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《摩哈迪亚工程学院,拉巴特穆罕默德五世大学合作博士学位论文》
́́ 0摩哈迪亚工程学院,拉巴特穆罕默德五世大学0巴黎第一大学 - 法国巴黎索邦大学0合作博士学位论文0获得以下学位:工程科学与技术博士0获得以下学位:巴黎第一大学 - 法国巴黎索邦大学博士0专业:计算机科学0图“状态约束转换”0用于系统形式化规范的语言0动态系统0提交并答辩:0Asmaa ACHTAICH02020年10月23日0在由以下人员组成的评委会前0Mohsine Eleuldj教授,拉巴特穆罕默德五世大学EMI,主席0Philippe Collet教授,法国蓝色海岸大学 - 尼斯,评委0Adil Anwar教授,拉巴特穆罕默德五世大学EMI,评委0Omar El Beqqali教授,FS Dhar El Mahraz - 费斯大学 - 摩洛哥,评委0Ounsa Roudiès教授,拉巴特穆罕默德五世大学EMI,导演0Camille Salinesi教授,巴黎第一大学 - 法国,导演0Nissrine Souissi教授,拉巴特矿业高级学院 - 摩洛哥,共同导演0Raul Mazo教授,布列塔尼高级技术学院 - 法国,共同导演 Mes sincères remerciements vont aux membres du jury, pour leur disponibilité, et l’attention qu’ils ont porté à bien vouloir participer à l’examen de ce travail. A Monsieur Mohsine ELEUDJ, président du jury, je vous remercie d’avoir pris de votre temps et vos ressources pour présider le jury de ma soutenance de thèse. Je suis honorée, et je tiens à vous exprimer mon immense joie et gratitude pour votre disponibilité. A Monsieur Philippe COLLET, Monsieur Adil ANWAR et Monsieur Omar EL BEQQALI, merci d’avoir accepté de rapporter cette thèse. Merci pour vos remarques pertinentes, 0致谢0在完成这篇论文的所有年份中,我无数次地设想和期待着未来,有时近,有时无限,思考并期待着能够最终撰写这一部分的那一天。这篇论文的冒险,就像你们中的大多数人一样,是一个故事,其中有许多主角。今天,我终于有机会和荣幸向他们表达我深深的感激和认识。0首先,感谢我的导师OunsaROUDIES女士,感谢她的耐心、友善、学术和精神上的支持,当一切都不顺利时,感谢她的可用性、鼓励和信任。您的严谨、对科学的尊重和对卓越的执着令人钦佩。我肯定从您的教导和建议中学到了很多。通过与您的交往,我也成为了一个更好的女性。0感谢我的导师CamilleSALINESI先生。一位伟大的教授,一位伟大的人。我要向您表达我对您教育和人文价值观的真诚敬意。在您的所有建议、决策和推荐中,您始终表现出无与伦比的成熟、智慧和知识。我特别感谢您接受共同指导这篇博士论文,如果没有您的指导和挑战,它肯定不会取得这样的成果,对此我非常感激。0感谢我的共同导师NissrineSOUISSI女士,如果没有她,这一切都不可能。感谢您的信任、可用性和对每一个细节和困难的反应。感谢您始终倾听、关心,但更重要的是高效。您的批判性和方法论为这篇论文提供了经常缺失的结构。非常感谢您的所有教导!认真、严谨和勤奋,带着一丝宽容和自信。0感谢我的协同导师RaulMAZO先生,感谢他的知识、严谨和追求完美的精神。感谢您在研究的各个环节中对我的支持和可用性,从理解到撰写。感谢您的鼓励和批评,感谢您的友谊、交流和慷慨。 pour vos critiques constructives, et pour le temps que vous avez consacré pour accroitre la qualité de ce mémoire. Je tiens à remercier tous les membres de la structure de recherche Siweb à l’École Mohammadia d’Ingénieurs, les professeurs Anouar, Assoul, Ouazzani de toujours garder leurs portes ouvertes à mes sollicitations, ainsi que tous les collègues, Farid, Ikram, Anass, Fadwa, Sihame, Mohammed, Younes, Hind, Naima … Merci pour votre amitié, vos conseils, et pour tous nos échanges. Je témoigne de ma sincère gratitude à tous les membres du Centre de Recherche en Informatique à l’Université Paris 1 Panthéon - Sorbonne, et principalement, au Dr. Diaz, pour ses conseils et son âme attentionnée et généreuse, et au Pr. Le Grand, pour l’exemple qu’elle représente de sérieux, d’attention et d’amabilité. Un grand merci aux Pr Rolland, et Souveyet, et aux Dr Kirsch Pinheiro, Deneckère, Rychkova et Nurcan pour leur accueil, intégration et orientation. A l’équipe de thésards du CRI, un grand Merci. A « mama » Angela, merci d’avoir « toujours » été à l’écoute. Merci pour tes directives et conseils. Merci pour ton cœur, et merci pour être ma famille dans mes jours les plus joyeux et les plus lugubres. A Elena E., merci pour nos longues marches et discussions nocturnes, merci pour ton amitié rafraichissante et unique. Et merci pour l’équilibre que tu apportes à tout ce que tu frôles. A Luisa, pour ton esprit brillant et généreux, à Danny, pour ses petits mots, et son grand impact, à Elena K., pour sa force et sa douceur, à Ali, pour son esprit de leadership, à Danillo, pour son âme généreuse, à David, pour sa bonne humeur, dans les jours les plus durs et les plus doux, à Amina, pour sa grandeur d’esprit, à Juan Carlos Muñoz, pour sa patiente et sa collaboration, à Raouia, pour son accueil et sympathie, à Juan-Carlos Martinez, pour sa gentillesse inégalée, et à Fabrice, pour ses discussions extraordinaires. Un grand merci à Abir, Sabrine, Houssam, Abdelkader, Afef, Indra, Lookman et Lamiae pour tout leur soutien. Je remercie, ma famille, pour leur soutien et leur prières. Mes amis (dans l’ordre chronologique), Laila et toute sa famille, Lamia, Zineb, Anas, Barkahoum, Zakarya, Assia, Abir, Asma, Meriem. Merci de m’avoir rassuré. Merci de m’avoir nourri, diverti, supporté. Merci d’être. Ma sœur Khadija, d’avoir toujours veillé sur moi. Ma Didou, d’être une lumière dans mes jours les plus lugubres. Ma sœur Hind, merci d’être prête à aller au bout du monde pour moi, figurativement et littéralement. Ma mère Amina, pour ses prières quand tous dorment, pour sa confiance, pour sa voie et voix immortelles. Mon père Naceur, pour son support et son amour inconditionnel, pour tout ce qu’il dit, sans rien dire. TJ. Pour tout ce qu’on a vécu. Pour tout ce qu’on sait. Pour tout ce qu’on sent. Pour tout ce qu’on sera. Noor, et ceux qui m’illumineront après. I Résumé Les systèmes de systèmes dynamiques sont composés de systèmes intelligents qui collaborent pour offrir des services. Souvent déployés dans des environnements dynamiques et hétérogènes, et grâce aux technologies de pointe de plus en plus accessibles et répandues, les systèmes de systèmes sont capables de collecter et communiquer l’information sur leur contexte en temps réel, notamment en vue d’en faire l’analyse. Un autre avantage important d’être constamment à l’écoute de cet environnement est la possibilité de se reconfigurer, éventuellement à distance, de manière à assurer une qualité et une durabilité de service conforme aux attentes des utilisateurs. Par ailleurs, les systèmes de systèmes sont par définition composés de sous-systèmes hétérogènes et indépendants, qui collaborent pour atteindre un objectif ultime. Ces caractéristiques, couplées à la nature dynamique des exigences font que leur spécification devient complexe. Cette thèse, consacrée à la spécification et la configuration des systèmes de systèmes dynamiques, prend le parti de se baser sur des principes de réutilisation pour la dérivation de configurations en vue de réaliser ceux-ci au fur et à mesure que le contexte ou les exigences évoluent. Le cadre des lignes de produits logiciels dynamiques (LdPD) est ainsi adapté puis exploité en tant que base conceptuelle. Le cas détaillé d’un système de systèmes dynamique d’irrigation « GreenLife » sert à illustrer la problématique et la typologie des exigences exprimées pour ce type de systèmes, et à présenter les démarches de spécification et de configuration proposées. La contribution principale réside dans la notation formelle State-Constraint Transitions (SCT). SCT est dédié à la spécification de systèmes de systèmes dynamiques, qui adaptent leur comportement en réponse à l'évolution du contexte et des exigences. D’un point de vue conceptuel, SCT est une variante des machines à états finis dont la puissance d’expression est étendue au moyen du concept de contraintes. Ce langage de spécification apporte une réponse aux verrous liés à la spécification d’exigences dynamiques en introduisant un concept d’état de configuration traduisant les exigences en contraintes qui permettent de contrôler l’adéquation des configurations à des contextes variables. Le pouvoir d’expression des approches LdPD existantes est ainsi étendu, en combinant la facilité d’utilisation des notations bien établies (notamment celles basées sur les caractéristiques, et celles basées sur les machines à états), avec la puissance d’expression et de calcul de la programmation par contraintes. Cette contribution est mise en œuvre au moyen du Framework Xtext. Elle a été évaluée avec trois cas d’application issus de trois domaines complètement différents : le système d’irrigation GreenLife, le réseau de capteurs sans fils Gridstix, et le système de train d'atterrissage LGS. L'évaluation est faite selon deux points de vue. D’un côté, elle montre l’indépendance du langage SCT par rapport à un domaine spécifique, évalue son pouvoir d’expression et sa capacité à passer à l’échelle pour spécifier des systèmes de grande taille. Et de l’autre, elle décrit les propriétés contribuant à l’efficacité perceptive de la notation SCT. 0* 关键词*:动态系统,物联网,软件产品线,有限状态机,约束,需求工程,规范语言,复杂系统! II 0摘要'0动态系统!系统!(DySoS)由智能系统组成,它们共同工作以提供特定的服务。通常部署在动态和异构的环境中,并且由于越来越容易访问和广泛使用的先进技术,这些系统能够实时收集和传递有关其环境的信息,以便进行分析,并最终根据推断的结果采取行动。了解环境的另一个重要优势是可能进行自我重构,可能是远程进行,以确保服务的质量和持久性符合用户的期望。此外,系统的系统由一组异构和独立的子系统组成,它们协作实现最终目标。这些特征,再加上需求的动态性,使得它们的规范复杂。本论文致力于动态系统的规范和配置,从推导配置的重用原则开始,随着上下文或需求的演变而实现。动态软件产品线(DSPL)的框架因此被调整并用作概念基础。动态灌溉系统“GreenLife”的详细案例用于说明此类系统的问题和需求类型,并介绍了所提出的规范和配置方法。主要贡献在于状态约束转换(SCT)形式语言。SCT专用于动态系统的规范,其根据不断变化的上下文和需求调整其行为。从概念上讲,SCT是有限状态机(FSM)的一种变体,通过约束的概念扩展了其表达能力。这种建模语言通过引入配置状态的概念,将需求转化为约束,从而控制配置在可变环境中的适应性。现有DSPL方法的表达能力因此得到扩展,将成熟的符号(特别是基于特征和基于FSM的符号)的易用性与约束编程方法的计算能力和表达能力相结合。此贡献使用Xtext框架实现,并通过三个不同领域的三个应用案例进行评估:GreenLife灌溉系统、Gridstix无线传感器网络和LGS起落架系统。评估从两个角度进行。一方面,它展示了SCT语言与特定领域的独立性,评估了其表达能力以及其规模化指定大型系统的能力。另一方面,它描述了有助于SCT符号感知效率的属性。*关键词*:动态系统,物联网,车队,动态软件产品线,有限状态机,约束,需求工程,建模语言 III (2019). 0出版物'0I. 发表在索引的同行评审期刊上的出版物0国际*:**01. Achtaich,A.,Salinesi,C.,Souissi,N.,Mazo,R!和Roudies,O!指南!0物联网需求规范: 智能汽车的案例. 物联网协议和0应用于改善工业, 环境和社会的应用. 章节, 书籍0章节. (2020). DOI: 10.4018/978-1-7998-6463-902. Achtaich, A., Souissi, N., Roudies, O., Salinesi, C. and Mazo, R. 基于约束的0自适应处理方法: 智能灌溉系统的案例0国际高级计算机科学与应用期刊. 第10卷, 第7期,0DOI: 10.14569/IJACSA.2019.010072703. Achtaich, A., Mazo, R., Souissi, N., Salinesi, C., Roudies, O. 管理能力0移动和物联网设备: 一个评估框架. 国际期刊0工程与先进技术期刊 (IJEAT), ISSN: 2249-8958 (在线), 第8卷0第6期, 第420-430页 (2019).0DOI: 10.35940/ijeat.E7822.08861904. Achtaich, A., Souissi, N., Mazo, R., Roudies, O., Salinesi, C. DSPL设计框架0用于SAS的约束: 智能建筑示例. EAI认可的智能0城市. 第2卷, 第8期, e1 (2018).0DOI: 10.4108/eai.26-6-2018.1548290II. 在国际同行评议会议上的交流0国际基于工作室的数据库与会议论文出版:**05. Salinesi, C., Rohleder, C., Achtaich, A., Kusumah, I., Innocrowd, A. 对0基于物联网的工程产品开发, 计算机国际会议0科学与信息技术国际会议 (COSIT), Zurich, Switzerland (2020)06. Achtaich, A., Roudies, O., Souissi, N., Salinesi, C., Mazo, R. 状态评估0约束转换建模语言: 一种目标问题度量方法 0IV0第23届国际系统和软件产品线大会0(SPLC), Paris, France (2019)0DOI: 10.1145/3307630.334241707. Achtaich, A., Souissi, N., Mazo, R., Salinesi, C., Roudies, O. 设计框架0智能物联网适应性. 第一届国际EAI会议0发展中国家的新兴技术. (AFRICATEK), 讲义0计算机科学研究所, 社会信息学与电信学院0工程, 第206卷, ISBN: 978-3-319-67836-8, Marrakech, Morocco (2017)0DOI: 10.1007/978-3-319-67837-5_608. Achtaich, A. 向物联网设备监控平台迈进, 论文集0第8届青年研究员论坛, INFORSID大会, Grenoble, France (2016)09. Achtaich, A., Roudies, O., Souissi, N., Salinesi, C. 选择SPL建模语言:0实用指南, 第三届世界复杂系统大会 (WCCS), Marrakech,0Morocco (2015)0DOI: 10.1109/ICoCS.2015.74833120III. 在博士论文中的交流:**010. Achtaich, A., Salinesi, C., Mazo, R. Roudies, O., Souissi, N. 多实例监控和0配置. 巴黎第一大学-国家信息学与自动化研究中心 (2017)011. Achtaich, A., Salinesi, C., Mazo, R. Roudies, O., Souissi, N. 移动多实例化0设备群. 巴黎第一大学-国家信息学与自动化研究中心 (2015)012. Achtaich, A., Roudies, O., Souissi, N. 移动开发趋势, Journées0信息与通信技术博士学位!拉巴特,0摩洛哥!(2014)! V 0缩写列表0法语缩写0A/H+ 秋冬季!0CdE+ 断电!0IDM+ 模型驱动工程!0IdO+ 物联网!0IS+ 系统工程!0LdP+ 软件产品线!0LdPD+ 动态软件产品线!0MA+ 学习模型!0MC+ 配置模型!0MCA+ 应用上下文模型!0MCD+ 领域上下文模型!0MCP+ 公共知识模型!0MP+ 感知模型!0MrC+ 重新配置模型!0MV+ 可变性模型!0OQM+ 目标问题度量!0P/E+ 春夏季!0PdSC+ 约束满足问题!0SdS_Dy+ 动态系统的系统!0英语缩写0C+ 约束!0CL+ 关注级别!0CP+ 约束编程!0CS+ 组合状态!0GORE+ 目标导向需求工程!0LGS+ 起落架系统!0MAPE+ 监控分析计划执行!0MC+ 配置模型!0REFAS+ 自适应系统需求工程!0S+ 状态!0SCT+ 状态约束转换!0SSC+ 简单状态约束!0T+ 过渡!0V+ 可变性!0SPL4DSoS+ 软件产品线框架!用于(4)个动态系统的系统!0NoE+ 无电!0SS+ 春夏季!0AW+ 秋冬季! VI 2.4.2.2. Les exigences d’Application ............................................................................................................................ 34 2.4.2.3. Exigences d’Adaptation ..................................................................................................................................... 36 2.5. Conclusion ........................................................................................................................................................................ 38 0目录0图表列表&..............................................................................................................................................................&XI !0表格列表&.......................................................................................................................................................&XIII !0&总体介绍&...............................................................................................................................&1 !01.1. ! 背景)...............................................................................................................................................................................)2 !01.2. ! 动态系统的特点)........................................................................................)3 !01.3. ! 研究问题)....................................................................................................................................)4 !01.3.1. ! 需求类型的可变性)....................................................................................................)5 !01.3.2. ! 多视角表示)...................................................................................)6 !01.3.3. ! 需要具有可扩展的规范机制)........................................................................................)7 !01.3.4. ! 需要具有动态配置机制).................................................................................)8 !01.4. ! 研究)假设).............................................................................................................................................)8 !01.5. ! 方法论).....................................................................................................................................................................)9 !01.6. ! 论文的)贡献)...........................................................................................................................................)11 !01.7. ! 论文的)组织)..........................................................................................................................................)11 !0第一部分!动态系统建模:概述& 14 !0研究需求:GreenLife案例&15 !02.1. ! 引言).....................................................................................................................................................................)16 !02.2. ! GreenLife)解决方案)...................................................................................................................................................)16 !02.2.1. ! 灌溉器)...................................................................................................................................................................)17 !02.2.2. ! 屋顶)..........................................................................................................................................................................)18 !02.2.3. ! 执行器)...................................................................................................................................................................)19 !02.2.4. ! 水源)...............................................................................................................................................................)20 !02.2.5. ! 传感器)................................................................
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