Dynamic Synthesis of Mediators in Ubiquitous Environments

Synthèse dynamique de médiateurs dans les environnements ubiquitaires

Amel Bennaceur (1)

1 ARLES - Software architectures and distributed systems

Given today's highly dynamic and extremely heterogeneous software systems, automatically achieving interoperability between their software components -- without modifying them--- is more than simply desirable, it is fast becoming a necessity. Although much work has been carried out on interoperability, existing solutions have not fully succeeded in keeping pace with the increasing complexity and heterogeneity of modern software, and meeting the demands of runtime support. These solutions either require developers to implement mediators, which are software entities that reconcile the differences between the implementations of software components so as to enable them to work together, or generate mediators based on declarative specifications of the composition of components or correspondences between the components' interfaces. Due to their dependency on such specifications, existing solutions are insufficient for ubiquitous environments where software components meet dynamically and interactions take place spontaneously. The main contribution of this thesis is to define an approach and provide a supporting tool for the automated synthesis and deployment of mediators in order to enable heterogeneous software components, with compatible functionalities, to interoperate. The synthesised mediators reconcile the differences between the interfaces of the components and coordinate their behaviours from the application down to the middleware layers. In this thesis, we show that ontology reasoning, constraint programming, and automata techniques can provide the basis for a practical and sound solution to automate the synthesis of mediators at both design time and runtime. The full automation of mediator synthesis removes the need for solutions requiring declarative, often detailed, specifications of how to perform mediation. We validate our approach through the development of a tool, MICS, and its experimentation with a number of case studies ranging from heterogeneous chat applications to emergency management in systems of systems. Through these case studies, we demonstrate the viability and efficiency of the automated synthesis of mediators to enable functionally-compatible software components to interoperate seamlessly.

Assurer l'interopérabilité de manière dynamique et automatique demeure un enjeu majeur dans le développement et la mise en œuvre des systèmes logiciels modernes. En effet, ces systèmes comprennent souvent plusieurs composants qui fonctionnent conjointement afin de satisfaire aux exigences des utilisateurs. Toutefois, les disparités pouvant exister entre les interfaces et les comportements de ces composants les empêchent de fonctionner ensemble, c'est-à-dire d'interopérer. Les solutions existantes visent à concilier ces disparités à travers la mise en œuvre d'intergiciels ou la génération de médiateurs. La mise en œuvre d'intergiciels n'offre qu'une solution statique, inadaptée aux environnements fortement dynamiques, tels que les environnements ubiquitaires. Les approches pour la génération de médiateurs requièrent que les correspondances entre les interfaces des composants soient préalablement spécifiées, et n'offrent de ce fait qu'une solution partiellement automatique à l'interopérabilité. Ainsi, les solutions existantes se révèlent souvent insuffisantes, particulièrement dans les environnements où les composants devant interopérer ne sont connus qu'à l'exécution. Dans cette thèse, nous définissons une approche à l'interopérabilité basée sur la synthèse automatique de médiateurs. Tout d'abord, nous intégrons la programmation par contraintes et le raisonnement ontologique afin d'inférer les traductions nécessaires pour pallier les différences entre les interfaces des composants. Ces traductions servent de base à la synthèse de médiateurs qui coordonnent les comportements des composants afin de garantir l'absence d'interblocage lors de leurs interactions. Enfin, nous procédons à l'analyse et la génération des messages au niveau intergiciel de façon à implémenter ces médiateurs. Pour valider notre approche, nous avons développé un prototype, appelé MICS, qui effectue la synthèse dynamique de médiateurs afin d'assurer l'interopérabilité entre composants en dépit de leurs différences aussi bien au niveau applicatif qu'au niveau intergiciel. Nous avons également expérimenté MICS en considérant plusieurs cas d'études allant de la médiation entre messageries instantanées à la gestion de l'interopérabilité dans les systèmes de systèmes. Cela nous a permis d'une part de démontrer la viabilité de notre solution et d'autre part d'évaluer son efficacité.

Mots clés: Interoperability; Mediators; Middleware; Software Composition; Automation; Behaviour; Ontology; Reasoning

Mots clés: Interopérabilité; Médiateurs; Intergiciel; Composition logicielle; Automatisation; Comportement; Ontologie; Inférence

Domaines: Informatique ubiquitaire; Génie logiciel [cs.SE]

Amel Bennaceur. Dynamic Synthesis of Mediators in Ubiquitous Environments. Ubiquitous Computing. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00849402v2⟩