INTEROP deliverable DTG 6.2 : Method repository

This deliverable presents the INTEROP method chunks repository (MCR), its architecture and provided services. It includes the definition of a reusable method chunk, its structure, illustrated with examples of method chunks stored in the repository and guidelines for method chunks definition and characterisation covering tasks TG6.2 and TG6.3 of the work plan of the task group. The main result is the definition of the structure of the method chunk repository emphasizing the link to interoperability. Interoperability is a first-class concept in the structure of the method chunk repository. It not only characterizes method chunks, i.e. procedures to solve interoperability problems, but also interoperability cases, i.e. the presentation of actual problems involving interoperability issues. TG 6 has produced three MCR prototypes. Two experiments were undertaken using the Metis system and one using ConceptBase. The task group attended a two-day intense workshop on Metis. As a result, two experiments with Metis as platform for the method chunk repository are under way and reported in this deliverable. One is realizing the structure of the MCR as specified in this report. The other is an alternative approach that serves as a benchmark and is reported in the appendix. The ConceptBase prototype utilizes the metamodel presented in this deliverable. We have analysed three cases involving various aspects of interoperability. One case is about establishing a broker platform for insurance agents, the second about linking the information systems in the public utility sector, and the third case is establishing the relation of the ATHENA Model-Driven Interoperability Framework to the goals of the MCR. The results of the TG6 have been published at the ISD conference 2006 and the ER conference 2006. Copies of the papers are included in the appendix. The report of the example session with the method chunk repository has been shifted towards deliverable TG6.3 (Tutorial of the MCR). This is the more logical place. We want to emphasize that TG6 was not only busy in drafting concepts, exploring the state of the art, and analyzing cases. We are actually experimenting with a prototype and consider this a valuable contribution to the network. As soon as the prototype is stable, knowledge about interoperability solutions can be coded in this repository and can guide designers of interoperable systems by experience knowledge

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 unterstützen 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

Building Transformation Networks for Consistent Evolution of Interrelated Models

Complex software systems are described with multiple artifacts, such as code, design diagrams and others. Ensuring their consistency is crucial and can be automated with transformations for pairs of artifacts. We investigate how developers can combine independently developed and reusable transformations to networks that preserve consistency between more than two artifacts. We identify synchronization, compatibility and orchestration as central challenges, and we develop approaches to solve them

A heuristic-based approach to code-smell detection

Encapsulation and data hiding are central tenets of the object oriented paradigm. Deciding what data and behaviour to form into a class and where to draw the line between its public and private details can make the difference between a class that is an understandable, flexible and reusable abstraction and one which is not. This decision is a difficult one and may easily result in poor encapsulation which can then have serious implications for a number of system qualities. It is often hard to identify such encapsulation problems within large software systems until they cause a maintenance problem (which is usually too late) and attempting to perform such analysis manually can also be tedious and error prone. Two of the common encapsulation problems that can arise as a consequence of this decomposition process are data classes and god classes. Typically, these two problems occur together – data classes are lacking in functionality that has typically been sucked into an over-complicated and domineering god class. This paper describes the architecture of a tool which automatically detects data and god classes that has been developed as a plug-in for the Eclipse IDE. The technique has been evaluated in a controlled study on two large open source systems which compare the tool results to similar work by Marinescu, who employs a metrics-based approach to detecting such features. The study provides some valuable insights into the strengths and weaknesses of the two approache

Forum Session at the First International Conference on Service Oriented Computing (ICSOC03)

The First International Conference on Service Oriented Computing (ICSOC) was held in Trento, December 15-18, 2003. The focus of the conference ---Service Oriented Computing (SOC)--- is the new emerging paradigm for distributed computing and e-business processing that has evolved from object-oriented and component computing to enable building agile networks of collaborating business applications distributed within and across organizational boundaries. Of the 181 papers submitted to the ICSOC conference, 10 were selected for the forum session which took place on December the 16th, 2003. The papers were chosen based on their technical quality, originality, relevance to SOC and for their nature of being best suited for a poster presentation or a demonstration. This technical report contains the 10 papers presented during the forum session at the ICSOC conference. In particular, the last two papers in the report ere submitted as industrial papers

Automatic classification of web images as UML static diagrams using machine learning techniques

Our purpose in this research is to develop a method to automatically and efficiently classify web images as Unified Modeling Language (UML) static diagrams, and to produce a computer tool that implements this function. The tool receives a bitmap file (in different formats) as an input and communicates whether the image corresponds to a diagram. For pragmatic reasons, we restricted ourselves to the simplest kinds of diagrams that are more useful for automated software reuse: computer-edited 2D representations of static diagrams. The tool does not require that the images are explicitly or implicitly tagged as UML diagrams. The tool extracts graphical characteristics from each image (such as grayscale histogram, color histogram and elementary geometric forms) and uses a combination of rules to classify it. The rules are obtained with machine learning techniques (rule induction) from a sample of 19,000 web images manually classified by experts. In this work, we do not consider the textual contents of the images. Our tool reaches nearly 95% of agreement with manually classified instances, improving the effectiveness of related research works. Moreover, using a training dataset 15 times bigger, the time required to process each image and extract its graphical features (0.680 s) is seven times lower.This research has received funding from the CRYSTAL project – Critical System Engineering Acceleration (European Union’s Seventh Framework Program, FP7/2007-2013, ARTEMIS Joint Undertaking grant agreement n° 332830); and from the AMASS project – Architecture-driven, Multi-concern and Seamless Assurance and Certification of Cyber-Physical Systems (H2020-ECSEL grant agreement nº 692474; Spain’s MINECO ref. PCIN-2015-262)

On the Quality Properties of Model Transformations: Performance and Correctness

The increasing complexity of software due to continuous technological advances has motivated the use of models in the software development process. Initially, models were mainly used as drafts to help developers understand their programs. Later they were used extensively and a new discipline called Model-Driven Engineering (MDE) was born. In the MDE paradigm, aside from the models themselves, model transformations (MT) are garnering interest as they allow the analysis and manipulation of models. Therefore, the performance, scalability and correctness of model transformations have become critical issues and thus they deserve a thorough study. Existing model transformation engines are principally based on sequential and in-memory execution strategies, and hence their capabilities to transform very large models in parallel and in distributed environments are limited. Current tools and languages are not able to cope with models that are not located in a single machine and, even worse, most of them require the model to be in a single file. Moreover, once a model transformation has been written and executed-either sequentially or in parallel-it is necessary to rely on methods, mechanisms, and tools for checking its correctness. In this dissertation, our contribution is twofold. Firstly, we introduce a novel execution platform that permits the parallel execution of both out-place and in-place model transformations, regardless of whether the models fit into a single machine memory or not. This platform can be used as a target for high-level transformation language compilers, so that existing model transformations do not need to be rewritten in another language but only have to be executed more efficiently. Another advantage is that a developer who is familiar with an existing model transformation language does not need to learn a new one. In addition to performance, the correctness of model transformations is an essential aspect that needs to be addressed if MTs are going to be used in realistic industrial settings. Due to the fact that the most popular model transformation languages are rule-based, i.e., the transformations written in those languages comprise rules that define how the model elements are transformed, the second contribution of this thesis is a static approach for locating faulty rules in model transformations. Current approaches able to fully prove correctness-such as model checking techniques-require an unacceptable amount of time and memory. Our approach cannot fully prove correctness but can be very useful for identifying bugs at an early development stage, quickly and cost effectively

Software Product Line

The Software Product Line (SPL) is an emerging methodology for developing software products. Currently, there are two hot issues in the SPL: modelling and the analysis of the SPL. Variability modelling techniques have been developed to assist engineers in dealing with the complications of variability management. The principal goal of modelling variability techniques is to configure a successful software product by managing variability in domain-engineering. In other words, a good method for modelling variability is a prerequisite for a successful SPL. On the other hand, analysis of the SPL aids the extraction of useful information from the SPL and provides a control and planning strategy mechanism for engineers or experts. In addition, the analysis of the SPL provides a clear view for users. Moreover, it ensures the accuracy of the SPL. This book presents new techniques for modelling and new methods for SPL analysis