AutoTaSC : Model driven development for autonomic software engineering

Whilst much research progress has been achieved towards the development of autonomic software engineering tools and techniques including: policy-based management, modelbased development, service-oriented architecture and model driven architecture. They have often focused on and started from chosen object-oriented models of required software behaviour, rather than domain model including user intentions and/or software goals. Such an approach is often reported to lead to "misalignment" between business process layer and their associated computational enabling systems. This is specifically noticeable in adaptive and evolving business systems and/or processes settings. To address this long-standing problem research has over the years investigated many avenues to close the gap between business process modelling and the generation of enactment (computation) layer, which is responsive to business changes. Within this problem domain, this research sets out to study the extension of the Model Driven Development (MOD) paradigm to business/domain model, that is, how to raise the abstraction level of model-driven software development to the domain level and provide model synchronisation to trace and analyse the impact of a given model change. The main contribution of this research is the development of a MOD-based design method for autonomic systems referred to as AutoTaSC. The latter consists of a series of related models, where each of which represents the system under development at a given stage. The first and highest level model represents the abstract model referred to as the Platform Independent Model (PIM). The next model encapsulates the PIM model for the autonomic system where the autonomic capabilities and required components (such as monitor, sensor, actuator, analyser, policy, etc.) are added via some appropriate transformation rules. Targeting a specific technology involves adding, also via transformation rules, specific information related to that platform from which the Platform Specific Model (PSM) for the autonomic system is extracted. In the last stage, code can be generated for the specific platform or technology targeted in the previous stage, web services for instance. In addition, the AutoTaSC method provides a situated model synchronisation mechanism, which is designed following the autonomic systems principles. For instance, to guarantee model synchronisation each model from each AutoTaSC stage has an associated policy-based feedback control loop, which regulates its reaction to detected model change. Thus, AutaTase method model transformation approach to drive model query, view and synchronisation. The Auto'Iast? method was evaluated using a number of benchmark case-studies to test this research hypothesis including the effectiveness and generality of AutaTaSe design method

Automatisierte Analyse integrierter Software-Produktlinien-Spezifikationen

Der Trend zur Digitalisierung führt zu neuen Anwendungsszenarien (z.B. Industrie 4.0, Internet der Dinge, intelligente Stromnetze), die laufzeitadaptive Software-Systeme erfordern, die sich durch kontinuierliche Rekonfiguration an verändernde Umgebungsbedingungen anpassen. Integrierte Software-Produktlinien-Spezifikationen ermöglichen die präzise Beschreibung von Konsistenzeigenschaften derartiger Systeme in einer einheitlichen Repräsentation. So bietet die Spezifikationssprache Clafer sowohl Sprachmittel zur Charakterisierung der Laufzeitvariabilität eines Systems als auch für die rekonfigurierbaren Bestandteile der Systemarchitektur sowie komplexer Abhängigkeiten. In Clafer-Spezifikationen werden hierzu Sprachkonstrukte aus UML-Klassendiagrammen und Meta-Modellierungssprachen zusammen mit Feature-orientierten Modellierungstechniken und Constraints in Prädikatenlogik erster Stufe kombiniert. Durch die beträchtliche Ausdrucksstärke neigen derartige integrierte Produktlinien-Spezifikationen in der Praxis dazu, sehr komplex zu werden (z.B. aufgrund versteckter Abhängigkeiten zwischen Konfigurationsoptionen und Komponenten). Sie sind daher äußerst anfällig für Spezifikationsfehler in Form von Inkonsistenzen oder Entwurfsschwächen in Form von Anomalien. Inkonsistenzen und Anomalien müssen jedoch möglichst früh im Entwurfsprozess erkannt und behoben werden, um drastische Folgekosten zur Laufzeit eines Systems zu vermeiden. Aus diesem Grund sind statische Analysetechniken zur automatisierten Analyse integrierter Software-Produktlinien-Spezifikationen unabdingbar. Existierende Ansätze zur Konsistenzprüfung erfordern, dass der Suchraum für die Instanzsuche vorab entweder manuell oder durch heuristisch identifizierte Schranken eingeschränkt wird. Da, falls keine Instanz gefunden werden kann, nicht bekannt ist, ob dies durch einen zu klein gewählten Suchraum oder eine tatsächliche Inkonsistenz verursacht wurde, sind existierende Analyseverfahren inhärent unvollständig und praktisch nur eingeschränkt nutzbar. Darüber hinaus wurden bisher noch keine Analysen zur Identifikation von Anomalien vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in Variabilitätsmodellen auftreten können. Weiterhin erlauben existierende Verfahren zwar die Handhabung von ganzzahligen Attributen, ermöglichen jedoch keine effiziente Analyse von Spezifikationen die zusätzlich reellwertige Attribute aufweisen. In dieser Arbeit präsentieren wir einen Ansatz zur automatisierten Analyse integrierter Software-Produktlinien-Spezifikationen, die in der Sprache Clafer spezifiziert sind. Hierfür präsentieren wir eine ganzheitliche Spezifikation der strukturellen Konsistenzeigenschaften laufzeitadaptiver Software-Systeme und schlagen neuartige Anomalietypen vor, die in Clafer-Spezifikationen auftreten können. Wir charakterisieren eine Kernsprache, die eine vollständige und korrekte Analyse von Clafer-Spezifikationen ermöglicht. Wir führen zusätzlich eine neuartige semantische Repräsentation als mathematisches Optimierungsproblem ein, die über die Kernsprache hinaus eine effiziente Analyse praxisrelevanter Clafer-Spezifikationen ermöglicht und die Anwendung etablierter Standard-Lösungsverfahren erlaubt. Die Methoden und Techniken dieser Arbeit werden anhand eines durchgängigen Beispiels eines selbst-adaptiven Kommunikationssystems illustriert und prototypisch implementiert. Die experimentelle Evaluation zeigt die Effektivität unseres Analyseverfahrens sowie erhebliche Verbesserungen der Laufzeiteffizienz im Vergleich zu etablierten Verfahren