THESE. Présentée pour obtenir le Diplôme de Doctorat en Sciences. Sujet:

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1 République Algérienne Démocratique et Populaire MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE CONSTANTINE 2 Faculté des Nouvelles Technologies de l Information et de la Communication N d ordre :. Série :. THESE Présentée pour obtenir le Diplôme de Doctorat en Sciences Sujet: Concepts et Outils pour l Intégration et l Interopérabilité des Services. Application dans le cadre du E-Government. Présentée par : Tebib Assia Dirigée par : Professeur Boufaida Mahmoud Soutenue à Constantine le : 27/11/2014 Devant le jury : Président : ZAROUR Nacereddine Professeur à l université de Constantine 2 Rapporteur : BOUFAIDA Mahmoud Professeur à l université de Constantine 2 Examinateurs: FARAH Nadir Professeur à l université de Annaba CHIKHI Salim Professeur à l université de Constantine 2 MOKHATI Farid Maitre de conférence A à l université d Oum El Bouaghi

2 Remerciements D'abord, louange à DIEU, le tout puissant, que je remercie beaucoup de m'avoir donné la force et le courage de terminer cette thèse. Sans lui, rien n aurait pu être réalisé. Tout d abord, je tiens à remercier et exprimer toute ma reconnaissance auprès de mon encadreur monsieur, Mahmoud Boufaida, Professeur à l'université Constantine 2. Il m a initié à la recherche dans un domaine qui m a toujours motivé. Méticuleux et perfectionniste, toujours disponible, il m a prodigué des conseils inestimables, dans tous les domaines, tout au long de ma thèse. Je suis très fière de la formation de chercheuse acquise sous son encadrement. Je le remercie très fort et je m excuse auprès de sa noble personne de lui avoir pris beaucoup de son temps. Je tiens aussi à remercier Monsieur Mr. ZAROUR Nacereddine, Professeur à l'université Constantine 2 de m avoir fait l honneur d accepter de présider le jury de ma soutenance de thèse, ainsi que : Monsieur Mr. FARAH Nadir Professeur à l université de Annaba, Monsieur Mr. CHIKHI Salim Professeur à l université de Constantine 2, Monsieur Mr. MOKHATI Farid Maitre de conférence A à l université d Oum El Bouaghi. Pour l honneur d'avoir accepté de faire partie de ce jury en tant qu'examinateurs. Enfin, je tiens à présenter mes remerciements les plus sincères à ma famille. A mes parents, pour leurs soutiens et encouragements de tous les instants et sans qui cette aventure n aurait jamais vu le jour. Mes pensées vont également vers ma sœur Housna et mon frère Abdel Karim, à ma petite famille mes deux enfants lyna et Akram sans oublier mon mari Abdelkrim. Enfin, je n'omettrais pas de remercier vivement les membres de l'équipe du Laboratoire d'informatique LIRE de Constantine, et en particulier les membres de l'équipe SIBC (Systèmes d'information & bases de Données), doctorants, magisters et LMD avec lesquels j'ai pu échanger des idées, discuter, et enfin partager et vivre des moments agréables parmi eux.

3 Titre : «Concepts et Outils pour l Intégration et l Interopérabilité des Services. Application dans le cadre du E-Government» Résumé : L'intégration et l interopérabilité des processus métiers dans un environnement de e-service (electronic service) constituent un problème clé et des exigences de base dans le développement d applications orientées services en interaction qui doivent être résolues de toute urgence. En effet, dans le cadre d'applications de e-service, les protocoles d'interaction (PI) sont des descriptions des comportements observables des participants. Ils sont considérés comme un moyen efficace pour structurer et organiser les échanges de messages entre partenaires. Lorsque ces derniers collaborent, leur PI peut être utilisé pour vérifier si leur collaboration est bonne, c'est à dire, les applications sont conformes. Dans cette thèse, nous définissons un PI efficace qui peut être utilisé pour vérifier si une application peut correctement jouer un rôle spécifique. Pour cette raison, nous présentons une cartographie complète et rigoureusement définie du PI qui utilise une notation semi-formelle AUML, puis passe vers le langage BPEL4WS pour être formalisé à la fin en π-calcul. Certaines propriétés dynamiques ont été vérifiées à l aide du pi-logique. Ensuite, ce protocole sera exploité dans une architecture basée agents qui est composée de deux parties : le front office et le back office. La première, permet aux utilisateurs de sélectionner le meilleur service directement du portail e-service en utilisant les agents intelligents. La deuxième partie, permet de décrire comment le SMA utilise le PI vérifié et validé. Nous définissons l ensemble des concepts nécessaires pour assurer toutes les phases de l'intégration et de l interopérabilité. En outre, nous décrivons l'utilisation du PI pour définir et gérer les processus d intégration et d interopérabilité dans les relations de l'e-service, où l'autonomie des participants est préservée. Mots-clés Intégration, Interopérabilité, Processus Métier, Protocole d Interaction, AUML, BPEL4WS, π-calcul, π-logique

4 Title : «Concepts and Tools for Integration and Interoperability of Services. Application in the context of E-Government» Abstract: Integration and interoperability of business processes in an environment of e-services (electronic service) is a key problem and the basic requirements in service-oriented application development in interaction that must be resolved urgently. Indeed, in the application of e-services context, Interaction Protocols (IP) are descriptions of the observable behaviors of participants. They are considered an effective way to structure and organize the exchange of messages between partners. When they collaborate, their IP can be used to check if their collaboration is good, that is, applications are compliant. In this thesis, we define an effective IP that can be used to check whether an application can correctly play a specific role. For this reason, we present a comprehensive and rigorously defined mapping of IP that uses the AUML semiformal notation, and then passes to the BPEL4WS language to be formalized at the end in π-calculus. Some dynamic properties were verified using π-logic. Then, the protocol will operate in an architecture based agents which consists of two parts: the front office and the back one. The first part, allows users to select the best service directly from the portal e-service using intelligent agents. The second part, used to describe how the MAS uses the IP verified and validated. We define all the concepts necessary for all phases of integration and interoperability. In addition, we describe the use of IP for defining and managing the processes of integration and interoperability in the relations of e- services, where the autonomy of participants is preserved. Keywords Integration, interoperability, business process, interaction protocol, AUML, BPEL4WS, π-calculus, π-logic

5 مفاهيم وأدوات لدمج والتشغيل البيني للخدمات. التطبيق في إطار الحكومة الالكترونية ملخص التكامل والعمل المشترك لعملية تجارية في بيي ة من الخدمات الا لكترونية (خدمة الا لكترونية) هو المشكلة الري يسية والمتطلبات الا ساسية في تطوير التطبيقات الموجهة نحو الخدمات في تفاعل التي يجب حلها على وجه السرعة. في الواقع في إطار تطبيق الخدمات الا لكترونية والبروتوآولات تفاعل فهي أوصاف السلوك التي يمكن ملاحظتها من المشارآين. فهي تعتبر وسيلة فعالة لهيكلة وتنظيم تبادل الرساي ل بين الشرآاء. عندما يعملون معا ويمكن استخدام PI لمعرفة ما اذا آان تعاونهم جيد وهذا هو تطبيقات متوافقة. في هذه الا طروحة فا ننا نقوم بتعريف فعال للملكية الفكرية التي يمكن استخدامها للتحقق ما إذا آان التطبيق يمكن أن يلعب دورا محددا بشكل صحيح. لهذا السبب نقدم خراي ط شاملة ومحددة بدقة من PI الذي يستخدم التدوين الشبه الرسمي AUML ثم يمر إلى اللغة BPEL4WS إلى إضفاء الطابع الرسمي في نهاية π -في حساب التفاضل والتكامل. وتم التحقق من بعض الخصاي ص الديناميكية باستخدام π- المنطق. ثم فا ن بروتوآول يعمل في هيكلة قسمة الى قسمين: المكتب الا مامي والمكتب الخلفي. الا ول يسمح للمستخدمين لاختيار أفضل خدمة مباشرة من خدمة البوابة الا لكترونية باستخدام وآلاء ذآاء. الجزء الثاني يستخدم لوصف آيف يستخدم SMA في PI والتحقق من صحتها. نحدد جميع المفاهيم اللازمة لجميع مراحل التكامل والعمل المشترك. وبالا ضافة إلى ذلك نحن نستخدم PI لتحديد وإدارة عمليات التكامل والعمل المشترك في العلاقات الخدمات الا لكترونية حيث يتم الحفاظ على استقلالية المشارآين. AUML الكلمات الري يسية التكامل والعمل المشترك والعمليات التجارية بروتوآول π -حساب BPEL4WS التفاضل والتكامل π - المنطق التفاعل

6 SOMMAIRE Sommaire Liste des figures Liste des tableaux Introduction générale 1. Contexte du travail de recherche Problématique et contribution de la thèse Organisation de la thèse 5 Chapitre I : Etat de l art ; Concepts utilisés dans les e-services 1. Introduction Architectures Orientées Services (SOA) Architecture de service Web 2.2 Standards des services Web Web Service Description Language (WSDL) Simple Object Access Protocol (SOAP) Discovery and Integration (UDDI) Composition des services Web Chorégraphie de services Web. 3.2 Orchestration de services Web 3.3 Langages de description de la composition de services Business Process Execution Language (BPEL) Discussion sur les langages de description de services Web.. Systèmes multi-agent et interaction Concept d agent 4.2 Modes d interaction Langages de communication entre agents. 4.4 Protocole d interaction. Langage semi-formel de modélisation «Agent UML» Aperçu des outils formels Travaux sur l Abstract State Machines (ASM) 6.2 Travaux sur les systèmes états-transitions 6.3 Travaux sur les réseaux de pétri 6.4 Travaux sur l algèbre des processus Utilisation du pi-calcul Définitions 6.5 Logique temporelle pi-logique Synthèse Quelques travaux reliés aux PI.. Conclusion

7 Chapitre II: Intégration et interopérabilité des services en ligne 1. Introduction Intégration vs interopérabilité. 2.1 Concept d intégration 2.2 Concept d interopérabilité.. Principaux types d interopérabilité. 3.1 Interopérabilité technique XML EAI 3.2 Interopérabilité sémantique Ontologie Quelques projets sur l interopérabilité sémantique Interopérabilité organisationnelle Discussion... Différents aspects de l interopérabilité... Quelques travaux liés à l interopérabilité et aux services Travaux antérieurs. 5.2 Synthèse. Différents aspects d intégration Intégration de données. 6.2 Intégration des applications. 6.3 Intégration des processus.. Quelques approches pour l intégration des applications 7.1. Workflow et serveurs d application Applications basées sur un échange des messages Adaptateurs et connecteurs Synthèse... Principaux champs d intégration des applications. Exemple de domaine d application: le E-gouvernement 9.1. Définitions Interopérabilité dans le e-gouvernement. Conclusion Chapitre III : Spécification d un protocole d interaction dans les e-services 1. Introduction Motivation.. Fondements de notre approche.. Définition du protocole d interaction. Etapes de transformation du protocole.. Translation du diagramme d interaction vers la spécification BPEL4WS Messages échangés 6.2. Représentation des messages complexes Activité «switch» Activité «if» Constructeur «flow»

8 Services web et élément partenaire.. Passage de WS-BPEL vers le pi-calcul Processus nul Réception 7.3. Emission Messages complexes Condition SWITCH Composition parallèle La boucle «while» Séquence Spécifications des propriétés du PI Conclusion Chapitre VI : Un couplage agent et web service pour l intégration et l interopérabilité des applications basées sur les E-Services 1. Introduction Motivation.. Aperçu de l approche proposée Description des différents composants de notre architecture Système font office Composant «Agent utilisateur» Structure «base de données profil» Structure «base de données de services» 4.2. Système back office Structure et rôle des participants Structure de «Agent de protocole d interaction» Bibliothèque des protocoles d interaction.. Comportement des agents Rôles des agents Comportement des agents.. Trace des interactions. Modes de communication Communication inter-agents dans notre système 7.2. Les services. Avantages de l architecture proposée Conclusion Chapitre V : Quelques aspects d implémentation de l étude de cas : «E-Assurance» 1. Introduction Etude de cas 2.1. Enoncé 2.2. Développement de l application «E-Assurance»

9 Niveau front office Niveau back office.. Application de l architecture proposée Back office Spécification informelle : AUML vers BPEL Spécification formelle en pi-calcul Outil HAL Spécification des propriétés du PI Le principe du modèle checking Déploiement Interopérabilité de plate-formes Utilisation de la plate-forme JADE pour le développement de l architecture proposée Simulation d interaction entre agents de l administration publique et l agent du protocole d interaction Communication entre agents Front office Discussion... Conclusion Conclusion générale 1. Conclusion et bilan du travail Perspectives envisagées 112 Références bibliographiques. 114

10 LISTE DES FIGURES Figure.1.1 Fonctionnement des services Web.8 Figure. 1.2 Architecture des services Web...9 Figure. 1.3 Scénario d utilisation des services Web 10 Figure Structure des messages SOAP...11 Figure. 1.5 Chorégraphie de services Web.12 Figure. 1.6 Orchestration de services Web. 13 Figure. 1.7 Structure d un processus BPEL. 14 Figure. 1.8 Différents types de branchements proposés par AUML...20 Figure.2.1 Intégration par les processus métiers des applications de l entreprise Figure.2.2 Champs d intégration d applications...46 Figure.3.1 Etapes de translation du protocole d interaction...56 Figure.4.1 Architecture du système proposé.74 Figure.4.2 Structure de l agent «Agent Utilisateur» Figure.4.3 Profil d un agent participant Figure.4.4 Structure de l agent participant Figure.4.5 Structure de l agent «Agent de protocole d interaction»... 81

11 Figure.4.6 Structure d un message XML dans FIPA-ACL 86 Figure. 5.1 Fonctionnement de le E-Assurance..90 Figure. 5.2 Etapes de transformation du protocole d interaction Figure. 5.3 Etape de transformation de AUML vers BPEL4WS...94 Figure. 5.4 Génération des partenaires en BPEL4WS Figure. 5.5 Génération des variables en BPEL4WS Figure. 5.6 Exemple explicatif du processus de transformation...98 Figure. 5.7 Le modèle checking Figure. 5.8 Spécification partielle du module communication..105 Figure. 5.9 Extension de la classe «Agent» (CNAS et ASSC) Figure Interface de l agent Sniffer 106 Figure.5.11 Interface de la CNAS Figure Invocation de la méthode similarity Figure Code de la fonction similarity LISTE DES TABLEAUX Tableau.3.1 Passage du diagramme d interaction vers BPEL 57 Tableau.4.1 Comparaison entre service web et agent.71

12 INTRODUCTION GENERALE Les caractéristiques et les attentes des applications informatiques ont considérablement changé ces dernières années, soulevant du même coup un nombre important de défis à relever. Les concepteurs d applications doivent maintenant faire face à la décentralisation, à la distribution et au besoin d interopérer et d intégrer des systèmes hétérogènes. De plus, ils doivent être en mesure de fournir des solutions robustes et capables de s adapter dans des environnements qui peuvent être aussi imprévisibles et versatiles que l Internet. Le succès de ce dernier concept à donner naissance au nouveau modèle Electronic Service (e-service). Ce dernier, est un moyen pour accueillir des services d une manière électronique via Internet. Face à ces nouveaux enjeux, les techniques classiques ne parviennent qu à proposer des réponses limitées. 1. Contexte du travail de recherche Depuis quelques années, il est devenu naturel pour les organisations d utiliser et de faire coexister des systèmes d informations, des processus différents ou des services. Cela permet à ces organisations de mener à bien des projets communs, ou de réaliser des coopérations afin de pouvoir continuer à progresser. Dans ce contexte, l interopérabilité et l intégration des applications sont devenues de plus en plus importantes afin de pouvoir satisfaire à la fois les besoins des citoyens et ceux des organisations, tout en rentabilisant les investissements consentis dans des systèmes généralement assez coûteux. Les organisations doivent à la fois connecter les nombreuses applications hétérogènes existantes, exploiter des données issues de systèmes d information différents et définir de nouveaux processus tout en garantissant à terme la cohérence du système [1]. Les architectures orientées services (SOA) 1 [1] constituent une réponse aux problématiques que rencontrent les développeurs en termes de description, de réutilisabilité, d interopérabilité et de réduction de couplage entre les différents systèmes (services) qui implémentent des fonctionnalités, et issues en général d applications complexes, en cachant les détails d implantation. Dans notre travail, nous nous intéressons au cas des SOA basées sur les services Web [1]. Un des apports principaux de ces architectures est la possibilité d intégrer des services préexistants et indépendants pour construire de nouveaux services avec de nouvelles fonctionnalités. Les services Web semblent donc être bien adaptés aux problèmes sous tendus par l intégration des processus métiers. Ils permettent en effet une intégration centrée sur les services, où les 1. Plus connues sous le nom en anglais SOA pour Service Oriented Architecture 1

13 INTRODUCTION GENERALE fonctions automatiques sont mises à la disposition de tous les utilisateurs éventuels, quelles que soient la technologie et les spécifications d interfaces qu ils utilisent [3]. Par ailleurs, certaines propriétés fondamentales telles que le passage à l échelle (la scalabilité), l'interopérabilité et la réutilisabilité sont nécessaires dans les SI (Système d Information). Cependant, ces propriétés sont difficiles à mettre en œuvre lorsque nous utilisons des architectures traditionnelles. Pour satisfaire ces propriétés, le paradigme agent [25] a reçu beaucoup d'intérêt. Sans doute, les Systèmes Multi-Agents (SMA) semblent être les candidats les plus encourageants quant au développement des SI. La combinaison des deux paradigmes agent et service Web semble être un moyen prometteur pour la construction d un processus d interopérabilité et d intégration des processus métiers. Architectures orientées services SOA Actuellement, l émergence d architectures logicielles fondées sur les services visent à mettre en place des processus métier performants ainsi que des systèmes d information constitués de services applicatifs indépendants et interconnectés. Ces architectures sont connues sous le nom d Architectures Orientées Services (SOA) [1]. Elles facilitent l exposition, l interconnexion et la réutilisation d applications à base de services. Ainsi, de nouveaux services peuvent être créés à partir d une infrastructure informatique de systèmes déjà existante. Ces derniers peuvent être utilisés par des processus métier ou par des clients dans différentes applications. Les services Web sont la réalisation la plus importante d une architecture SOA. Ce sont des applications auto-descriptives, modulaires et faiblement couplées fournissant un modèle simple de programmation et de déploiement d applications. Ils reposent principalement sur des technologies basées sur SOAP [2] pour la structure et le contenu de messages échangés entre services, WSDL [3] pour la description des services, UDDI [6] pour la découverte des services et BPEL4WS 2 [7] pour leur composition. Toutefois, ces approches présentent plusieurs limites dont nous présentons les plus récurrentes [8][9] : Les services web sont passifs jusqu à ce qu ils soient invoqués ; Un service web a seulement connaissance de lui-même, mais pas celle de ses applications ou ses utilisateurs clients ; Un service web n est pas adaptable, et il n est pas capable de bénéficier des nouvelles capacités de l environnement afin d apporter des services améliorés. 2. Business Process Execution Language for Web Services 2

14 INTRODUCTION GENERALE L autonomie, l adaptation et la coopération, points faibles des services web, sont par ailleurs des domaines qui ont largement été explorés dans des travaux relatifs aux systèmes multiagents. A cet effet, nous mettrons en exergue les systèmes mutli-agents, en rapprochant l intégration des processus métiers de l interaction multi-agents. Les systèmes multi-agents Les systèmes multi-agents constituent aujourd hui une nouvelle technologie pour la conception et le contrôle de systèmes complexes. Un système multi-agents est un système composé d entités logicielles ou matérielles autonomes appelées agents. L approche multi-agents repose sur plusieurs théories et concepts qui trouvent leurs origines dans plusieurs disciplines tels que la sociologie, la psychologie, les systèmes répartis, le génie logiciel. En effet, Demazeau définit le système multi-agents selon cinq aspects [152] : l agent, l environnement, l interaction, l organisation et l utilisateur. L interaction est ainsi un des aspects clés de ces systèmes. Elle offre un moyen pour assurer la coopération entre agents. Sans interaction (ou communication), l agent n est qu un individu isolé, sourd et muet, renfermé sur sa boucle perception-délibération-action [25]. Nous nous penchons sur les systèmes multi-agents dont l interaction est directe, régie par les protocoles d interaction. Ce dernier, est un enchaînement prédéfini de messages. Les protocoles d interaction sont introduits dans les systèmes multi-agents dans le but de faciliter la spécification et l implémentation de l interaction entre les agents. D après la définition de FIPA 3, un protocole d interaction est un pattern commun de communication. En effet, les protocoles d interaction dans les SMA s adaptent bien à la modélisation des problématiques (de répartition, d ouverture, de flexibilité et de coordination des processus, etc.) sous-tendues par l intégration d applications. Dans ce type d applications, les protocoles sont donc identifiables et récurrents. Il est alors utile de les isoler afin de bien les étudier, les modéliser et les implémenter comme des entités à part entière pour permettre leur partage, leur recherche et leur invocation. Dans notre thèse, nous nous intéressons à l intégration consistant à coordonner des processus métiers afin d atteindre un objectif commun. Nous spécifions des propriétés et des protocoles d interaction SMA, vérifier leurs comportements et de les adapter pour intégrer plusieurs applications. 3. Plus connues sous le nom en anglais Foundation of Intelligent Physical Agents 3

15 INTRODUCTION GENERALE 2. Problématique et contribution de la thèse Le problème principal qui se pose est de faire interopérer et coopérer des systèmes déjà existants et qui sont toujours opérationnels. Le but de notre travail est donc de prévoir une couche au-dessus de ces systèmes afin qu ils puissent coopérer et interopérer de façon efficace. En effet, il n est pas sûr qu une application basée sur des services distants et interconnectés par des réseaux, aboutira par la bonne intégration des processus à une application correcte. Pour cela, il est nécessaire d avoir une sémantique opérationnelle précise des langages de description comportementale de ces processus. Pour faire face à ces problèmes, les services Web fournissent une solution prometteuse. Ils consistent à exposer sur le réseau d Internet, une ou plusieurs applications. Ces services peuvent proposer des fonctions très simples (du type requête/réponse) ou un ensemble complet d outils, permettant d aller jusqu à l intégration des services pour proposer une application complète. La combinaison des deux paradigmes agent et service Web semble être un moyen prometteur pour la construction d un processus d intégration et d interopérabilité des processus métiers. Nous proposons une nouvelle approche qui permet à la fois l'intégration et la collaboration de modules autonomes et distribués des processus métiers. A cet effet, nous définissons un protocole d'interaction (PI) 4. Comme nous l avons déjà défini plus haut, ce dernier, est un ensemble de règles communicatives et de contraintes liées à un ensemble fini de rôles qui vont être joués par des agents [25]. Il permet à ces derniers d'avoir des conversations sous forme d'échanges structurés de messages [28]. Les PI étaient le premier défi de la conception du système multi-agents [25]. La communauté de l'agent a répondu en développant la notation Agent UML (AUML) [36]. Un profil UML dédié à des agents qui tentent de simplifier la transition de génie logiciel à l'ingénierie des systèmes multi-agents. En outre, BPEL4WS est un standard de facto pour décrire l Intégration des processus métiers (BPI 5 ) comme la composition des services web. Afin d'augmenter la fiabilité des protocoles d interaction au moment de la conception, nous proposons une approche pour la spécification et la validation de la BPI. Dans notre cas, il est modélisé à l'aide de AUML et est spécifié avec BPEL4WS. Pour une meilleure interactivité, la communication entre les processus métiers devrait être réglementée de façon appropriée. Le PI fournit un terrain formel pour permettre ce règlement. Cependant, l'élaboration de protocoles d interaction qui seront exécutés par des partenaires autonomes est difficile. Semblables à des protocoles dans les systèmes traditionnels, les PI dans les milieux ouverts et basés sur le Web doivent être spécifiés rigoureusement afin que les partenaires puissent 4. Dans la suite du document, nous utilisons l acronyme PI pour Protocole d Interaction 5. Plus connue sous le nom en anglais BPI pour Business Process Integration 4

16 INTRODUCTION GENERALE interagir avec succès. Cela soulève le problème évident de vérifier que l'interaction des processus métiers respectent le PI. Bien que certains de ces langages soient considérés comme des standards, l absence de sémantique formelle et la possibilité d interprétations ambiguës des documents décrivant ces standards, constituent un frein à leur utilisation, à leur généralisation, et compromettent l interopérabilité. De plus, ces langages n offrent aucune possibilité pour décrire des exigences que le service doit assurer, et les outils associés ne permettent pas de garantir à priori que les processus métiers intégrés obtenus se comportent conformément à des exigences. Afin de palier cette lacune, nous proposons une sémantique opérationnelle pour notre modèle. Cette sémantique est basée sur des règles de transformation garantissant le respect de la cohérence du système. Le modèle formel retenu pour la représentation du comportement observable des processus métiers est le formalisme pi-calcul [72] de l algèbre des processus. Aussi, nous spécifions des propriétés des protocoles d interaction SMA, vérifier leurs comportements et les adapter pour intégrer plusieurs applications des e-services. Une fois le protocole d interaction est conçu, nous allons l exploiter dans une architecture basée agents qui permet l interopérabilité et l intégration des processus métiers. Cette architecture est composée de deux parties principales : le back office et le front office. La première partie doit s'assurer de la collaboration des systèmes d'information dans le backoffice. Ces participants offrent des services gérés par des agents intelligents qui ont besoin de travailler sur la base d'un protocole d'interaction. Chaque agent gère plusieurs services Web. Dans cette approche, les différents agents interagissent en envoyant des messages et en utilisant un langage de communication d'un haut niveau (FIPA-ACL) [28]. Le PI sera utilisé par un agent intermédiaire nommé «Agent de protocole d'interaction» qui va coopérer avec d'autres agents du système. Ce protocole est publié et partagé par cet agent pour une éventuelle réutilisation, d'adopter le processus d'intégration et de le gérer efficacement à chacune des étapes de la composition et de la surveillance. La deuxième partie de notre architecture est le front-office. Le citoyen peut directement atteindre le portail via Internet et peut choisir le service dont il a besoin. Il activera automatiquement l agent «user agent». Le type de service choisi lui permettra d'être connecté directement avec la partie back-office. 3. Organisation de la thèse Ce document est organisé en cinq chapitres dont les deux premiers concernant l état de l art des thèmes de recherche abordés dans cette thèse. 5

17 INTRODUCTION GENERALE Le premier chapitre présente les caractéristiques des architectures orientées services, la technologie de services Web et le concept de composition de services Web. Ce chapitre discute des problèmes existants dans les langages de description de services Web et de leur influence sur leur analyse et de leur composition. Nous présentons par la suite quelques concepts de l approche agent et ses apports dans la mise en œuvre de l interopérabilité et l intégration d applications. Il présente également un panorama de méthodes formelles. Puis, nous dressons un bilan des différentes insuffisances constatées. Le formalisme pi-calcul utilisé dans l approche de vérification et de validation formelles d intégration des processus métiers a été présenté. Le deuxième chapitre expose les différentes formes trouvées dans la littérature et les approches existantes pour l interopérabilité et l intégration des processus métiers. Nous y analysons les avantages et les inconvénients de chacune de ces approches par rapport à la problématique posée et aux objectifs fixés dans la thèse. De même, nous présentons les différentes techniques qui sont mises en œuvre pour favoriser de manière générale, l intégration et l interopérabilité dans les systèmes d'information. Par la suite, nous présentons le domaine d application qui est le e-gouvernement et l importance du concept d interopérabilité dans ce domaine. Dans le troisième chapitre nous proposons une «approche orientée interaction» pour la modélisation de notre approche. Cette dernière permet de pallier les limites des techniques de l intégration d applications par coordination des processus, car ils apportent des solutions et des modèles pour tenir compte de plusieurs contraintes telles que la répartition des partenaires, l ouverture et la flexibilité de leur environnement. Le quatrième chapitre est consacré à notre deuxième contribution qui consiste en la proposition d une architecture basée agent pour le e-service. Il présente les deux parties de notre architecture. La première partie est consacrée à la spécification en termes de structures d agents, de comportements des agents, ainsi que la communication inter-agents. La deuxième partie concerne la connexion au portail en activant un ensemble d agents. Le cinquième chapitre présente une étude de cas sur lequel nous appliquons les différentes étapes du processus de modélisation pour aboutir à un PI cohérent. Ensuite, nous présentons la validation de l architecture proposée dans le domaine de le E-gouvernement. Cette étude de cas est conclue par une simulation faite dans l environnement JADE en expliquant comment nous pouvons réaliser et implémenter les concepts de base (spécifications d agents, interaction..). Enfin, nous terminerons notre mémoire par un bilan du travail de recherche effectué durant cette thèse en donnant les conclusions et quelques perspectives envisagées pour la poursuite de cette démarche. 6

18 Etat de l art : Concepts utilisés dans les e-services 1 1. Introduction Les dernières décennies ont été marquées par le développement rapide des systèmes d information distribués, et tout particulièrement par la diffusion de l accès à Internet. Cette évolution du monde informatique a entraîné le développement de nouveaux paradigmes d interaction entre applications et l émergence du nouveau paradigme E-Service (Electronic Service). Ce dernier est moyen pour accueillir des services d une manière électronique via Internet. Le paradigme e-services, s'appuyé sur une architecture orientée services et met l'accent sur la création d'environnements de services fiables grâce aux relations solides entre les participants. Cependant, dans ce chapitre nous essayons de dresser un état de l art sur les différents concepts et outils liés aux e-services. Aussi, nous résumons un ensemble de travaux de recherche autour de la modélisation et la vérification formelles dans le domaine des services web et de l interaction dans les systèmes multi-agents. Il comprend deux parties principales. La première partie est consacrée à la description des architectures orientées services et des systèmes multi-agents ainsi que l utilité des protocoles d interaction. La deuxième partie présente les différentes approches et techniques de modélisation et de vérification formelles inspirées de la littérature. L utilisation des méthodes formelles pour la modélisation de la composition de services Web est surtout motivée par l absence d une sémantique formelle et de l existence d ambiguïtés dans les langages dédiés à la description de Workflows de services. Les approches citées ont été réalisées à l aide du langage BPEL, considéré comme le standard de description de l intégration de services Web. 7

19 Etat de l art : Concepts utilisés dans les e-services 2. Architecture Orientées Services (SOA) Avec l avènement du Web, les clients ont pratiquement un accès direct aux informations fournies par les producteurs Figure.1.1 Fonctionnement des services Web Chaque fournisseur propose, à ses clients, différentes formes et divers moyens de consultation des données. En conséquence, la même application peut être mise en œuvre sur le Web par plusieurs services chargés de l adaptation et de la présentation de l information au client. La figure 1.1 résume le fonctionnement d une architecture orientée services. Une entreprise propose ses offres sous forme d un ensemble de services Web, représentant des interfaces publiques par des opérations qui correspondent aux fonctionnalités offertes par l entreprise. Dans la partie qui suit, nous expliquons d une manière brève la technologie service web Architecture de Service Web L objectif des technologies basées sur les services Web est de fournir un support naturel pour des plateformes d invocation indépendantes par une interface simple et comprise, conçue dans le but d être réutilisée. L aspect clé de cette technologie est l utilisation de langages et de protocoles standardisés, conçus dans le but d améliorer l intégration entre les parties coopérantes. C est un des avantages qui nous a incité à utiliser cet aspect dans notre thèse. Ces standards couvrent pratiquement tous les aspects du développement et de configuration, tels que la représentation et l échange des données, la description des propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles d un service, d agrégation, de coordination et de gestion d un ensemble de services. 8

20 Etat de l art : Concepts utilisés dans les e-services Figure. 1.2 Architecture des services Web [1] La figure 1.2, représente une pile de standards constituant l architecture de services Web [1] tels que : Simple Object Access Protocol (SOAP, [2]), Web Service Description Language (WSDL, [3]). Lorsqu il est nécessaire de décrire l évolution de l état interne du service ou de spécifier un protocole d interaction que nous devons suivre pour utiliser correctement les fonctionnalités d un service, le modèle du service est complété par une description du comportement. Ce comportement peut être spécifié par le standard BPEL (Business Process Execution Language, [4]), un langage utilisé pour la description et l exécution des workflows de services. Ce langage sera exploité dans le troisième chapitre pour décrire notre modèle proposé. Les trois acteurs essentiels participant à une communication service Web sont : le fournisseur du service, le client et l annuaire de services (voir figure 3). Le fournisseur du service se charge de la description des messages manipulés et des profils des fonctionnalités offertes par le service. Il doit publier le service dans un annuaire afin qu il puisse être trouvé par les clients. Le client est une application qui cherche, localise et invoque le service. L annuaire de services fournit des informations sur la description et la localisation des services Web. 9