Knowledge Components and Methods for Policy Propagation in Data Flows

Data-oriented systems and applications are at the centre of current developments of the World Wide Web (WWW). On the Web of Data (WoD), information sources can be accessed and processed for many purposes. Users need to be aware of any licences or terms of use, which are associated with the data sources they want to use. Conversely, publishers need support in assigning the appropriate policies alongside the data they distribute. In this work, we tackle the problem of policy propagation in data flows - an expression that refers to the way data is consumed, manipulated and produced within processes. We pose the question of what kind of components are required, and how they can be acquired, managed, and deployed, to support users on deciding what policies propagate to the output of a data-intensive system from the ones associated with its input. We observe three scenarios: applications of the Semantic Web, workflow reuse in Open Science, and the exploitation of urban data in City Data Hubs. Starting from the analysis of Semantic Web applications, we propose a data-centric approach to semantically describe processes as data flows: the Datanode ontology, which comprises a hierarchy of the possible relations between data objects. By means of Policy Propagation Rules, it is possible to link data flow steps and policies derivable from semantic descriptions of data licences. We show how these components can be designed, how they can be effectively managed, and how to reason efficiently with them. In a second phase, the developed components are verified using a Smart City Data Hub as a case study, where we developed an end-to-end solution for policy propagation. Finally, we evaluate our approach and report on a user study aimed at assessing both the quality and the value of the proposed solution

Metodología dirigida por modelos para las pruebas de un sistema distribuido multiagente de fabricación

Las presiones del mercado han empujado a las empresas de fabricación a reducir costes a la vez que mejoran sus productos, especializándose en las actividades sobre las que pueden añadir valor y colaborando con especialistas de las otras áreas para el resto. Estos sistemas distribuidos de fabricación conllevan nuevos retos, dado que es difícil integrar los distintos sistemas de información y organizarlos de forma coherente. Esto ha llevado a los investigadores a proponer una variedad de abstracciones, arquitecturas y especificaciones que tratan de atacar esta complejidad. Entre ellas, los sistemas de fabricación holónicos han recibido una atención especial: ven las empresas como redes de holones, entidades que a la vez están formados y forman parte de varios otros holones. Hasta ahora, los holones se han implementado para control de fabricación como agentes inteligentes autoconscientes, pero su curva de aprendizaje y las dificultades a la hora de integrarlos con sistemas tradicionales han dificultado su adopción en la industria. Por otro lado, su comportamiento emergente puede que no sea deseable si se necesita que las tareas cumplan ciertas garantías, como ocurren en las relaciones de negocio a negocio o de negocio a cliente y en las operaciones de alto nivel de gestión de planta. Esta tesis propone una visión más flexible del concepto de holón, permitiendo que se sitúe en un espectro más amplio de niveles de inteligencia, y defiende que sea mejor implementar los holones de negocio como servicios, componentes software que pueden ser reutilizados a través de tecnologías estándar desde cualquier parte de la organización. Estos servicios suelen organizarse como catálogos coherentes, conocidos como Arquitecturas Orientadas a Servicios (‘Service Oriented Architectures’ o SOA). Una iniciativa SOA exitosa puede reportar importantes beneficios, pero no es una tarea trivial. Por este motivo, se han propuesto muchas metodologías SOA en la literatura, pero ninguna de ellas cubre explícitamente la necesidad de probar los servicios. Considerando que la meta de las SOA es incrementar la reutilización del software en la organización, es una carencia importante: tener servicios de alta calidad es crucial para una SOA exitosa. Por este motivo, el objetivo principal de la presente Tesis es definir una metodología extendida que ayude a los usuarios a probar los servicios que implementan a sus holones de negocio. Tras considerar las opciones disponibles, se tomó la metodología dirigida por modelos SODM como punto de partida y se reescribió en su mayor parte con el framework Epsilon de código abierto, permitiendo a los usuarios que modelen su conocimiento parcial sobre el rendimiento esperado de los servicios. Este conocimiento parcial es aprovechado por varios nuevos algoritmos de inferencia de requisitos de rendimiento, que extraen los requisitos específicos de cada servicio. Aunque el algoritmo de inferencia de peticiones por segundo es sencillo, el algoritmo de inferencia de tiempos límite pasó por numerosas revisiones hasta obtener el nivel deseado de funcionalidad y rendimiento. Tras una primera formulación basada en programación lineal, se reemplazó con un algoritmo sencillo ad-hoc que recorría el grafo y después con un algoritmo incremental mucho más rápido y avanzado. El algoritmo incremental produce resultados equivalentes y tarda mucho menos, incluso con modelos grandes. Para sacar más partidos de los modelos, esta Tesis también propone un enfoque general para generar artefactos de prueba para múltiples tecnologías a partir de los modelos anotados por los algoritmos. Para evaluar la viabilidad de este enfoque, se implementó para dos posibles usos: reutilizar pruebas unitarias escritas en Java como pruebas de rendimiento, y generar proyectos completos de prueba de rendimiento usando el framework The Grinder para cualquier Servicio Web que esté descrito usando el estándar Web Services Description Language. La metodología completa es finalmente aplicada con éxito a un caso de estudio basado en un área de fabricación de losas cerámicas rectificadas de un grupo de empresas español. En este caso de estudio se parte de una descripción de alto nivel del negocio y se termina con la implementación de parte de uno de los holones y la generación de pruebas de rendimiento para uno de sus Servicios Web. Con su soporte para tanto diseñar como implementar pruebas de rendimiento de los servicios, se puede concluir que SODM+T ayuda a que los usuarios tengan una mayor confianza en sus implementaciones de los holones de negocio observados en sus empresas

Fundamental Approaches to Software Engineering

computer software maintenance; computer software selection and evaluation; formal logic; formal methods; formal specification; programming languages; semantics; software engineering; specifications; verificatio

Incremental Model-to-Text Transformation

Model-driven engineering (MDE) promotes the use of abstractions to simplify the development of complex software systems. Through several model management tasks (e.g., model verification, re-factoring, model transformation), many software development tasks can be automated. For example, model-to-text transformations (M2T) are used to realize textual development artefacts (e.g., documentation, configuration scripts, code, etc.) from underlying source models. Despite the importance of M2T transformation, contemporary M2T languages lack support for developing transformations that scale. As MDE is applied to systems of increasing size and complexity, a lack of scalable M2T transformations and other model management tasks hinders industrial adoption. This is largely due to the fact that model management tools do not support efficient propagation of changes from models to other development artefacts. As such, the re-synchronisation of generated textual artefacts with underlying system models can take considerably large amount of time to execute due to redundant re-computations. This thesis investigates scalability in the context of M2T transformation, and proposes two novel techniques that enable efficient incremental change propagation from models to generated textual artefacts. In contrast to existing incremental M2T transformation technique, which relies on model differencing, our techniques employ fundamentally different approaches to incremental change propagation: they use a form of runtime analysis that identifies the impact of source model changes on generated textual artefacts. The structures produced by this runtime analysis, are used to perform efficient incremental transformations (scalable transformations). This claim is supported by the results of empirical evaluation which shows that the techniques proposed in this thesis can be used to attain an average reduction of 60% in transformation execution time compared to non-incremental (batch) transformation

Simulation Intelligence: Towards a New Generation of Scientific Methods

The original "Seven Motifs" set forth a roadmap of essential methods for the field of scientific computing, where a motif is an algorithmic method that captures a pattern of computation and data movement. We present the "Nine Motifs of Simulation Intelligence", a roadmap for the development and integration of the essential algorithms necessary for a merger of scientific computing, scientific simulation, and artificial intelligence. We call this merger simulation intelligence (SI), for short. We argue the motifs of simulation intelligence are interconnected and interdependent, much like the components within the layers of an operating system. Using this metaphor, we explore the nature of each layer of the simulation intelligence operating system stack (SI-stack) and the motifs therein: (1) Multi-physics and multi-scale modeling; (2) Surrogate modeling and emulation; (3) Simulation-based inference; (4) Causal modeling and inference; (5) Agent-based modeling; (6) Probabilistic programming; (7) Differentiable programming; (8) Open-ended optimization; (9) Machine programming. We believe coordinated efforts between motifs offers immense opportunity to accelerate scientific discovery, from solving inverse problems in synthetic biology and climate science, to directing nuclear energy experiments and predicting emergent behavior in socioeconomic settings. We elaborate on each layer of the SI-stack, detailing the state-of-art methods, presenting examples to highlight challenges and opportunities, and advocating for specific ways to advance the motifs and the synergies from their combinations. Advancing and integrating these technologies can enable a robust and efficient hypothesis-simulation-analysis type of scientific method, which we introduce with several use-cases for human-machine teaming and automated science

On Computer-Aided Methods for Modeling and Analysis of Organizations

Treur, J. [Promotor