Support à la conception architecturale de systèmes-de-systèmes reconnus à logiciel prépondérant

Thèse préparée à l'unité mixte de recherche CNRS 6074 - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires, Université Bretagne Sud / Université Européenne de BretagneSystem-of-Systems (SoS) refer to complex, large-scale, and often critical software-intensive systems whose importance has rapidly grown over this decade. This is the case, for instance, of SoS for energy grids, multimodal traffic control, and smart cities. We find SoS in different application areas as diverse as environment, transportation, energy, healthcare, aerospace, aeronautics, and automotive. For mastering the complexity of such evolutionary software-intensive systems, it is fundamental to be able to design their software architectures for satisfying both functional and non-functional requirements. In particular, there is the need to model and enact systematic processes to design SoS software architectures. Despite this increasing necessity, most of the SoS software architectures have been still developed in an ad hoc manner. In general, there is a lack of structured processes for architecting SoS. This state-of-art hinders SoS development, in particular for critical applications. This thesis presents SOAR (General Process for Acknowledged SoS Software Architectures) that supports the modeling and enactment of architectural design processes for acknowledged SoS. Conceived to provide different levels of support according to different SoS development contexts, it comprises a high-level kernel that describes what must be done when architecting SoS and also three practices with specific activities and work products to guide how to perform architectural analysis, synthesis, and evaluation. SOAR was implemented using Essence (Kernel and Language for Software Engineering Methods), an OMG/SEMAT Standard. To validate SOAR, three surveys, a viability study, and an experiment were conducted. Results achieved in these studies indicate that SOAR positively meets the expressed need.Systèmes-de-systèmes (Systems-of-Systems, SoS) sont des systèmes à logiciel prépondérant de grande échelle, complexes et souvent critiques dont l’importance n’a cessé de croître dans cette décennie. C’est le cas, par exemple, des SoS pour les réseaux intelligents d’énergie, les transports multimodaux et les villes intelligentes. On retrouve les SoS dans des domaines d’application très variés tels que l’environnement, le transport, l’énergie, la santé, l’aérospatiale, l’aéronautique et l’automobile. Pour maîtriser la complexité de tels systèmes évolutionnaires à logiciel prépondérant, il est fondamental de pouvoir concevoir leurs architectures logicielles afin de satisfaire leurs exigences fonctionnelles et non-fonctionnelles. En particulier, il est nécessaire de modéliser et exécuter des processus systématiques pour concevoir les architectures logicielles de SoS. Malgré ce besoin croissant, la plupart de leurs architectures logicielles sont encore développées de manière ad hoc. En général, il y a un manque de processus structurés pour concevoir les architectures des SoS. Cet état de l’art entrave leur développement, notamment pour les applications critiques. Cette thèse présente SOAR (General Process for Acknowledged SoS Software Architectures) qui rend possible la mise en place de processus de conception architecturale pour SoS reconnus. Ce framework de processus a été conçu pour fournir différents niveaux de support en fonction des différents contextes de développement de SoS. Il comprend un noyau de haut niveau qui décrit ce qu’il faut faire pour la conception des architectures de SoS et ainsi que trois pratiques avec des activités spécifiques et des produits de travail pour guider l’analyse, la synthèse et l’évaluation architecturale. SOAR a été implémenté à l’aide d’Essence (Kernel and Language for Software Engineering Methods), un Standard OMG/SEMAT. Afin de valider SOAR, trois enquêtes, une étude de viabilité et une expérimentation ont été menées. Les résultats obtenus dans ces trois études montrent que SOAR répond positivement au besoin exprimée