Konzeption und Implementierung einer generischen Schnittstelle für menschliche Interaktion in Service-orientierten Architekturen

Immer kürzer werdende Technologielebenszyklen, sich schnell ändernde gesetzliche Anforderungen und der ständig wachsende Wettbewerb führen dazu, dass Unternehmen dem Zwang unterliegen sich schnell auf diese veränderten äußeren Bedingungen anzupassen. Die Optimierung der eigenen Geschäftsprozesse ist diesbezüglich eine wesentliche Aufgabe, da diese so gestaltet werden müssen, dass Anpassungen möglichst schnell und minimal invasiv erfolgen können. Eine Optimierungsmöglichkeit ist Geschäftsprozesse mit Hilfe von Prozessbeschreibungssprachen wie BPEL (Business Process Execution Language) oder BPMN (Business Process Modelling Notation) automatisiert ablauffähig zu machen. Diese Automatisierung trägt zum einen dazu bei, dass Fach- und IT-Abteilung über das Gleiche nämlich über Geschäftsprozesse reden. Zum anderen hilft die Automatisierung dabei, klassische Probleme wie beispielweise Medienbrüche zu vermeiden. Eine Vollautomatisierung ist dabei jedoch meist nicht möglich und auch nicht sinnvoll, da es in Geschäftsprozessen Entscheidungen beziehungsweise Aufgaben gibt, welche das Eingreifen eines menschlichen Akteurs erfordern. Diesen Sachverhalt haben auch die Plattform-Hersteller erkannt und Möglichkeiten bereitgestellt, welche die Integration menschlicher Interaktion in einen automatisiert ablaufenden Prozess ermöglichen. Die Integration mit Hilfe so genannter Tasks, welche von einer Task-Engine erzeugt und Akteuren oder Gruppen von Akteuren zugeordnet werden. Diese Tasks können über eine Tasklist-oder Inbox-Applikation durch entsprechend berechtigte Benutzer bearbeitet werden. Solche Applikationen werden in der Regel von den Plattformherstellern zur Verfügung gestellt (z.B. Oracle Worklist Application oder Activiti Explorer), oder können über ein mitgeliefertes API (Application Programming Interface) individuell programmiert werden. Die APIs sind allerdings häufig proprietär und unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller. Für die Anwenderunternehmen heißt dies, dass entweder die mitgelieferte Anwendung verwendet oder eine eigene erstellt werden muss. Die erste Variante bringt das Problem mit sich, dass die mitgelieferten Anwendungen meist nicht ins Corporate Design passen und sich nicht ohne weiteres in bestehende Unternehmensportale, oder ähnliches einfügen lassen. Die zweite Variante ist aufwendig, da in der Regel nicht zu unterschätzende zeitliche und damit auch monetäre Aufwände anfallen. Zudem machen sich Anwenderunternehmen abhängig vom Hersteller der Workflow-Engine, weil ein Wechsel der verwendeten Plattform auch die Re-Implementierung der Inbox-Anwendung bedeutet. Zusammenfassend betrachtet bestehen im Bereich der menschlichen Interaktion also Probleme in den Bereichen Portabilität und Interoperabilität. Zudem entsteht eine enge Kopplung zwischen Task-Engine und den Inbox-Applikationen. Im Bereich der menschlichen Interaktion liegt bei der OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) seit einigen Jahren die WS-HT Spezifikation vor, welche eine standardisierte Integration menschlicher Interaktion in Service-orientierten Architekturen gewährleisten soll. Hierüber könnten die angesprochenen Probleme beseitigt werden. Problem dabei ist, dass die WS-HT Spezifikation von aktuellen Task-Engine Implementierungen nicht berücksichtigt wird. Um dennoch die bestehenden Probleme adressieren zu können, soll ein Adapterframework, basierend auf den Vorgaben der WS-HT Spezifikation definiert werden, konzipiert und implementiert werden, das die Funktionalitäten verschiedener Task-Engines über eine standardisierte Schnittstelle anbietet. Mit Hilfe diese Frameworks soll die enge Kopplung zwischen einer spezifischen Task-Engine und den Inbox-Applikationen aufgehoben werden.Ever shorter technology life cycles, rapidly changing legal requirements and the ever-growing competition mean that companies subject to the compulsion to quickly adapt to the changing external conditions. The optimization of business processes is an important task in this respect, since they must be designed so that adjustments can be made as quickly as possible and minimally invasive. One possibility is optimization of business processes using process description languages such as BPEL (Business Process Execution Language) and BPMN (Business Process Modelling Notation) to make processes executable using a process engine. This automation helps one to ensure that business and IT department talking about the same thing: that is about business processes. Furthermore it avoids classical problems, such as media breaks. A full automation of processes is usually not possible or appropriate, because in some situations the process flow requires the intervention of a human actor to support in complex decision scenarios. Platform vendors also have recognized these facts and enabled the integration of human interaction in automated processes. The integration is done by of so-called tasks, which are created and maintained by a task engine, which also assigns them to actors or groups of actors. The tasks can be handled via a task list or inbox application by any authorized user. Such applications are usually provided by the platform vendors (e.g. Oracle Worklist Application or Activiti Explorer), or may be implemented individually via a supplied API (Application Programming Interface). However the APIs are often proprietary and differ from provider to provider. For customers this means that either they use the supplied application or a custom solution needs to be created. The first option entails the problem that the bundled applications usually do not fit into the corporate design and cannot be easily inserted into existing enterprise portals. The second variant is complicated, since the time and expenses thereby also monetary incurred are often underestimated. In addition, customers are depending on the provider of the workflow engine, because the replacement of the process engine also means the re-implementation of the cosnuming applications. In summary, the problems in the area of human interaction are problems regarding the areas of portability and interoperability. Moreover a close coupling between the engine and Task Inbox application exists. In the area of human interaction OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) provides the WS-HT specification which may ensure a standardized integration of human interaction in service-oriented architectures for several years. Indeed the WS-HT specification will not be considered of current task engine implementations. In order to address the identified problems an adapter framework might be designed and implemented, based on the specifications of the WS-HT specification, which provides the functionality of multiple task engines via a standardized interface. Using the framework, the close coupling between a specific task engine and the consuming applications are hereby repealed

Entwurfsbegleitende Leistungsanalyse für SDL-basiertes Design multimedialer Internet-Transportsysteme

Neben der funktionalen Korrektheit von komplexen Kommunikationssystemen spielt eine ausreichende Performance dieser Systeme eine immer wichtigere Rolle. Dabei ist es notwendig, Performance-Aspekte bereits in frühen Entwurfsphasen und nicht erst nach der Implementierung der Systeme zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methodik zur entwurfsbegleitenden, modellgestützten Leistungsanalyse von Kommunikationsprotokollen, die mit Hilfe der Sprache SDL formal spezifiziert wurden. Die vorgestellte Methodik verwendet dazu Beschreibungsmechanismen, Verfahren und Werkzeuge, die bereits im Entwurfsprozeß dieser Systeme verwendet werden. Für die wichtigsten Implementierungsansätze von Kommunikationsprotokollen werden Performance-Bausteine vorgestellt und deren Verwendung erläutert. Die Tragfähigkeit der entwickelten Methodik wird durch eine große Fallstudie im Kontext von Reservierungsprotokollen zur Unterstützung von Multimedia-Anwendungen im Internet demonstriert. Dabei werden nicht nur die informellen Angaben der vorhandenen RFCs in formale SDL-Beschreibungen umgesetzt, sondern auch als existent vorausgesetzte Ressource-Management-Funktionen entwickelt und analysiert. Die vorliegende Arbeit schließt so die bisher bestehende Lücke im SDL-basierten Entwurfsprozeß verteilter reaktiver Systeme und ermöglicht die modellgestützte Betrachtung von Performance-Aspekten in den frühen Phasen des Entwurfsprozesses

Modellierung von Kommunikationssystemen zum Zweck der Systemanalyse und des Systementwurfs

Einen wesentlichen Beitrag zu Innovationen und Weiterentwicklungen in der Automobilindustrie leisten elektronische Komponenten. Der funktionale Wachstum in den Bereichen Sicherheit, Komfort und Fahrerassistenz führt zu einer Erhöhung der Komplexität. Neben der Anzahl der Komponenten steigert sich auch der Bedarf an Kooperation und Datenaustausch. Insbesondere by-wire- und Assistenzsysteme (Hochautomatisiertes Fahren) zeichnen sich durch hohe Anforderungen in den Bereichen Zuverlässigkeit, Datenkonsistenz, Fehlertoleranz und Ausfallsicherheit aus. Die Zusammenarbeit einzelner Steuergeräte fordert von der Kommunikationsstruktur neben hohen Datenraten auch Determinismus und Echtzeitverhalten. Die Entwicklung dieser komplexen verteilten Systeme profitiert durch modellbasierte Entwurfsprozesse. Der Nachweis von grundlegenden Systemeigenschaften mit dem Schwerpunkt Kommunikation soll bereits in frühen Entwurfsphasen mit Hilfe von ausführbaren Spezifikationen modell- und simulationsbasiert erfolgen. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entworfen, welcher die typischen ereignis- und zeitgesteuerten Protokolle in der Domäne Automotive adressiert. Der Fokus liegt auf den Buszugriffsverfahren. Modelle auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen werden am Beispiel von Controller Area Network (CAN) und FlexRay definiert und realisiert. Neben der reinen Kommunikation werden die angrenzenden Themenfelder Gateway (heterogene Kopplung) und Betriebssystem berücksichtigt. Detaillierte Modelle eignen sich zur Analyse spezifischer Protokolleigenschaften sowie zur Weiterentwicklung von Protokollfunktionen auf Modellebene. Mit abstrakteren Modellen lassen sich Leistungs- und Eigenschaftsanalysen von großen heterogenen Systemen durchführen. Echtzeitkommunikation, vernetzte Systeme und Anwendungsfelder für modellbasierte Entwurfsprozesse finden sich auch außerhalb des Automobilbereiches. Die Anwendung wird am Beispiel der Entwicklung und Optimierung eines komplexen verteilten Systems zur Steuerung einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine demonstriert. Innerhalb des Entwicklungsprozesses werden Entwurf, Realisierung und Leistungsbewertung bezüglich der Architektur des Gesamtsystems, der Verteilung von Funktionen und der Realisierung einzelner Komponenten sowie applikationsspezifische Kommunikationsprotokolle betrachtet.Major innovations and improvements in the automotive industry base on the electronic components. The growing number of functionality in the areas safety, comfort and driver assistance lead to an increase of the complexity. Not only the number of components increase. Especially to realize complex assistance systems the cooperation and data exchange gets more important. In particular, by-wire and assistance systems (highly-automated driving) have high requirements on reliability, data consistency and safety. The cooperation of single control units to realize these complex functions require not only high data rates but also determinism and real-time behavior of the communication architecture. The development of these complex distributed systems benefits from model-based design processes. The verification and validation of system properties with a focus on communication should be possible in early design phases using model and simulation-based approaches based on executable specifications. In this thesis, a modeling approach is developed addressing the typical event-driven and time-triggered protocols in the automotive domain. Models on different abstraction levels are defined and implemented. The Controller Area Network (CAN) and FlexRay are used as examples. Beside the communication protocols some related topics: gateway-functionality (heterogeneous communication) and operating system. The developed detailed models are adequate for the analysis of specific protocol properties as well as the improvement of protocol functions on model level. More abstract models can be used to analyze the performance, real-time behavior and characteristics of large heterogeneous systems. Real-time communication, distributed embedded systems and model-based design processes are not limited to the automotive sector. Therefore the utilization of the modeling approach is demonstrated within the development and optimization of a distributed embedded system: a signal- and dataprocessing unit of a nanopositioning- and nanomeasuringmachine. The example covers most parts of the development process. Selected topics are the design of the system architecture, the distributed allocation of functionality, the realization of single components and the development of application specific communication protocols

Komponentenbasierte Softwareentwicklung für datenflußorientierte eingebettete Systeme

Diese Dissertation beschäftigt sich mit den Problemen bei der Entwicklung von effizienter und zuverlässiger Software für eingebettete Systeme. Eingebettete Systeme sind inhärent nebenläufig, was mit einen Grund für ihre hohe Entwurfskomplexität darstellt. Aus dieser Nebenläufigkeit resultiert ein hoher Grad an Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten. Eine wichtige Forderung zur Vereinfachung des Entwurfsprozesses besteht in der getrennten Modellierung von Kommunikationsprotokollen und eigentlichen Verarbeitungsalgorithmen. Daraus resultiert eine höhere Wiederverwendbarkeit bei sich ändernden Kommunikationsstrukturen. Die Grundlage für die sogenannten Datenflußsprachen bildet eine einfache von Gilles Kahn konzipierte Sprache für Parallelverarbeitung. In dieser Sprache besteht ein System aus einer Menge sequentieller Prozesse (Komponenten), die über Fifokanäle miteinander kommunizieren. Ein Prozess ist rechenbereit, wenn seine Eingangsfifos mit entsprechenden Daten gefüllt sind. Übertragen werden physikalische Signale, die als Ströme bezeichnet werden. Ströme sind Folgen von Werten ohne explizite Zeitangaben. Das Einsatzgebiet von Datenflußsprachen liegt in der Entwicklung von Programmen zur Bild- und Signalverarbeitung, typischen Aufgaben in eingebetteten Systemen. Die Programmierung erfolgt visuell, wobei man Icons als Repräsentanten parametrisierbarer Komponenten aus einer Bibliothek auswählt und mittels Kanten (Fifos) verbindet. Ein im allgemeinen dynamischer Scheduler überwacht die Ausführung des fertiggestellten Anwendungsprogramms. Diese Arbeit schlägt ein universelleres Modell physikalischer Signale vor. Dabei werden zwei Ziele verfolgt: 1. Effiziente Kommunikation zwischen den Komponenten 2. Entwurfsbegleitende Überprüfung von Programmeigenschaften unter Verwendung komplexerer Komponentenmodelle Zur Effizienzsteigerung werden nur relevante Werte innerhalb von Strömen übertragen. Dies erhöht zwar den Mehraufwand zur Kennzeichnung des Aufbaus eines Teilstroms, in praktischen Anwendungen ist die hier vorgestellte Methode jedoch effizienter. Die Einführung neuer Signalmerkmale erlaubt unterschiedlichste Überprüfungen der Einhaltung von Typregeln durch die Eingangs- und Ausgangsströme einer Komponente. Anstelle einfacher Schaltregeln werden aufwendigere Kommunikationsprotokolle für die verschiedenen Arten von Komponenten eingeführt. Fifomaten (Fifo-Automaten) dienen als formale Grundlage. Mittels eines dezidierten Model-Checking-Verfahrens wird das Zusammenspiel der Fifomaten daraufhin untersucht, ob ein zyklischer Schedule existiert. Die Existenz eines solchen zyklischen Schedules schließt Speicherüberlauf und Deadlocks aus und garantiert darüber hinaus, daß das Programm nach endlicher Zeit wieder in die Ausgangssituation zurückfindet. Da im allgemeinen die Datenflußprogramme turingäquivalent sind, kann es allerdings zyklische Schedules geben, die das Verfahren nicht entdeckt. Mit der hier vorgestellten und implementierten Methode wird die Entwicklungszeit korrekter Datenflußprogramme deutlich reduziert. Das neue Modell physikalischer Signale macht zudem die Ausführung effizienter