La sélection des services web composés à base de QoS

Services web

Contexte

Avec une évolution exponentielle dans le temps, les SI (Systèmes d’Informations) sont devenus plus complexes et plus hétérogènes en raison de la diversité des besoins, des exigences des clients, et de la grande masse d’information stockée et manipulée par les internautes. Les infrastructures publiques et privées du secteur informatique sont de plus en plus multiplateformes, multifournisseurs et distribuées à grande échelle. Dans une telle situation, nombreux sont les professionnels de l’informatique qui considèrent que l’interopérabilité est un aspect aussi important que la sécurité et la fiabilité pour la gestion de leurs SI et leurs environnements de fonctionnement. Assurer l’interopérabilité est l’une des clés de succès de développement et de l’intégration des grands systèmes d’information. Cet objectif présente le noyau des travaux de recherches dédiés à l’amélioration des architectures, des plateformes et des technologies de développement des systèmes d’information depuis les méthodes cartésiennes jusqu’aux architectures orientées services, plus connues sous l’abréviation SOA (Service Oriented Architecture) [Josuttis, 2007].

Ces dernières présentent actuellement la vision architecturale des SI modernes. Dans la littérature, nous pouvons trouver plusieurs définitions relatives à l’architecture orientée services. Dans [Josuttis, 2007], le modèle SOA est défini comme un paradigme permettant d’organiser et d’utiliser des savoir-faire distribués pouvant être de domaines variés. Cela fournit un moyen uniforme d’offrir, de découvrir, d’interagir et d’utiliser des savoir-faire pour produire le résultat désiré avec des pré-conditions et des buts mesurables. SOA est un style architectural qui permet de construire des solutions d’entreprises basées sur les services. Au début, sa mise en place a été basée sur les technologies et les middlewares conçus pour le modèle « objets distribués » comme CORBA, RMI et DCOM. Cependant, chacune de ces technologies propose sa propre infrastructure, ce qui impose une forte liaison entre les services fournis et leurs consommateurs.

Objectifs

Bien que les applications à base de services web soient récemment proposées, elles connaissent un engouement et focalisent l’attention d’un bon nombre de professionnels dans le domaine des technologies de l’information et de la communication. Les atouts qui caractérisent les architectures orientées services c’est-à-dire l’utilisation de standards et l’indépendance vis-à-vis des technologies d’implémentation, la distribution des services sur des réseaux à large échelle ou encore le faible couplage entre les services favorisent la flexibilité et l’adaptabilité des systèmes adoptant ce modèle. Pour assurer l’interopérabilité et l’échange inter-entreprises (B2B), nous devons concevoir des mécanismes pour découvrir et sélectionner les services web. Nous notons que l’augmentation considérable du nombre de services sur la toile et le caractère dynamique et volatile de ces entités compliquent de plus en plus ces tâches. Plus nous automatisons ces étapes, plus nous gagnons en termes d’interopérabilité [Benatallah et al., 2005a]. L’objectif de cette thèse est de présenter des approches efficaces pour automatiser ces deux phases (découverte et sélection) répondant aux besoins fonctionnels de l’utilisateur mais aussi à ses préférences et exigences particulières. Notre idée est d’exploiter les techniques d’optimisation combinatoire et la décision multi-critères pour la découverte et la sélection des services web sémantiques, tout en proposant des mécanismes intelligents pour d’une part optimiser le temps d’exécution et, d’autre part, améliorer la qualité des résultats en termes de précision et rappel.

Problématique de la découverte des services web sémantiques

La découverte des services web représente un axe de recherche émergeant. Selon le W3C, la découverte de services est définie comme suit : “Web service discovery is the act of locating a machine-processable description of aWeb service that may have been previously unknown and that meets certain functional criteria. It involves matching a set of criteria with a set ofWeb service descriptions. The goal is to find an appropriate Web service” [Group et al., 2004]. L’annuaire standard UDDI (Universal Definition and Description Integration) permet à l’utilisateur la sélection des services web publiés répondant à sa requête, en fournissant un mécanisme de découverte fondée sur une recherche syntaxique par mots-clés. Toutefois, la solution offerte par l’UDDI est limitée par le fait qu’elle est incapable de découvrir des services dont les éléments de description ne sont pas syntaxiquement les mêmes que les mots clés spécifiés par l’utilisateur. La tendance actuelle de la communauté des chercheurs est d’exploiter les technologies du web sémantique, par exemple OWL (Ontology Web Langage) [Bechhofer, 2009], afin d’enrichir les services web de descriptions sémantiques. Ainsi, ces services sont, d’une part, aussi compréhensibles par les agents logiciels que par les utilisateurs humains, et d’autre part, ils permettent une interprétation correcte des informations envoyées et reçues dans le cadre de découverte, d’invocation et de composition [Berners-Lee et al., 2001].

Étant donné un besoin d’un utilisateur, qui peut être présenté sous la forme d’un ensemble de concepts d’entrées, de concepts de sorties, et éventuellement des descriptions informelles de la fonctionnalité du service, nous devons créer des mécanismes qui comparent ces besoins avec l’ensemble des services publiés. Ces mécanismes doivent gérer la sémantique. De plus, ils doivent avoir une bonne performance en termes de rappel, de précision et de temps d’exécution. Dans ce contexte, divers travaux de découverte de services web ont été alors réalisés. Ils se répartissent en trois catégories d’approches : les approches logiques, les approches non-logiques et les approches hybrides. Les approches de découverte non-logiques sont basées généralement sur le calcul de la similarité entre la description des services et la description des requêtes (à base d’ontologies). Par contre les approches de découverte logique sont basées essentiellement sur des approches déductives. Les approches hybrides quant à elles, utilisent une combinaison d’algorithmes logiques et non logiques. L’idée est de remédier à certaines limites de chacune de ces deux classes grâce à différentes combinaisons hybrides qui réussissent là où chacune de ces deux approches échoue.

Problématique de la sélection des services web sémantiques

En général, les requêtes de l’utilisateur (composées de concepts d’entrée et de concepts de sortie) ne sont pas satisfaites par un seul service web mais par une composition de services. Les services constituant ces différentes compositions se distinguent les uns des autres par leurs propriétés non fonctionnelles, comme les critères de Qualités de Service (réputation, fiabilité, durée d’exécution etc.). La sélection à base de Qualités de Services (QoS) consiste à choisir parmi les services web découverts de chaque tâche, ceux qui répondent au mieux aux exigences de l’utilisateur (sur la base des besoins non fonctionnels QoS). La sélection de services web basée sur QoS « QoS-aware web service composition » dépend de la spécification adoptée lors de la définition des critères QoS et du profil QoS du service web. Ce problème est une instance des problèmes combinatoires. C’est une version multidimensionnelle du problème du sac à dos connu pour être NP-difficile [Alrifai et al., 2012]. Par conséquent, toute solution exacte à ce problème nécessite un temps d’exécution exponentiel, et de ce fait, nous ne pouvons garantir les exigences temps réel des utilisateurs.

Table des matières

1 Introduction Générale 
1.1 Contexte
1.2 Objectifs
1.2.1 Problématique de la découverte des services web sémantiques
1.2.2 Problématique de la sélection des services web sémantiques
1.3 Contributions
1.4 Organisation du mémoire
2 Technologies des Services Web
2.1 Introduction
2.2 Service web
2.2.1 Définition
2.2.2 Architecture des services Web
2.2.2.1 Architecture de référence
2.2.2.2 Architecture étendue
2.2.3 Les langages et protocoles utilisés par les services web
2.2.3.1 Echange avec SOAP-Simple Object Access Protocol
2.2.3.2 Description avec WSDL-Web Services Description Language
2.2.3.3 Recherche avec UDDI- Universal Discovery Description and Integration
2.3 Services web sémantiques
2.3.1 Langages de description de services Web sémantiques
2.3.1.1 SAWSDL
2.3.1.2 OWL-S
2.3.1.3 WSMO
2.4 Conclusion
3 La découverte des services web sémantiques
3.1 Introduction
3.2 Etat de l’art
3.2.1 Approches logiques
3.2.2 Approches non logiques
3.2.3 Approches hybrides
3.3 Etude comparative
3.4 Conclusion
4 La sélection des services web composés à base de QoS
4.1 Introduction
4.2 Formalisation du problème
4.3 Etat de l’art
4.3.1 Approches exactes
4.3.2 Approches heuristiques (approximatives)
4.3.3 Approches à base de métaheuristiques
4.3.4 Les approches basées sur la dominance au sens de Pareto
4.4 Conclusion
5 Approches proposées
5.1 Introduction
5.2 La découverte des services à base d’agrégation floue de mesures de similarités
5.2.1 Exemple de motivation
5.2.2 Formalisation du problème
5.2.3 La relation de Pareto dominance
5.2.4 La fonction fuzzy dominance
5.2.5 Le score fuzzy dominating
5.2.6 Algorithme d’agrégation basé sur la dominance floue
5.2.7 Algorithme d’Optimisation des essaims de particules (PSO)
5.3 La sélection des services web basée sur les méta-heuristiques
5.3.1 Introduction
5.3.2 Formalisation du problème
5.3.3 La sélection des services web basée sur l’algorithme Harmony Search
5.3.3.1 Principe de l’algorithme Harmony Search
5.3.3.2 Algorithme HS pour le problème de la sélection des services web
5.3.4 La sélection des services web basée sur l’algorithme de sélection clonale
5.3.4.1 Principe de l’algorithme de la sélection clonale
5.3.4.2 Adaptation de l’algorithme de la sélection clonale au problème de la sélection des services web
5.3.5 La sélection des services web basée sur un algorithme hybride de sélection clonale et l’optimisation par essaim particulaire (PSO)
5.4 Conclusion
6 Implémentation et expérimentations
6.1 Introduction
6.2 Présentation du système de sélection et de découverte : DSS
6.2.1 Fonctionnalités du système
6.2.1.1 Répertoire des Services Web Sémantiques
6.2.1.2 Collection d’Ontologies
6.2.1.3 Requête d’Utilisateur
6.2.1.4 Module d’Analyse des Descriptions de Services Web (Parsing)
6.2.1.5 Module de découverte sémantique de services web .
6.2.1.6 Module de sélection de service
6.3 Corpus utilisés
6.3.1 Corpus de Découverte
6.3.2 Corpus de Sélection
6.4 Expérimentation
6.4.1 Performances de l’approche de découverte
6.4.2 Performances des approches de sélection
6.4.2.1 Performance de l’approche basée sur l’algorithme Harmony Search
6.4.2.2 Performance de l’approche basée sur l’algorithme de Sélection Clonale
6.4.2.3 Performance de L’hybridation de la Sélection Clonale et de l’Optimisation par Essaim Particulaire
6.5 Menaces de validité
6.5.1 Validité de construction
6.5.2 Validité interne
6.5.3 Validité externe
6.5.4 Validité de conclusion
6.6 Conclusion
7 Conclusion et perspectives
7.1 Synthèse
7.2 Perspectives
Liste des publications 104
Bibliographie

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