DECOUVERTE DE SERVICES WEB

Contexte et problématique

La diversité des sources de données distribuées et leur hétérogénéité est une des principales difficultés rencontrées par les utilisateurs du Web. Cette hétérogénéité peut provenir du format ou de la structure des sources (sources structurées : bases de données relationnelles, sources semi-structurées, ou non structurées). Le web sémantique permet de répondre à cette problématique en fournissant des mécanismes d’accès, à des sources de données distribuées et hétérogènes, normalisés et intelligibles pour les machines et les humains (Berners-Lee, et al., 2001). Cependant, il doit relever le challenge d’un nouveau passage à l’échelle en permettant un accès efficace, transparent et approprié à des données qui se situent dans un environnement MSSD (Multi-Sources, multi-Sites et multi-Domaines) pour des utilisateurs dont les préoccupations deviennent de plus en plus d’ordre sémantique et non plus simplement syntaxique car l’exigence de qualité de l’information devient une caractéristique récurrente pour les utilisateurs. Les besoins d’accéder de façon uniforme à des sources de données multiples et multimédias sont chaque jour, de plus en plus forts. Nos travaux de recherche s’intéressent aux systèmes multimédias. Ces systèmes sont devenus incontournables sur le web. On trouve ainsi tout naturel aujourd’hui d’intégrer la vidéo, le son ou la musique dans des applications diverses: éducatif, scientifique, médical, technique, administratif, commercial, culturel et artistique.

Par exemple, dans le domaine médical, à un patient peuvent être associées des images représentant des IRM ou des radiologies stockées sur un site 1, des documents sous forme XML contenant les comptes rendus de ces images stockés sur un site 2, des séquences audio-visuelles retraçant le film d’une opération médicale subie par le patient stockées sur un site 3, mais aussi d’autres documents multimédias traitant des pathologies ou encore d’études épidémiologiques stockés sur un site 4. Le besoin d’accéder à une information sémantiquement unifiée devient tout à fait légitime. L’accès aux données multimédias dans les systèmes distribués nécessite de gérer la volumétrie, la diversité des interfaces, le format de représentation, la localisation, etc. L’exigence de plus en plus forte des utilisateurs et des applications à vouloir intégrer la sémantique dans la recherche d’information pose de nouvelles questions à résoudre.

Actuellement, pour prendre en compte cette nouvelle complexité, on a tendance à s’orienter vers des solutions d’intégration ou d’interopérabilité qui sont souvent appliquées aux données relationnelles mais peu satisfaisantes ou du moins qui ne répondent que partiellement à ces besoins et aux exigences des données multimédias. Par définition, un système d’intégration de données est un système d’information qui intègre des données de sources différentes et fournit à l’utilisateur une vue uniforme et centralisée des données distribuées. Une des dernières techniques utilisée dans le cadre de l’intégration de données est l’utilisation des services web, considérés comme l’implantation la plus répandue de l’architecture SOA (Service Oriented Architecture). Par définition, les services Web sont des composants logiciels autonomes et auto-descriptifs et constituent par ce fait un nouveau paradigme pour l’intégration d’applications. La combinaison des technologies des services Web et du Web sémantique a mené au concept des services Web sémantiques. Cette combinaison doit permettre de décrire la sémantique des services web et de leurs fonctionnalités. Cependant, la prise en considération de l’aspect sémantique des services Web constitue par conséquent une proposition d’automatisation des différentes tâches de leur cycle de vie (description, découverte, composition, etc.).

La définition et la découverte d’un nouveau type de service adapté à l’accès aux données multimédia dans le contexte de systèmes de données distribués et hétérogènes est le noyau de nos travaux de recherche. L’état de l’art fournit de nombreux outils formels pour gérer les services d’accès aux données (au sens des bases de données relationnelles), on parle de DaaS (Data as a Service) ou service fournisseur de données (Vaculín, et al., 2008) (Carey, et al., 2012), mais on manque manifestement d’outils pour gérer des services web multimédias. C’est à ce verrou que nous consacrons ce travail de thèse qui se situe à la croisée des communautés RI (Recherche d’Information) et Services. Notre état de l’art a révélé qu’il y a assez peu de travaux qui se basent sur les services web multimédia, pour répondre à des requêtes utilisateurs dans le contexte des données hétérogènes et distribuées, comme nous l’envisageons. Notre contribution consiste à proposer une approche, basée sur les services web multimédias, capable de réaliser des médiations syntaxiques et sémantiques afin de répondre aux besoins de l’utilisateur.

Description sémantique des services MaaS

La définition et la description de la sémantique des services MaaS est la contribution clé de notre approche. Dans la littérature, de nombreux langages et approches ont été développés dans l’objectif de décrire la sémantique des services web. Nous citons par exemple OWL-S (OWL for Services), WSMO (Web Services Modeling Ontology) et SAWSDL (Semantic Annotations for WSDL and XML Schema). Ces approches utilisent les ontologies pour donner une description sémantique aux services web. Nous nous sommes intéressés dans ce travail de thèse à l’extension de ces approches pour décrire les services multimédia (MaaS). Nous avons défini le langage SA4MaaS (Semantic Annotation for MaaS services), une extension du langage SAWSDL, pour la description sémantique des services MaaS. Notre extension utilise deux types d’ontologies : (1) une ontologie de domaine contenant des concepts et des relations qui définissent l’aspect métier des services (e.g : médical, éduction, tourisme, etc.) ; (2) une ontologie multimédia contenant des concepts et des relations qui définissent l’ensemble des propriétés et annotations multimédia des services (e.g : format, location, information de création, etc.). À l’aide de cette nouvelle manière de décrire un service MaaS par le langage SA4MaaS, nous avons amélioré la précision de l’approche proposée. Les services S2 et S3 seront différents, ils ont la même description métier mais différent dans leur description multimédia.

Découverte et appariement sémantique des services MaaS Afin de résoudre le problème d’appariement entre la requête de l’utilisateur et les services MaaS, nous proposons un nouveau mécanisme d’appariement en s’appuyant sur la description enrichie des MaaS. Différentes approches de découverte et d’appariement des services web sémantiques ont été développés au cours des dernières années. Le but de ces approches est d’identifier un degré de similarité entre une requête et des services web. Nous avons défini une nouvelle approche pour la découverte des services MaaS, le matchmaker MaaS-MX (MaaS services Matchmaker). Le mécanisme d’appariement de MaaS-MX est réalisé en deux étapes : (1) un appariement métier et (2) un appariement multimédia. La deuxième étape est effectuée si et seulement si la première a réussi. Pour l’appariement métier, nous proposons un algorithme basé sur le calcul du degré de similarité entre, d’une part, les concepts sémantiques annotant les services MaaS ; et, d’autre part, ceux annotant la requête. Pour l’appariement multimédia, nous proposons un deuxième algorithme permettant de comparer la description multimédia des services MaaS et celle de la requête de l’utilisateur. La description multimédia des services MaaS est définie comme une requête SPARQL en utilisant des concepts d’une ontologie multimédia.

Architecture orientée service

Les dernières années ont été marquées par l’évolution rapide des systèmes d’information qui sont devenus de plus en plus distribués, complexes et coûteux en termes de gestion. Cette évolution du monde informatique a entraîné le développement de nouvelles architectures et technologies facilitant le déploiement des applications et leurs interactions. Parmi ces architectures, nous pouvons citer l’architecture orientée objet, l’architecture orientée composant et l’architecture orientée services. L’architecture orientée objet (Taylor, 1997) trouve son origine dans les années 1960 en particulier dans le domaine de la simulation avec la diffusion du langage Simula qui introduit la notion de classes et donc d’objets. Dans le cadre de cette architecture, des nouvelles technologies sont développées telles que DCOM, RMI et CORBA. L’architecture orientée composant étend et améliore les principes de l’approche orientée objet, elle consiste à déterminer les éléments architecturaux d’un système, c’est à dire les composants qui définissent les traitements métiers, les connecteurs qui décrivent les communications entre ces composants et la configuration qui représente la topologie des liens entre les composants. Cependant, cette architecture impose l’hétérogénéité technique des composants (i.e., hétérogénéité des langages de programmation : JEE, .NET ; hétérogénéité des protocoles de communication : IIOP, RMI; etc.).

Ce type d’hétérogénéité empêche les différents types d’applications telles que les applications web (e.g: PHP, ASP, JSP, etc.), et les applications mobiles (e.g: Android, IOS, etc.) d’interagir avec les composants logiciels. Ainsi, la forte dépendance qui existe entre les composants au-sein d’une application empêche leur évolution et leur maintenabilité (Malki, 2015). Ces lacunes ont donné naissance à une nouvelle architecture, l’architecture orientée service (SOA), plus agile et plus flexible permettant aux applications d’être indépendantes, autonomes et facilement intégrables. L’architecture SOA est une extension de l’architecture objet et de l’architecture composant, elle vise à apporter une grande flexibilité dans la maintenance et l’évolution des systèmes, et garantir un haut degré d’interopérabilité entre systèmes hétérogènes (Papazoglou, et al., 2008). Dans ce chapitre, nous décrivons dans un premier temps les concepts de base de l’architecture orientée service. Ensuite, nous présentons les services web qui représentent une des implantations les plus répandues de l’architecture orientée service. Nous terminons ce chapitre par la définition des services web sémantique ainsi des services web d’accès aux données, un type particulier des services web.

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Table des matières

TABLE DES MATIERES
TABLE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GENERALE
1.1 Contexte et problématique
1.2 Objectifs et challenges
1.3 Contributions
1.4 Organisation du mémoire
PREMIERE PARTIE CONCEPTS FONDAMENTAUX ET ETAT DE L’ART
CHAPITRE 2 ARCHITECTURE ORIENTEE SERVICE
2.1 Introduction
2.2 Définitions et principes de la SOA
2.3 Service web
2.4 Service web sémantique
2.5 Services web d’accès aux données
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 DESCRIPTION DE SERVICES WEB
3.1 Introduction
3.2 Description syntaxique
3.3 Description sémantique
Approches basées sur des langages sémantiques
OWL-S
WSMO
Approches de description à base d’annotations
WSDL-S
USDL
SAWSDL
3.4 Travaux de description des services web
DIANE Service Description, 2005
Travail proposé par (Martin, et al., 2007)
WSMO-Lite, 2007
Le langage YASA4WSDL, 2008
La plateforme PASiS, 2011
Travail proposé par (Brut, et al., 2011)
Travail proposé par (Christensen, et al., 2015)
3.5 Etude comparative des approches de description
Adaptabilité / Réutilisabilité
Extensibilité / Flexibilité
Explicité / Expressivité
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 DECOUVERTE DE SERVICES WEB
4.1 Introduction
4.2 Les approches non logiques
AASDU
DSD-matchmaker
iMatcher1
4.3 Les approches logiques
WSC
ALS
GR
PCEM
4.4 Les approche hybrides
OWLS-MX
FC-Match
WSMO-MX
SAWSDL-MX
4.5 Etude comparative des approches de découverte
Langage de description
Type d’appariement
Elément d’appariement
Degré d’appariement
Niveau d’automatisation
4.6 Conclusion
DEUXIEME PARTIE CONTRIBUTIONS 87
CHAPITRE 5 L’APPROCHE SESAM
5.1 Introduction
5.2 Rappel de la problématique
5.3 L’approche SeSaM
5.4 Présentation des principales notions de l’approche SeSaM
5.4.1 Les ontologies
L’ontologie métier
L’ontologie multimédia
5.4.2 Les services web multimédias
5.4.3 La requête utilisateur
5.5 Conclusion
CHAPITRE 6 LE LANGAGE SA4MAAS (DESCRIPTION SEMANTIQUE DES SERVICES MAAS)
6.1 Introduction
6.2 Motivations de la contribution
6.3 Le langage de description sémantique SA4MaaS
6.4 Exemple illustratif de description sémantique SA4MaaS
6.5 Conclusion
CHAPITRE 7 LE MATCHMAKER MAAS-MX (APPARIEMENT SEMANTIQUE DES SERVICES MAAS)
7.1 Introduction
7.2 Motivations de la contribution
7.3 Le matchmaker MaaS-MX
7.3.1 Appariement métier
7.3.2 Appariement multimédia
7.4 Exemple illustratif d’appariement sémantique MaaS-MX
7.5 Conclusion
CHAPITRE 8 PROTOTYPE ET EVALUATION
8.1 Introduction
8.2 Prototype
8.2.1 Module de description
8.2.2 Module d’appariement
8.3 Evaluation
8.3.1 Les mesures de performance
Rappel
Précision
F-Mesure
8.3.2 Types d’évaluation
8.3.2 Scénarios d’évaluation
Scénario Médical
Scénario Tourisme
8.4 Conclusion
CHAPITRE 9 CONCLUSION ET PERSPECTIVES
9.1 Résumé des contributions
9.2 Perspectives
LISTE DES PUBLICATIONS
BIBLIOGRAPHIE