Integration of Heterogeneous Modeling Languages via Extensible and Composable Language Components

Effective model-driven engineering of complex systems requires to appropriately describe different specific system aspects. To this end, efficient integration of different heterogeneous modeling languages is essential. Modeling language integaration is onerous and requires in-depth conceptual and technical knowledge and ef- fort. Traditional modeling lanugage integration approches require language engineers to compose monolithic language aggregates for a specific task or project. Adapting these aggregates cannot be to different contexts requires vast effort and makes these hardly reusable. This contribution presents a method for the engineering of grammar-based language components that can be independently developed, are syntactically composable, and ultimately reusable. To this end, it introduces the concepts of language aggregation, language embed- ding, and language inheritance, as well as their realization in the language workbench MontiCore. The result is a generalizable, systematic, and efficient syntax-oriented composition of languages that allows the agile employment of modeling languages efficiently tailored for individual software projects.Comment: 12 pages, 11 figures. Proceedings of the 3rd International Conference on Model-Driven Engineering and Software Development. Angers, Loire Valley, France, pp. 19-31, 201

JSB Composability and Web Services Interoperability Via Extensible Modeling & Simulation Framework (XMSF), Model Driven Architecture (MDA), Component Repositories, and Web-based Visualization

Study Report prepared for the U. S. Air Force, Joint Synthetic Battlespace Analysis of Technical Approaches (ATA) Studies & Prototyping Overview: This paper summarizes research work conducted by organizations concerned with interoperable distributed information technology (IT) applications, in particular the Naval Postgraduate School (NPS) and Old Dominion University (ODU). Although the application focus is distributed modeling & simulation (M&S) the results and findings are in general easily applicable to other distributed concepts as well, in particular the support of operations by M&S applications, such as distributed mission operations. The core idea of this work is to show the necessity of applying open standards for component description, implementation, and integration accompanied by aligned management processes and procedures to enable continuous interoperability for legacy and new M&S components of the live, virtual, and constructive domain within the USAF Joint Synthetic Battlespace (JSB). JSB will be a common integration framework capable of supporting the future emerging simulation needs ranging from training and battlefield rehearsal to research, system development and acquisition in alignment with other operational requirements, such as integration of command and control, support of operations, integration of training ranges comprising real systems, etc. To this end, the study describes multiple complementary Integrated Architecture Framework approaches and shows, how the various parts must be orchestrated in order to support the vision of JSB effectively and efficiently. Topics of direct relevance include Web Services via Extensible Modeling & Simulation Framework (XMSF), the Object Management Group (OMG)’s Model Driven Architecture (MDA), XML-based resource repositories, and Web-based X3D visualization. To this end, the report shows how JSB can − Utilize Web Services throughout all components via XMSF methodologies, − Compose diverse system visualizations using Web-based X3D graphics, − Benefit from distributed modeling methods using MDA, and − Best employ resource repositories for broad and consistent composability. Furthermore, the report recommends the establishment of necessary management organizations responsible for the necessary alignment of management processes and procedures within the JSB as well as with neighbored domains. Continuous interoperability cannot be accomplished by technical standards alone. The application of technical standards targets the implementation level of the system of systems, which results in an interoperable solution valid only for the actual 2 implementation. To insure continuity, the influence of updates, upgrades and introduction of components on the system of systems must be captured in the project management procedures of the participating systems. Finally, the report proposes an exemplifying set of proof-of-capability demonstration prototypes and a five-year technical/institutional transformation plan. All key references are online available at http://www.movesinstitute.org/xmsf/xmsf.html (if not explicitly stated otherwise)

Composable M&S web services for net-centric applications

Service-oriented architectures promise easier integration of functionality in the form of web services into operational systems than is the case with interface-driven system-oriented approaches. Although the Extensible Markup Language (XML) enables a new level of interoperability among heterogeneous systems, XML alone does not solve all interoperability problems users contend with when integrating services into operational systems. To manage the basic challenges of service interoperation, we developed the Levels of Conceptual Interoperability Model (LCIM) to enable a layered approach and gradual solution improvements. Furthermore, we developed methods of model-based data engineering (MBDE) for semantically consistent service integration as a first step. These methods have been applied in the U.S. in collaboration with industry resulting in proofs of concepts. The results are directly applicable in a net-centric and net-enabled environment

A Survey on Service Composition Middleware in Pervasive Environments

The development of pervasive computing has put the light on a challenging problem: how to dynamically compose services in heterogeneous and highly changing environments? We propose a survey that defines the service composition as a sequence of four steps: the translation, the generation, the evaluation, and finally the execution. With this powerful and simple model we describe the major service composition middleware. Then, a classification of these service composition middleware according to pervasive requirements - interoperability, discoverability, adaptability, context awareness, QoS management, security, spontaneous management, and autonomous management - is given. The classification highlights what has been done and what remains to do to develop the service composition in pervasive environments

Code Generator Composition for Model-Driven Engineering of Robotics Component & Connector Systems

Engineering software for robotics applications requires multidomain and application-specific solutions. Model-driven engineering and modeling language integration provide means for developing specialized, yet reusable models of robotics software architectures. Code generators transform these platform independent models into executable code specific to robotic platforms. Generative software engineering for multidomain applications requires not only the integration of modeling languages but also the integration of validation mechanisms and code generators. In this paper we sketch a conceptual model for code generator composition and show an instantiation of this model in the MontiArc- Automaton framework. MontiArcAutomaton allows modeling software architectures as component and connector models with different component behavior modeling languages. Effective means for code generator integration are a necessity for the post hoc integration of applicationspecific languages in model-based robotics software engineering.Comment: 12 pages, 4 figures, In: Proceedings of the 1st International Workshop on Model-Driven Robot Software Engineering (MORSE 2014), York, Great Britain, Volume 1319 of CEUR Workshop Proceedings, 201

Extensible Languages for Flexible and Principled Domain Abstraction

Die meisten Programmiersprachen werden als Universalsprachen entworfen. Unabhängig von der zu entwickelnden Anwendung, stellen sie die gleichen Sprachfeatures und Sprachkonstrukte zur Verfügung. Solch universelle Sprachfeatures ignorieren jedoch die spezifischen Anforderungen, die viele Softwareprojekte mit sich bringen. Als Gegenkraft zu Universalsprachen fördern domänenspezifische Programmiersprachen, modellgetriebene Softwareentwicklung und sprachorientierte Programmierung die Verwendung von Domänenabstraktion, welche den Einsatz von domänenspezifischen Sprachfeatures und Sprachkonstrukten ermöglicht. Insbesondere erlaubt Domänenabstraktion Programmieren auf dem selben Abstraktionsniveau zu programmieren wie zu denken und vermeidet dadurch die Notwendigkeit Domänenkonzepte mit universalsprachlichen Features zu kodieren. Leider ermöglichen aktuelle Ansätze zur Domänenabstraktion nicht die Entfaltung ihres ganzen Potentials. Einerseits mangelt es den Ansätzen für interne domänenspezifische Sprachen an Flexibilität bezüglich der Syntax, statischer Analysen, und Werkzeugunterstützung, was das tatsächlich erreichte Abstraktionsniveau beschränkt. Andererseits mangelt es den Ansätzen für externe domänenspezifische Sprachen an wichtigen Prinzipien, wie beispielsweise modularem Schließen oder Komposition von Domänenabstraktionen, was die Anwendbarkeit dieser Ansätze in der Entwicklung größerer Softwaresysteme einschränkt. Wir verfolgen in der vorliegenden Doktorarbeit einen neuartigen Ansatz, welcher die Vorteile von internen und externen domänenspezifischen Sprachen vereint um flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion zu unterstützen. Wir schlagen bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprachen als Grundlage für Domänenabstraktion vor. In einer erweiterbaren Sprache kann Domänenabstraktion durch die Erweiterung der Sprache mit domänenspezifischer Syntax, statischer Analyse, und Werkzeugunterstützung erreicht werden . Dies ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Flexibilität wie externe domänenspezifische Sprachen. Um die Einhaltung üblicher Prinzipien zu gewährleisten, organisieren wir Spracherweiterungen als Bibliotheken und verwenden einfache Import-Anweisungen zur Aktivierung von Erweiterungen. Dies erlaubt modulares Schließen (durch die Inspektion der Import-Anweisungen), unterstützt die Komposition von Domänenabstraktionen (durch das Importieren mehrerer Erweiterungen), und ermöglicht die uniforme Selbstanwendbarkeit von Spracherweiterungen in der Entwicklung zukünftiger Erweiterungen (durch das Importieren von Erweiterungen in einer Erweiterungsdefinition). Die Organisation von Erweiterungen in Form von Bibliotheken ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Prinzipientreue wie interne domänenspezifische Sprachen. Wir haben die bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprache SugarJ entworfen und implementiert. SugarJ Bibliotheken können Erweiterungen der Syntax, der statischen Analyse, und der Werkzeugunterstützung von SugarJ deklarieren. Eine syntaktische Erweiterung besteht dabei aus einer erweiterten Syntax und einer Transformation der erweiterten Syntax in die Basissyntax von SugarJ. Eine Erweiterung der Analyse testet Teile des abstrakten Syntaxbaums der aktuellen Datei und produziert eine Liste von Fehlern. Eine Erweiterung der Werkzeugunterstützung deklariert Dienste wie Syntaxfärbung oder Codevervollständigung für bestimmte Sprachkonstrukte. SugarJ Erweiterungen sind vollkommen selbstanwendbar: Eine erweiterte Syntax kann in eine Erweiterungsdefinition transformiert werden, eine erweiterte Analyse kann Erweiterungsdefinitionen testen, und eine erweiterte Werkzeugunterstützung kann Entwicklern beim Definieren von Erweiterungen assistieren. Um eine Quelldatei mit Erweiterungen zu verarbeiten, inspizieren der SugarJ Compiler und die SugarJ IDE die importierten Bibliotheken um die aktiven Erweiterungen zu bestimmen. Der Compiler und die IDE adaptieren den Parser, den Codegenerator, die Analyseroutine und die Werkzeugunterstützung der Quelldatei entsprechend der aktiven Erweiterungen. Wir beschreiben in der vorliegenden Doktorarbeit nicht nur das Design und die Implementierung von SugarJ, sondern berichten darüber hinaus über Erweiterungen unseres ursprünglich Designs. Insbesondere haben wir eine Generalisierung des SugarJ Compilers entworfen und implementiert, die neben Java alternative Basissprachen unterstützt. Wir haben diese Generalisierung verwendet um die bibliotheksbasierten erweiterbaren Programmiersprachen SugarHaskell, SugarProlog, und SugarFomega zu entwickeln. Weiterhin haben wir SugarJ ergänzt um polymorphe Domänenabstraktion und Kommunikationsintegrität zu unterstützen. Polymorphe Domänenabstraktion ermöglicht Programmierern mehrere Transformationen für die selbe domänenspezifische Syntax bereitzustellen. Dies erhöht die Flexibilität von SugarJ und unterstützt bekannte Szenarien aus der modellgetriebenen Entwicklung. Kommunikationsintegrität spezifiziert, dass die Komponenten eines Softwaresystems nur über explizite Kanäle kommunizieren dürfen. Im Kontext von Codegenerierung stellt dies eine interessante Eigenschaft dar, welche die Generierung von impliziten Modulabhängigkeiten untersagt. Wir haben Kommunikationsintegrität als weiteres Prinzip zu SugarJ hinzugefügt. Basierend auf SugarJ und zahlreicher Fallstudien argumentieren wir, dass flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion ein skalierbares Programmiermodell für die Entwicklung komplexer Softwaresysteme darstellt