integrierte und hybride konstruktion von software- produktlinien vortrag zur verteidigung der...

Integrierte und hybride Konstruktion von Software-

Produktlinien

Vortrag zur Verteidigung der DissertationDipl. Inf. Ulrich Dinger12.06.2009

Dipl. Inf. Ulrich Dinger /30

Bildungsweg/Beruflicher Werdegang

10/1999 – 11/2004 Studium der Informatik an der TUD; Diplomarbeit bei der Siemens AG in München

01/2005 – 06/2009 Promotion im Fach Informatik an der TUD/ Siemens AG (München und Erlangen), Mitarbeit an EU-Projekt sowie verschiedenen Projekten in der Wirtschaft

10/2006 – 04/2007 Praktikum bei Siemens Corporate Research in Princeton/NJ (USA)

05/2007 – heute Selbständige Mitarbeit bei Siemens Building Technologies in München


Inhalt

- Motivation und Ziele

- Grundlagen

- Stand der Technik

- Konzepte

- Realisierung

- Evaluierung

- Zusammenfassung und Ausblick


Motivation und Ziele


Motivation

Automobilbau vor 100 Jahren heute

Software-Entwicklung übernimmt Konzepte Software-Produktlinien

Projekte aus Umfeld der Medizintechnik

• Soarian Integrated Care (SIC, [SMS07]) = Krankenhausinformationssystem; Kunden mit unterschiedlichen Anforderungen; gleiche Codebasis; über die Jahre gewachsen

• Elektronische Fallakte (eFA, [CBN07]) = Standard für arztgeführte Patientenakte Implementierung neu aufgesetzt; optionale Integration in SIC


Ziele

Erstellung von Software-Produktlinien

Ohne Altsystem Mit Altsystem Gemeinsamkeiten?

Größtmögliche Automatisierung/Computeruntstützung

Erstellung Referenzarchitektur

Realisierung von durchgehender Werkzeugunterstützung


Grundlagen


Grundlagen

Modellgetriebene SW-Entwicklung + Domänenspezifische Sprachen

Software Product Line Engineering (Domain- vs. Application-Engineering)

SW-Kompositionssysteme (Kompositionstechniken, Komponentenbeschreibungssprachen, Kompositionsbeschreibungssprachen)

Meta-Meta-Modell(MOF)

Meta-Meta-Modell(Bsp: Ecore [EMF08])

Meta-Grammatik (Bsp: ANTLR [Par09])

Meta-Modell(UML Meta-Modell) Meta-Modell Grammatik

Modell(UML Klassendiagramm)

Modell(Instanz)

Satz der Grammatik

M3

M2

M1


Stand der Technik


Stand der Technik

Software Product Line Engineering

feature-basiert, entscheidungsbasiert konzeptioneller Aufbau = SW-Kompositionssystem

Domain Knowledge

Feature Models/Domain Meta

Models

Compositionprogram

Assets/Components

Asset/Component

Models

Feature Model Constraints/

Decision Models

Sales/Marketing

Plans

Technical Constraintsknowledge

models

Variant selection

Product/variant

(Feature Mappings)

Application Engineering Customized

product/variant

ProblemeKompositionsprogramm

• von Hand erstellt• Wartung/Erweiterung

• Fragmentierung• Beschränkungen

• Technische Beschränkungen &

Variantenauswahl • Anpassung/Rekonfiguration

•Modellierung von Variabilitäten

•Komponenten-beschreibungssprachen

Ulrich Dinger

problemstellen highlight

Ulrich Dinger

referenzprojekt aus der forschung


Stand der Technik

Komponenten-Beschreibungssprachen (Meta-Modelle) Informationen, auf die während Komposition

zugegriffen wird Schnittstellen, Konfiguration der Komponente, Internationalisierung, Fehler, …

Gibt große Anzahl OSGi, POM, CORBA + WSDL, Microsoft Interface Definition Language, …

Probleme:

• Auswahl eines Meta-Modells forciert andere Entscheidungen

• Abbildung der Meta-Modelle aufeinander unnötig kompliziert, da unterschiedliche Repräs. (XML,…)

• Mangelnde Anpassbarkeit

• Referenzierbarkeit zwischen (Meta-) Modellen


Konzepte/Thesen


Konzepte/Thesen

Forward-Engineering Reverse-Engineering Hybrider Ansatz

T1:Einsatz einer auto-

matischen Planungskomponente

löst Probleme

T2:Minimales, erweiterbares

Komponenten-Meta-Modellhilft, Beschränkungen

existierender Ansätze zu überwinden

T3:Es lassen sich beide

Ansätze zusammenführen und Vorteile nutzbar

machen

Erstellung von Software-Produkt-Linien

Ohne Altsystem Mit Altsystem Gemeinsamkeiten?


Konzepte/Forward-Engineering

Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models

Feature Model Constraints

Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant

Application Engineering

Composition

steps

Planner

Domain Knowledge


Models

Compositionprogram

Assets/Components

Asset/Component

Models


Decision Models

Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant

(Feature Mappings)


product/variant

Aktuelles Vorgehen

Änderungen•Feature-

Modellierungssprache erweitert, um auch technische Komponenten beschreiben zu

können•Zerlegung des

Kompositionsprogramms in semantisch annotierte

Kompositionsschritte (IOPE)•Nutzung einer

Planungskomponente; Variantenauswahl = Anfrage

an Planer•Adaption = Beschreibung der

Änderungen als Kompositionsschritte

Erweiterte Feature-Meta-Modell, Kompositionsschrittbeschreibungssprache,

Planungskomponente

Δ


Kompositionsschrittbeschreibung

• Basis-Sprache = Service Language Layer (SLL) = Web-Service-Programmiersprache

• Erweiterung um semantische Annotationen• Bsp: Integration der Patientensuche

• Anfrage an Planer = Semantische Beschreibung des gesuchten Services -> Synthetisierung der Applikationslogik durch Planer

service PatientSearchService { operation addPatientSearch($efa as EFA)… { semantic { precondition { <precondition variable=“efa“> <prohibitsFeature> <feature>…patientSearch</…> </prohibitsFeature> </precondition> } effect { <effect> <hasFeature>…</hasFeature> </effect> } } // Applikationslogik // z.B. Aufruf von Services zum // Kompilieren oder adaptieren von Java- // Code etc ... }}

- name : String


Konzepte/Reverse-Engineering

Domain Knowledge


Models

Compositionprogram

Assets/Components

Asset/Component

Models


Decision Models

Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant

(Feature Mappings)


product/variant

Aktuelles Vorgehen

Änderungen•Minimal invasives Vorgehen,

Nutzung des existierenden Build/Kompositionsprogramme

s•Erstellung von „virtuellen

Komponenten“ + Beschreibung derer

Variabilitäten + Wrapper in Altsystem

•Variantenauswahl = Konfiguration

einfaches, erweiterbares Komponenten-Meta-Modell (Komponenten-

Beschreibungssprache)



Bsp: Internationalisierung

Erweiterungsmechanismus mit modellgetriebenen Ansätzen (Ecore als Meta-Meta-Modell)

Instanziierung der Meta-Modelle

Wiederverwendung auf Meta-Modell- und Modell-Ebene

Nutzung der Meta-Modelle über Komponenten-Grenzen hinweg



Beschreibung von Komponenten mittels beliebiger Meta-Modelle

Meta-Modelle adaptierbar + erweiterbar

Modelltransformationen durch gleiche Basis leichter möglich

Code-Generierung + generierte Editoren mit identischem L&F

Zusätzliches Meta-Modell zur Beschreibung von Produkt-Konfigurationen konfigurierbare Produkt-Basis ist erster Schritt

anschließend Konzepte des Forward-Engineering (Transformation Ecore2FMM)


Konzepte/Hybrider Ansatz

Beobachtung

Feature-Meta-Modell und Komponenten-Meta-Meta-Modell dienen der Modellierung von Variabilitäten + ähnliche Mächtigkeit

Entscheidung für eines der beiden Ecore

Anpassung der Meta-Modelle des Forward-Engineering

Ermöglicht Nutzung des Reverse-Engineering bei der Erstellung von neuer Software; späterer Einsatz der Konzepte des Forward-Engineering möglich

Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models


Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant


Composition steps

Planner

Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models


Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant


Composition steps

Planner

Ecore-Meta-Meta-Modell


Realisierung


Realisierung

Modellgetriebener Ansatz• Nutzung des Ecore-Meta-Meta-Modells

FXL-Framework = Code-Generator• FXL Gen = Ecore zu Java

Transformationen• FXL Edit = Editor-Genierung (baum-

basiert)

Generelle Vorgehensweise (Bsp. Feature-MM)

FXL Editor Gen

FXL Generator

Feature Model Tooling (Eclipse Plug in)

feature.ecore

Feature Model

API

Feature Model Edit

Feature Model

Container

Custom.:- icons- i18n

Feature Model

Browser

Java SE

Eclipse RCPEcore

Meta-Meta-Modell

FXL Framework

Component Descriptor (CDF)

Feature Modeling, Variant, Composer

SLL & OpenXL

FXL Editor

FXL Generator


Realisierung

Varianten-Editor

Komponenten-Editor

FXL Editor Gen

FXL Generator

Variant Selection Tooling (Eclipse Plug in)

featureModel.ecore(1..n)

Feature Model API

(1..n)

Feature Model Edit

(1..n)


featureModel.fm

(1..n)

FXL Editor Gen

FXL Generator

Component Description Tooling (Eclipse Plug in)

component description

.ecore

CDFAPI

Component Container

ecore.ecore

FXL Editor Gen

FXL Generator EcoreAPI

EcoreEdit

Ecore Container



CDFEdit

Interation

*.ecore

FXL Editor Gen

FXL Generator

*API

*Edit

- icons- i18n

Integration


Evaluierung


Evaluierung/Forward Engineering

eFA-Feature-Modelle

Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models


Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant


Composition steps

Planner

EFA

Problem Space

Technical Infrastructure

Patient Search

Advanced Patient Search

Record Search

Document Search

Security DatabaseApplication

Server

Document Registry Service

Document Repository

Service

IC Authentication Service

IC Coded Data Service

IC ECR Record Registry Service

IC Record Registry Service

Locator ServicePatient Search

Service

Record Registry Service

MySQLOracle JBoss WebSphere

Ulrich Dinger

richtiges bild



Kompositionsschrittbeschreibung

•Als Teil des SLL-Editors Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models


Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant


Composition steps

Planner



Variantenauswahl, Planer und Bauen der Variante

Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models


Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant


Composition steps

Planner

Variantenauswahl (Rolle = Vertrieb) Variantenauswahl (Rolle = SW-

Entwickler)

Ausführen des synthetisierten Kompositionsprogrammes = Bauen der Variante

=> Konzepte + Werkzeuge funktionieren vom Beschreiben der Komponenten bis zum Bauen der Variante basierend auf einer Variantenauswahl


Evaluierung/Reverse Engineering

Erstellte Komponenten-Meta-Modelle

•MPI + EHR (SIC-Komponenten)

•Internationalisierung, Dokumentation, Änderungshistorie

Konfiguration eines Produktes

=> Einfache, erweiterbare Komponenten-Beschreibungssprache sowie die entsprechenden Werkzeuge helfen mir, das Software-System in beliebiger Form zu beschreiben + Produkte zu konfigurieren


Zusammenfassung und Ausblick


Zusammenfassung

T1:Nutzung einer automatischen Planungs- komponente vereinfacht Erstellung und Wartung von SW-Produktlinien und beseitigt konzeptionelle Probleme existierender Lösungen

T2: Einfaches, erweiterbares Komponenten-Meta-Modell erlaubt bei minimal invasiven Vorgehen die flexible Beschreibung von Komponenten + Erweiterung der Beschreibungssprache selbst

T3: Vereinigung der Konzepte durch Nutzung von Ecore zur Modellierung von Variabilitäten macht Vorteile nutzbar für Neuerstellung und Umarbeitung

Bereitstellung von in Eclipse integrierte SW-Entwicklungswerkzeuge; Evaluiert an zwei Beispielen aus dem Umfeld der Medizintechnik


Ausblick

Realisierung SW-Werkzeuge für hybriden Ansatz

Nutzung weiterer Standards

• OCL zur Beschreibung von Beschränkungen

• Modelltransformationssprache für Transformation der Komponenten-Modelle (QVT)

Mächtigere Sprache für Berechnungen (Expression L.)

Optimierung der Planungskomponente

• Nutzung von verteilter Planung

• Forschungsergebnisse aus anderen Disziplinen

o Semantic Web Services (OWL-S)

o Künstliche Intelligenz

Bereitstellung anderer Sichten auf Modelle

• Nutzung DSL-Frameworks


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit


Referenzen

[SMS07] SIEMENS MEDICAL SOLUTIONS: Soarian Integrated Care – Administrationshandbuch; Softwareversion v02.00 und höher. 2007

[CBN07] CAUMANNS, JÖRG, OLIVER BOEHM UND JAN NEUHAUS: Elektronische Fallakten zur sicheren einrichtungsübergreifenden Kommunikation; Bundesamt für Sicherheit in

der Informationstechnik: Innovationsmotor ITSicherheit. Tagungsband zum 10. Deutschen IT-Sicherheitskongress, 2007

[EMF08] THE ECLIPSE FOUNDATION: The Eclipse Modeling Framework Project. Zugegriffen 02.09.2008 http://www.eclipse.org/modeling/emf/

[Par09] PARR, TERRENCE: ANTLR Parser Generator. Zugegriffen am 02.02.2009 http://www.antlr.org/


Stand der Technik

Kompositionsbeschreibungssprachen/Workflow-Beschreibungssprachen


Konzepte/Forward-Engineering

Erweitertes Feature-Meta-Modell

•Parametrisierung

•Wiederverwendung

Meta-Architektur als SOA

•Service Language Layer Kompositionsbeschreibungssprache

•Semantische Beschreibung der Kompositionsschritte auf Basis Feature-Modelle + Meta-Modell (IOPE)

Service 1WSDL

Semantic

Service 2WSDL

Semantic

Internet/Intranet

Service nWSDL

Semantic

ServiceRegistry

PlanerWorkflow-

Engine

User/Client

User Interface

result

WSDL

WSDL

WSDL

Feature Meta Model

Domain Knowledge

Feature Models

Compositionprogram

Assets/Components

Component Models


Sales/Marketing

Plans


models

Variant selection

Product/variant


Composition steps

Planner


Zusätzliche Materialien

Tutorials/Demos

• Variantenauswahl eFA

• CDF Erweiterung, I18n, Versioning/History Meta-Modelle

• Feature-~, Datentypen, Beschränkungen

• Semantische Beschreibung/Vorbedingung/Effekte/Berechnungen/Beschränkungen

• Anfrage an Planer/Vorbedingungen/Nachbedingungen

• Komponentenmodell/TMX/I18n

• Ecore/Angepaßte Anfragevorbedingungen

• Planer


Anhang

Meta-Modell-Dokumentationen (HTML)

• Dokumentationssprache

• CDF + I18n + TMX

• Ecore (Meta-Modell + Klassenhierarchie)

• Feature-Meta-Modell

• Semantische Beschreibungen

• FODA

Beispiele (Bilder)

• Variantenauswahl Wizard

• History/Release-Notes

• Meta-Modell-Dokumentation


Feature-Meta-Modell


Datentypen

Definierte Datentypen (UML-Instanzdiagramm)


Beschränkungen


Semantische Beschreibung (1)


Semantik (2/Vorbedingungen)


Semantik (3/Effekte)


Semantik (4/Beschränkungen/Berechnungen)


Anfragen an Planer


Anfragevorbedinungen


Anfragenachbedingungen


TMX/Internationalisierung


Produktkonfiguration


Komoponentenmodell


Ecore Meta-Meta-Modell


Angepaßte Anfragevorbedingungen


Planer


Planer Optimierung


Variantenauswahl Wizard


History zu HTML-Release-Notes


Dokumentations-Meta-Modell


Generierte HTML-Dokumentation

integrierte und hybride konstruktion von software- produktlinien vortrag zur verteidigung der...

Documents