Дисертації з теми "Architecture systèm basée sur les modèles"

L'ingénierie logicielle vise à se rationaliser toujours plus et commence à atteindre des niveaux de productivité proches d'autres domaines, mécanique ou électronique par exemple. Notre approche vise la spécification de composants métiers réutilisables et composables dans des contextes (domaines) applicatifs différents. Nous proposons d'en faire des composants de modèles génériques paramétrés eux-mêmes par des ”modèles requis” et fournissant un modèle enrichi. On dépasse ainsi la notion de contrat d'assemblage de composants souvent réduite à une interface de services unitaires. La conception d'un système revient alors à assembler de tels composants par les modèles. Nous proposons pour cela un opérateur d'application de modèles paramétrés. Celui-ci permet de spécifier des assemblages à partir d'un ensemble de composants de modèles. Nous étudions des propriétés d'ordre permettant de garantir la cohérence des alternatives de composition. Ceci conduit à des règles et contraintes au niveau des modèles, afin d'assurer la cohérence de systèmes ainsi construits. Nous formulons une méta-modélisation de l'approche par extension du méta-modèle UML2 et un ensemble de contraintes. Nous proposons également différentes stratégies de mise en œuvre, sous la forme de patron de conception, permettant de préserver, jusqu'à l'exploitation, les qualités de structuration et de généricité obtenues au niveau modèle. Des projections ont été expérimentées sur différentes plates-formes à composants.

Le Système-de-Systèmes (SdS) devient l'un des principaux paradigmes pour l'ingénieriedes solutions de la prochaine génération, telles que les villes intelligentes, les bâtiments intelligents,les systèmes médicaux, les systèmes d'interventions d'urgence et les systèmes de défense. Parconséquent, l'intérêt apporté aux SdS, leur architecture et surtout leur sécurité est en croissancecontinue. Cependant, les caractéristiques de différenciation des SdS, telles que le comportementémergent et l'indépendance managériale et opérationnelle de ses constituants, peuvent introduiredes problèmes spécifiques qui rendent leurs modélisation, simulation et analyse de sécurité un déficritique. Dans cette thèse, nous étudions comment les approches du génie logiciel peuvent êtreétendues pour modéliser et analyser les architectures sécurisées de SdS, afin de découvrir lesattaques à fort impact (attaques en cascade) tôt à la phase d'architecture. Pour atteindre notreobjectif, nous proposons une méthode d'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM), nommée Systems-of-Systems Security (SoSSec), qui comprend: (1) un langage de modélisation (SoSSecML) pour lamodélisation des architectures sécurisées des SdS, et une extension des Systèmes Multi-Agents(SMA) pour l'analyse des architectures sécurisées des SdS; (2) les outils correspondants: un éditeurgraphique, un générateur de code, une extension de la plate-forme Java Agent Development (JADE)pour la simulation des SMA, un outil personnalisé pour l'enregistrement des résultats de simulation;et (3) un processus pour guider l'utilisation de la méthode SoSSec. Pour illustrer notre approche,nous avons réalisé un cas d'étude sur un bâtiment intelligent réel, le bâtiment de l'école de santé del'Université d'Adélaïde (AHMS)<br>Systems-of-Systems (SoS) is becoming one of the major paradigm forengineering next generation solutions such as smart cities, smart buildings, health-care, emergencyresponse and defense. Therefore, there is a growing interest in SoS, their architecture and speciallytheir security. However, SoS differentiating characteristics, such as emergent behavior andmanagerial and operational independence of its constituents, may introduce specific issues thatmake their security modeling, simulation and analysis a critical challenge. In this thesis we investigatehow Software Engineering approaches can be extended to model and analyze secure SoS solutionsfor discovering high impact attacks (cascading attacks) at the architecture stage. In order to achieveour objective, we propose a Model Driven Engineering method, Systems-of-Systems Security(SoSSec), that comprises: (1) a modeling description language (SoSSecML) for secure SoS modelingand an extension of Multi-Agent Systems (MAS) for secure SoS architecture analysis, (2) thecorresponding tools: a graphical editor, a code generator, an extension of the Java AgentDevelopment (JADE) MAS simulation framework, a custom logging tool, (3) an utilization process toguide the use of the SoSSec method. To illustrate our approach we conducted a case study on a reallifesmart building SoS, the Adelaide University Health and Medical School (AHMS)

Model-Based Software Engineering (MBSE) a été proposé comme une méthodologie prometteuse de développement de logiciels pour surmonter les limites de la méthodologie traditionnelle basée sur la programmation pour faire face à la complexité des systèmes embarqués. MBSE favorise l’utilisation de langages de modélisation pour décrire les systèmes d’une manière abstraite et fournit des moyens pour générer automatiquement de différents artefacts de développement, p.ex. code et documentation, à partir de modèles. Le développement d’un système complexe implique souvent de multiples intervenants qui utilisent différents outils pour modifier les artefacts de développement, le modèle et le code en particulier dans cette thèse. Les modifications apportées aux artefacts évoquent le problème de cohérence qui nécessite un processus de synchronisation pour propager les modifications apportées dans l’un artefact aux autres artefacts. Dans cette étude, le problème de la synchronisation des modèles d’architecture basés sur les éléments UML composite structure (UML-CS) et UML state machine (UML-SM) du langage de l’Unified Modeling Language (UML), et le code orienté objet est présenté. UML-CSs sont utilisés pour décrire l’architecture du logiciel basée sur les composants et UML-SMs pour les comportements discrets liés aux événements des systèmes réactifs. Le premier défi est de permettre une collaboration entre les architectes de logiciels et les programmeurs produisant de modèle et de code, en utilisant différents outils. Il soulève le problème de synchronisation où il existe de modifications simultanées des artefacts. En fait, il existe un écart de perception entre les langages à base de diagramme (langages de modélisation) et les langages textuels (langages de programmation). D’une part, les programmeurs préfèrent souvent utiliser la combinaison familière d’un langage de programmation et d’un environnement de développement intégré. D’autre part, les architectes logiciels, travaillant à des niveaux d’abstraction plus élevés, favorisent l’utilisation des modèles et préfèrent donc les langages à base de diagramme pour décrire l’architecture du système. Le deuxième défi est qu’il existe un écart d’abstraction significatif entre les éléments du modèle et les éléments du code: les éléments UML-CS et UML-SM sont au niveau d’abstraction plus élevé que les éléments du code. L’écart rend la difficulté pour les approches de synchronisation actuelles car il n’y a pas de façon facile de réflecter les modifications du code au modèle. Cette thèse propose une approche automatisée de synchronisation composée de deux principales contributions corrélées. Pour aborder le premier défi, on propose un patron méthodologique générique de synchronisation entre modèle et code. Il consiste en des définitions des fonctionnalités nécessaires et plusieurs processus qui synchronisent le modèle et le code en fonction de plusieurs scénarios définis où les développeurs utilisent différents outils pour modifier le modèle et le code. Cette contribution est indépendante de UML-CSs et UML-SMs. La deuxième contribution traite du deuxième défi et est basée sur les résultats de la première contribution. Dans la deuxième contribution, un mapping bidirectionnel est présentée pour réduire l’écart d’abstraction entre le modèle et le code. Le mapping est un ensemble de correspondances entre les éléments de modèle et ceux de code. Il est utilisé comme entrée principale du patron méthodologique générique de synchronisation entre modèle et code. Plus important, l’utilisation du mapping fournit les fonctionnalités définies dans la première contribution et facilite la synchronisation des éléments de UML-CS et UML-SM et du code. L’approche est évaluée au moyen de multiples simulations et d’une étude de cas<br>Model-Based Software Engineering (MBSE) has been proposed as a promising software development methodology to overcome limitations of traditional programming-based methodology in dealing with the complexity of embedded systems. MBSE promotes the use of modeling languages for describing systems in an abstract way and provides means for automatically generating different development artifacts, e.g. code and documentation, from models. The development of a complex system often involves multiple stakeholders who use different tools to modify the development artifacts, model and code in particular in this thesis. Artifact modifications must be kept consistent: a synchronization process needs to propagate modifications made in one artifact to the other artifacts. In this study, the problem of synchronizing Unified Modeling Language (UML)-based architecture models, specified by UML composite structure (UML-CS) and UML state machine (UML-SM) elements, and object-oriented code is presented. UML-CSs are used for describing the component-based software architecture and UML-SMs for discrete event-driven behaviors of reactive systems. The first challenge is to enable a collaboration between software architects and programmers producing model and code by using different tools. This raises the synchronization problem of concurrent artifact modifications. In fact, there is a perception gap between diagram-based languages (modeling languages) and text-based languages (programming languages). On the one hand, programmers often prefer to use the more familiar combination of a programming language and an Integrated Development Environment. On the other hand, software architects, working at higher levels of abstraction, tend to favor the use of models, and therefore prefer diagram-based languages for describing the architecture of the system. The second challenge is that there is a significant abstraction gap between the model elements and the code elements: UML-CS andUML-SM elements are at higher level of abstraction than code elements. The gap makes current synchronization approaches hard to be applied since there is no easy way to reflect modifications in code back to model. This thesis proposes an automated synchronization approach that is composed of two main correlated contributions. To address the first challenge, a generic model-code synchronization methodological pattern is proposed. It consists of definitions of necessary functionalities and multiple processes that synchronize model and code based on several defined scenarios where the developers use different tools to modify model and code. This contribution is independent of UML-CSs and UML-SMs. The second contribution deals with the second challenge and is based on the results from the first contribution. In the second contribution, a bidirectional mapping is presented for reducing the abstraction gap between model and code. The mapping is a set of correspondences between model elements and code elements. It is used as main input of the generic model-code synchronization methodological pattern. More importantly, the usage of the mapping provides the functionalities defined in the first contribution and eases the synchronization of UML-CS and UML-SM elements and code. The approach is evaluated by means of multiple simulations and a case study

Cette thèse s’intéresse à la déclinaison matérielle des concepts logiciels d’intergiciel et d’architecture logicielle à base de composants, conteneurs et connecteurs dans les réseaux de portes programmables in situ (Field-Programmable Gate Array - FPGA). Le domaine d’applications ciblé est la radio définie logiciellement (Software Defined Radio (SDR)) conforme au standard Software Communications Architecture) (SCA). Avec le SCA, les applications radio sont décomposées en composants fonctionnels, qui sont déployés sur des plateformes radios hétérogènes et distribuées. Ces composants fournissent et requièrent des interfaces logicielles abstraites décrites sous forme de signatures d’opérations dans le langage de modélisation unifié appelé Unified Modeling Language (UML) et/ou le langage de définition d’interface (Interface Definition Language - IDL) de l’intergiciel CORBA (Common Object Request Broker Architecture) standardisé par un consortium industriel appelé Object Management Group (OMG). Les besoins de portabilité et de réutilisation de ces composants requièrent que leurs interfaces abstraites définies au niveau système soient indépendantes d’une implémentation logicielle ou matérielle et puissent être indifféremment traduites dans un langage de programmation logiciel tel que C/C++, un langage système tel que SystemC au niveau transaction (Transaction Level Modeling - TLM), ou un langage de description matériel tel que VHDL ou SystemC au niveau registre (Register Transfer Level - (RTL)). Le besoin d’interopérabilité de ces composants requière des communications transparentes quelques soient leur implémentation logicielle ou matérielle et leur distribution. Ces premiers besoins ont été adressés en formalisant des règles de mise en correspondance entre des composants abstraits en OMG IDL3 ou UML2, des composants matériels à base de signaux en VHDL ou SystemC RTL, et des composants systèmes en SystemC TLM. Le deuxième besoin a été adressé en prototypant un intergiciel matériel utilisant de façon transparente le mapping mémoire et deux protocoles messages : CORBA General Inter-Object Request Broker Protocol (GIOP) et SCA Modem Hardware Abstraction Layer (MHAL)<br>This thesis deals with the hardware application of the software concepts of middleware and software architecture based on components, containers and connectors within Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs). The target application domain is Software Defined Radio (SDR) compliant with the Software Communications Architecture (SCA). With the SCA, software radio applications are broken into functional waveform components to be deployed on heterogeneous and distributed hardware/software radio platforms. These components provide and require abstract software interfaces described using operation signatures in the Unified Modeling Language (UML) and/or the Interface Definition Language (IDL) of the Common Object Request Broker Architecture (Corba) middleware, both standardized by an international software industry consortium called Object Management Group (OMG). The portability and reusability needs of these business components require that their abstract interfaces defined at a system level are independent of a software or hardware implementation and can be indifferently translated into a software programming language like C/C++, a system language like SystemC at transaction level (Transaction Level Modeling - TLM), or a hardware description language like VHDL or SystemC at Register Transfer Level (RTL). The interoperability need of SDR components requires transparent communications regardless of their hardware/software implementation and their distribution. These first needs were addressed by formalizing mapping rules between abstract components in OMG IDL3 or UML2, signalbased hardware components described in VHDL or SystemC RTL, and system components in SystemC TLM. The second requirement was addressed by prototyping a hardware middleware using transparently memory mapping and two message protocols: Corba General Inter-Object Request Broker Protocol (GIOP) and SCA Modem Hardware Abstraction Layer (MHAL)