On the Development and Use of a Formal Object Oriented Methodology Based on an Application Case Study

The objective of this thesis is to evaluate the object oriented specification language Troll for industry. We used Troll from analysis to implementation for an information system which is located at the Physical Technical Federal Board (PTB) in Germany. This information system assists different users who deal with the certification and testing of electrical equipment in an explosive atmosphere. The main part of this thesis therefore describes the advantages and the disadvantages of using Troll in various software engineering phases and different problem domains, such as in the safety critical part. When we started this project it was clear that Troll was not suited for all aspects which we had to deal with. However, due to the well-defined semantics of Troll it was straightforward to extend it as needed. Limits, however, had to be accepted in certain areas such as those with real-time aspects. In this thesis, we will also demonstrate how formal techniques that include the object oriented paradigm can be made profitable in software engineering practice. Software engineers should not be asking how to use formal methods, but how to benefit from them as part of a complete software engineering approach. We will give some rules and advice based on practical experience which can provide benefits in similar settings.In der vorliegenden Dissertation wird die objektorientiert Spezifikationssprache TROLL im industriellen Bereich evaluiert. Hierzu wurde TROLL für die Entwicklung eines Informationssystem der PTB (Physikalisch Technischen Bundesanstalt Braunschweig) von der Analysephase bis zur Implementierung eingesetzt. Das Informationssystem unterstützt unterschiedliche Benutzer bei der Zertifizierung und dem Test von elektrischen Geräten, die in explosiven Umgebungen eingesetzt werden. Der Hauptteil dieser Dissertation beschreibt die Vor- und Nachteile von TROLL beim Einsatz in den verschiedenen Software Engineering Phasen und den unterschiedlichen Anwendungsgebieten, wie etwa im sicherheitskritischen Bereich. Beim Start des Projektes stand bereits fest, dass die Sprache TROLL nicht alle Aspekte der Entwicklung abdecken konnte. Es war jedoch aufgrund der strengen semantischen Definition der Sprache einfach, TROLL um neue Konzepte zu erweitern. An einigen Stellen, wie z.B. bei der Realzeit muußten aber die Grenzen der Erweiterbarkeit aktzeptiert werden. Zusätzlich zeigt diese Dissertation, wie eine Kombination aus formalen Techniken und objektorientierten Ansätzen effektiv im Software Engineering eingesetzt werden kann. Softwareentwickler sollten in Zukunft nicht mehr fragen, ob sie eine formale Methode benutzen sollen, sondern eher wie sie diese in der Softwarentwicklung optimal einsetzen können. Die Arbeit gibt Ratschläge und Regeln weiter, die auf den positiven Erfahrungen bei der Entwicklung des Informationssystems der PTB basieren

Impact of Mobility on Information Systems and Information System Design

The subject of this thesis is to analyse the impact of mobile hardware and software on information systems, to survey existing approaches for specifying mobile systems of computer science in general, and to provide suitable means for the formal design of information systems comprising such mobile units in particular. We consider a mobile unit to denote a mobile hardware or software entity, and a mobile system as a system comprising or being accessed by such mobile components. The various forms of mobile units occurring in computer science are explained and a taxonomy for them is developed, followed by a detailed discussion of their effects on computer and information systems. Several approaches for specifying mobile systems are presented and classified, with a particular emphasis on formal methods. As it turns out, these approaches do not allow to describe the set-up and release of communication links or to distinguish between the ever-mobile units of a compound system and those which provide the fixed subsystem as the context for the mobile entities, which are both important aspects to consider when developing information systems with mobile components. Therefore, corresponding constructs are then presented as an extension to the specification language Troll and its theoretical foundations, i.e. extended data signatures and the Module Distributed Temporal Logic Mdtl, both being interpreted over event structures. Finally, the application of the constructs is illustrated with the development of a system for accessing web services from mobile phones, which complements the ongoing example of information retrieval via mobile agents used to explain the constructs and concepts.Thema dieser Arbeit ist die Analyse der Auswirkungen von mobiler Hard- und Software auf Informationssysteme, die Untersuchung vorhandener Ansätze zur Spezifikation mobiler Systeme in der Informatik allgemein und für den formalen Entwurf von Informationssystemen mit mobilen Einheiten insbesondere. "Mobile Einheit" wird dabei als Oberbegriff für mobile Hardware- und Softwarekomponenten verwendet, und ein "mobiles System" ist ein System, das solche mobilen Komponenten beinhaltet oder auf das durch diese zugegriffen wird. Wir beschreiben die verschiedenen Formen, in denen mobile Einheiten in der Informatik auftreten, und entwickeln eine entsprechende Taxonomie, bevor wir deren Auswirkungen auf Computer- und Informationssysteme ausführlich diskutieren. Verschiedene Ansätze zur Spezifikation mobiler Systeme werden vorgestellt und eingeordnet, wobei das Augenmerk speziell auf formalen Methoden liegt. Es stellt sich heraus, dass es keiner dieser Ansätze ermöglicht, den Auf- und Abbau von Kommunikationsverbindungen zu beschreiben und zwischen den stets mobilen Einheiten und denjenigen zu unterscheiden, die das feste Teilsystem als Kontext für sie bilden. Beides sind aber wesentliche Aspekte, die in der Entwicklung von Informationssystemen mit mobilen Bestandteilen zu berücksichtigen sind. Daher stellen wir dann entsprechende Sprachkonstrukte als Erweiterung der Spezifikationssprache Troll inklusive der formalen Grundlagen vor. Diese Grundlagen beruhen auf erweiterten Datensignaturen und einer modularen verteilten temporalen Logik Mdtl, die beide über Ereignisstrukturen interpretiert werden. Schließlich wird die Verwendbarkeit der Sprachkonstrukte in der Entwicklung eines Systems zur Nutzung von Web-Diensten von Mobiltelefonen aus illustriert