Contributions aux systèmes répartis en environnements ubiquitaires : adaptation, sensibilité au contexte et tolérance aux fautes

D'années en années, nous observons l'arrivée sur le marche d'ordinateurs personnels de plus en plus petits pour des utilisateurs de plus en plus nombreux, ainsi des assistants personnels numériques et des objets dits connectés, en passant par les téléphones mobiles. Tous ces dispositifs tendent à être interchangeables du point de vue des ressources en mémoire, en calcul et en connectivité : par exemple, les téléphones mobiles sont devenus des équipements informatiques de moins en moins spécialisés ou de plus en plus universels et font dorénavant office en la matière de portails d'accès aux capteurs présents dans l'environnement immédiat de l'utilisateur. L'enjeu abordé dans nos travaux est la construction de systèmes répartis incluant ces nouveaux dispositifs matériels. L'objectif de mes recherches est la conception des paradigmes d'intermédiation génériques sous-jacents aux applications réparties de plus en plus ubiquitaires. Plus particulièrement, la problématique générale de mes travaux est la définition du rôle des intergiciels dans l'intégration des dispositifs mobiles et des objets connectés dans les architectures logicielles réparties. Ces architectures logicielles reposaient très majoritairement sur des infrastructures logicielles fixes au début des travaux présentés dans ce manuscrit. Dans ce manuscrit, je décris mes travaux sur trois sujets : 1) l'adaptation des applications réparties pour la continuité de service pendant les déconnexions, 2) la gestion des informations du contexte d'exécution des applications réparties pour leur sensibilité au contexte, et 3) les mécanismes de détection des entraves dans les environnements fortement dynamiques tels que ceux construits avec des réseaux mobiles spontanés. Sur le premier sujet, nous fournissons une couche intergicielle générique pour la gestion des aspects répartis de la gestion des déconnexions en utilisant une stratégie d'adaptation collaborative dans les architectures à base d'objets et de composants. Sur le deuxième sujet, nous étudions les paradigmes architecturaux pour la construction d'un service de gestion de contexte générique, afin d'adresser la diversité des traitements (fusion et agrégation, corrélation, détection de situation par apprentissage, etc.), puis nous adressons le problème de la distribution des informations de contexte aux différentes échelles de l'Internet des objets. Enfin, sur le troisième sujet, nous commençons par la détection des modes de fonctionnement pour l'adaptation aux déconnexions afin de faire la différence, lorsque cela est possible, entre une déconnexion et une défaillance, et ensuite nous spécifions et construisons un service de gestion de groupe partitionnable. Ce service est assez fort pour interdire la construction de partitions ne correspondant pas à la réalité de l'environnement à un instant donné et est assez faible pour être mis en oeuvre algorithmiquemen

Modèles, méthodes et outils pour les systèmes répartis multiéchelles

Computer systems are becoming more and more complex. Most of them are distributed over several levels of Information and Communication Technology (ICT) infrastructures. These systems are sometimes referred to as multiscale systems. The word “multiscale” may qualify extremely various distributed systems according to the viewpoints in which they are characterized, such as the geographic dispersion of the entities, the nature of the hosting devices, the networks they are deployed on, or the users’ organization. For one entity of a multiscale system, communication technologies, non-functional properties (in terms of persistence or security) or architectures to be favored may vary depending on the relevant multiscale characterization defined for the system and on the scale associated to the entity. Moreover, ad hoc architectures of such complex systems are costly and non-sustainable. In this doctoral thesis, we propose a multiscale characterization framework, called MuSCa. The framework includes a characterization process based on the concepts of viewpoints, dimensions and scales, which enables to put to the fore the multiscale characteristics of each studied system. These concepts constitute the core of a dedicated metamodel. The proposed framework allows multiscale distributed systems designers to share a taxonomy for qualifying each system. The result of a characterization is a model from which the framework produces software artifacts that provide scale-awareness to the system’s entities at runtimeLes systèmes informatiques sont des systèmes de plus en plus complexes, répartis sur plusieurs niveaux d’infrastructures des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC). Ces systèmes sont parfois appelés des systèmes répartis multiéchelles. Le terme « multiéchelle » peut qualifier des systèmes répartis extrêmement variés suivant les points de vue dans lesquels ils sont caractérisés, comme la dispersion géographique des entités, la nature des équipements qui les hébergent, les réseaux sur lesquels elles sont déployées, ou encore l’organisation des utilisateurs. Pour une entité d’un système multiéchelle, les technologies de communication, les propriétés non fonctionnelles (en termes de persistance ou de sécurité), ou les architectures à favoriser, varient suivant la caractérisation multiéchelle pertinente définie ainsi que l’échelle à laquelle est associée l’entité. De plus, des architectures ad hoc de tels systèmes complexes sont coûteuses et peu durables. Dans cette thèse, nous proposons un framework de caractérisation multiéchelle, appelé MuSCa. Ce framework inclut un processus de caractérisation fondé sur les concepts de points de vue, dimensions et échelles, permettant de mettre en avant, pour chaque système complexe étudié, ses caractéristiques multiéchelles. Ces concepts constituent le cœur d’un métamodèle dédié. Le framework que nous proposons permet aux concepteurs de systèmes répartis multiéchelles de partager une taxonomie pour qualifier chaque système. Le résultat d’une caractérisation est un modèle à partir duquel le framework produit des artefacts logiciels qui apportent, à l’exécution, la conscience des échelles aux entités du systèm

Gestion de bout en bout de la qualité de contexte pour l'internet des objets : le cadriciel QoCIM

Cette thèse se situe dans le cadre du projet INCOME (INfrastructure de gestion de COntexte Multi-Échelle pour l'Internet des Objets) financé par l'ANR (Appel INFRA 2011). L'objectif de ce projet est de fournir un cadriciel pour le développement et le déploiement d'un gestionnaire de contexte. Les entités logicielles d'acquisition, de traitement, de dissémination et de présentation d'informations de contexte, qui constituent un gestionnaire de contexte, doivent être construites et déployées au-dessus d'infrastructures technologiques hétérogènes et interconnectées. Ainsi, les cibles incluent les réseaux de capteurs, les systèmes ambiants, les dispositifs mobiles ou encore les serveurs du cloud, et de façon plus globale l'Internet des Objets (IoT). Les travaux menés dans cette thèse concernent plus particulièrement la gestion " de bout en bout " de la Qualité de Contexte (QoC) au sein de cette nouvelle génération de gestionnaires de contexte à déployer sur l'IoT à grande et multiples échelles. La qualité de l'information de contexte relevant de critères tels que la précision, la fraîcheur, la complétude, la granularité... Par gestion de la QoC, nous faisons référence à l'ensemble des opérations qui, tout le long du cycle de vie d'une information de contexte, permettent de gérer sa qualification, mais également d'influer, en fonction de cette qualité, sur sa dissémination et sa livraison aux applications sensibles au contexte. Actuellement des solutions de gestion de la QoC existent mais restent ad hoc à des environnements ambiants particuliers ou des applications spécifiques. Elles s'avèrent inadéquates en termes d'ouverture, de généricité et de calculabilité pour des environnements fortement hétérogènes et dynamiques tels que l'IoT où il n'y a plus de couplages forts et figés entre producteurs ou consommateurs d'informations de contexte. QoCIM (QoC Information Model) constitue le cœur de notre contribution. Il s'agit d'un méta-modèle dédié qui permet, de façon unifiée et ouverte, de définir des critères de QoC simples et composites. Basées sur QoCIM, des opérations de gestion de la QoC ont été identifiées et spécifiées. Elles permettent d'associer des critères de QoC, sous forme de métadonnées, à l'information de contexte, de caractériser les métriques et les unités pour leur valuation, d'inférer des critères de QoC de plus haut niveau d'abstraction, ou encore d'exprimer des conditions de filtrage portant sur de tels critères et/ou leurs valeurs. Un outillage logiciel d'édition de modèles QoCIM et une API en Java sont proposés aux développeurs pour facilement intégrer la gestion de tout critère de QoC lors du développement d'entités d'acquisition, de traitement, de livraison et de propagation d'informations de contexte et des applications sensibles au contexte. L'utilisation de ce cadriciel a été expérimentée, à la fois en phases de conception et d'exécution, sur un scénario de pollution urbaine. Des évaluations de performances ont été également menées et ont montré que le surcoût apporté par la prise en considération des niveaux de QoC pour le routage des informations de contexte était acceptable. Enfin, une solution d'auto-(re)configuration des opérations de gestion de la QoC a été également conçue et prototypée.The objective of the ANR INCOME project is to provide a framework for the development and the deployment of a context manager. A context manager is composed of software entities, which acquire, process, disseminate or deliver context data. These software entities have to be built and deployed over interconnected heterogeneous ICT infrastructures, which include sensor networks, ambient systems, mobile devices, cloud servers and, more generally, the Internet of Things (IoT). Related to this project, the research work presented in this thesis concerns more specifically the end-to-end management of Quality of Context (QoC) within the new generation of context managers that have to be deployed at large and multiple scales over the IoT. Quality of context data refers to criteria like accuracy, freshness, completeness or granularity. As for QoC management, it deals with all the operations that allow, throughout the life cycle of context data, to manage their qualification, but also to impact, according to this quality, on its dissemination and delivery to context-aware applications. Current QoC management solutions are dedicated to particular ambient environments or to specific applications. They are limited in terms of openness, genericity and computationability, properties required by greatly heterogeneous and dynamic IoT-based environments, in which producers and consumers of context data are no more static and highly coupled. Our contribution relies on QoCIM (QoC Information Model), a meta-model dedicated to define, in a uniform and open way, any atomic or composite QoC criterion. Based on QoCIM, some QoC management operations have been identified and specified. These operations allow to associate criteria of QoC, in the form of metadata, with the information of context; to characterize the metrics and units for their valuation; to infer QoC criteria of a higher level of abstraction; or even to express filtering conditions for such criteria or their values. A software tool for editing QoCIM models and a Java API are provided to developers to easily implement the management of any QoC criterion for their software entities that acquire, process, deliver or propagate context data, or their context-sensititive application. The use of this framework was experimented, both at design time and at run time, on a scenario related to urban pollution. Benchmarking was also led and showed that the additional cost brought when considering QoC in context information routing was acceptable. Finally, a solution for self-(re)configuring QoC management operations was also designed and prototyped