Bibliographie der Veröffentlichungen von Angehörigen der Technischen Hochschule Ilmenau: aus d. Jahr 1988

Übersicht: Bibliographie der Veröffentlichungen von Angehörigen der Technischen Hochschule Ilmena

Ein komponentenbasiertes Meta-Modell kontextabhängiger Adaptionsgraphen für mobile und ubiquitäre Anwendungen

Gegenwärtige Infrastrukturen für verteilte Dienste und Anwendungen, insbesondere das Internet, entwickeln sich zunehmend zu mobilen verteilten Systemen. Durch die Integration drahtloser Netze, mobiler bzw. dedizierter Endgeräte und nicht zuletzt durch die Mobilität der Benutzer steigt die Heterogenität und Dynamik der Systeme hinsichtlich der eingesetzten Endgeräte, Kommunikationstechnologien sowie Benutzeranforderungen und Anwendungssituationen. Diese Eigenschaften sind mobilen Systemen inhärent und bleiben trotz der fortschreitenden Entwicklung der Technologien bestehen. Daraus resultieren spezifische Anforderungen an Anwendungen und Dienste, denen insbesondere die Softwareentwicklung Rechnung tragen muss. In der vorliegenden Arbeit wird die Adaptivität von Softwaresystemen als wesentlicher Lösungsansatz für mobile verteilte Infrastrukturen thematisiert. Dazu werden wesentliche Mechanismen zur Adaption sowie der Überschneidungsbereich von Adaptionsmechanismen, "Context-Awareness" und Softwareentwicklung untersucht. Ziel ist es, Erkenntnisse über Basismechanismen und Grundprinzipien der Adaption zu gewinnen und diese zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen auszunutzen. Aus der Analyse des State-of-the-Art werden als erstes wichtiges Ergebnis der Arbeit wesentliche Basismechanismen zur Adaption identifiziert, umfassend klassifiziert und hinsichtlich eines Einsatzes in mobilen verteilten Infrastrukturen bewertet. Auf dieser Grundlage wird ein Meta-Modell zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen erarbeitet. Dieses erlaubt die Beschreibung adaptiver Anwendungen durch die Komposition von Basismechanismen zur Struktur- und Parameteradaption. Die Steuerung der Adaption durch Kontext und Meta-Informationen kann explizit beschrieben werden. Das Meta-Modell kann Entwickler beim Entwurf adaptiver Anwendungen unterstützen, stellt aber auch einen Ausgangspunkt für deren Analyse und Validierung sowie zur Kodegenerierung dar. Durch die explizite Beschreibung der verwendeten Adaptionsmechanismen und deren Abhängigkeiten von Kontext können Anwendungsmodelle außerdem zur Dokumentation verwendet werden. Im Rahmen der Validierung konnte die Integrierbarkeit der Basismechanismen und die flexible Anwendbarkeit des Modells zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen nachgewiesen werden

Echtzeitfähige Softwareagenten zur Realisierung cyber-physischer Produktionssysteme

Aktuelle ökonomische Trends, wie die zunehmende Globalisierung und die wachsende Technisierung und Individualisierung vieler Konsumgüter, führen im Hinblick auf die zur Fertigung dieser Güter eingesetzte Automatisierungstechnik zu steigender Komplexität und hohen Flexibilitätsanforderungen. Ein Konzept zur Adressierung dieser Anforderungen ist die Auslegung von automatisierten Anlagen als modulares System flexibel kombinierbarer cyber-physischer Komponenten. Die namensgebende Einheit von mechatronischem Bauteil und lokaler Rechenkapazität ermöglicht Herstellern solcher Komponenten, Softwarebausteine für typische Steuer-, Bedien- oder Diagnoseaufgaben gebrauchsfertig vorzubereiten und so den (Re-)Engineeringaufwand bei der (Um-)Gestaltung des Gesamtsystems deutlich zu reduzieren. Allerdings stellt diese Vision hohe Ansprüche an die zugrundeliegende Softwarearchitektur, die von den derzeit zur Realisierung automatisierter Systeme eingesetzten Technologien nicht vollständig erfüllt werden. Das Paradigma der Agentenorientierung ist ein tragfähiger Ansatz zur Realisierung solcher lose gekoppelten verteilten Systeme und stellt durch leistungsfähige Interaktionsmechanismen sowie die enge Integration von semantischem Wissen zusätzliche Funktionalität in Aussicht: Als Agenten ausgelegte Komponenten könnten auch die logische Vernetzung untereinander während der Inbetriebnahme, nach Umrüstungen oder in Reaktion auf Betriebsstörungen teilweise selbst übernehmen. Dadurch ergeben sich Fähigkeiten wie Selbstkonfiguration und Selbstregeneration, die in der Fachliteratur unter dem Begriff Self-X zusammengefasst werden. Die fehlende Echtzeitfähigkeit, insbesondere in Bezug auf besagte Interaktionsmechanismen, hat jedoch bisher die Einsetzbarkeit von Agentensystemen in der Automatisierung limitiert und die Ausschöpfung der genannten Potentiale behindert. Deshalb wird in dieser Dissertation eine echtzeitfähige Laufzeitumgebung für Softwareagenten entworfen und anschließend die Überarbeitung bestehenden Kommunikationsmechanismen im Hinblick auf ihre Echtzeitfähigkeit vorgenommen. In diesem Kontext wird mit dem Konzept der semantischen Adressierung eine vielfältig einsetzbare Möglichkeit geschaffen, Nachrichten an ausgewählte Gruppen von Agenten mit bestimmten, semantisch beschriebenen Eigenschaften zur verschicken. Die dabei zur Wissensrepräsentation genutzten Taxonomie-Bäume bieten ein für viele Aufgabenstellungen ausreichendes Maß an Ausdrucksstärke und erlauben zudem die Verarbeitung unter harten Echtzeitbedingungen. Abschließend werden die geschaffenen Mechanismen in einem Antwortzeitmodell abgebildet, mit dem das rechtzeitige Reagieren eines Agentensystems auf lokal oder verteilt zu behandelnde Ereignisse überprüft und nachgewiesen werden kann. Damit wird ein Hauptkritikpunkt von Agentensystemen adressiert, was zu einer nachhaltigen Steigerung der Akzeptanz des Agentenparadigmas führen könnte. Während große Teile der erarbeiten Lösung als allgemeingültige Grundlagenforschung verstanden werden können, wird bei der Formulierung von Anforderungen, der Darstellung von Beispielen und der Erläuterung von Entwurfsentscheidungen immer wieder auf automatisierungstechnische Belange Bezug genommen. Außerdem wird am Ende der Arbeit eine kritische Bewertung der Ergebnisse vor dem Hintergrund eines möglichen Einsatzes in zukünftigen Automatisierungssystemen durchgeführt und damit das Gesamtbild abgerundet

Objektorientierte Stromprogrammierung

Diese Arbeit stellt das Gesamtkonzept der objektorientierten Stromprogrammierung vor. Ziel ist es, die Implementierung und Optimierung paralleler Anwendungen für Multikernrechner zu vereinfachen. Es werden Spracherweiterungen eingeführt, welche von Ausführungsfäden und expliziter Synchronisierung abstrahieren. Darauf aufbauend ermöglicht ein eigenes Laufzeitsystem die Optimierung von Stromprogrammen im Produktivbetrieb, ohne dass ein Einwirken des Programmierers erforderlich ist

Family-oriented requirements engineering

Abstract Modern software products shall be developed within a short time and at the same time they should be of a high quality. Software engineering is able to fulfill these requirements by prefabricating components. Within a domain, planned and comprehensive reuse of components is supported by the concept of system family development. A system family is based on a reference architecture made of assets, which are common to all family members and assets, which are variable. Commonalities and variabilities have to be considered in all phases of the system family development and they have to be elaborated correctly. Mistakes made in the requirements engineering phase, as the beginning of a development, will cause the most damage to the overall development. The analysis of the requirements engineering phase of system family development in this paper shows, that most of the current scientific solutions in this field are based on feature modeling, although it is inconsistent and cannot be automatically processed. The proposed solution of this paper – Family-Oriented Requirements Engineering (FORE) – extends feature modeling and integrates it into a new data model, capable of holding all the information acquired within the requirements engineering phase. Dependencies within feature models and between features and further model elements can be modeled with the new FORE Feature Constraint Language (FCL). FCL offers 30 predefined dependencies for verifiable system family models. Extended feature models of FORE allow the automated verification of a subset of features. Thus, only valid family members can be derived of the system family. The development of a system family model as well as the derivation of family members are supported by the FORE development process. The FORE-process integrates current processes and the extended feature modeling of FORE into a requirements engineering process for system families. The proposed solution was prototypically realized by implementing the FORE-Data Model as XML-Schema. The usage of the prototype is aimed at the FORE-Development Process. FORE was tested within a University project as well as in several student works with industry partners. The results of this paper have shown the applicability of FORE, improved its process and data model and revealed its limits.Heutige Softwareprodukte sollen in kurzer Zeit bei gleichzeitig hoher Qualität entwickelt werden, wobei die Software-Technik dieser Forderung durch die Vorfertigung einzelner Komponenten gerecht wird. Die geplante und umfassende Wiederverwendung von Komponenten innerhalb einer Anwendungsdomäne wird durch das Konzept der Systemfamilienentwicklung unterstützt. Eine Systemfamilie basiert auf einer Referenzarchitektur, die aus Anteilen besteht, die allen Familienmitgliedern gemein sind und Anteilen, die optional sind. In allen Phasen der Systemfamilienentwicklung müssen gemeinsame und optionale Anteile berücksichtigt und korrekt verarbeitet werden, wobei Fehler in der Requirements-Engineering-Phase, dem Beginn der Entwicklung, den größten wirtschaftlichen Schaden nach sich ziehen. In dieser Arbeit zeigt die Analyse der Requirements-Engineering-Phase der Systemfamilienentwicklung, dass die Systemfamilienmodelle der meisten, existierenden Ansätze auf der Merkmalmodellierung basieren, die jedoch inkonsistent und nicht automatisiert verarbeitbar ist. Der hier beschriebene Lösungsansatz ? Family-Oriented Requirements Engineering (FORE) ? erweitert Merkmalmodelle und integriert sie in ein neues Datenmodell, das alle im Verlauf der Requirements-Engineering-Phase erarbeiteten Informationen enthält. Zur Modellierung aller Abhängigkeiten innerhalb von Merkmalmodellen und von Merkmalen zu weiteren Modellelementen bietet FORE die neue Feature Constraint Language (FCL) mit 30 vordefinierten Beziehungen an, wodurch Systemfamilienmodelle überprüfbar sind. Durch die kundenspezifische Auswahl von Merkmalen wird ein Familienmitglied basierend auf der Systemfamilie abgeleitet. Die erweiterten Merkmalmodelle von FORE ermöglichen die automatisierte Überprüfung einer Merkmalauswahl, sodass nur gültige Familienmitglieder abgeleitet werden können. Sowohl die Entwicklung eines Systemfamilienmodells als auch die Ableitung von Familienmitgliedern werden durch den FORE-Entwicklungsprozess unterstützt, der existierende Ansätze und die erweiterte Merkmalmodellierung in einem Requirements-Engineering-Prozess für Systemfamilien integriert. Anhand eines Prototyps wird die Realisierbarkeit des Lösungsansatzes gezeigt, indem das FORE-Datenmodell in eine XML-Struktur umgesetzt und die Benutzung des Prototyps dem FORE-Entwicklungsprozess folgt. FORE wurde im Rahmen eines universitären Projektes, wie auch durch diverse studentische Arbeiten mit Industriepartnern überprüft. Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben die Praxistauglichkeit von FORE gezeigt, den Prozess und das Datenmodell verbessert und dessen Grenzen aufgezeigt

Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Design Models (POTAD)

One answer to many current challenges in the electronic domain of automotive development, is a continuous model-based engineering process that integrates models of system and software development. A system model describes by the use of the logical system architecture the func-tions of a vehicle and through the technical system architecture the realising electronics, such as control units, sensors/actuators and data busses. During software development, a software design model for selected functions of the logical system architecture must be constructed with consideration of the technical architecture and further requirements. Current model-based development approaches claim to automate the transition between different development phases by the concept of model transformations. This concept lends itself to generate a skele-ton of the software design model from the system architecture model, thereby automating a part of the software engineering activities. The analysis of this work shows that the collected domain specific requirements, which must be made on a model transformation mechanism for such a scenario, are not fulfilled by current approaches. The approach taken in this work, the Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) uses the system architecture as an analysis model within software development and systemizes the connection with the design model on the basis of analysis and design patterns. By means of this systematisation, a POTAD transformation rule instantiates for an analysis pattern different design patterns under consideration of non-functional requirements and the technical system architecture. At the same time, links between an analysis and design pattern are created, which are used to trace design decision later. The feasibility of the solution is shown by a prototype, which follows the POTAD development process and executes the transformation rules formulated in the POTAD transformation lan-guage.POTAD was verified by several student works based on a case study, which covers typical characteristics of the examined domain. The results of these works showed the suitability and improved the methodology as well as the transformation language and pointed out the limits of the approach taken.Eine Antwort auf viele aktuelle Anforderungen im Elektrik/Elektronik-Bereich der Fahrzeugent-wicklung ist ein durchgängig modellbasierter Entwicklungsprozess, der Modelle der System- und Softwareentwicklung integriert. Ein Systemmodell beschreibt mit der logischen System-architektur die Funktionen eines Fahrzeugs und mit der technischen Systemarchitektur die realisierende Elektrik/Elektronik, wie z. B. Steuergeräte, Sensoren/Aktoren und Bussysteme. Im Rahmen der Softwareentwicklung muss für einzelne Funktionen aus der logischen System-architektur unter Berücksichtigung der technischen Systemarchitektur und weiterer An-forderungen ein Softwaredesignmodell erstellt werden. Aktuelle modellbasierte Entwicklungs-ansätze versprechen mit Hilfe des Konzepts der Modelltransformation den Übergang zwischen Modellen unterschiedlicher Entwicklungsphasen automatisieren zu können. Dieses Konzept bietet sich dazu an, aus einem Systemarchitekturmodell ein Grundgerüst eines Softwaredesign-modells zu erzeugen und damit einen Teil der Softwareentwicklungsaktivitäten zu auto-matisieren.Die Analyse dieser Arbeit zeigt, dass die erarbeiteten domänenspezifischen Anforderungen, die für solch ein Szenario an einen Modelltransformationsmechanismus gestellt werden müssen, durch aktuelle Ansätze nicht vollständig erfüllt werden. Der eigene Ansatz Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) verwendet die logische Systemarchitektur im Rahmen der Softwareentwicklung als Analysemodell und systematisiert dessen Zusammenhang mit dem Designmodell auf der Basis von Analyse- und Designmustern. Für ein im Analysemodell gefundenes Analysemuster instanziiert eine POTAD-Transformationsregel mit Hilfe dieser Systematik in Abhängigkeit nichtfunktionaler An-forderungen und der technischen Systemarchitektur unterschiedliche Designmuster im Design-modell. Gleichzeitig werden Verknüpfungen zwischen den Analyse- und Designmustern angelegt, die zur späteren Verfolgung von Designentscheidungen genutzt werden. Anhand eines dem POTAD-Entwicklungsprozess folgenden Prototyps, der die in der POTAD-Transformationssprache formulierten Regeln ausführen kann und die Verfolgbarkeit werkzeug-seitig unterstützt, wird die Realisierbarkeit des Lösungsansatzes gezeigt. POTAD wurde durch studentische Arbeiten anhand einer Fallstudie überprüft, die typische Eigenschaften der betrachteten Domäne abdeckt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben die Tauglichkeit von POTAD gezeigt, die Methodik und die Transformationssprache verbessert und Grenzen aufgezeigt