Air Force Institute of Technology Research Report 2012

This report summarizes the research activities of the Air Force Institute of Technology’s Graduate School of Engineering and Management. It describes research interests and faculty expertise; lists student theses/dissertations; identifies research sponsors and contributions; and outlines the procedures for contacting the school. Included in the report are: faculty publications, conference presentations, consultations, and funded research projects. Research was conducted in the areas of Aeronautical and Astronautical Engineering, Electrical Engineering and Electro-Optics, Computer Engineering and Computer Science, Systems and Engineering Management, Operational Sciences, Mathematics, Statistics and Engineering Physics

Ingénierie et Architecture d’Entreprise et des Systèmes d’Information - Concepts, Fondements et Méthodes

L'ingénierie des systèmes d'information s'est longtemps cantonnée à la modélisation du produit (objet) qu'est le système d’information sans se préoccuper des processus d'usage de ce système. Dans un environnement de plus en plus évolutif, la modélisation du fonctionnement du système d’information au sein de l'entreprise me semble primordiale. Pendant les deux dernières décennies, les pratiques de management, d’ingénierie et d’opération ont subi des mutations profondes et multiformes. Nous devons tenir compte de ces mutations dans les recherches en ingénierie des systèmes d’information afin de produire des formalismes et des démarches méthodologiques qui sauront anticiper et satisfaire les nouveaux besoins, regroupés dans ce document sous quatre thèmes:1) Le système d’information est le lieu même où s’élabore la coordination des actes et des informations sans laquelle une entreprise (et toute organisation), dans la diversité des métiers et des compétences qu’elle met en œuvre, ne peut exister que dans la médiocrité. La compréhension des exigences de coopération dans toutes ses dimensions (communication, coordination, collaboration) et le support que l’informatique peut et doit y apporter deviennent donc un sujet digne d’intérêt pour les recherches en système d’information.2) Le paradigme de management des processus d’entreprise (BPM) est en forte opposition avec le développement traditionnel des systèmes d’information qui, pendant plusieurs décennies, a cristallisé la division verticale des activités des organisations et favorisé ainsi la construction d’îlots d’information et d’applications. Cependant, les approches traditionnelles de modélisation de processus ne sont pas à la hauteur des besoins d’ingénierie des processus dans ce contexte en constant changement, que ce dernier soit de nature contextuelle ou permanente. Nous avons donc besoin de formalismes (i) qui permettent non seulement de représenter les processus d’entreprise et leurs liens avec les composants logiciels du système existant ou à venir mais (ii) qui ont aussi l’aptitude à représenter la nature variable et/ou évolutive (donc parfois éminemment décisionnelle) de ces processus.3) Les systèmes d’information continuent aujourd’hui de supporter les besoins classiques tels que l’automatisation et la coordination de la chaîne de production, l’amélioration de la qualité des produits et/ou services offerts. Cependant un nouveau rôle leur est attribué. Il s’agit du potentiel offert par les systèmes d’information pour adopter un rôle de support au service de la stratégie de l’entreprise. Les technologies de l’information, de la communication et de la connaissance se sont ainsi positionnées comme une ressource stratégique, support de la transformation organisationnelle voire comme levier du changement. Les modèles d’entreprise peuvent représenter l’état actuel de l’organisation afin de comprendre, de disposer d’une représentation partagée, de mesurer les performances, et éventuellement d’identifier les dysfonctionnements. Ils permettent aussi de représenter un état futur souhaité afin de définir une cible vers laquelle avancer par la mise en œuvre des projets. L’entreprise étant en mouvement perpétuel, son évolution fait partie de ses multiples dimensions. Nous avons donc besoin de représenter, a minima, un état futur et le chemin de transformation à construire pour avancer vers cette cible. Cependant planifier/imaginer/se projeter vers une cible unique et, en supposant que l’on y arrive, croire qu’il puisse exister un seul chemin pour l’atteindre semble irréaliste. Nous devons donc proposer des formalismes qui permettront de spécifier des scenarii à la fois pour des cibles à atteindre et pour des chemins à parcourir. Nous devons aussi développer des démarches méthodologiques pour guider de manière systématique la construction de ces modèles d’entreprise et la rationalité sous-jacente.4) En moins de cinquante ans, le propos du système d’information a évolué et s’est complexifié. Aujourd’hui, le système d’information doit supporter non seulement les fonctions de support de manière isolée et en silos (1970-1990), et les activités appartenant à la chaîne de valeur [Porter, 1985] de l’entreprise (1980-2000) mais aussi les activités de contrôle, de pilotage, de planification stratégique ainsi que la cohérence et l’harmonie de l’ensemble des processus liés aux activités métier (2000-201x), en un mot les activités de management stratégique et de gouvernance d’entreprise. La gouvernance d'entreprise est l'ensemble des processus, réglementations, lois et institutions influant la manière dont l'entreprise est dirigée, administrée et contrôlée. Ces processus qui produisent des ‘décisions’ en guise de ‘produit’ ont autant besoin d’être instrumentalisés par les systèmes d’information que les processus de nature plus opérationnels de l’entreprise. De même, ces processus stratégiques (dits aussi ‘de développement’) nécessitent d’avoir recours à des formalismes de représentation qui sont très loin, en pouvoir d’expression, des notations largement adoptées ces dernières années pour la représentation des processus d’entreprise.Ainsi, il semble peu judicieux de vouloir (ou penser pouvoir) isoler, pendant sa construction, l’objet “système d’information” de son environnement d’exécution. Si le sens donné à l’information dépend de la personne qui la reçoit, ce sens ne peut être entièrement capturé dans le système technique. Il sera plutôt appréhendé comme une composante essentielle d’un système socio-technique incluant les usagers du système d’information technologisé, autrement dit, les acteurs agissant de l’entreprise. De mon point de vue, ce système socio-technique qui mérite l’intérêt scientifique de notre discipline est l’entreprise. Les recherches que j’ai réalisées, animées ou supervisées , et qui sont structurées en quatre thèmes dans ce document, visent à résoudre les problèmes liés aux contextes de l'usage (l'entreprise et son environnement) des systèmes d’information. Le point discriminant de ma recherche est l'intérêt que je porte à la capacité de représentation :(i) de l'évolutivité et de la flexibilité des processus d'entreprise en particulier de ceux supportés par un système logiciel, d’un point de vue microscopique (modèle d’un processus) et macroscopique (représentation et configuration d’un réseau de processus) : thème 2(ii) du système d’entreprise dans toutes ses dimensions (stratégie, organisation des processus, système d’information et changement) : thème 3Pour composer avec ces motivations, il fallait :(iii) s’intéresser à la nature même du travail coopératif et à l’intentionnalité des acteurs agissant afin d’identifier et/ou proposer des formalismes appropriés pour les décrire et les comprendre : thème 1(iv) se questionner aussi sur les processus de management dont le rôle est de surveiller, mesurer, piloter l’entreprise afin de leur apporter le soutien qu’ils méritent du système d’information : thème

Semantic discovery and reuse of business process patterns

Patterns currently play an important role in modern information systems (IS) development and their use has mainly been restricted to the design and implementation phases of the development lifecycle. Given the increasing significance of business modelling in IS development, patterns have the potential of providing a viable solution for promoting reusability of recurrent generalized models in the very early stages of development. As a statement of research-in-progress this paper focuses on business process patterns and proposes an initial methodological framework for the discovery and reuse of business process patterns within the IS development lifecycle. The framework borrows ideas from the domain engineering literature and proposes the use of semantics to drive both the discovery of patterns as well as their reuse

A Model-Based Systems Engineering Methodology to Support Early Phase Australian Off-the-Shelf Naval Ship Acquisitions

A significant capability modernisation program and a wide-ranging review of Defence has meant that Australian naval ship acquisitions are now being undertaken with both increasing pace and increasing oversight. This comes at a time when naval ship acquisition has also swung away from the top-down approach of designing a ship to meet unique Australian requirements, to the strong preference to use off-the-shelf (OTS) ship designs from overseas. This situation creates a need for new approaches to support stakeholders with naval ship concept definition and acquisition methodologies (which include methods, tools, techniques, and processes) that can develop robust, defensible business cases for milestone decisions by government. This thesis addresses this important need through the construction of a structured Model-Based Systems Engineering (MBSE) methodology that combines ship design aspects with technical and trade-off analyses to enable evidence-based decision making by Defence and government on the preferred technical solution to a capability need. The research utilised the Constructive Research Approach to produce an artefact, the Middle-out Early-phase Above-the-line Naval Ship (MEANS) MBSE methodology. The methodology is focused on the Risk Mitigation and Requirements Setting Phase (early conceptual design) in the Australian Defence capability lifecycle as this is the key stage in determining the outcome of an acquisition project. Specifically, the MEANS MBSE methodology supports requirements definition through a concept and requirements exploration approach. This approach facilitates the definition of traceable, defensible requirements based on top-down requirements analysis and design space exploration, combined with a bottom-up market survey of the existing naval ship design space. Furthermore, the MEANS MBSE methodology uses multi-criteria decision making to provide robust evaluation of candidate OTS naval ship design options to select the preferred solution and identify design weaknesses, or relative deficiencies in each design. The MEANS MBSE methodology encourages design to take place in the modelling environment (as opposed to simply recording the design) and supports iterative “what-if” solution option analysis to evaluate proposed design changes. The research produced a validated, exemplar MBSE methodology, and a body of work on early-stage ship design approaches that together have much to offer Australian Defence for future ship acquisitions. Specifically, it extended the use of MBSE to establish, manage and guide early stage design and analysis activities, whilst simultaneously maintaining traceability to Defence strategic guidance and capability needs. This extension allows capability development stakeholders to demonstrate the links between strategy, design activities, and requirements definition, thereby making ‘contestability’ and Systems Engineering rigour inherent in the specification of the required naval ship. The novelty of the research arises from the novel synthesis of several proven system design and analysis methods into a bespoke MBSE methodology that provides unique functionality and assistance to ship acquisition stakeholders. The thesis is presented in a combined conventional narrative and publications format, with the publications upon which the body of the thesis is based included in the appendices.Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, Entrepreneurship, Commercialisation and Innovation Centre, 201

ENERGY CONSUMPTION OF MOBILE PHONES

Battery consumption in mobile applications development is a very important aspect and has to be considered by all the developers in their applications. This study will present an analysis of different relevant concepts and parameters that may have an impact on energy consumption of Windows Phone applications. This operating system was chosen because limited research related thereto has been conducted, even though there are related studies for Android and iOS operating systems. Furthermore, another reason is the increasing number of Windows Phone users. The objective of this research is to categorise the energy consumption parameters (e.g. use of one thread or several threads for the same output). The result for each group of experiments will be analysed and a rule will be derived. The set of derived rules will serve as a guide for developers who intend to develop energy efficient Windows Phone applications. For each experiment, one application is created for each concept and the results are presented in two ways; a table and a chart. The table presents the duration of the experiment, the battery consumed in the experiment, the expected battery lifetime, and the energy consumption, while the charts display the energy distribution based on the main threads: UI thread, application thread, and network thread

An agent-based visualisation system.

This thesis explores the concepts of visual supercomputing, where complex distributed systems are used toward interactive visualisation of large datasets. Such complex systems inherently trigger management and optimisation problems; in recent years the concepts of autonomic computing have arisen to address those issues. Distributed visualisation systems are a very challenging area to apply autonomic computing ideas as such systems are both latency and compute sensitive, while most autonomic computing implementations usually concentrate on one or the other but not both concurrently. A major contribution of this thesis is to provide a case study demonstrating the application of autonomic computing concepts to a computation intensive, real-time distributed visualisation system. The first part of the thesis proposes the realisation of a layered multi-agent system to enable autonomic visualisation. The implementation of a generic multi-agent system providing reflective features is described. This architecture is then used to create a flexible distributed graphic pipeline, oriented toward real-time visualisation of volume datasets. Performance evaluation of the pipeline is presented. The second part of the thesis explores the reflective nature of the system and presents high level architectures based on software agents, or visualisation strategies, that take advantage of the flexibility of the system to provide generic features. Autonomic capabilities are presented, with fault recovery and automatic resource configuration. Performance evaluation, simulation and prediction of the system are presented, exploring different use cases and optimisation scenarios. A performance exploration tool, Delphe, is described, which uses real-time data of the system to let users explore its performance