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APA

Titre: Architectures et Protocoles auto-Adaptatifs

Contexte: Axes stratégiques du CNRS

Début: janvier 2006

Positionnement dans l'ensemble des axes stratégiques

Positionnement dans les axes LAAS/Carnot

Thématique et objectifs scientifiques

Ces dernières années, les évolutions des systèmes communicants, accélérées par l’Internet et ses technologies, se sont traduites par l’émergence de nouvelles applications distribuées et par un nouveau paysage réseau. Les applications sont à la fois multimédias, multi utilisateurs et coopératives. Les réseaux ont évolué vers des communications sans fil, en particulier ad hoc, les types de terminaux et de point d’accès sont désormais multiples et les services offerts par les opérateurs se généralisent.

L’horizon de ces avancées évolue vers l’intelligence ambiante . L’utilisateur pourra y effectuer ses tâches favorites, quels que soient sa localisation, son terminal et son point d’accès, en bénéficiant des qualités de service (QdS) maximales compatibles avec l’environnement disponible, et en focalisant son attention sur l’intérêt de la tâche sans se préoccuper des actions contingentes. Dans cet horizon, l’axe stratégique APA s’inscrit dans un double contexte :

• un contexte applicatif étendu, mobile et évolutif par ses cas d’applications et d’utilisation : applications de type ingénierie coopérative ou opération d’intervention d’urgence ; utilisation de différents types de terminaux et de points d’accès, coopérations spontanées, besoins en QdS différents d’un cas d’application et d’utilisation à l’autre, besoins de sécurisation des communications de groupe, …
• un contexte réseau hétérogène, ouvert et à ressources variables, mettant en communication des logiciels à architectures complexes, sans contrôle du nombre de participants aux activités de coopération supportées. Les ressources correspondent à des serveurs et à des routeurs ainsi qu’à la bande passante des liens d’interconnexions.

Dans ce contexte doublement évolutif, la thématique générale de l’axe APA porte sur la qualité des services de communication et de coopération, incluant la sécurisation des communications multicast. Plusieurs besoins majeurs seront ainsi traités :

• B1 : la gestion de l’hétérogénéité des réseaux vis à vis de la continuité des services de communication et de leur QdS, ainsi que leur adéquation aux besoins applicatifs ;
• B2 : la gestion de l’évolution des contextes ;
• B3 : la métrologie de la QdS;
• B4 : la gestion de la coopération ;
• B5 : la gestion de la mobilité au niveau applicatif et réseau.

Les objectifs scientifiques associés à cette thématique et à ces besoins :

• la maîtrise et l’interprétation des futures technologies basées sur les réseaux sans fil et ad hoc. Ces technologies seront de plus en plus présentes dans les activités quotidiennes, professionnelles et sociales, et conditionneront le développement des futures plates formes de communication ;
• le traitement des activités de communication et de coopération de très grande échelle. Depuis sa création, le succès de l’Internet résulte de son aptitude à connecter des grands nombres d’utilisateurs ; son futur sera de la même façon conditionné par cette capacité ;
• la configurabilité dynamique et l’auto adaptabilité des systèmes de communication et de coopération. Le déploiement de nouvelles versions de protocoles est très coûteux, et présente des risques d’échec pour des raisons techniques et économiques déjà établies. L’adaptabilité est nécessaire pour satisfaire les différents cas d’application et d’utilisation. Elle sera à la base des nouvelles plates formes de coopération ambiantes qui seront composées d’entités autonomes aptes à communiquer de façon spontanée et sensible au contexte de communication et de coopération.

Enjeux sociaux économiques et impact

L’axe APA et son application au support des activités de groupe dans l’Internet sont importants pour plusieurs raisons.

D’une part, ils ciblent un domaine applicatif qui influencera fortement le déploiement et l’utilisation des réseaux, l’Internet en particulier, et où il y a une compétition et un effort de recherche internationaux pour anticiper et maîtriser cette orientation.

D’autre part, il y a une forte demande des utilisateurs pour des solutions de communication et de coopération dans différents domaines d’activité (coopération humaine, coopération de composants logiciels, …) qui, malgré leurs différences, peuvent partager la plupart des solutions présentées dans le cadre de cette thématique de recherche.

Les enjeux scientifiques spécifiques aux solutions proposées couvrent la maîtrise des technologies relatives aux réseaux de capteurs, à la métrologie, à la conception d’architectures et de protocoles pour la communication et la coopération tenant compte des contraintes d’adaptabilité et de configurabilité dynamique, de forte interactivité et de passage à l’échelle. Du point de vue de la coordination, il s’agit aussi de maîtriser la conception des solutions qui couvrent plusieurs niveaux fonctionnels tout en garantissant la cohérence et la stabilité des politiques d’adaptation intra et inter niveaux dans les architectures distribuées de communication et de coopération.

Méthodes et approches

Les axes de recherche de APA ciblent la gestion de la QdS au niveau des réseaux et des applications coopératives. L’approche explorée repose d’une part sur l’adaptabilité des protocoles de communication et de coopération aux contraintes des réseaux et aux exigences des applications ; d’autre part, elle repose sur l’adaptabilité des architectures intégrant les deux niveaux. L’adaptabilité implante la sensibilité au contexte ; il s’agit par exemple d’adapter la distribution des composants aux contraintes du réseau, ou d’adapter les canaux de communication à la mobilité des utilisateurs et aux changements dans les groupes ou l’espace de coopération. L’étude de l’adaptabilité soulève, à la fois, des problèmes relatifs aux contraintes et exigences d’ordre structurel (architectures et topologies), et des problèmes relatifs aux contraintes et exigences d’ordre comportemental (fonctions et protocoles). Les méthodes associées couvrent à la fois les techniques de métrologie et les techniques de conception des systèmes communicants coopératifs. APA approfondit quatre axes de recherche. Les deux premiers (A1 et A2) couvrent l’auto adaptabilité au travers des protocoles configurables, des architectures dynamiques et des politiques de coordination associées. Les deux autres (A3 et A4) ciblent d’abord les études en métrologie pour détecter la dégradation de la QdS, et ensuite les nouvelles technologies réseaux pour les futures applications de l’intelligence ambiante.

• A1 : Architectures dynamiques et protocoles auto configurables

Cet axe concerne :

• l’élaboration de protocoles de communication configurables dynamiquement pour offrir une QdS maximale, compatible d’une part avec la nature des informations échangées et les priorités relatives des communications, et d’autre part avec les performances du réseau ;
• l’élaboration de protocoles de coopération configurables dynamiquement pour la gestion de sessions coopératives spontanées ou prédéfinies ; ceci inclut la découverte dynamique de partenaires et de services dans des architectures distribuées (P2P, web service, middleware), la gestion de session et de partage ;
• la conception d’architectures dynamiques à la fois dans une couche de protocoles et entre plusieurs couches, de façon locale ou distribuée.

Les besoins couverts par cet axe sont la gestion de l’hétérogénéité des réseaux (B1), la gestion de l’évolution des contextes (B2) et la gestion de la mobilité au niveau applicatif et réseau (B4).

• A2 : Politiques de coordination pour l’adaptabilité

Cet axe cible l’élaboration de politiques d’adaptabilité pour les couches communication et coopération, selon une approche de coordination orientée modèle. Ces politiques sont guidées par les exigences applicatives et les contraintes du réseau, et agissent d’une part sur la (re)configuration des protocoles, et d’autre part sur la transformation d’architectures (déploiement dynamique de composants et/ou de protocoles de coopération et de communication). Les besoins couverts par cet axe sont la gestion de l’évolution des contextes (B2) et la gestion de la mobilité au niveau applicatif et réseau (B4).

• A3 : Métrologie de la QdS

Cet axe cible l’évaluation de la dynamicité des ressources, en supervisant l’état du réseau et de son trafic dans le but de détecter et de prévenir des dégradations de la QdS. Des techniques d’échantillonnage spatio-temporel d’une part et d’agrégation et de distribution d’informations d’autre part sont nécessaires. Elles permettent d’abord de superviser le réseau en certains points uniquement et pendant un temps réduit, et ensuite l’interprétation et l’analyse de façon distribuée par les différentes entités de protocole. Les besoins couverts par cet axe sont la gestion de l’hétérogénéité des réseaux (B1), la gestion de l’évolution des contextes (B2) et la métrologie du réseau (B3).

• A4 : Plateformes réseau

Cet axe cible l’étude de nouvelles plateformes réseau, sous jacentes aux futures applications de la communication et de la coopération ambiantes. Deux directions principales sont explorées, les réseaux sans fils et la signalisation en environnement multi réseaux. Pour les réseaux sans fils (UMTS, GPRS, Wifi, ZigBee, Bluetooth, …), il s’agit particulièrement d’étudier la connectivité, l’évaluation des performances et la continuité de la QdS au sein de ces réseaux. Des solutions seront élaborées à l’échelle du réseau isolé puis connecté à l’Internet. Pour la signalisation, l’étude porte sur l’élaboration de protocoles pour la réservation de ressources en environnement sans fil et multi réseaux. Ces protocoles doivent être indépendants des politiques de gestion de la QdS au sein de chaque réseau et doivent pouvoir être interfacés avec tout type de signalisation applicative. Les besoins couverts par cette partie sont la gestion de l’hétérogénéité des réseaux (B1), la gestion de l’évolution des contextes (B2) et la gestion de la mobilité au niveau applicatif et réseau (B5).

Publications

Revues Scientifiques

C.CHASSOT , K.DRIRA , K.GUENNOUN , F.ARMANDO , E.EXPOSITO , A.LOZES, Towards autonomous management of QoS through model-driven adaptability in communication-centric systems. Rapport LAAS N°06430, International Conference on Self-Organization and Autonomous Systems in Computing and Communications (SOAS'2006), Erfurt (Allemagne), 18-21 Septembre 2006, 26p., Rapport LAAS N°06430, International Transactions on Systems Science and Applications, Vol.2, N°3, pp.255-264, 2006

I.BOUASSIDA , K.DRIRA , C.CHASSOT , M.JMAIEL, Context-aware adaptation for group communication support applications with dynamic architecture. Rapport LAAS N°07471 , 3rd International Conference on Self-Organization and Autonomous Systems in Computing and Communications (SOAS'2007), Leipzig (Allemagne), Septembre 2007, 4p., Rapport LAAS N°07471 , System and Information Sciences Notes, Vol.2, N°1, pp.88-92, Septembre 2007

E.EXPOSITO , N.VAN WAMBEKE , C.CHASSOT , K.DRIRA, Introducing a cross-layer interpreter for multimedia streams. Rapport LAAS N°08099, Computer Networks, Vol.52, N°6, pp.1125-1141, Avril 2008

I.BOUASSIDA , N.VAN WAMBEKE , K.DRIRA , C.CHASSOT , M.JMAIEL, Multi-layer coordinated adaptation based on graph refinement for cooperative activities. Rapport LAAS N°08285, 4th International Conference on Self-organization and Adaptation of Computing and Communications (SACC 2008), Glasgow (UK), 22-24 Juillet 2008, 5p., Rapport LAAS N°08285, Communications of SIWN, pp.163-167, Juillet 2008

K.GUENNOUN , K.DRIRA , N.VAN WAMBEKE , C.CHASSOT , F.ARMANDO , E.EXPOSITO, A framework of models for QoS-oriented adaptive deployment of multi-layer communication services in group cooperative activities. Comput. Commun. 31, 13 (Aug. 2008), 3003-3017. DOI=http://dx.doi.org/10.1016/j.comcom.2008.04.002

Conférences

C.CHASSOT , K.GUENNOUN , K.DRIRA , F.ARMANDO , E.EXPOSITO , A.LOZES, Architecture transformation and refinement for model-driven adaptability management. Application to QoS provisioning in group communication. Rapport LAAS N°06431, 3rd European Workshop on Software Architecture (EWSA'2006), Nantes (France), 4-5 Septembre 2006

C.CHASSOT , K.DRIRA , F.ARMANDO , E.EXPOSITO , A.LOZES, A model-based coordinated adaptability framework for QoS management in cooperative mobile and wireless applications. Rapport LAAS N°06376, 9th ACM Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems (ACM MSWiM'06), Torremolinos (Espagne), 2-6 Octobre 2006, pp.118-125

K.GUENNOUN , K.DRIRA , C.CHASSOT, Architectural adaptability management for mobile cooperative systems. Rapport LAAS N°07048, International Conference on Multimedia and Ubiquitous Engineering (MUE 2007), Seoul (Corée), 26-28 Avril 2007, pp.1130-1135

F.ARMANDO , N.VAN WAMBEKE , C.CHASSOT , E.EXPOSITO , K.DRIRA, A framework for the dynamic configuration of adaptive transport protocols. Rapport LAAS N°07398, International Conference on Wireless Information Networks and Systems (WINSYS 2007), Barcelone (Espagne), 28-31 Juillet 2007, pp.275-283

N.VAN WAMBEKE , F.ARMANDO , K.GUENNOUN , K.DRIRA , E.EXPOSITO , C.CHASSOT, Towards the use of models for autonomic network management. Rapport LAAS N°07534, IFIP Joint Conference on Personal Wireless Communications (PWC'2008), Toulouse (France), 30 Septembre - 2 Octobre 2008, pp.459-470

Rapports LAAS

C.CHASSOT , A.LOZES , K.DRIRA , E.EXPOSITO, Towards a context aware transport architecture for ambient multimedia cooperative applications. Rapport LAAS N°05298, Mai 2005, 11p.

C.CHASSOT , K.DRIRA , F.ARMANDO , E.EXPOSITO , A.LOZES, Toward self-management of QoS in group communications: model-based coordinated adaptability. Rapport LAAS N°06362, Mai 2006, 9p.

I.BOUASSIDA , K.GUENNOUN , K.DRIRA , C.CHASSOT , M.JMAIEL, Dynamic architectural reconfiguration using a graph transformation. An experimental study of the scalability. Rapport LAAS N°08059, Mars 2008, 14p.

I.BOUASSIDA , K.DRIRA , C.CHASSOT , M.JMAIEL, Model-based adaptation for context-aware dynamic architectures supporting group communication. Rapport LAAS N°08279, Juin 2008, 16p.

I.BOUASSIDA , K.GUENNOUN , K.DRIRA , C.CHASSOT , M.JMAIEL, Implementing a rule-driven approach for architectural self configuration in collaborative activities using a graph rewriting formalism. Rapport LAAS N°08467, Septembre 2008, 10p.