Download pptx - Anwendungsentwicklung fuer Intelligente Umgebungen im Web Engineering

|

Distributed and Self-organizing Computer Systems • Prof. Gaedke

VSR|EDU

Tools for SchoolsSept. 1st, 2007Vorlesung PVS

Dipl.-Inform. Andreas HeilFakultät für InformatikProfessur für Verteilte und Selbstorganisierende Rechnersysteme

[email protected]

Anwendungsentwicklung für Intelligente Umgebungen im Web Engineering

Oberseminar

Informatik

| 2|

Agenda

Beiträge und Motivation Grundlagen und Prinzipien Vorgehensmodell Methode Werkzeug Formalismus Praktische Anwendung Zusammenfassung

Oberseminar Informatik

© 2011 Dipl.-Inform. Andreas Heil ∙ Professur VSR ∙ Fakultät für Informatik ∙ TU Chemnitz

| 3© 2011 Dipl.-Inform. Andreas Heil ∙ Professur VSR ∙ Fakultät für Informatik ∙ TU Chemnitz |

Beiträge und Motivation

Thema: Ganzheitlicher Ansatz zur Anwendungsentwicklung für Intelligenten Umgebungen im Web Engineering

Ziel: Entwicklung konkreter konstruktiver Elemente für die Anwendungsentwicklung

Vision: Die ingenieurmäßig, d.h. planbare, kosteneffiziente als auch technisch fundierte Entwicklung von Anwendungen für Intelligente Umgebungen zu ermöglichen



Intelligente Umgebungen


Daten Daten

Externe Kommunikation

Steuerung

Steuerung

Daten

Gebäudeautomation

Daten-austausch

Infrastruktur A Infrastruktur B

Software A Software B

PC


Konstruktive Elemente


Vorgehensmodell

FormalismenWerkzeuge

Methoden

Prinzipien

| 6|

Konstruktive Elemente

• Entwicklung konstruktiver Elemente für die Anwendungsentwicklung

• Prinzipien für die Anwendungsentwicklung in Intelligenten Umgebungen

• Geeignetes Vorgehensmodell mit evolutionärem Charakter zur systematischen und strukturierten Entwicklung, Betrieb und Weiterentwicklung

• Methoden zur Risikominimierung zur effizienten und kostengünstigen Entwicklung

• Werkzeuge zur zielorientierten Entwicklung• Formalismen zur differenzierten

Abstraktion der Ereignisbeschreibung zur methodischen Analyse Oberseminar

Informatik



Grundlagen


Web- Anwendungen

Web-Dienste

Semantik Föderation

LANWAN Drahtlosnetzwerk

Daten Metadaten Kontext

AktuatorikSensorik

Web

Daten

Infrastruktur

Inte

lligente

Um

gebung

|


8© 2011 Dipl.-Inform. Andreas Heil ∙ Professur VSR ∙ Fakultät für Informatik ∙ TU Chemnitz |

PRINZIPIENGrundlagen



Prinzipien

Evolution Wiederverwendung Sicherheit Benutzerinterkation Abstraktion von Daten Systematische Erstellung und

Strukturierung von Daten Verwendung von Metadaten Verknüpfung von Daten


| 10|

Prinzipien: Evolution

Evolutionsfähige Systeme• Unterliegen stetigem Wandel• i.d.R. nicht vollständig spezifiziert• teilweise Implementierung • ausreichend funktionsfähig um aktuelle

Probleme zu lösen




Prinzipien: Evolution

Evolution der Domänenmenge• Erweiterung des Systems um zusätzliche

Anwendungsdomänen• stellt neue Funktionalität bereit

Domänenspezifische Evolution• Erweitert und verbessert existierende

Anwendungsdomänen• ändert existierende Funktionalität

Föderative Evolution• Erweiterung um durch Dritte bereitgestellte Funktionalität

Passive Systemevolution• Veränderung des Leistungsumfangs einer

Anwendungsdomäne durch hinzugewonnene oder verlorengegangene Funktionalität



Prinzipien: Evolution (II)


Anwendungsdomäne

Anwendungsdomäne

Anwendungsdomäne

Evolutionsbus

Evolution der Domänenmenge Domänenspezifische Evolution

Passive Systemevolution Föderative Evolution

Organisation B

Organisation A


Prinzipien: Wiederverwendung Horizontale Wiederverwendung

• Fördert Wiederverwendung von konkreten Softwareartefakten innerhalb einer Phase

• Geringe Änderungsrate < 25% Vertikale Wiederverwendung

• Wiederverwendung von entwicklungsbezogenem Fachwissen über eine Phasen hinweg und betrifft Entwicklung, Qualitätssicherung und Entwurf

Wiederverwendung von Domänenwissen• Übertragung von Fachwissen auf

Anwendungsdomänen mit ähnlichem Sachverhalt• Einmal entwickelte Konzepte mit minimaler

Anpassung wiederzuverwenden



Prinzipien: Wiederverwendung

Oberseminar InformatikWiederverwendung von Domänenwissen

Anwendungsdomäne

Fachwissen

Analyse

Entwurf

Evolution

Komponente

Vertikale Wiederverwendung

Leb

ensz

ykl

us

Horizontale Wiederverwendung

Anwendungsdomäne Anwendungsdomäne

Domänenwissen


Prinzipien: Sicherheit Hier: Föderativer Zugriff auf Daten und Funktionalität Authentifizierung

• Überprüfung einer Identität mittels Benutzername und Kennwort

Autorisierung• Einräumung und Zuweisung von Zugriffsrechten auf Daten

und Funktionalität Datenschutz

• Schutz personen- und organisationsbezogener Daten Data Governance

• Generell geregelter Umgang, Speicherung, Verarbeitung und Verbreitung von Daten

• Beinhaltet Überwachung und Management von Personen- und organisationsbezogener Daten



Prinzipien: Benutzerinteraktion Benutzersicht

• Einheitliche Benutzerschnittstellen• Einheitlicher Zugriff auf Geräte

Entwicklersicht• Einfache Erweiterung und Anpassung • Nachträgliche Anpassung in kurzen

Zyklen



Prinzipien: Abstraktion von Daten Repräsentation

• Darstellung nicht durch Ursprung oder Format eingeschränkt oder vorgegeben

Abstraktion• Anbindung von unterschiedlichen

Datenquellen• Einheitliche Sicht auf

Informationsquellen unterschiedlichsten Typs



Prinzipien: Erstellung & Strukturierung

Zusammenführen heterogener Datenquellen• Unterschiedliche Formate und

Strukturen Systematische Erstellung und

Strukturierung Einheitliche Darstellung

informationstechnischer Einheiten zur algorithmischen Verarbeitung



Prinzipien: Verwendung von Metadaten

Semantik der Daten nicht global bekannt

Beschreibung von Daten mittels Metadaten

Interpretation von Daten unabhängig von Struktur, Art oder Quelle

Evolution der Lösung nicht durch Art oder Struktur der Daten eingeschränkt

Ermöglichen den Informationsraum einer Intelligenten Umgebung zu definieren



Prinzipien: Verknüpfung von Daten Kontinuierlicher Datenstrom Keine in sich geschlossene

Dateneinheiten Verknüpfung der Daten zur

fortwährenden Ausweitung des Informationsraums

Traversierung des Informationsraums


|



VORGEHENSMODELLWebComposition/WBS


| 22|

Vorgehensmodell: Ausganssituation

• Neue Infrastrukturkomponenten• Außerbetriebnahme im Einsatz befindlicher

Komponenten • Ausfall von Systemkomponenten• Änderungen aufgrund von

Benutzerwünschen • Neue technische Anforderungen und

technische Weiterentwicklung• Neue externe Dienstleister und Datenquellen• Zeitgleiche Entwicklung verschiedener

Teilsystem durch unterschiedliche Organisationseinheiten




Vorgehensmodell: Problemstellung


Anwendungslandschaft

Inte

lligente

Um

gebung

Entwicklungs-fortschritt



Stabiles TeilsystemGeändertesBenutzerverhalten

Neue SystemkomponentenPassive Systemevolution

EvolutionseffektAnwendung/Teilsystem Entwicklungsprozess

bidirektionaler Evolutionseffekt


Vorgehensmodell: Problemstellung

Einfache Umsetzung und Implementierung des Vorgehensmodells

Ausdünnung und einfache Anpassung (Tailoring) Für weitere Systemkomponenten offenes

Vorgehensmodell Nachhaltige Entwicklung Teilprojekte in unterschiedlichen

Entwicklungsphasen Evolution der Funktionalität (Berücksichtigung d.

passiven Systemevolution) Unterstützung von Risikomanagement Wiederverwendungsorientiertes Vorgehensmodell Komponentenorientiertes Vorgehensmodell



Vorgehensmodell: WebComposition/WBS

Ausganspunkt:WebComposition Vorgehensmodell


Evolutions-analyse

Evolutions-durchführung

Evolutions-design


WebComposition/WBS Dreistufiges Lösungskonzept Additiv zum WebComposition Vorgehensmodell Systemanalyse

• Analyse geänderter und neuer Systemkomponenten• Strategische Planung auf Basis des Ist-Zustandes des Systems

Systementwurf• Detaillierte Funktionsanalyse• Wiederverwendung von Komponenten, Wiederverwendung von

Domänenwissen und Neuentwicklung Systemevolution

• Anwendung zuvor erstellter Komponenten• Behandlung gegenseitiger Beeinflussungen von

Systemkomponenten• Modellverifikation und -evolution

Wiederverwendungsrepositorium• Speicherung von Prozessartefakten



WebComposition/WBS


Systemanalyse

Identifikation neuer/geänderter Systemkomponenten

Definition des Evolutionsraumes

Systemkomponenten-klassifizierung

Systementwurf

Funktionsanalyse

Komponentenentwicklung

ModellierungSystemevolution

Komponentenevolution

Domäneneffekt

Modellverifikation

Wiederverwendungs-repositorium

Evolutionsanalyse

EvolutionsdesignEvolutionsdurchführung


Systemanalyse

Neue und geänderter Systemkomponenten identifizieren• Domänenspezifische Evolution beachten• Evolution der Domänenmenge

Systemkomponenten klassifizieren• Prüfen ob auf bereits vorhanden Funktionalität

zurückgegriffen werden kann• Möglichkeit der Adaption existierender

Komponenten Definition des Evolutionsraums

• Strategische Planung d. Funktionalitätsdefinition



Systementwurf

Funktionsanalyse• Basiert auf Klassifizierung von

Systemkomponenten und der Funktionalitätsdefinition

• Spezifikation der benötigten Funktionalität Komponentenentwicklung

• Neuentwicklung von Komponenten Modellierung

• Überarbeitung des Systemmodells und der neuen Beziehungen zwischen Komponenten



Systemevolution

Komponentenevolution• Adaption, Anpassung existierender

Komponenten• Komposition, Kombination der Funktionalität

mehrere existierender Komponenten Domäneneffekt

• Evolution aufgrund gegenseitiger Beeinflussung neuer und angepasster Systemkomponenten

Modellverifikation• Abgleich zwischen Modell und Ist-Zustand des

SystemsOberseminar

Informatik


Wiederverwendungsrepositorium Ablage von Prozessartefakten

• Systemmodell• Datenstrukturen• Domänenfunktionalität • Benutzerschnittstellen• Geschäftslogik



Wiederverwendungsrepositorium


Betrieb

Anwendungsentwicklung

Datenstrukturen

Domänenfunktionalität

Benutzerschnittstellen

Geschäftslogik

Systemmodell

Daten

Wiederverwendungs-repositorium

Wiederverwendung nutzt

Met

adat

en

Met

adat

enM

etad

aten

Met

adat

enM

etad

aten

Met

adat

en

|



METHODENWebComposition/Test



Methoden: Ausgangssituation Testen im Web Engineering ein

offener Forschungspunkt Mangelndes Bewusstsein bzgl.

Entwurfs- und Entwicklungsprozessen in der Praxis

Keine einheitlichen Ansätze im herkömmliches Testen für Intelligente Umgebungen



Methoden: Problemstellung

Risikominimierung durch Testen• Was ist zu testen?• Wann wird getestet?• Wie wird getestet?• Was wird nicht getestet?

Risikomanagement• Kosteneffizienter Umgang mit

unerwarteten Situationen



WebComposition/Test

Testen = Verifikation + Validierung Verifikation

• Untersuchung nicht ausführbarer Artefakte• Korrekter Entwurf• Wird das Richtige entwickelt?

Validierung• Untersuchung ausführbarer Artefakte• Sicherstellung von System- und

Komponenteneigenschaften• Wurde richtig entwickelt?



WebComspoition/Test

Phasen• Wann wird getestet

Testobjekte• Was wird getestet, was wird nicht

getestet Qualitätsmerkmale

• Welche Aspekte werden getestet


| 38|

WebComposition/Test



Qualitätsmerkmale

Testobjekte

Phasen

Ressourcen

Infrastruktur undUmgebung

Inhalt und Struktur

Funk

tiona

lität

Zuve

rläss

igke

it

Nut

zbar

keit

Effizi

enz

Reco

vera

bilit

y

Evolutionsanalyse

Evolutionsdesign

Evolutionsdurchführung

Neue Aspekte der Testdimensionen


WebComposition Testmodell


Unit Tests

nein

Neuentwicklung

Test erfolgreich

Fehlerbeheben

IntegrationsTests

ja

Fehlerbeheben

RegressionsTests

Last Tests

Probleme beheben

Platform Tests

Darstellungkorrigieren

nein

Test erfolgreich

ja

nein

Test erfolgreich

ja

nein

Test erfolgreich

ja

nein

Test erfolgreich

jaÜberführung

Adaption und Komposition

Systementwurf SystemanalyseSystemevolutionTe

stzy

klus

Entw

ickl

ungs

proz

ess

Überführung

Überführung

Systementwurf Systemevolution …

Weiterentwicklung

Adaption und Komposition

Überführung

…

Iteration t Iteration t+1

Modell-Validierung


Ressourcenbasiertes Testen

REST-Architekturstil• Client-Server• Zustandslosigkeit• Caching• Schnittstelle• Mehrschichtiges Systeme• Code-On-Demand



Fehlerklassifikation

Ubiquitäres Versagen• Beobachtung eines Fehlers spiegelt

nicht den zugrundeliegenden Defekt wieder


OrgaA

OrgaB

Applikation

IP BIP A

trusts

[HTTP/REST] [HTTP]

[HTTP]

SensorAktuator Dienst

Web-Dienst Web-Dienst Web-Dienst

Portal

Datenbank

[OSGi] [ODATA] [EIB] [TCP/IP]

[XML-RPC]

Geräteversage

Anwendungsversagen

Netzwerk-versagen

Dienstversagen

Web-spezifisches Versagen

Anwendungsversagen

Beobachten des Fehlers(Ubiquitäres Versagen)

Dienstversagen


Fehlerklassifikation

Klassifikation• Geräteversagen• Netzwerkversagen• Dienstversagen• Anwendungsversagen• Web-spezifisches Versagen

Gewichtung der Komponenten aufgrund der Klassifikation



Risikomodell


2

3

4 5 6

4 5

3 4

2

3

4 5 6

4 5

3 4

Wahrscheinlichkeitdes Versagens

2

3

4 5 6

4 5

3 4

Systemrelevanz

1

2

3

hoch

mittel

niedrig

hochmittelniedrig

niedrig

mittel

hoch

Auswirkungdes Versagens

Multiplikator

Risikostufe


Priorisierung


Ger

ätev

ersa

gen

Anw

endu

ngs-

vers

agen

Net

zwer

kver

sage

nD

iens

tver

sage

nW

eb-s

pezi

fisch

esVe

rsag

en

Syst

emre

leva

nz (M

ultip

loka

tor)

Nie

drig

Mitt

elH

och

Nie

drig

Nie

drig

Komponente A Komponente B Komponente C

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

Risikostufe

0 3 5

4 2 6

2 5 3

0 2 3

2 5 6

Risikobewertung 15 29 32

1

1

1

2

3

|



WERKZEUGWebComposition/DGS


| 46|

Werkzeug: Ausgangssituation Hardwarekomponenten Softwarekomponenten Unterschiedliche Technologien zur

Verknüpfung Kein Standard zum Transport

physischer Ressourcen ins WWW Wiederverwendung physischer

Ressourcen




Werkzeug: Problemstellung

Abstraktion von Daten• Einheitliche Sicht auf Informationsquellen

Systematische Erstellung von Daten• Ressourcenunabhängige Verarbeitung

Sicherheit• Zugriff auf Ressourcen , Definition von Akteuren

Wiederverwendung von Komponenten• Anwendungsentwicklung, z.B. auf Basis von Mashups

Evolution• Offenes System für zukünftige Entwicklungen

Benutzerinteraktion• Anschauliche, nutzerfreundliche Repräsentation von

Ressourcen, Abbildung von Geschäftsprozessen



WebComposition/DGS


Web 2.0

Verknüpfte Inhalte

Ressourcen-basiert

Einsatz von Metadaten

REST Architekturstil

Geschäftszenarien

Datenbankfuntionalität

Prozess-basiert

Einsatz von Metadeten

Dienstorientierte Architetkru

Einf

achh

eit Integration

HTTP-Schnittstelle (REST)

SOAP-Schnittstelle (SOA)XML-RPC-Schnittstelle (POX)

Engi

neer

ing

Anfo

rder

unge

n


WebComposition/DGS

Zweischichtiges Komponentenmodell Hohes Maß an Wiederverwendung Einfache Substitution oder

Konvertierung von Komponenten Verknüpfung beliebiger Ressourcen Publish/Subscribe-Mechanismus Unterstützung bei der Generierung

von Benutzerschnittstellen



DGS Komponentenmodell (1)


WebComposition/DGS

Meta Store

Input FilterIFilter

Output FilterIFilter

Data Adapter

Metadata

Extensions

Access Control

Access Rights

HTTP

Service Component

Data

SOAP

POX

Authentication &Authorization

Data Access


DGS Komponentenmodell (2)


Verbunddienst

SOA Client

Web Seite

DGS ClientWebComposition

DGS

Sicherheit

HTTP

SOAP

Authentifizierung &Autorisierung

Speicherlösung

Datenzugriff


Ressourcenmodell (1)


Container (http://vsr.tu-chemnitz.de)

Informationsspeicher (/lectures)

Informationsspeicher (/people)

Informationsspeicher (/publications)

Information Store (/projects)

Element (/gaedke)

Element (/heil)

Container (https://...)

Container (http://...)

Info

rmati

onsr

aum

VSR

besteht aus

besteht aus

besteht aus

Vorlesungen

Projekten

Personenbeinhaltet

beinhaltet Gaedke

Heil

Brandt

hat veröffentlichet

Publikationen......

beinhaltet


Ressourcenmodell (2)


URI

<rdf:Description rdf:about="http://vsr-data.tu-chemnit.de/" ><wcv:has rdf:resource=“http://vsr.tu-chemnitz.de/people” />

</rdf:Description>

http://vsr-data.cs.tu-chemnitz.de/people/heil

Graph

http://vsr-data.cs.tu-chemnitz.de/

http://vsr-data.cs.tu-chemnitz.de/...

http://vsr-data.cs.tu-chemnitz.de/people/

http://vsr-data.cs.tu-chemnitz.de/people/heil

<rdf:Description rdf:about="http://vsr-data.tu-chemnitz.de/people/" ><wcv:member rdf:resource=“http://vsr.tu-chemnitz.de/people/heil” />

</rdf:Description>

|



FORMALISMUSWebComposition/WCS



Formalismus: Ausganssituation Formale Beschreibung schwierig

• Hohe Änderungsrate der Systemlandschaft

• Momentaufnahme des Systems• Unterschiedliche Sachverhalte bedürfen

verschiedener Granularität• Änderungen aufgrund passiver

Systemevolution sind mit herkömmlichen Formalismen nur schwer zu erfassen



Formalismus: Problemstellung Integration des Formalismus

• Kombination der formalen Beschreibung mit graphischer Notation

Abstraktion• Unterschiedliche Konzepte auf einheitlichem

Abstraktionsniveau abbilden Einheitliche Modellierung

• Welche Modellierung eignet sich z.B. zur Anbindung an weitere Modelle

Anbindung und Rückführung• Rückführung der formale Beschreibung in das

WiederverwendungsrepositoriumOberseminar

Informatik


WebComposition/WCS

Basierend auf dem Ambient Kalkül Beschreibung von Ressourcen (Ambients) …

• Eindeutige Identifikation von Ressourcen• Lokale Prozesse• Verschachtelung von Ressourcen• Relokalisierung von Ressourcen

… und deren Interkation• Ambient I/O• Parent I/O• Ether I/O• Remote I/O



Active-Folder


m

R

PQ

n

m

R

in m. PQ

n

in m

m

R

out m. PQ

n

out m

m

R

n

Q

n

open n

open n. P

PQ

out m. PQ

nOutput

Input

C

(x). P(x)

read P(C)


WAM-Modell


R2

R3

R1

WebPortal 1

trusts

DB1 IP1 IP2

DB2

Dienst 1 Dienst 2 Dienst 3

Dienst 4

rs≡ rs[!(x).P]invoke ≡ mv in rs.⟨param⟩

ps≡ ps[!(x).P]invoke ≡ mv in ps.⟨param⟩ ∇n⟨M⟩ ≡ mv in or.mv in os.⟨M⟩rinvoke≡ ∇ws⟨param⟩

sr1≡ sr1 [ws | trust]sr2≡ sr2 [bs |…]trust ≡ !open reqbs≡ bs[req[invoke] | mv. out bs. out sr2.in sr1]]token ≡ t[open t.lock l. rpc]sts1≡ t[in t. in r] | r[open t.releasel]

token ≡ t[open t.lock l. rpc]sts2≡ t[in t. in r] | r[open t.releasel]

Remote I/O

Ambient I/O

Ambient I/O

Parent I/O


Unterstützung der Systemevolution

Überführung der graphischen WAM-Notation in WAM-RDF und zurück

Überführung der Systemlandschaft, z.B. des Domäneneffekts aus WebComposition/DGS in WAM-RDF

Rücktransformation in graphische WAM-Notation und

Formalisierung der Beschreibung im WCM


|



UMSETZUNGPraktische


| 62|

Umsetzung

Weiterentwicklung des WebComposition/DGS an der VSR



WebComposition/DGS

DGS Listen Manager

DGS Navigationsdienst

Workflow Unterstützung

RFID Infrastruktur

Projektdauer

Rückführung

Rückführung

Rückführung

Proj

ekt

Partielle Rückführung

Projekt in BearbeitungProjekt abgeschlossen

Partielle Rückführung

SA-REST

Rückführung

VodooIO Infrastruktur

teilweise RückführungRückführung


Anwendungsszenario e-Home Microsoft Research und

fischertechnik



Anwendungsszenario Sensornetzwerk

Freie Universität Berlin und Microsoft Research



Anwendungsszenario Unternehmensdaten (1)

TU Chemnitz


Personen

Publikationen

Einstiegsseite

SpezifischePerson

SpezifischePublikation

Projekte

Ressourceals PDF

SpezifischeProjektseite

Darstellungals RSS Feed

Darstellung im OpenLinkRDF Browser


Anwendungsszenario Unternehmensdaten (2)

International Society for Web Engineering


ErweiterbareMetadaten

ICWE 2008Publikationen

Referenzierte

Metadaten


Zusammenfassung

Effektive Anwendungsentwicklung auf Basis der vorgestellten Prinzipien ist für Intelligente Umgebungen möglich• Vorgehensmodell:

WebComposition/WBS• Methoden: WebComposition/Test• Werkzeug: WebComposition/DGS• Formalismus: WebComposition/WCS


|



FRAGENDanke für Ihre Aufmerksamkeit!
