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A Multi-Stakeholder Information Model to Drive Process Connectivity In Smart Buildings
Smart buildings utilise IoT technology to provide stakeholders with efficient, comfortable, and secure experiences. However, previous studies have primarily focused on the technical aspects of it and how it can address specific stakeholder requirements. This study adopts socio-technical theory principles to propose a model that addresses stakeholders' needs by considering the interrelationship between social and technical subsystems. A systematic literature review and thematic analysis of 43 IoT conceptual frameworks for smart building studies informed the design of a comprehensive conceptual model and IoT framework for smart buildings.
The study's findings suggest that addressing stakeholder requirements is essential for developing an information model in smart buildings. A multi-stakeholder information model integrating multiple stakeholders' perspectives enhances information sharing and improves process connectivity between various systems and subsystems. The socio-technical systems framework emphasises the importance of considering technical and social aspects while integrating smart building systems for seamless operation and effectiveness.
The study's findings have significant implications for enhancing stakeholders' experience and improving operational efficiency in commercial buildings. The insights from the study can inform smart building systems design to consider all stakeholder requirements holistically, promoting process connectivity in smart buildings. The literature analysis contributed to developing a comprehensive IoT framework, addressing the need for holistic thinking when proposing IoT frameworks for smart buildings by considering different stakeholders in the building
From legal contracts to smart contracts and back again: Towards an automated approach
Blockchain smart contracts, programs with the potential to automate transactions and beyond, have gained tremendous popularity over the past years. Central to the original of smart contracts is that every computable clause of a contract or agreement is encoded into arbitrary computer logic with the aim of coding this logic into computer programs, and let the program decide and execute what happens during the contract's life span. The term smart legal contract has been coined to describe smart contracts that aim to capture legally binding agreements between parties. This dissertation presents a method to facilitate the creation of smart legal contracts that constitute a legally binding contract and that can (partially) self-enforce their terms and conditions within that contract, regardless of the blockchain platform. Understanding how blockchain technology works is pivotal to grapple the ramifications of this choice for smart contracts. Chapter 2 presents an overview of the literature on blockchain to delineate architectural perspectives on the technology, and to define its properties. Finally, the chapter points out the current challenges for the technology and gaps in literature. In Chapter 3, a background on smart contracts will be provided using a motivational example. Chapter 4 expounds the research methodology, the research paradigm adopted for the research, and the philosophy underpinning the method called Model Driven Architecture. Following, in Chapter 5 a domain model for smart legal contracts is presented. The chapter demonstrates how the contents of a legal contract could be captured in a model using a motivational example. Chapter 6 is devoted to describing the models that can be employed to write smart contracts. The chapter presents a platform specific model for the Ethereum and Hyperledger Fabric blockchain platforms. A platform agnostic model for blockchain technology is thereafter presented that captures the commonalities between these platforms. Chapter 7 discusses how the main research question is addressed. Derived from the insights of the discussion some opportunities for future research are discussed. Finally, Chapter 8 concludes the dissertation
Building Transformation Networks for Consistent Evolution of Interrelated Models
In dieser Dissertation formalisieren und analysieren wir die Konsistenzerhaltung verschiedener Artefakte zur Beschreibung eines Softwaresystems durch die Kopplung von Transformationen zwischen diesen und unterstĂĽtzen sie mit geeigneten Methoden.
Für die Entwicklung eines Softwaresystems nutzen Entwickler:innen und weitere Beteiligte verschiedene Sprachen, oder allgemein Werkzeuge, zur Beschreibung unterschiedlicher Belange. Meist stellt Programmcode das zentrale Artefakt dar, welches jedoch, implizit oder explizit, durch Spezifikationen von Architektur, Deployment, Anforderungen und anderen ergänzt wird. Neben der Programmiersprache verwenden die Beteiligten weitere Sprachen zur Spezifikation dieser Artefakte, beispielsweise die UML für Modelle des objektorientierten Entwurfs oder der Architektur, den OpenAPI-Standard für Schnittstellen-Definitionen, oder Docker für Deployment-Spezifikationen. Zur Erstellung eines funktionsfähigen Softwaresystems müssen diese Artefakte das System einheitlich und widerspruchsfrei darstellen. Beispielsweise müssen Dienst-Schnittstellen in allen Artefakten einheitlich repräsentiert sein. Wir sagen, die Artefakte müssen konsistent sein.
In der modellgetriebenen Entwicklung werden solche verschiedenen Artefakte allgemein Modelle genannt und bereits als wesentliche zentrale Entwicklungsbestandteile genutzt, um auch Teile des Programmcodes aus ihnen abzuleiten. Dies betrifft beispielsweise die Softwareentwicklung für Fahrzeuge. Zur Konsistenzerhaltung der Modelle werden oftmals Transformationen eingesetzt, die nach Änderungen eines Modells die anderen Modelle anpassen. Die bisherige Forschung beschränkt sich auf Transformationen zur Konsistenzerhaltung zweier Modelle und die projektspezifische Kombination von Transformationen zur Konsistenzerhaltung mehrerer Modelle. Ein systematischer Entwicklungsprozess, in dem einzelne Transformationen unabhängig entwickelt und in verschiedenen Kontexten modular wiederverwendet werden können, wird hierdurch jedoch nicht unterstützt.
In dieser Dissertation erforschen wir, wie Entwickler:innen mehrere Transformationen zu einem Netzwerk kombinieren können, welches die Transformationen in einer geeigneten Reihenfolge ausführen kann, sodass abschließend alle Modelle konsistent zueinander sind. Dies geschieht unter der Annahme, dass einzelne Transformationen zwischen zwei Sprachen unabhängig voneinander entwickelt werden und daher nicht aufeinander abgestimmt werden können. Unsere Beiträge unterteilen sich in die Untersuchung der Korrektheit einer solchen Kombination von Transformationen zu einem Netzwerk und die Optimierung von Qualitätseigenschaften solcher Netzwerke.
Wir diskutieren und definieren zunächst einen adäquaten Korrektheitsbegriff, welcher drei Anforderungen impliziert. Diese umfassen eine Synchronisations-Eigenschaft für die einzelnen Transformationen, eine Kompatibilitäts-Eigenschaft für das Transformationsnetzwerk, sowie das Finden einer geeigneten Ausführungsreihenfolge der Transformationen, einer Orchestrierung. Wir stellen ein Konstruktionsverfahren für Transformationen vor, mit welchem die Synchronisations-Eigenschaft basierend auf einer formal bewiesenen Eigenschaft erfüllt wird. Für dieses zeigen wir Vollständigkeit und Angemessenheit mit einer fallstudienbasierten empirischen Evaluation in der Domäne der komponentenbasierten Softwareentwicklung. Wir definieren die Eigenschaft der Kompatibilität von Transformationen, für welche wir ein formales und bewiesen korrektes Analyseverfahren vorschlagen und eine praktische Realisierung ableiten, deren Anwendbarkeit wir in Fallstudien nachweisen. Schlussendlich definieren wir das Orchestrierungsproblem zum Finden einer Orchestrierung, die zu konsistenten Modelle führt wann immer solch eine Orchestrierung existiert. Wir beweisen die Unentscheidbarkeit dieses Problems und diskutieren, dass eine Einschränkung des Problems, um Entscheidbarkeit zu erreichen, die Anwendbarkeit unpraktikabel beschränken würde. Daher schlagen wir einen Algorithmus vor, der das Problem konservativ behandelt. Er findet eine Orchestrierung unter bestimmten, wohldefinierten Bedingungen und terminiert andernfalls mit einem Fehler. Wir beweisen die Korrektheit des Algorithmus und eine Eigenschaft, die das Finden der Ursache im Fehlerfall unterstützt. Zusätzlich kategorisieren wir Fehler, die auftreten können falls ein Netzwerk den definierten Korrektheitsbegriff nicht erfüllt. Daraus leiten wir mittels den bereits genannten Fallstudien ab, dass die meisten potentiellen Fehler per Konstruktion mit den in dieser Arbeit vorgeschlagenen Ansätzen vermieden werden können.
Zur Untersuchung von Qualitätseigenschaften eines Netzwerkes von Transformationen klassifizieren wir zunächst relevante Eigenschaften, sowie den Effekt verschiedener Typen von Netzwerktopologien auf diese. Hierbei zeigt sich, dass insbesondere Korrektheit und Wiederverwendbarkeit im Widerspruch stehen, sodass die Wahl der Netzwerktopologie ein Abwägen bei der Optimierung dieser Eigenschaften erfordert. Wir leiten hieraus ein Konstruktionsverfahren für Transformationsnetzwerke ab, welches die Notwendigkeit einer Abwägung zwischen den Qualitätseigenschaften abmildert und, unter gewissen Voraussetzungen, Korrektheit per Konstruktion gewährleistet. Wir unterstützen den Entwicklungsprozess für diesen Ansatz mithilfe einer spezialisierten Spezifikationssprache. Während die Verminderung der Notwendigkeit einer Abwägung zwischen Qualitätseigenschaften durch den Ansatz per Konstruktion erreicht wird, zeigen wir die Erreichbarkeit der Voraussetzungen und die Vorteile der vorgeschlagenen Sprache in einer empirischen Evaluation mithilfe der Fallstudie aus der komponentenbasierten Softwareentwicklung.
Die Beiträge dieser Dissertation unterstützen sowohl Forscher:innen als auch Transformationsentwickler:innen und Transformationsanwender:innen bei der Analyse und Konstruktion von Netzwerken von Transformationen. Sie stellen für Forscher:innen und Transformationsentwickler:innen systematisches Wissen über die Korrektheit und weitere Qualitätseigenschaften solcher Netzwerke bereit. Sie zeigen insbesondere welche Teile dieser Eigenschaften per Konstruktion erreicht werden können, welche per Analyse validiert werden können, und welche Fehler unvermeidbar bei der Ausführung erwartet werden müssen. Zusätzlich zu diesen Einsichten stellen wir konkrete, praktisch nutzbare Verfahren bereit, mit denen Transformationsentwickler:innen und Transformationsanwender:innen korrekte, modular wiederverwendbare Netzwerke konstruieren, analysieren und ausführen können
Multi-Agent Systems
A multi-agent system (MAS) is a system composed of multiple interacting intelligent agents. Multi-agent systems can be used to solve problems which are difficult or impossible for an individual agent or monolithic system to solve. Agent systems are open and extensible systems that allow for the deployment of autonomous and proactive software components. Multi-agent systems have been brought up and used in several application domains
Implicit Incremental Model Analyses and Transformations
When models of a system change, analyses based on them have to be reevaluated in order for the results to stay meaningful. In many cases, the time to get updated analysis results is critical. This thesis proposes multiple, combinable approaches and a new formalism based on category theory for implicitly incremental model analyses and transformations. The advantages of the implementation are validated using seven case studies, partially drawn from the Transformation Tool Contest (TTC)
Parallel and Distributed Execution of Model Management Programs
The engineering process of complex systems involves many stakeholders and development artefacts. Model-Driven Engineering (MDE) is an approach to development which aims to help curtail and better manage this complexity by raising the level of abstraction. In MDE, models are first-class artefacts in the development process. Such models can be used to describe artefacts of arbitrary complexity at various levels of abstraction according to the requirements of their prospective stakeholders. These models come in various sizes and formats and can be thought of more broadly as structured data. Since models are the primary artefacts in MDE, and the goal is to enhance the efficiency of the development process, powerful tools are required to work with such models at an appropriate level of abstraction. Model management tasks – such as querying, validation, comparison, transformation and text generation – are often performed using dedicated languages, with declarative constructs used to improve expressiveness. Despite their semantically constrained nature, the execution engines of these languages rarely capitalize on the optimization opportunities afforded to them. Therefore, working with very large models often leads to poor performance when using MDE tools compared to general-purpose programming languages, which has a detrimental effect on productivity. Given the stagnant single-threaded performance of modern CPUs along with the ubiquity of distributed computing, parallelization of these model management program is a necessity to address some of the scalability concerns surrounding MDE. This thesis demonstrates efficient parallel and distributed execution algorithms for model validation, querying and text generation and evaluates their effectiveness. By fully utilizing the CPUs on 26 hexa-core systems, we were able to improve performance of a complex model validation language by 122x compared to its existing sequential implementation. Up to 11x speedup was achieved with 16 cores for model query and model-to-text transformation tasks
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