endogènes (après la détection des éléments à transformer). La deuxième contribution est liée à la transformation endogène où les éléments à transformer du modèle source doivent être détectés. Nous proposons une approche pour la détection des défauts de conception comme étape préalable au refactoring. Cette approche est inspirée du principe de la détection des virus par le système immunitaire humain, appelée sélection négative. L’idée consiste à utiliser de bonnes pratiques d’implémentation pour détecter les parties du code à risque. La troisième contribution vise à tester un mécanisme de transformation en utilisant une fonction oracle pour détecter les erreurs. Nous avons adapté le mécanisme de sélection négative qui consiste à considérer comme une erreur toute déviation entre les traces de transformation à évaluer et une base d’exemples contenant des traces de transformation de bonne qualité. La fonction oracle calcule cette dissimilarité et les erreurs sont ordonnées selon ce score. Les différentes contributions ont été évaluées sur d’importants projets et les résultats obtenus montrent leurs efficacités. / Model transformations take as input a source model and generate as output a target model. The source and target models conform to given meta-models. We distinguish between two transformation categories. Exogenous transformations are transformations between models expressed using different languages, and the whole source model is transformed. Endogenous transformations are transformations between models expressed in the same language. For endogenous transformations, two steps are needed: identifying the source model elements to transform and then applying the transformation on them. In this thesis, we propose three principal contributions. The first contribution aims to automate model transformations. The process is seen as an optimization problem where different transformation possibilities are evaluated and, for each possibility, a quality is associated depending on its conformity with a reference set of examples. This first contribution can be applied to exogenous as well as endogenous transformation (after determining the source model elements to transform). The second contribution is related precisely to the detection of elements concerned with endogenous transformations. In this context, we present a new technique for design defect detection. The detection is based on the notion that the more a code deviates from good practice, the more likely it is bad. Taking inspiration from artificial immune systems, we generate a set of detectors that characterize the ways in which a code can diverge from good practices. We then use these detectors to determine how far the code in the assessed systems deviates from normality. The third contribution concerns transformation mechanism testing. The proposed oracle function compares target test cases with a base of examples containing good quality transformation traces, and assigns a risk level based on the dissimilarity between the two. The traces help the tester understand the origin of an error. The three contributions are evaluated with real software projects and the obtained results confirm their efficiencies.

Une entreprise doit être capable de décrire et de demeurer réactive face à un événement endogène ou exogène. Une telle flexibilité peut s'obtenir par la gestion des processus d'entreprise (Business Process Management - BPM). Lors d'une démarche BPM, différentes transformations interviennent sur les modèles de processus développés par l'analyste métier et l'expert en technologies de l'information. Un non-alignement se crée entre ces modèles hétérogènes lors de leurs manipulations : il s'agit du "fossé métier-TI" tel que décrit dans la littérature. L'objectif de notre travail est de proposer un cadre méthodologique permettant un meilleur pilotage des processus métier, afin de tendre vers un alignement systématique de leur modélisation à leur implémentation au sein du système cible. A l'aide de concepts issus de l'ingénierie d'Entreprise et des Systèmes d'Informations dirigée par les modèles et des TI, nous définissons une démarche générique assurant une cohérence intermodèle. Son rôle est de conserver et de fournir toutes les informations liées à la structure et à la sémantique des modèles. En permettant la restitution intégrale d'un modèle transformé au sens de l'ingénierie inverse, notre plateforme permet une synchronisation entre modèle d'analyse et modèle d'implémentation. Le manuscrit présente également l'adéquation possible entre l'ingénierie des procédés et le BPM à travers un point de vue multi-échelle. / A company must be able to describe and to remain responsive against endogenous or exogenous events. Such flexibility can be obtained with the Business Process Management (BPM). Through a BPM approach, different transformations operate on process models, developed by the business analyst and IT expert. A non-alignment is created between these heterogeneous models during their manipulation: this is the "business-IT gap" as described in the literature. The objective of our work is to propose a methodological framework for a better management of business processes in order to reach a systematic alignment from their modelling to their implementation within the target system. Using concepts from Model-driven Enterprise and Information System engineering, we define a generic approach ensuring an intermodal consistency. Its role is to maintain and provide all information related to the model structure and semantics. By allowing a full restitution of a transformed model, in the sense of reverse engineering, our platform enables synchronization between analysis model and implementation model. The manuscript also presents the possible match between process engineering and BPM through a multi- erspective scale.

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles. / The growing complexity of modern IT systems has motivated the development of new paradigms (objects, components, services,...) to better cope with the critical size of their functionalities. Such systems are then built as a modular and dynamically adaptable compositions, allowing them to minimise their down-times while performing evolutions or fixes. In order to ensure non-functional properties (i.e. request latency) such systems are distributed across different computation nodes. Besides the added value in term of computational power (cloud), this distribution can also target nodes with dedicated properties such as mobile nodes and sensors (internet of things), physically close to users for interactions. Adapting a system requires knowledge about its current state in order to adapt its architecture to its evolving needs. A new state must be then disseminated to other nodes to synchronise them. Maintaining its consistency and sharing this state is a difficult task especially in case of sporadic connexions which lead to divergent state between sub-systems. To tackle these scientific problems, this thesis proposes an abstraction to design and deploy distributed adaptive systems following the Model@Runtime paradigm. From this abstraction, the proposed approach allows defining a distributed reflexive layer to manipulate heterogeneous distributed nodes. In particular, this contribution introduces variable consistencies in model definition and divergence in system conception. This reflexive layer, eventually consistent allows the construction of distributed adapted systems even on mobile nodes with intermittent connectivity. This work has been realized in an open source project named Kevoree, and validated on various distributed systems ranging from sensor networks to “cloud” computing.

Le principal problème abordé dans cette thèse est la définition d'une nouvelle méthodologie SPL qui couvre les deux phases du processus et met l'accent sur la dérivation de modèles comportementaux des produits. Le chapitre 2 définit le cadre de cette thèse : les lignes de produits logiciels, les processus opérationnels et l'ingénierie dirigé par les modèles. Dans le chapitre 3, nous proposons une nouvelle méthodologie SPL centrée sur la dérivation de comportement des produits. Nous décrivons d'abord le courant principal de la méthodologie, et ensuite les différentes étapes. Dans le chapitre 4, nous proposons un nouveau langage spécifique domaine appelé CBPF pour la modélisation des fragments de processus opérationnels. Une approche dirigée par les modèles est suivie pour créer CBPF: syntaxe abstraite, syntaxe concrète graphique et sémantique translationnelles. Dans le chapitre 5, nous proposons plusieurs types de vérifications applicables aux fragments afin de déterminer leur justesse. Pour la vérification structurelle, est définit un ensemble des règles de cohérence qui doivent être valides pour chaque fragment réalisé avec CBPF. Pour vérifier le comportement, nous transformons d'abord les fragments dans des réseaux de Pétri équivalents. On peut alors vérifier des propriétés génériques mais aussi définir des propriétés spécifiques. Dans le chapitre 6, nous illustrons la méthodologie proposée en l'appliquant à une étude de cas à partir du domaine système de gestion de crise. Nous proposons également une suite d'outils qui supporte notre méthodologie. Le chapitre 7 décrit les améliorations possibles et les extensions aux contributions de cette thèse. Nous concluons la thèse dans le chapitre 8. / The major problem addressed in this thesis is the definition of a new SPLE methodology that covers both phases of the SPLE process and focuses on the derivation of behavioral models of SPL products. In Chapter 2 three research areas scope context of this thesis: Software Product Lines, Business Processes, and Model-Driven Engineering. Throughout Chapter 3, we propose a new SPLE methodology that focuses on the derivation of product behavior. We first describe the main flow of the methodology, and then detail the individual steps. In chapter 4 we propose a new domain specific language called CBPF created for modeling composable business process fragments. A model driven approach is followed for creating CBPF: definition of the abstract syntax, graphical concrete syntax and translational semantics. In Chapter 5 we propose several types of verifications that can be applied to business processfragments to determine their "correctness". For structural verification we definine a set of fragment consistency rules that should be valid for every business process fragment created with CBPF. To check behavioral correctness we first transform the business process fragment into an equivalent HCPN. We can then check generic properties but also define aset of fragment specific properties. In chapter 6 we exemplify the proposed SPL methodology by applying it to a case study from the crisis management system domain. We also propose a tool suite that supports our methodology. Chapter 7 describes possible improvements and extensions to the contributions of this thesis. We conclude the thesis in Chapter 8 and draw some conclusions.