Une approche à base de modèles synergiques pour la prise en compte simultanée de l'utilisabilité, la fiabilité et l'opérabilité des systèmes interactifs critiques

Dans le cadre de la conception et du développement de systèmes interactifs critiques, lorsque le coût d'une erreur potentielle d'utilisation ou d'un dysfonctionnement du système peut dépasser le coût de développement de ce système ou se chiffrer en pertes humaines, les techniques, méthodes et processus actuellement proposés dans le domaine de l'IHM sont difficilement exploitables. D'une part, ils ne permettent pas de garantir simultanément les propriétés d'utilisabilité et de sûreté du système développé. D'autre part, la formation et la qualification des utilisateurs du système avant sa mise en opération n'est pas envisagée. Enfin, ces techniques, méthodes et processus ne fournissent pas les moyens de traçabilité exigés pour le développement de systèmes critiques. L'argumentaire de cette thèse s'appuie sur les avantages et limitations des approches existantes en termes de processus et notations de modélisation. Nous proposons une approche et montrons sa réalisation à travers un processus de développement d'un système interactif critique et de son programme de formation associé. Ce processus fournit un cadre conceptuel, une association d'étapes, des notations, et un environnement logiciel pour : le développement d'un système utilisable et sûr, le développement du programme de formation associé ainsi que la traçabilité des exigences et des choix de conception tout au long des différentes étapes. Il utilise certains principes de la conception centrée utilisateur et exploite de manière synergique les modèles des tâches, les modèles formels du comportement du système et le modèle de développement du programme de formation.In the field of interactive critical systems, the cost of a usage error or of a system failure can overcome the cost of the development of the system itself, and can result in loss of life, injury or damage to the system and its environment. Then, currently available Human Computer Interaction techniques, methods and processes are not sufficient, as they are not handling all of the design and development issues that are associated to interactive critical systems. First of all, these techniques, methods and processes do not enable to guarantee that the system will fulfil both usability and reliability properties. Then, they do not consider training and qualification of the users of the system. At last, they do not provide means for traceability of the needs and requirements through the whole development process. We propose an approach to develop interactive critical systems that are usable, reliable and operable and we describe the associated conceptual framework of our approach. We propose an implementation of this approach with a development process, notations and a software environment. The development process integrates phases for the development of the associated training program, and it provides support for the traceability of requirements and design choices during the whole phases of the process. This approach takes advantages from the User Centered Design paradigm and uses, in a synergistic way, task models, system's behaviour formal models and training program development model

Composition dynamique de services sensibles au contexte dans les systèmes intelligents ambiants

With the appearance of the paradigms of the ambient intelligence and ubiquitaire robotics, we attend the emergence of new ambient intelligent systems to create and manage environments or intelligent ecosystems in a intuitive and transparent way. These environments are intelligent spaces characterized in particular by the opening, the heterogeneousness, the uncertainty and the dynamicité of the entities which establish(constitute) them. These characteristics so lift(raise) considerable scientific challenges for the conception(design) and the implementation of an adequate intelligent system. These challenges are mainly among five: the abstraction of the representation of the heterogeneous entities, the management of the uncertainties, the reactivity in the events, the sensibility in the context and the auto-adaptationAvec l'apparition des paradigmes de l'intelligence ambiante et de la robotique ubiquitaire, on assiste à l'émergence de nouveaux systèmes intelligents ambiants visant à créer et gérer des environnements ou écosystèmes intelligents d'une façon intuitive et transparente. Ces environnements sont des espaces intelligents caractérisés notamment par l'ouverture, l'hétérogénéité, l'incertitude et la dynamicité des entités qui les constituent. Ces caractéristiques soulèvent ainsi des défis scientifiques considérables pour la conception et la mise en œuvre d'un système intelligent adéquat. Ces défis sont principalement au nombre de cinq : l'abstraction de la représentation des entités hétérogènes, la gestion des incertitudes, la réactivité aux événements, la sensibilité au contexte et l'auto-adaptation face aux changements imprévisibles qui se produisent dans l'environnement ambiant. L'approche par composition dynamique de services constitue l'une des réponses prometteuses à ces défis. Dans cette thèse, nous proposons un système intelligent capable d'effectuer une composition dynamique de services en tenant compte, d'une part, du contexte d'utilisation et des diverses fonctionnalités offertes par les services disponibles dans un environnement ambiant et d'autre part, des besoins variables exprimés par les utilisateurs. Ce système est construit suivant un modèle multicouche, adaptatif et réactif aux événements. Il repose aussi sur l'emploi d'un modèle de connaissances expressif permettant une ouverture plus large vers les différentes entités de l'environnement ambiant notamment : les dispositifs, les services, les événements, le contexte et les utilisateurs. Ce système intègre également un modèle de découverte et de classification de services afin de localiser et de préparer sémantiquement les services nécessaires à la composition de services. Cette composition est réalisée d'une façon automatique et dynamique en deux phases principales: la phase offline et la phase online. Dans la phase offline, un graphe global reliant tous les services abstraits disponibles est généré automatiquement en se basant sur des règles de décision sur les entrées et les sorties des services. Dans la phase online, des sous-graphes sont extraits automatiquement à partir du graphe global selon les tâches à réaliser qui sont déclenchées par des événements qui surviennent dans l'environnement ambiant. Les sous-graphes ainsi obtenus sont exécutés suivant un modèle de sélection et de monitoring de services pour tenir compte du contexte d'utilisation et garantir une meilleure qualité de service. Les différents modèles proposés ont été mis en œuvre et validés sur la plateforme ubiquitaire d'expérimentation du laboratoire LISSI à partir de plusieurs scénarii d'assistance et de maintien de personnes à domicil

Scénarisation pédagogique pour des EIAH ouverts (une approche dirigée par les modèles et spécifique au domaine métier)

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l ouverture des EIAH (EnvironnementsInformatiques pour l'Apprentissage Humain), pour répondre à leur faible déploiement dansles établissements de formation, en facilitant leur appropriation par des usagers. Notre travailde recherche s'inscrit dans le cadre du projet REDiM (Réingénierie des EIAH Dirigée par lesModèles) mené au LIUM (Laboratoire d'Informatique de l'Université du Maine), dont un desobjectifs est d intégrer les enseignants dans le processus de conception des scénariospédagogiques d un EIAH.Nous proposons une approche d ingénierie et de réingénierie pour rendre un EIAH ouvertà la conception et à l adaptation de ses scénarios pédagogiques par les enseignantsutilisateurs. Nous avons défini un processus de conception basé sur la modélisationde scénarios pédagogiques ouverts (SPO), qui permet l instrumentation des enseignantspour les aider dans la conception continue (i.e. qui se poursuit dans l usage) d une activitéd apprentissage. Nous faisons trois propositions scientifiques :- Un modèle de représentation des SPO, qui permet de les structurer en variantes enfonction des contextes d exécution. Nous qualifions ce modèle de rationnel puisqu il s appuieprincipalement sur l approche du Design Rationale que nous avons adaptée à notreproblématique.- Un processus itératif et incrémental d ingénierie et de réingénierie qui guide lesenseignants pour concevoir et adapter des SPO conformes au modèle que nous avonsdéfini.- Une méthode dirigée par les modèles et spécifique au domaine métier pour instrumenterle processus d ouverture des scénarios pédagogiques d un EIAH existant. Cette méthoded instrumentation, reposant sur l IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles) et le DSM(Domain-Specific Modeling), implique les enseignants utilisateurs de l EIAH, considérés icicomme des experts du domaine. Elle est structurée en plusieurs phases qui amènentprogressivement à définir, de façon spécifique à l EIAH considéré, un langage d expressiondes SPO (ADSGEML - Adaptive Domain-Specific Graphical Educational ModelingLanguage) et un éditeur associé permettant la conception et l adaptation des SPO dansl univers métier de l EIAH.Afin d évaluer et de raffiner nos propositions, nous les avons appliquées sur l EIAH Hop3x , préalablement conçu au LIUM dans le cadre d un autre projet pour pratiquer laprogrammation orientée objet. Nous avons donc élaboré un ADSGEML et un environnementd édition graphique pour permettre aux enseignants de concevoir et d adapterdynamiquement des sessions ouvertes de Hop3x, à un niveau élevé d abstraction.In this thesis, we are interested in opening TEL systems (Technology EnhancedLearning) up in order to respond to the problem of their low deployment in teachinginstitutions, we need to facilitate their adoption by users. Our research work is part ofthe REDiM (French abbreviation which means Model-Driven Re-engineering of TELsystems ) project led by the LIUM Computer Science Laboratory of Le MansUniversity in France. One of the main objectives of this project is to involve teachersin the design process of learning scenarios of a TEL system.We propose an engineering and re-engineering approach for opening TEL systemsin order to facilitate for teachers the design and adaptation of pedagogical scenarios.We defined a design process based on the modeling of Open Pedagogical Scenarios(OPS), which allows the building of supports helping teachers in the continuousdesign of a learning activity (i.e. design which continues in the use process). Wemake three scientific proposals:- A model of OPS representation which defines a structure based on variantsaccording to execution contexts. We consider this model to be rational because it isbased mainly on the Design Rationale approach that we have adapted for ourresearch problem.- An iterative and incremental engineering and re-engineering process that guidesteachers to design and adapt OPS according to the rational model that we define inthis work.- A model-driven and domain-specific method for supporting the process of openingpedagogical scenarios of a legacy TEL system. This method, based on the MDE(Model-Driven Engineering) and DSM (Domain-Specific Modelling), involves teachersusing the TEL system, as they are considered to be domain experts. Our method isdivided into several phases that lead progressively to define the TEL system sADSGEML (Adaptive Educational Graphical Domain-Specific Modelling Language)and an associate editor allowing the design and adaptation of OPS in the businessfield of the TEL system to open for teachers.To evaluate and refine our proposals, we have applied them on the TEL system"Hop3x" which was designed at LIUM under another project for practicing objectorientedprogramming. We therefore developed an ADSGEML and a graphicalediting environment to enable teachers to design and adapt dynamically the openHop3x s learning sessions at a high level of abstraction.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Gestion de mémoire dynamique et implicite par aspect pour des logiciels C++

Le langage C++ est un langage destiné pour des projets complexes et de taille importante. En effet, il permet la programmation sous de multiples paradigmes, comme la programmation procédurale, la programmation orientée objet et la programmation générique. Sa facilité d'utilisation et son efficacité, soutenues avec une bonne flexibilité et une bonne portabilité, font de lui un langage performant et le 3ème utilisé dans le monde. Toutefois, les dispositifs de sécurité sont soit absents, soit mal supportés par la programmation C++; malheureusement, la flexibilité et le contrôle explicite des données que C++ offre au programmeur représentent une importante source de vulnérabilité et d'erreurs critiques. Certes, les librairies C++ sont fournies aux programmeurs avec des fonctions pour la gestion des privilèges, la gestion des fichiers, ou encore la gestion du réseau, mais négligent les problèmes de sécurité. Notons que la sécurité est celle de la gestion de mémoire et celle des types tels que les débordements de mémoire tampon, les erreurs de format de chaîne et les mauvaises conversions de type. Malgré la disponibilité de nombreux livres et documents sur lesquels un programmeur peut s'appuyer pour développer un code sécuritaire, des erreurs de mise en ?uvre ayant des conséquences graves pour la sécurité existent toujours dans le code source. Plus le nombre de lignes augmente, plus un contrôle manuel des violations de la sécurité devient difficile. N'étant pas appuyée par une gestion implicite, la gestion de la mémoire en C++ s'est vue toujours comme un exercice difficile, voire parfois périlleux. Cette contrainte a toujours posé un défi considérable. Ce travail de recherche vise à développer une méthode et un outil qui permettront une gestion et un débogage implicite de la mémoire C++. Nous nous sommes inspirés des limites de débogueurs de mémoire connues dans le domaine pour réviser certains choix de structuration et de conception de notre outil. La programmation par aspect, incarnant la séparation des préoccupations et formant un support méthodologique de modélisation et de programmation, a servi de support pour 1'implementation d'un outil générique et nous avons pu regrouper l'aspect mémoire en un seul aspect. Et en étant soutenus par la programmation par aspect, nous avons pu aussi contourner les limites du modèle de programmation par objet. Nous avons opté pour une solution raffinée des solutions déjà proposées {Purify et Memcheck&Valgrind). Cette dernière inclut i) un aspect permettant la sécurisation des allocations et des désallocations des espaces mémoire C++, ii) un aspect de détection et de traitement des erreurs qui sont dues à une mauvaise gestion de mémoire C++, et iii) un aspect capable de calculer le besoin d'une application C++ en mémoire ainsi que son temps d'exécution. L'outil incarnant la solution proposée a été expérimenté sur une application existante et a été comparé avec l'outil Purify selon six critères bien identifiés (Chapitre 5)

Approches d'optimisation et de personnalisation des réseaux sur puce (NoC : Networks on Chip)

Systems-on-chip (SoC) have become more and more complex due to the development of integrated circuit technology.Recent studies have shown that in order to improve the performance of a specific SoC application domain, the on-chipinter-connects (OCI) architecture must be customized at design-time or at run-time. Related approaches generallyprovide application-specific SoCs tailored to specific applications. The aim of this thesis is to carry out new approachesfor Network-on-Chip (NoC) and study their performances, especially in terms of latency, throughput, energyconsumption and simplicity of implementation.We have proposed an approach to allow designers to customize a candidate OCI architecture by adding strategiclinks in order to match large application workload. The analytical evaluation focuses on improving the physicalparameters of the NoC topology regardless of the application that should run on. The evaluation by simulationfocuses to evaluate the communication performances of the NoC. Simulations results show the effectiveness ofthis approach to improve the NoC performances. We have also introduced a compartmental Fluid-flow basedmodeling approach to allocate required resource for each buffer based on the application traffic pattern. Simulationsare conducted and results show the efficiency of this modeling method for a buffer space optimized allocation.Finally, we proposed a joint approach based on a system dynamics theory for evaluating the performance of a flowcontrol algorithm in NoCs. This algorithm allows NoC elements to dynamically adjust their inflow by using afeedback control-based mechanism. Analytical and simulation results showed the viability of this mechanism forcongestion avoidance in NoCs.Les systèmes embarqués sur puce (SoC : Systems-on-Chip) sont devenus de plus en plus complexes grâce à l’évolution de la technologie des circuits intégrés. Des études récentes ont montré que pour améliorer les performances du réseau su puce (NoC : Network-on-Chip), l’architecture de celui-ci pouvait être personnalisée, soit au moment de la conception, soit au moment de l’exécution. L’objectif principal de cette thèse est d’implémenter de nouvelles approches pour améliorer les performances des NoCs, notamment la latence, le débit, la consommation d’énergie, et la simplicité de mise en œuvre.Nous avons proposé une approche pour permettre aux concepteurs de personnaliser l'architecture d’un NoC par insertion de liens stratégiques, pour qu’elle soit adaptée à de nombreuses applications, sous la contrainte d’un budget limité en termes de nombre de liens. L’évaluation analytique porte sur l’amélioration des paramètres physiques de la topologie du NoC sans tenir compte de l’application qui devrait s’exécuter dessus. L’évaluation par simulation porte sur l’évaluation des performances de communication du NoC. Les résultats de simulations montrent l’efficacité de notre approche pour améliorer les performances du NoC. Nous avons également introduit une approche de modélisation par réseau à compartiments pour allouer les ressources nécessaires pour chaque tampon selon le modèle de trafic de l'application cible. Les résultats de simulations montrent l'efficacité de cette approche de modélisation pour l’allocation optimisée de l'espace tampon. Enfin, nous avons proposé une approche conjointe basée sur la théorie des systèmes dynamiques pour évaluer la performance d'un algorithme de contrôle de flux dans les NoCs. Cet algorithme permet aux éléments du NoC d’ajuster dynamiquement leur entrée en utilisant un mécanisme basé sur le contrôle de flux par rétroaction. Les résultats d’évaluations analytiques et de simulation montrent la viabilité de ce mécanisme pour éviter la congestion dans les NoCs

Intégration de la modélisation comportementale dans la conception par points de vue

View-based modeling is the main subject of this thesis. It is a variant of the object oriented modeling approach for the analysis and design of complex systems, focusing on the actors that use the system and decomposing the specification according to their needs. With this prospect, our team developed a UML profile named VUML (View based UML), which allows the elaboration of a unique and sharable model accessible according to the view of each of the system's actors. However the achieved work on the VUML profile does not tackle the behavior aspects of the modeling process. The VUML approach address the structural aspects related to the composition of views and to the sharing of data without dealing with the way these views will react, or how to be able to synchronize them in order to obtain the behavior of multiple-view objects (instances of a multi-view class). The achieved work in this thesis aims to fill this gap by providing new mechanism to the VUML profile that allows expressing the behavioral needs of a system. We will focus on describing the individual behavior of multi-view objects by state-machines that require adjustments of UML modeling concepts. To achieve this objective we introduced the concept of event probes, which allow to specify implicit communication between the view-objects via event observation. This allows decoupling the view specifications that are a priori strongly interconnected, and therefore allows them to be designed separately, in agreement with the VUML method recommendations, and then to be integrated without the need of making modifications. We first define the concept of event monitoring and identified the different types of probes and the appropriate parameters that characterize them. We also define a set of concepts that can extend and manipulate probes. Then we propose a UML-compatible representation of the introduced concepts in form of a profile named VxUML (extension of VUML). In addition to defining the profile elements (stereotypes, tagged value, predefined library classes), we have developed rules for proper formation of the static semantics using OCL to reduce ambiguity in the specification of such concepts. Afterwards, to demonstrate the usefulness of the concepts introduced, we developed a case study through which we sought to provide a full view-based model, addressing both structural and behavioral aspects. At the end, to concretely validate our approach in a model driven engineering setting, we developed a code generator that takes as input a specification developed in VxUML profile. This generator uses the techniques of model transformation related to the code generation, including transformation of platform independent models (PIM) to platform specific models (PSM), and transformation of PSMs to code; the current target language is Java. Finally, another contribution of this thesis is a process associated with VxUML. It is an approach that complements the approach associated with VUML (which deal only with structural aspects) to be able to use in methodical manner the new mechanisms dedicated to behavioral treatment. Now, the VxUML development process offers a complete view based modeling, that is, dealing with both structural and behavioral aspects. Keywords: View based modeling, VUML profile, VxUML profile, event observation, multi-view states machine, behavior composition.La modélisation par points de vue constitue la thématique générale de notre travail de thèse. C'est une approche de modélisation orientée objet, visant l'analyse et la conception des systèmes complexes avec une démarche centrée autour des acteurs interagissant avec le système. Notre équipe a ainsi développé un profil UML appelé VUML (View based UML), qui permet l'élaboration d'un modèle unique partageable à partir de vues associées aux points de vue des acteurs. Cependant, les travaux réalisés sur le profil VUML [Nassar, 05 ; Anwar, 09] ne couvrent pas les aspects comportementaux de la modélisation. En effet, – en proposant la notion de classe multivue – VUML traite les aspects structuraux liés à la composition des vues et au partage des données statiques sans prendre en compte la manière dont ces vues vont réagir, ni comment les synchroniser afin de représenter le comportement des objets multivue (instances d'une classe multivue). Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse cherchent à combler ce manque en dotant le profil VUML de nouveaux mécanismes permettant d'exprimer le comportement d'un système. Nous nous sommes concentrés pour cela sur le comportement des objets multivue décrit par des machines à états qui nécessitent des adaptations des concepts de modélisation UML. Pour réaliser cet objectif nous avons introduit la notion de sonde d'événements, qui permet de spécifier des communications implicites entre les vues par observation d'événements. Ceci permet de découpler des spécifications qui sont a priori fortement interconnectées, de les concevoir séparément par points de vue, selon les préconisations de la méthode VUML, puis de les intégrer sans avoir à les modifier. Nous avons tout d'abord défini le concept de sonde d'événements, identifié les différents types de sondes avec les paramètres associés, puis défini un ensemble de concepts permettant d'enrichir et de manipuler les sondes. Nous avons ensuite proposé une représentation compatible avec VUML des concepts introduits sous forme d'un profil nommé VxUML (extension de VUML). En plus de la définition des éléments du profil (stéréotypes, valeurs marquées, classes de librairie prédéfinies), nous avons développé en OCL des règles de bonne formation (sémantique statique). Pour illustrer l'intérêt des concepts introduits, nous avons développé une étude de cas en proposant une modélisation par points de vue complète traitant à la fois les aspects structurel et comportemental. Pour valider concrètement notre approche, nous avons développé, selon une approche IDM, un générateur de code qui prend en entrée une spécification de système en VxUML. Ce générateur utilise les techniques de transformation de modèles liées à la génération de code, et notamment les transformations de modèles indépendants de plate-forme (PIM) vers des modèles spécifiques à une plate-forme (PSM), et des modèles PSM vers le code ; il a été développé dans un premier temps avec le langage cible Java. Sur le plan méthodologique, nous avons défini une démarche associée à VxUML, qui complète celle de VUML, en permettant d'utiliser d'une manière méthodique les mécanismes dédiés au traitement du comportement. Désormais, le processus de développement VxUML permet une modélisation par points de vue complète, traitant à la fois les aspects structurel et comportemental. Mots clés : Conception par points de vue, profil VUML, profil VxUML, sonde d'événements, machine à états multivue, composition du comportement

Vers une approche d’adaptation dynamique et temps-réel du contenu informationnel d’une interface utilisateur dans un environnement ubiquitaire

Ubiquitous environments are often considered highly dynamic environments and the contextual information can change at runtime. User interface should provide the right information for the right person at the right time. Certainly, such objective can be achieved only when we deduce the realtime user’s requirements in terms of information and present this information to the user according to his current context of use. The specific goal of our research is to improve the adaptation process while improving models at runtime. A fixed model cannot handle the high dynamic in such an environment. The model can progress and change its structure to better deduce the user’s requirements. Selecting the appropriate model is not that easy. To address this problem, adaptation strategies will be based on evolutionary models. Such models can be created while integrating progressively a range of elementary actions or undergo modifications and changes as the result of interactions with the user and through reinterpretations of existing models stored by the acquisition of preceding knowledge. Our approach takes advantage of OWL-S’s properties in order to describe the dynamic functioning of Petri-nets models. We formulate a Petri-nets based elementary action by using an OWL-S atomic process. And then, we progressively compose a set of elementary actions to formulate a Petri-nets based activity. The presented method lays a sound foundation for dynamic composition of Petri-nets based modeling.L’adaptation au contexte suivant notre cadre d’étude peut être définie par la flexibilité des interfaces utilisateur à évoluer au cours de l’interaction en fonction du contexte de l’utilisateur. Et puisque généralement la pertinence des modèles dépend de la qualité de l’adaptation dynamique de l’interface, l’adaptation qui se base sur un modèle fixe de fonctionnement n’est plus appropriée dans les environnements ubiquitaires. Le Contexte a tendance à varier énormément au cours de l’interaction avec l’utilisateur dans un environnement très dynamique. D’où, la déduction de l’information nécessaire au moment approprié pour un utilisateur quelconque exige une plus grande flexibilité, ainsi une méthode statique de fonctionnement est certainement insuffisante. Cette complexité croit lorsque les informations fournies à l’utilisateur doivent correspondre à certaines caractéristiques spécifiques et individuelles des utilisateurs. Une approche de modélisation dynamique a été soigneusement décrite. Nous y avons démontré l’adaptation temps-réel des informations fournies à l’utilisateur à ses spécificités, à ses préférences, à son activité en cours et au changement de son contexte d’usage. L’utilisateur se situant dans un environnement ubiquitaire arrivera nécessairement à recevoir sur son interface l’information dont il a besoin. En procédant de cette manière, nous nous sommes parvenu implicitement à aider l’utilisateur à accomplir sa tâche en cours. Il s’agit, en fait, de la principale motivation de l’Informatique Ubiquitaire que notre stratégie nous a permis, entre autres, de la respecter