Contributions à la modélisation et la conception des systèmes de gestion de provenance à large échelle

par Mohamed Amin Sakka

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Bruno Defude.


  • Résumé

    Les avancées dans le monde des réseaux et des services informatiques ont révolutionné les modes d’échange, de partage et de stockage de l’information. Nous migrons de plus en plus vers des échanges numériques ce qui implique un gain en terme de rapidité de transfert, facilité de partage et d’accès ainsi qu’une efficacité d’organisation et de recherche de l’information. Malgré ses avantages, l’information numérique a l’inconvénient d’être volatile et modifiable ce qui introduit des problèmes liés à sa provenance, son intégrité et sa valeur probante. Dans ce contexte, la provenance apparait comme une méta-donnée cléqui peut servir pour juger la qualité de l’information et pour vérifier si elle répond à un ensemble d’exigences métier, techniques et légales. Aujourd’hui, une grande partie des applications et des services qui traitent, échangent et gèrent des documents électroniques sur le web ou dans des environnements Cloud génèrent des données de provenance hétérogènes, décentralisées et non interopérables. L’objectif principal de cette thèse est de proposer des solutions génériques et interopérables pour la modélisation de l’information de provenance et de concevoir des architectures de systèmes de gestion de provenance passant à l'échelle tant au niveau du stockage et que de l’exploitation(interrogation). Dans la première partie de la thèse, nous nous intéressons à la modélisation de la provenance. Afin de pallier à l’hétérogénéité syntaxique et sémantique qui existe entre les différents modèles de provenance, nous proposons une approche globale et cohérente pour la modélisation de la provenance basée sur les technologies du web sémantique. Notre approche repose sur un modèle de domaine minimal assurant un niveau d’interprétation minimal et commun pour n’importe quelle source de provenance. Ce modèle peut ensuite être spécialisé en plusieurs modèles de domaine pour modéliser des concepts et des propriétés métier différentes. Cette spécialisation assure l’interopérabilité sémantique souhaitée et permet par la suite de générer des vues métiers différentes sur les mêmes données de provenance. Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous focalisons sur la conception des systèmes de gestion de provenance (ou PMS). Nous proposons tout d’abord une architecture logique de PMS indépendante des choix technologiques d’implémentation et de déploiement. Cette architecture détaille les modules assurant les fonctionnalités requises par notre approche de modélisation et sert comme architecture de référence pour la conception d’un PMS. Par la suite, et afin de préserver l’autonomie des sources de provenance, nous proposons une architecture distribuée de PMS à base de médiateur. Ce médiateur a une vision globale sur l’ensemble des sources et possède des capacités de distribution et de traitement de requêtes. Finalement la troisième partie de la thèse valide nos propositions. La validation de notre approche de modélisation a été réalisée dans un cadre industriel chez Novapost, une entreprise proposant des services SaaS pour l’archivage de documents à valeur probante. Ensuite, l’aspect passage à l’ échelle de notre architecture a été testé par l’implémentation de deux prototypes de PMS sur deux technologies de stockage différentes : un système RDF (Sesame) et un SGBD NoSQL (CouchDB). Les tests de montée en charge effectués sur les données de provenance Novapost ont montré les limites de Sesame tant pour le stockage que pour l’interrogation en utilisant le langage de requêtes SPARQL, alors que la version CouchDB associée à un langage de requêtes basé sur map/reduce a démontré sa capacité à suivre la charge de manière linéaire en augmentant le nombre de serveurs

  • Titre traduit

    [Contributions to the modelling and conception of large-scale provenance management systems]


  • Résumé

    Provenance is a key metadata for assessing electronic documents trustworthiness. It allows to prove the quality and the reliability of its content. With the maturation of service oriented technologies and Cloud computing, more and more data is exchanged electronically and dematerialization becomes one of the key concepts to cost reduction and efficiency improvement. Although most of the applications exchanging and processing documents on the Web or in the Cloud become provenance aware and provide heterogeneous, decentralized and not interoperable provenance data, most of Provenance Management Systems (PMSs) are either dedicated to a specific application (workflow, database, ...) or a specific data type. Those systems were not conceived to support provenance over distributed and heterogeneous sources. This implies that end-users are faced with different provenance models and different query languages. For these reasons, modeling, collecting and querying provenance across heterogeneous distributed sources is considered today as a challenging task. This is also the case for designing scalable PMSs providing these features. In the fist part of our thesis, we focus on provenance modelling. We present a new provenance modelling approach based on semantic Web technologies. Our approach allows to import provenance data from heterogeneous sources, to enrich it semantically to obtain high level representation of provenance. It provides syntactic interoperability between those sources based on a minimal domain model (MDM), supports the construction of rich domain models what allows high level representations of provenance while keeping the semantic interoperability. Our modelling approch supports also semantic correlation between different provenance sources and allows the use of a high level semantic query language. In the second part of our thesis, we focus on the design, implementation and scalability issues of provenance management systems. Based on our modelling approach, we propose a centralized logical architecture for PMSs. Then, we present a mediator based architecture for PMSs aiming to preserve provenance sources distribution. Within this architecture, the mediator has a global vision on all provenance sources and possesses query processing and distribution capabilities. The validation of our modelling approach was performed in a document archival context within Novapost, a company offering SaaS services for documents archiving. Also, we propose a non-functional validation aiming to test the scalability of our architecture. This validation is based on two implementation of our PMS : he first uses an RDF triple store (Sesame) and the second a NoSQL DBMS coupled with the map-reduce parallel model (CouchDB). The tests we performed show the limits of Sesame in storing and querying large amounts of provenance data. However, the PMS based on CouchDB showed a good performance and a linear scalability


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