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1 AVERTISSEMENT Ce document est le frut d'un long traval approuvé par le jury de soutenance et ms à dsposton de l'ensemble de la communauté unverstare élarge. Il est soums à la proprété ntellectuelle de l'auteur. Cec mplque une oblgaton de ctaton et de référencement lors de l utlsaton de ce document. Toute contrefaçon, plagat, reproducton llcte encourt une poursute pénale. Contact SCD Nancy 1 : theses.scences@scd.uhp-nancy.fr LIENS Code de la Proprété Intellectuelle. artcles L Code de la Proprété Intellectuelle. artcles L L

2 Département de formaton doctorale en nformatque UFR STMIA École doctorale IAEM Lorrane Décentralsaton des procédés méters : qualté de servces et confdentalté THÈSE présentée et soutenue publquement le 8 septembre 2008 pour l obtenton du Doctorat de l unversté Henr Poncaré Nancy 1 (spécalté nformatque) par Ustun YILDIZ Composton du jury Rapporteurs : Chhab Hanach Professeur, Unversté Toulouse I, France Heko Ludwg Drecteur de Recherche, IBM Almaden Research Center, États-Uns Examnateurs : Isabelle Chrstment Professeur, Unversté de Nancy I, France Claude Godart Professeur, Unversté de Nancy I, France Thomas Tamser Chef de Projet, CRP Gabrel Lppmann, Luxembourg Laboratore Lorran de Recherche en Informatque et ses Applcatons UMR 7503

3 Ms en page avec la classe thlora.

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9 Remercements Je remerce vvement les rapporteurs qu se sont ntéressés à mon traval, et qu me font l honneur de partcper à ce jury, malgré leurs lourdes tâches. Je remerce Monseur Heko Ludwg qu a accepté d être rapporteur de ma thèse. Sa longue expérence sur la geston des procédés méters le désgnat tout naturellement pour évaluer mon traval, et sa lecture crtque a contrbué à l améloraton du manuscrt. Je lu en sus très reconnassant. Je tens à remercer Monseur Chhab Hanach dont j a toujours apprécé la qualté de ses travaux. Il s est nvest sans retenue dans la relecture du manuscrt. Il a le meux ressent la dffculté qu l y a à présenter un traval de recherche de qualté et m a soutenu auss ben moralement que scentfquement. Je remerce Madame Isabelle Chrstment qu m a fat l honneur de présder ce jury. Je tens tout partculèrement exprmer ma grattude à Monseur Claude Godart, pour sa confance et son amté. Il s est nvest sans retenue dans la correcton de ce manuscrt. Une thèse est autant le résultat d un traval ndvduel que de l envronnement dans lequel elle s est effectuée. Pour cela, je tens à assocer à ces remercements, tous mes collègues du LORIA et du ECOO qu m ont encouragé et adé à fnr ce traval. Je pense partculèrement à Rém, Yannck, Laszlo, Sahb, Gérald, Clauda, Adnène, Khaled, Jesse et Wald. Je remerce le FNRS du Luxembourg pour le fnancement des 3 premères années de ce traval en relaton avec le CRPGL.

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11 Table des matères Chaptre 1 Introducton Chaptre 2 Problématque générale et objectfs de la thèse Introducton Contexte de la thèse Problématque Un exemple de motvaton smple Objectfs de la thèse Idées centrales de la thèse Les grandes lgnes de la démarche Contrbutons de la thèse Synthèse Chaptre 3 Etat de l art Introducton L approche orentée servce et ses technologes : Le dogme Pourquo et comment employer l approche orentée servce? Technologes relatves basées sur XML La composton des servces Synthèse sur l approche orentée servce Systèmes d nformaton décentralsés et par-à-par Pourquo avor des systèmes décentralsés? Quels sont les défs et les lmtatons des systèmes décentralsés? Synthèse sur les systèmes décentralsés par-à-par Worflow La modélsaton des procédés méters v

12 Table des matères L ntatve Workflow Worklow centralsé versus décentralsé Autres travaux lées Synthèse sur le workflow décentralsé Synthèse et stuaton par rapport à d autres approches de la problématque Chaptre 4 La modélsaton d un procédé et sa décentralsaton par défaut Introducton Le modèle du procédé Éléments caractérstques du modèle proposé et hypothèses prélmnares Exemple llustratf Défnton formelle Prncpes de décentralsaton et l orgnalté de l approche La décentralsaton d un procédé centralsé Les algorthmes pour la producton des fragments coopérants Vue d ensemble et présentaton ntutve des algorthmes Notatons Interconnexon avec les actvtés de postset et de postset étue Interconnexon avec les actvtés de preset et de preset étue Synthèse Chaptre 5 Contrôle du flux d nformaton :Vers un modèle décentralsé effcace Introducton Contrôle du flux d nformaton Vue d ensemble et présentaton ntutve de la démarche adoptée Représentatons formelles Poltques du flux d nformaton d un servce Poltques du flux d nformaton d un concepteur Poltques du flux d nformaton contextuelles Tratement des poltques du flux d nformaton Vérfcaton des poltques Établssement des chemns fables entre les servces Producton des procédés coopérants Valdaton de la producton des procédés coopérants Synthèse v

13 Chaptre 6 L mplémentaton du chox dynamque et décentralsé des servces Introducton Chox dynamque et décentralsé de servces Exemple de motvaton et vue d ensemble Aspects formels du chox dynamque et décentralsé Chox concurrent de servces Chox dynamque par défaut Déploement des procédés coopérants à travers les dépances de chox Extenson de l approche par des consdératons d mplémentaton Chox dynamque et décentralsé retardé Synchronsaton explcte de servces Implémentaton du chox dynamque et décentralsé dans WS-BPEL Synthèse Chaptre 7 Mse en œuvre Introducton L mplémentaton de l échangeablté des procédés coopérants Implémentaton des servces La producton des procédés coopérants avec WS-BPEL Synthèse Chaptre 8 Conclusons et perspectves Rappel du contexte et des objectfs de la thèse Blan des contrbutons Perspectves Annexes Annexe A Le tratement des procédés WS-BPEL Annexe B La recherche de chemn par le tratement des poltques du flux d nformaton v

14 Table des matères Annexe C La preuve du théorème de l exacttude Bblographe 177 v

15 Table des fgures 2.1 Un exemple de motvaton La fgure(a) s agt de l utlsaton d un servce classque, l opératon du servce est évoquée par un message du clent. La fgure(b) llustre un servce qu mplémente notre approche, l est évoqué par un procédé qu sera exécuté par le servce L applcaton de l approche au procédé de l exemple de motvaton Les exemples de technologes et de standards des servces Web Exemple d orchestraton Evoluton des efforts de standardzaton Exemple de chorégraphe Les topologes des systèmes décentralsés P2P La comparason de l approche centralsée et décentralsée Le cycle de ve d un procédé [van der Aalst2005] Un exemple de workflow en BPMN La transformaton d un modèle de procédé arbtrare en un modèle structuré en deux étapes [Lu and Kumar2005] Un exemple de procédé L exemple de Global Soundness [van der Aalst1999] L élmnaton des chemns morts dans une exécuton centralsée Une dépance de contrôle entre deux actvtés qu évoquent des servces dfférents L exemple de dépance de donnée sur un chemn de contrôle Un exemple de fragment où deux actvtés sont relées par une dépance de donnée Un exemple de fragment où deux actvtés sont relées par une dépance de donnée Les exemples d actvtés nfluencées par le DPE Les dépances qu appartennent à a F,a Les dépances qu appartennent à a D,F,a Les dépances qu appartennent a F Les dépances qu appartennent à a D,F Les cas prncpaux qu dovent être consdérés en fournssant les fragments de procédés La structuraton des actvtés de connexons concernant les messages de contrôles à envoyer vers les procédés qu exécutent a 2 et a La structuraton des actvtés de connexons concernant les messages de contrôles pour satsfare l élmnaton des chemns morts x

16 Table des fgures 4.17 La structuraton des actvtés de connexons concernant les messages de contrôles pour nformer les procédés qu sont susceptbles d exécuter des actvtés de connexons pour recevor des données envoyées par les autres procédés La structuraton des actvtés de connexons concernant les messages de contrôles pour nformer les procédés qu ncluent les actvtés qu dovent utlser les sortes des actvtés que l élmnaton des chemns morts n nfluence pas La structuraton des actvtés de connexons concernant la récepton des messages de contrôles pour la suspenson ou l actvaton de l actvté a La structuraton des actvtés de la fgure4.19 par rapport à l actvé termnale du fragment ã La structuraton des actvtés de connexon qu reçovent les messages de suspensons des actvtés sources des dépances de données de l actvté a La structuraton des actvtés de connexon qu reçovent les messages d exécuton pour les actvtés sources des dépances de données de l actvté a 19 et les actvtés de connexon qu reçovent les données de procédés des actvtés a 12 et a Vue d ensemble de la méthodologe du contrôle du flux d nformaton Vue d ensemble du tratement des poltques pour la vérfcaton de l adéquaton des poltques et des nteractons Exemple de motvaton pour le contrôle du flux d nformaton Les fragments coopérants qu permettent le routage de la sorte (PB1 1 et P B2 1 ) Les fragments coopérants PBanque2 et P Banque Les fragments coopérants des servces Hôptal et Inspecteur2, (PHôptal et P Inspecteur2 5.7 Les structures algèbrques et leur dépances Le chox dynamque centralsé (a) et décentralsé (b) Les dépances de chox dynamque et décentralsé Cas 1 : La sélecton du servce s 17 qu exécute a Cas 2 : La sélecton du servce s 3 qu exécute a Cas 3 : La sélecton du servce s 3 nvoqué par les actvtés a 9 et a La chox du servce s 19 nvoqué par l actvté a Le chox du servce s x qu exécute l actvté a La synchronsaton des servces pour le chox dynamque des servces La synchronsaton mutuelle des servces dynamquement choss Le chox retardé du servce s 12 nvoqué par l actvté a La synchronsaton des servces s 2 et s La synchronsaton des servces s 4, s 5 et s La synchronsaton des servces s 4, s 5 et s La synchronsaton des servces s 7, s 8 et s La synchronsaton des servces s 7, s 9 et s Implémentaton du chox dynamque dans WS-BPEL Vue d ensemble de l mplémentaton d un servce Vue d nsemble de l ActveBPEL et les modules que nous avons étus Vue d ensemble du module PPP Les classes prncpales du module PPP x

17 Chaptre 1 Introducton Ces 20 dernères années qu ont vu les scences et technologes de l nformaton et de la communcaton (STIC) révolutonner la socété, une des applcatons sgnfcatves en est le Web qu est un moyen de rre toutes les connassances humanes accessbles à tous. C est un des plus beaux challenges qu sot, qu modfe la ve de chacun de manère essentelle. A l époque, la vson orgnelle de Tm Berners-Lee, nventeur du Web et présdent du W3C (World Wde Web Consortum), état celle d une ressource qu permettrat la collaboraton. Aujourd hu, quand on pense au futur, on peut estmer que le Web sera partout, encore plus qu aujourd hu. Les systèmes échangeront smplement entre eux de l nformaton. Nous pourrons poser à notre table de nut des questons comme : Où a-je lassé mes lunettes? Ce yaourt est-l encore mangeable? Où ma flle se trouve-t-elle? Le Web a été l une des avancées les plus vsbles de l nformatque de ces dernères années. Avec l avènement des outls portables, communquant sans fl, et embarquant des ressources de calcul de plus en plus mportantes, ans que la généralsaton de la géolocalsaton, nous pouvons prédre que chaque apparel du quotden devra non seulement un récepteur potentel de l nformaton dsponble sur le Web mas également un émetteur. Avec une évoluton de l nformatque ubqutare, ans que la mse en place de grandes bases de données représentant l nformaton à l échelle du monde enter, nous pouvons auss prédre que chacun pourra contrbuer et enrchr en permanence cette représentaton vrtuelle du monde fourne par le Web. La recherche qu porte sur le Web est un domane de recherche à part entère qu suscte beaucoup d ntérêt de la part de chercheurs de communautés très varées depus plus d une dzane d années (la premère conférence World-Wde Web fut organsée en 1994). Après une phase de boullonnement un peu rrégulère due à un fort engouement, les fls rouges de cette nouvelle pste de l nformatque se sont rapdement structurés. Actuellement, un de ces fls rouges est clarement les Archtectures Orentées Servces (AOS). Les archtectures orentées servces, et en partculer les servces Web, permettent l accessblté, la découverte et l utlsaton unverselle de n mporte quel applcaton logcelle sur le Web en utlsant des normes ouvertes. Ans, les logcels codés dans dvers langages de programmaton et sur dverses plateformes d exécuton peuvent employer des servces Web pour échanger des données à travers le Web. Il est à noter que les servces Web portent sur la défnton unverselle des nterfaces des applcatons logcelles et le format des communcatons avec ces derners. En conséquence, les servces Web n ntrodusent pas de contrantes d mplémentaton pour les applcatons qu sont rues accessbles sur le Web. Une des rasons de l ntérêt porté aux AOS est le contexte actuel de l évoluton des entreprses qu est caractérsé par une concurrence économque planétare et un envronnement sauvage, souvent mprévsble en termes de besons et de demandes du marché. Pour survvre dans un tel 1

18 Chaptre 1. Introducton contexte, les entreprses dovent être flexble, réactve et dynamque et pour ce fare, le Web leur fournt un ntergcel sans précédent. Grâce aux servces Web, les entreprses peuvent encapsuler leurs procédés méters et les publer comme des servces, chercher et souscrre à d autres servces et échanger des nformatons au-delà des frontères des entreprses. L approche des servces Web promet d être la technologe clé pour automatser les nteractons Busness-2-Busness (B2B) ans que Busness-2-Consumer (B2C). La contreparte des avantages des AOS est l extrême complexté de concepton des applcatons orentées servces. Les premères applcatons orentées servces opératonnelles ont vu le jour l y a plus de 5 ans. Elles n étaent en fat que de smples applcatons répartes du style clent-serveur qu utlsaent des formats spécaux pour nvoquer des composants dstants. Ben que la valeur de la technologe des servces de Web at été démontrée dans la pratque à l ade des applcatons plotes, l y a un désr ntense d employer cette approche pour adresser des problèmes plus généraux. Les chercheurs recherchent les perfectonnements qu élèvent le nveau et la portée de l nteropérablté au delà de ce que permet l échange de base de messages, exgeant l appu pour l nteropérablté des servces de plus haut nveau d nfrastructure. Actuellement, les descrptons des servces Web de seconde génératon sont de plus en plus rches contrarement au Web tradtonnel que nous consdérons comme syntaxque pusque seule la structure, le contenu superfcel, et les proprétés élémentares de l nformaton y sont dsponble. Ben que la technologe des servces Web ne sot pas la seule manère pour réalser une AOS, elle est la technologe la plus consdérée par l ndustre. Avec les servces Web, l ndustre adresse encore une fos le déf fondamental de l nformatque réparte : comment fournr une manère unforme pour décrre des composants ou des servces dans un réseau, les localser, et y accéder. L ndustre aborde ce problème en utlsant des standards ouverts défns en assocaton avec de larges consortums tels que le W3C et l organsaton pour l avancement des normes structurées de l nformaton (OASIS) [Dumas and Fauvet2006]. Un des ponts forts de la culture du Web est d assurer une nteracton très fructueuse entre les éléments décentralsés. Les gros problèmes de l nteracton ne sont pas seulement technques mas ce sont auss des problèmes de socété : je dspose des servces Web nécessares pour termner mon procédé, est-ce que je peux utlser ces deux servces ensembles? Est-ce qu ls exgent une nteracton drecte entre eux ou ben je peux les coordonner mo-même? S je les lasse travaller entre eux pour mo, peut-l y avor des conséquences contre mes ntérêts? Est-ce qu ls peuvent fare des chox pour mo s je ne sus pas accessble? Dos-je surveller l nteracton de ces servces en permanence? Les nteractons sont souvent formalsées sous forme de procédés méters exécutés par une organsaton d une manère centralsée ou ben par un ensemble d organsaton d une manère décentralsée. Dans de nombreuses stuatons crtques, l est nécessare d assurer un certan degré de prépondérance entre ces deux modaltés d nteractons. Les crtères qu gouvernent les nteractons sont nombreux allant de la cohérence des nteractons mutuelles à l mplémentaton des nteractons en adéquaton avec les relatons de confance des organsatons. Les avancements dans les efforts de standardsaton coïncdent avec l émergence des nouvelles exgences en termes de contrôle des nteractons des servces autonomes. Notre traval se place à l ntersecton de ces deux contextes : les efforts de standardsaton et les besons de confguraton des servces composés qu sont régs par une multtude de besons à mesure de la maturaton de leur problématques. Dans ce cadre, le traval présenté dans cette thèse porte sur la défnton et la mse en œuvre d une méthodologe de geston de procédés méters destnés aux nouvelles exgences engrées par l AOS. Dans les grandes lgnes, l objectf vsé est de fournr un envronnement d exécuton de procédés méters orenté servces qu permet à un servce, non seulement d être composé au sen d un procédé méter, mas auss de pouvor établr des nteractons sophstquées égal-à-égal 2

19 restrentes par des crtères dvers. Cette motvaton est concrétsée par la producton et le déploement des procédés coopérants exécutés par les servces composés. Ces derners spécfent les nteractons que les servces dovent établr. Cette approche permet aux servces composés de se comporter dfféremment pour chaque composton qu ls font parte. En utlsant une approche délbérément formelle, la producton des procédés coopérants se fat à partr d une spécfcaton centralsée de la composton qu est consdérée comme une descrpton de workflow. Par la sute, la méthode de producton des procédés coopérants ntègre alors, sous formes d aspects non fonctonnels tels que les poltques du flux d nformaton, les restrctons qu gouvernent les nteractons des servces composés. L exécuton décentralsée du procédé avec les procédés coopérants produts après le tratement des poltques du flux d nformaton, montre la fasablté des compostons qu ne peuvent pas être exécutées par des conceptons centralsés tradtonnels. La dernère dmenson de la méthodologe de décentralsaton fournt un support pour le déploement dynamque et décentralsé des procédés coopérants. La réalsaton de l approche développée consste à mplémenter le déploement des procédés produts vers les servces composés. Cec consdère une mplémentaton de servce alternatve aux mplémentatons actuelles. L approche résde dans l utlsaton des standards pour la spécfcaton et l mplémentaton des compostons. Car les standards fournssent, non seulement un support pour l nteropérablté des applcatons, mas auss un envronnement pour l écheangéablté (la moblté) des spécfcatons codées en standards entre les servces. Organsaton du manuscrt Ce manuscrt se présente en 8 chaptres. Quelques annexes complètent le corps du texte avec notamment la prse en compte de détals de réalsatons logcelles. Chaque chaptre commence par une ntroducton qu présente le propos et l organsaton de son contenu. En outre, une secton de synthèse résume les contrbutons, l ntérêt, les dfférences par rapport aux travaux relatfs, et les lmtatons du traval présenté dans le chaptre. Les paradgmes, les concepts, les structures, et les algorthmes sont explqués sur des exemples typques pour mettre en évdence la dffculté des problèmes qu ls formalsent et les voes pour les résoudre. Le chaptre présent, Introducton, présente rapdement le contexte général. Le chaptre 2, Problématque générale et objectfs de la thèse, est consacré à une présentaton du contexte de notre traval et de la problématque générale de la thèse. Après une ntroducton au domane de l ngénere des procédés méters, les concepts approprés du domane de recherche sont brèvement explqués. Par la sute, les problèmes prncpaux de la thèse sont clarement posés : comment fournr les procédés qu dovent être exécutés par les servces composés afn d établr des nteractons égal-à-égal? quelles sont les restrctons qu gouvernent les nteractons des servces du pont de vue des flux d nformaton à respecter? quelles sont les restrctons archtecturales à respecter? Comment un procédé coopérant peut être déployé vers un servce? Un exemple llustratf est ntrodut pour faclter la compréhenson de la problématque. Le chaptre résume également les dées centrales, l approche et les contrbutons prncpales de la thèse. Le chaptre 3, État de l art, est dédé au parcours de la lttérature relatve à notre traval 3

20 Chaptre 1. Introducton dans l objectf de présenter un état de l art. Le rôle de ce chaptre, en permettant une ntroducton progressve des paradgmes, des concepts et des technologes par rapport aux défntons habtuelles dans le domane, est essentellement pédagogque. Une analyse crtque montre leur ntérêt et leur lmtes respectfs ans que leur caractère complémentare. Compte tenu du fosonnement actuel du domane, l est névtable que l état de l art ne trate pas de manère exhaustve l ensemble des travaux réalsés. Néanmons, l analyse fate couvre rasonnablement ben les prncpaux travaux pertnents, que ce sot en matère d archtectures et de technologes de servces, de paradgmes et de modèles décentralsés et de workflow. Plus précsément, l état de l art est présenté en tros sectons. Une premère secton présente les paradgmes de servce, pusque l utlsaton des spécfcatons standards pour les servces est consdérée comme centrale dans la thèse, examne la dversté de ces paradgmes et des approches prncpales à la problématque de composton des servces. La deuxème secton de ce chaptre porte sur l étude des paradgmes et à des systèmes décentralsés et égal-à-égal. Elle fat une comparason crtque des systèmes centralsés, des systèmes hybrdes et des systèmes totalement décentralsés. Elle examne auss les approches contradctores en mettant en avant les avantages et les lmtatons au nveau de la concepton et de la mse en œuvre, et en émettant les besons que dovent satsfare les procédés méters et les compostons de servces. Enfn, ce chaptre s ntéresse à l ntatve workflow qu est l émergence nformatque la plus générale du concept de procédé, et qu est auss à l orgne de l orchestraton des servces en commençant de façon un peu hstorque, et très rapdement, par la geston décentralsée de workflow. Nous termnons cette secton par un tableau qu synthétse les caractérstques de chacune des propostons de geston décentralsée de workflow. Le chaptre 4, La modélsaton d un procédé et sa décentralsaton par défaut, décrt le cœur du traval de thèse sous la forme d une technque de décentralsaton d une spécfcaton de procédé centralsé qu compose un ensemble de servces en un ensemble de procédés coopérants exécutés par les servces. Les procédés coopérants mettent en œuvre la sémantque centralsée comme nteractons d égal-à-égal entre les servces composés. Dans un contexte de workflow, une premère parte approfondt les types de stuatons et les dépances correspondantes que la technque de décentralsaton dot trater. Une seconde parte présente les algorthmes employés. D abord, les contours du modèle de procédé qu est utlsé dans ce chaptre et le reste de la thèse sont clarement dentfés. Les hypothèses concernant l nfrastructure de communcaton sousjacente et les procédés tratés sont présentées. Les structures de données et les algorthmes sont accompagnés des exemples de motvatons qu facltent leur compréhenson. Le chaptre dscute également la complexté et les lmtatons des technques présentées. L approche présentée est une soluton relatvement complète aux problèmes de la producton de procédés coopérants à partr d une spécfcaton centralsée. Elle consdère la décentralsaton des dépances de contrôles, de données, et conversatonnelles qu nécesste une consdératon plus profonde qu une approche ntutve. Par rapport aux travaux lés à l mplémentaton de la geston décentralsée de procédés méters qu portent sur la proposton des modules et de protocoles partculers employés par les servces, l approche présentée consdère le problème de décentralsaton du pont de vue de la producton de procédés coopérants. En conséquence, les résultats du chaptre, qu seront suvs par les consdératons archtecturales correspondantes dans le chaptre 7, sont la contrbuton postve à une geston décentralsée, unverselle et peu coûteuse des procédés. Le chaptre 5, Contrôle du flux d nformaton :Vers un modèle décentralsé effcace, met les contrbutons du chaptre précédent dans un contexte nter-organsatonnel plus applcatf. Le problème dont nous souhatons nous affranchr est essentellement l adaptaton de l approche orgnale aux restrctons secondares qu gouvernent les nteractons des servces 4

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