Présentation du Groupe INFRES/S3 Systèmes, Logiciels (Software), Services Département Informatique et Réseaux

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1 Présentation du Groupe INFRES/S3 Systèmes, Logiciels (Software), Services Département Informatique et Réseaux infres.enst.fr/~demeure/s3 Animatrice : Isabelle Demeure isabelle.demeure@enst enst.fr

2 INFRES/S3 dans l organigramme de l ENST Direction de l ENST Dir. FI Dir. Recherche Dir. FC... COMELEC INFRES SHS TSI ICC Information, Cognition et Complexité S3 Systèmes, LogicielS, Services MIC2 Mathématiques de l Information, des Communications et du Calcul RMS Réseaux, Mobilité, Sécurité 2 2

3 Plan Les membres du groupe Les thématiques d enseignement recherche du groupe L enseignement La recherche Résultats en termes de publications et budget Quelques projets... Les activités du laboratoire matériel et logiciel 3 3

4 Membres du groupe S3 11 permanents 11 thésards 4 ingénieurs CDD 3 stagiaires

5 Trombinoscope des permanents de S3 Isabelle Demeure, Prof, Animatrice Patrick Busch, Technicien Philippe Dax, Directeur d Etudes, Support Systèmes Bertrand Dupouy, MC Serge Gadret, chargé d enseignt, support système Jérôme Hugues, MC Gérard Mouret, Ingénieur de Recherche, Resp. Labo Elie Najm, Professeur Laurent Pautet, Samuel Tardieu, Sylvie Vignes, Professeur MC MC 5 5

6 Doctorants (11) Doctorants encadrés par Isabelle Demeure : HoaHaDuong Xavier Gréhant Ludovic Martin, Zakia Kazi Aoul, Guilhem Paroux, Doctorant encadré par Elie Najm : Irfan Hamid, Doctorants encadrés par Laurent Pautet : Khaled Barbaria, Isabelle Perseil, Bechir Zalila, Etienne Borde Doctorant encadré par Jérôme Hugues : Olivier Gilles 6 6

7 Thématiques du groupe S3

8 Thématiques du groupe Architecture de systèmes informatiques soumis à des contraintes tq temps réel, embarqués, répartis, intégrant la mobilité, auto-configurables, adaptables, fiables Développement d intergiciels (middleware) composants/briques répondant à un besoin spécifiques, Intergiciels dédiés et solutions génériques. Modélisation fonctionnelle et comportementale pour spécificier, vérifier, guider le développement, valider SERVICES multimédia, mobile, Contraintes temporelles, mobilité, hétérogénéité INTERGICIEL Système d exploitation A RESEAU RESEAU Système d exploitation B Matériel C E D Matériel D 8 8

9 Caractéristiques du groupe Activités d enseignement et de recherche de tout groupe Beaucoup des travaux de l équipe donnent lieu au prototypage de «plates-formes» et services : Comme moyen de démonstration et d évaluation Pour la maîtrise des nouvelles technologies et l anticipation sur leur usage et leur évolution. Une partie des prototypes s appuient sur le laboratoire matériel Qui fait aussi des prestations pour des projets d autres groupes du département Une partie des membres du groupe font partie de l équipe de support système du département: Support des stations de travail, des ordinateurs personnels, du réseau, de l équipement vidéo du département INFRES Support aux projets de recherche et à l enseignement (TP, Projets) 9 9

10 Enseignements du groupe S3

11 Rappels sur l organisation de l enseignement à l ENST Cycle Optionnel Unifié (COU) Base des Connaissances Indispensables (BCI) Unités d Enseignement (UE) UE de projet UE de spécialité UE de base Modules (1A) P A R C O U R S Cycle ingénieur Mastères spécialisés Master of Science MSC Masters co-habilités 11 11

12 Détail des enseignements du groupe 1/3 BCI base de connaissances indispensables (1ère année) INF104 - Stations de travail & Archi. des systèmes (Resp. B. Dupouy) 5 Parcours ASTRE Appli. & Syst. Temps Réel Répartis Embarqués, Corres. : L. PAUTET. IDL - Ingénierie du logiciel, correspondante : S. VIGNES. SR Syst. Répartis et Services Réseau, Corres : I. DEMEURE & E. NAJM. SystEmbarq Archi. pour systèmes embarqués et la robotique, Corres : A. POLTI et S. TARDIEU. ThéoPaInfo - Théorie et paradigmes de l'informatique, Corres : S. TARDIEU. 4 Unités d'enseignement de base INF222 - Modèles et Vérification ; 3 occurrences annuelles (Resp : J. Hugues, S. Vignes, E. Najm). INF223 - Concurrence et communication ; 2 occurrences annuelles (Resp : B. Dupouy, L. Pautet). INF224 - Paradigmes de programmation ; 2 occurrences (Resp : S. Tardieu et E. Lecolinet). INF227 - Architecture et parallélisme ; 2 occurrences annuelles (Resp : B. Dupouy, G. Blanchet, A. Polti)

13 Détail des enseignements du groupe 2/3 6 Unités d'enseignement de spécialité INF341 Spécif., modélisation et conception de syst. logiciels S. VIGNES INF342 Syst. Embarqués Temps Réel L.PAUTET INF346 - Systèmes répartis I. DEMEURE INFRES352 - Modélisation et conception de services et logiciels répartis E. Najm INF355 - Paradigmes et langages non classiques S. TARDIEU ELEC344 Archi. des syst. embarqués, A. POLTI et S. TARDIEU UE de projet INF38x J. HUGUES et S. VIGNES coordonnent l'ensemble des projets logiciels d équipe qui font l objet d un suivi méthodologique et d un suivi scientifique et technique. ELEC381 - Projet archi. des syst. embarqués, A. POLTI & S. TARDIEU

14 Détail des enseignements du groupe 3/3 2 Mastères spécialisés Conception et Archi. de Syst. Informatiques (CASI), Responsable : I. Demeure Ingénierie du Logiciel (IDL), Responsable : S. Vignes 1 Master of Science "Networked Computing Systems", Responsable : I. Demeure. Co-habilitation de la Mention Informatique du Master 2 de l'université Pierre et Marie Curie (correspondante ENST : Isabelle Demeure), Filière "temps réel" du parcours SAR (Systèmes et Applications Répartis). Resp. L. Pautet. UE (les cours et TP ayant lieu dans les locaux de l'enst) : FSET - Fondements des Systèmes Embarqués Temps Réel, Resp : L. Pautet. ETER Environnements pour l'embarqué, le Temps Réel et la Répartition, Resp : L. Pautet. LS Langages Synchrones, Resp. : J. Hugues. ISE Ingénierie des Systèmes Embarqués, Resp. : J. Hugues

15 Recherche

16 Résultats : publications, budget Toute la recherche du groupe se fait dans le cadre du projet structurant SAFIR (Resp : Elie Najm) Publications du 1er janvier 2006 au 31 aout 2007, 50 entrées dans la base de publications : 3 revues 33 colloques avec actes 2 chapitres de livres 12 rapports de contrat, rapports techniques Eléments budgétaires (année 2006) Recettes projets : 429 Keuros, soit 23% réalisé INFRES Projets européens : recettes 216 Keuros IST-ASSERT, IST-POPEYE, et soldes de contrats Contrats Ministère (RNRT, ESA, ACI, etc) : recettes 130 Keuros ACI-EDEMOI, RNRT-Transhumance,... Contrats Industriels : recettes 83 Keuros Alcatel MOBIC, Adacore, CIFRE, etc Financement thésards (bourses) : 91 Keuros Recettes projets prévues sur 2007 : 516 Keuros 16 16

17 Travaux ingénierie des systèmes & logiciels Architecture de systèmes : 2 cibles privilégiées (contrats en cours, en particulier) : Systèmes temps réels fiables pour l'avionique, Systèmes pour réseaux mobiles adhoc. S ouvrir aux problématiques de grilles et de plate-formes pour simulation et jeux multi-joueurs. Développement d intergiciels Vers une chaîne complète de production d intergiciels pour systèmes embarqués temps réel Vers un intergiciel pour réseau mobile ad hoc (adaptable au contexte dynamique et spontané, sensible à l énergie...). Modélisation fonctionnelle et comportementale Vers un cadre méthodologique suivant l approche MDD (Model Driven Development) 17 17

18 Quelques projets de recherche Intergiciels critiques (Ocarina, PolyORB, IST-ASSERT) Techniques formelles appliquées à la sécurité des aéroports Projet EDEMOI, ACI ministère Intergiciels pour Réseaux Mobiles ad hoc (RNRT-Transhumance, IST-POPEYE) Une architecture orientée services pour la fourniture de documents multimédia composés adaptables (PAAM) Environnement musical virtuel personnalisé (RIAM SoundDelta) Wiki en mobilité (RNTL-XWIKI concerto) ASS CHALLENGERS : les Grilles et au-delà A vous de de choisir

19 Intergiciels pour systèmes critiques

20 Intergiciels pour systèmes critiques Les intergiciels sont des composants logiciels Réduction des coûts, réutilisation de l expertise MAIS restent un point névralgique Besoin de l industrie, standards, complexité En charge du bon fonctionnement du système Objectifs Guider les industriels dans le choix, l utilisation, l adaptation d intergiciels Fournir des preuves de bon fonctionnement Deux projets complémentaires : PolyORB et Ocarina 20 20

21 PolyORB: intergiciel schizophrène Modèle canonique d intergiciel Réutilisable, adaptable, configurable, mais surtout analysable Supporte de nombreux standards (CORBA, DDS, JMS) Utilisé par l industrie (contrat AdaCore): Eurocontrol, EADS, Indra & AWS (WEB) DSA (RPC) CORBA (DOC) OMG DDS Application personalities DIOP (UDP) MIOP (multicast) IIOP Neutral Core Layer SOAP Middleware functions Protocol personalities 21 21

22 AADL: configuration de l intergiciel Utiliser un intergiciel reste complexe Difficulté d apprentissage d un standard lourd Difficulté à analyser (utilisation des ressources) Proposition : utiliser les modèles pour aider l ingénieur Solution retenue: SAE AADL Architecture Analysis & Description Language Standard récent (2004), auquel nous contribuons AADL permet de décrire les entités interagissantes d un logiciel Ses propriété non fonctionnelles (QoS, etc) Pour permettre son analyse et la construction automatique du système à partir de sa description Projet: Ocarina, une bibliothèque pour AADL Parsers et afficheurs, Vérification sémantique, Transformation de modèle Configuration de l intergiciel Ocarina 1.1 Générateurs de code Ada/PolyORB et Ada,C /PolyORB-HI Vérification et validation Ordonnancement Réseaux de Petri 22 22

23 Exploitation 3 thèses soutenues, 5 en cours, 25 publications Partenariats AdaCore & ObjectWeb (middleware), Thalès (AADL), ARTIST2, ARTEMIS, SAE (AADL) Projets en cours IST-ASSERT (AADL), ANR Flex-eWare, Débouchés industriels PolyORB: AdaCore fournit le support auprès d EuroControl, EADS, TechnoServ, Ocarina: contacts avec Ellidiss 23 23

24 Démonstrateur ASSERT ASSERT: Construction de systèmes spatiaux prouvés Partenaires: ESA, MBDA, EADS Astrium, Scénario: un satellite envoie une consigne à deux autres Du modèle au code Capture des besoins Raffinement du modèle Analyses (ressources, etc.) Génération de code: Ocarina Contraintes du spatial Runtime adapté: PolyORB Prêt à fonctionner sur platesformes LEON 80% du code est déduit du modèle, restent les blocs fonctionnels purs à écrire, en général SDL, SCADE, 24 Concurrency view 1s Send LEON TSIM Physical view AADL Process as Partition SC_1 Sender_Thread Data_Source: out event data port SpaceWire AADL Thread as Ada Task object Data_Sink: in event data port Data_Sink: in event data port SpaceWire LEON TSIM Receiver Update + read Local Object update system implementation toy_example.sample_1 subcomponents P1 : processor the_processor; P2 : processor the_processor; GNC : process GNC_Proc; TMTC : process TMTC_Proc; properties Actual_Processor_Binding => reference P1 applies to GNC; Actual_Processor_Binding => reference P2 applies to TMTC; end toy_example.sample_1; 100 ms 100 ms Receiver_Thread Receiver_Thread Receiver Update SC_2 SC_3 read Local Object update LEON TSIM AADL Data as Ada Protected object 500 ms Read 500 ms Read Watcher_Thread Watch Watcher_Thread Watch 24

25 Techniques formelles appliquées à la sécurité des aéroports Projet EDEMOI, ACI ministère Sylvie Vignes Elaboration d'une DEmarche et d'outils pour la MOdélisation Informatique, la validation et la restructuration de réglementations de " sûreté " (sécurité), et la détection des biais dans les aéroports.

26 Objectif Deux points clés pour la sécurité des aéroports : La conformité aux standards La qualité, la consistance et la complétude des standards Objectif d EDEMOI : Utiliser des techniques de spécification formelle et de vérification du domaine de l informatique pour spécifier formellement et vérifier les règles et procédures de sécurité des aéroports. Fournir un référentiel structuré et si possible formel Vérifier/Tester l absence d erreurs Utilisation par les autorités de certification Comme support pour l apprentissage des réglementations Pour identifier des hypothèses cachées Pour permettre l évolution des standards Pour montrer la correction des procédures Comme support pour vérifier la conformité d un aéroport donné aux standards internationaux (génération de tests -> audit) Credit Photo : FOTAI 26 26

27 Security properties The primary security property can be stated as follows: P1 : Passengers, crew, ground personnel and the general public must be safeguarded against acts of unlawful interference (article 2.1.1, 2nd chapter of Annex 17) Set of preventive measures to achieve this goal (article 4.1, 4th chapter of Annex 17) Each Contracting State shall establish measures to prevent weapons, explosives or any dangerous devices which may be used to commit an act of unlawful interference, the carriage or bearing of which is not authorized, from being introduced, by any means whatsoever, on board an aircraft engaged in international civil aviation

28 Processus EDEMOI Test cases Step 1 : Goals are identified as security properties Step 4 : Tests are generated from the formal models Hierarchy of Security properties Step 2 : Class diagrams link goals to relevant domain elements UML diagrams (with UML profile) 28 B Formal Specification Step 3 : Class diagrams are linked to formal specifications 28

29 Current Results A requirements engineering approach based on a specific UML profile Detection of several NL imprecisions. 3 models of Annex 17 of ICAO/OACI UML diagrams B specification (4 Composants, 827 Lines, 253 Proofs) Focal specification (16 Modules, 4157 Lines, 35 Proofs) On-going contacts with the certification authorities ICAO/OACI and ECAC/CEAC 29 29

30 Intergiciels pour Réseaux Mobiles ad hoc Isabelle Demeure 3 thésards : Hoa Ha Duong,, Ludovic Martin, Guilhem Paroux 3 CDD : Francisco Bas, Javier Hernandez, Jaime Biosca 2 projets : RNRT-Transhumance, Transhumance, IST-POPEYE

31 Contexte Environnement MANET Mobile Ad hoc NETworks Réseau autoconfiguré (sans infrastructure préexistante) de terminaux mobiles Caractéristiques Gestion du réseau distribuée Terminaux mobiles Ressources potentiellement contraintes Energie, CPU, Stockage Bande passante et connectivité fluctuantes Topologie dynamique partition du réseau Terminaux : PDA ou Smartphones (RNRT-Transhumance) PC portable (IST-POPEYE) Dimensions du système RNRT-Transhumance : à taille humaine < 20 nœuds (organisation «plate») IST-POPEYE : 100 nœuds (organisation hiérarchique) Les utilisateurs se déplacent à pieds (<8 km/h) Applications collaboratives décentralisées 31 31

32 Scénario château de La Villette Un séminaire avec quelques centaines de participants est organisé au château de La Villette ne possèdant pas d infrastructure réseau. L'intergiciel installé sur les terminaux des participants permet la constitution d un MANET. Des outils collaboratifs sont déployés pour permettre aux participants de partager leurs documents et de travailler ensemble éditeur multi-utilisateur, partage de fichier, tableau blanc. L espace de travail est cohérent malgré les mouvements des participants. Les utilisateurs peuvent choisir un mode d économie d energie où en-dessous d un certain seuil, les fonctionnalités des services sont un peu dégradées pour permettre de prolonger la durée de vie de la batterie

33 Travaux Conception et prototypage d un intergiciel pour MANET Entièrement distribué (pas de serveur central) Sensible au niveau d énergie Offrant des service de partage de données évolués entre participants 33 33

34 Intergiciel adaptable à l'énergie pour MANETs Applications (Jeu, Chat, ) API INTERGICIEL (groupes, événements, ) Routage (OLSR) Pourquoi gérer l'énergie dans l intergiciel? PDA = réserve d'énergie limitée (autonomie : 3h) L'intergiciel est une nouvelle source de consommation Bande passante, CPU, Compléter la gestion de l'énergie faite par l'os et le matériel Adapter le fonctionnement de l'intergiciel en offrant moins de fonctionnalités mais en consommant moins Adaptation = Algorithme alternatif ou paramètre ajustable Protocole de transport avec ou sans ACK Rayon de connaissance du réseau Profondeur de recherche de service Réplication des données plus ou moins gourmande 34 34

35 Partage de données sur MANET Le partage de données Travail collaboratif sur des données partagées Données partagées sur un espace accessible par tous les utilisateurs (espace de partage) Défi Choix de ne pas utiliser de serveurs L espace de partage est créé par tous les utilisateurs La vue de l espace de partage peut être partielle Résistance à une partition du réseau et à la disparition des nœuds Réplication des données Persistance Accessibilité Maintien de la cohérence des réplicas Limiter la consommation énergétique d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 Sharing space A B C d 1 d 2 d 3 d 4 d A 1 View of A & B A B C d A 2 d A 3 d B 2 d B 3 d B 4 d d 4 1 d 5 View of C d C 1 d C 4 d C 5 ϕ memory ϕ memory ϕ memory 35 35

36 Wiki en mobilité (RNTL-XWIKI concerto)

37 Projet RNTL XWIKI Concerto Dates: début 2007 à fin 2008 Partenaires: XPertNet, INRIA, ENST (S. Tardieu), Mandriva, EISTI XWiki : logiciel libre d'édition collaborative utilisé principalement en entreprise. possède un système de gabarits permettant d'étendre facilement ses fonctionalités côté serveur. Le but de XWiki Concerto est d'apporter les fonctionalités suivantes à XWiki : édition du wiki en mode déconnecté (sur laptop ou tablette Internet) échange des informations en mode pair-à-pair redondance du stockage des informations pour augmenter la disponibilité et la tolérance aux pannes édition du wiki et notamment du contenu enrichi sur terminal aux capacités réduites 37 37

38 Environnement musical virtuel personnalisé (RIAM SoundDelta)

39 Projet RIAM SoundDelta Dates: début 2007 à fin 2008 Partenaires: ReMu, ENST (S. Tardieu, J-C Moissinac), LIMSI, L2TI Initiative d un artiste compositeur pour que des spectateurs évoluent dans un environnement musical virtuel personnalisé. Chaque participant est équipé d'un boîtier intelligent et d'écouteurs, qui lui permettent de recevoir un flux audio dépendant de sa position, de là où porte son regard et du temps. Par exemple, des sources virtuelles peuvent être portées par des objets du décor ou d'autres participants. L'ENST se charge de la localisation fine du participant, en combinant notamment le traitement du signal GPS avec les données provenant d'une centrale inertielle. À l'issue du projet, une expérience grandeur nature sera effectuée dans le quartier de la Goutte d'or à Paris avec 200 personnes

40 Une architecture orientée services pour la fourniture de documents multimédia composés adaptables Zakia Kazi-Aoul Directeurs de thèse Isabelle Demeure, Jean-Claude Moissinac

41 Scénario : «Suzy and her PDA» PDA : taille réduite de l écran, batterie faible Préférences de Suzy : Pas de vidéo si batterie faible, Texte en anglais Document composé sur «Shakira», mis sur Internet par un particulier (fan de shakira) Texte en français, Vidéo AVI, Image GIF, format PC 1600x1200 Texte en français Vidéo AVI Image GIF 1600x1200 Analyse du document Texte Image Traduction de texte Réduction taille image Texte traduit Transcodage Image image adaptée Reconstruction du document adapté Texte en anglais Audio MP3 Image JPEG 60x60 AudioVideo Transmodage Audio Document du fan Traitement adaptatif dans PAAM 41 Document adapté restitué à Suzy 41

42 PAAM : un système... qui adapte des documents multimédia composés au contexte d un utilisateur, dans le contexte d une application d échange de contenus, où les adaptateurs sont fournis par des noeuds distribués dans le réseau Adaptateurs offerts par des utilisateurs (ex: transcodeur vidéo AVI MPEG) Ou par des prestataires de services Défis : Analyser les documents composés et le contexte de l utilisateur pour décider des adaptations à réaliser Annoncer, rechercher et composer des adaptateurs Assurer le passage à l échelle, l extensibilité et la robustesse Système conçu et prototypé dans le cadre de la thèse de Zakia Kazi Aoul (soutenance automne 2007) 42 42

43 Contribution à Specific Support Action CHALLENGERS funded by the European Commission Les Grilles et au-delà Michel Riguidel Sylvie Vignes

44 Principaux instigateurs des grilles info. actuelles Les applications e-science émergentes : expériences à grande échelle, simulations, détecteurs interconnectés. Certaines applications e-business : finance, commerce Des capacités de calcul faramineuses De très volumineux flots de données. Digital Biology Life Sciences CERN High Energy Physics De nombreux experts (et ressources) appartenant à diverses organisations collaborent pour un travail de synthèse, modélisation, simulation, analyse et interprétation. Finance: Portfolio analysis Internet & Ecommerce 44 44

45 Les défis de l ASS CHALLENGERS Aller au-delà de la réussite des grilles scientifiques Se projeter en 2020 et au delà! Solliciter des experts aux compétences variées : sociologiques, en affaires internationales, juridiques et informatiques (dont concernant INFRES-S3) Infrastructure, support de transactions, sécurité, confiance, résilience Pour préparer de futurs appels à projets européens concernant : des grilles offrant des services de la vie quotidienne, de connaissances, de communication entre communautés virtuelles des grilles d entreprises ou organisations virtuelles 45 45

46 Le laboratoire matérielle en support des projets de recherche Gérard Mouret (Ingénieur de recherche) assisté de Patrick Busch (technicien)

47 Labo : plate-forme SPIF Plate-forme matérielle et logicielle pour des projets sur les systèmes temps réels embarqués. En 2002, projet AIRNET (ENST/Airstar/LIP6), SPIF est le système embarqué d un Ballon dirigeable lenticulaire En 2003, Projet ITEA-Ambience, SPIF sert de base à des routeurs mobiles Plateforme temps réel du labo, avec 6 cartes Spif accessibles par le réseau de l'école, OS RTEMS. Utilisée pour les TPs temps réel embarqué

48 Labo : détecteur de photons uniques Projet structurant TRAQUE (R.Alléaume). Construire un détecteur de photons uniques, sur fibre optique à 1550 nm, brique de base d'une liaison optique apte à supporter un protocole de cryptographie quantique. 3 entreprises dans le monde (1 en suisse, 2 aux US) commercialisent un produit entièrement intégré. Les détecteurs présents en France ont été soit achetés très chers ( cf équipe Gallion), soit assemblés à partir d'appareils de labo de physique (Orsay). Difficultés pour atteindre les -60 C, nécessaires au bon fonctionnement de la photodiode, pour réaliser l'électronique sensible capable de discriminer et d'amplifier le signal généré par la photodiode lors de la réception d'un seul photon

49 Labo : interfaces tangibles à retour tactile Projet structurant VIA (E.Lecolinet), projet Enéide, Environnements Numériques de Demain, du Pôle Cap Digital Nous avons réalisé les interfaces tangibles à retour tactile, suivantes : un stylet pour IPAQ, qui offre un retour d'information symbolique, sous une forme tactile via une cellule braille intégrée au stylet. un trackball Logitech modifié, qui retourne le même type d'information, sur le même principe que le stylet ci-dessus. une télécommande radio (ZigBee ), équipée d'un joystick (input) et d'une cellule braille (output). une balle de mousse, équipée pour l'instant d'un lien radio ZigBee et de 4 vibreurs indépendants, un sous chaque doigt