Mit dem Wandel des Internets zu einer universellen Softwareplattform sind die Möglichkeiten und Fähigkeiten von Webanwendungen zwar rasant gestiegen. Gleichzeitig gestaltet sich ihre Entwicklung jedoch zunehmend aufwändig und komplex, was dem Wunsch nach immer kürzeren Entwicklungszyklen für möglichst situative, bedarfsgerechte Lösungen entgegensteht. Bestehende Ansätze aus Forschung und Technik, insbesondere im Umfeld der serviceorientierten Architekturen und Mashups, werden diesen Problemen bislang nicht ausreichend gerecht. Deshalb werden in dieser Dissertation neue Konzepte für die modellgetriebene Entwicklung und Bereitstellung von Webanwendungen vorgestellt. Die zugrunde liegende Idee besteht darin, das Paradigma der Serviceorientierung auf die Präsentationsebene zu erweitern. So sollen erstmals – neben Daten- und Geschäftslogik – auch Teile der Anwendungsoberfläche in Form wiederverwendbarer Komponenten über Dienste bereitgestellt werden. Anwendungen sollen somit über alle Anwendungsebenen hinweg nach einheitlichen Prinzipien „komponiert“ werden können. Den ersten Schwerpunkt der Arbeit bilden die entsprechenden universellen Modellierungskonzepte für Komponenten und Kompositionen. Sie erlauben u. a. die plattformunabhängige Beschreibung von Anwendungen als Komposition der o. g. Komponenten. Durch die Abstraktion und entsprechende Autorenwerkzeuge wird die Entwicklung so auch für Domänenexperten bzw. Nicht-Programmierer möglich. Der zweite Schwerpunkt liegt auf dem kontextadaptiven Integrationsprozess von Komponenten und der zugehörigen, serviceorientierten Referenzarchitektur. Sie ermöglichen die dynamische Suche, Bindung und Konfiguration von Komponenten, d. h. auf Basis der o. g. Abstraktionen können genau die Anwendungskomponenten geladen und ausgeführt werden, die für den vorliegenden Nutzer-, Nutzungs- und Endgerätekontext am geeignetsten sind. Der dritte Schwerpunkt adressiert die Kontextadaptivität der kompositen Anwendungen in Form von Konzepten zur aspektorientierten Definition von adaptivem Verhalten im Modell und dessen Umsetzung zur Laufzeit. In Abhängigkeit von Kontextänderungen können so Rekonfigurationen von Komponenten, ihr Austausch oder Veränderungen an der Komposition, z.B. am Layout oder dem Datenfluss, automatisch durchgesetzt werden. Alle vorgestellten Konzepte wurden durch prototypische Implementierungen praktisch untermauert. Anhand diverser Anwendungsbeispiele konnten ihre Validität und Praktikabilität – von der Modellierung im Autorenwerkzeug bis zur Ausführung und dynamischen Anpassung – nachgewiesen werden. Die vorliegende Dissertation liefert folglich eine Antwort auf die Frage, wie zukünftige Web- bzw. Mashup-Anwendungen zeit- und kostengünstig entwickelt sowie zuverlässig und performant ausgeführt werden können. Die geschaffenen Konzepte bilden gleichermaßen die Grundlage für eine Vielzahl an Folgearbeiten.:Verzeichnisse vi Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii Verzeichnis der Codebeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x 1 Einleitung 1 1.1 Problemdefinition, Thesen und Forschungsziele . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.1 Probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.2 Thesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.3 Forschungsziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Abgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Grundlagen, Szenarien und Herausforderungen 12 2.1 Grundlagen und Begriffsklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.1 Komposite und serviceorientierte Webanwendungen . . . . . . . 13 2.1.2 Mashups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.3 Modellgetriebene Software-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.4 Kontext und kontextadaptive Webanwendungen . . . . . . . . . 18 2.2 Szenarien und Problemanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.1 Dienstkomposition zur Reiseplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.2 Interaktive Aktienverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.3 Adaptive Touristeninformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 Anforderungen und Kriterien der Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.1 Anforderungen an Komponenten- und Kompositionsmodell . . . 25 2.3.2 Anforderungen an die Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . . . . 27 3 Stand der Forschung und Technik 30 3.1 SOA und Dienstkomposition zur Interaktion mit Diensten . . . . . . . . . 31 3.1.1 Statische Dienstkomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1.2 Dynamische Dienstauswahl und -Komposition . . . . . . . . . . . 33 3.1.3 Adaptionskonzepte für Dienstkompositionen . . . . . . . . . . . . 45 3.1.4 Interaktions- und UI-Konzepte für Dienstkompositionen . . . . . . 48 3.2 Web Engineering - Entwicklung interaktiver adaptiver Webanwendungen 50 3.2.1 Entwicklung von Hypertext- und Hypermedia-Anwendungen . . 51 3.2.2 Entwicklung von Mashup-Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . 54 3.3 Zusammenfassung und Diskussion der Defizite existierender Ansätze . . 67 3.3.1 Probleme und Defizite aus dem Bereich der Dienstkomposition . 67 3.3.2 Probleme und Defizite beim Web- und Mashup-Engineering . . . 69 4 Universelle Komposition adaptiver Webanwendungen 73 4.1 Grundkonzept und Rollenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.2 Modellgetriebene Entwicklung kompositer Mashups . . . . . . . . . . . 75 4.2.1 Universelles Komponentenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2.2 Belangorientiertes Kompositionsmodell . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.3 Dynamische Integration und Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . . . . 78 4.3.1 Kontextsensitiver Integrationsprozess für Mashup-Komponenten . 79 4.3.2 Referenzarchitektur zur Komposition und Ausführung . . . . . . . 80 4.3.3 Unterstützung von adaptivem Laufzeitverhalten in Mashups . . . 81 5 Belangorientierte Modellierung adaptiver, kompositer Webanwendungen 83 5.1 Ein universelles Komponentenmodell für Mashup-Anwendungen . . . . 84 5.1.1 Grundlegende Eigenschaften und Prinzipien . . . . . . . . . . . . 84 5.1.2 Komponententypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.1.3 Beschreibung von Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.1.4 Nutzung der Konzepte zur Komponentenentwicklung . . . . . . . 99 5.2 Ein belangorientiertes Metamodell für interaktive Mashup-Anwendungen 100 5.2.1 Conceptual Model – Modellierung der Anwendungskonzepte . . 102 5.2.2 Communication Model – Spezifikation von Daten- und Kontrollfluss 107 5.2.3 Layout Model – Visuelle Anordnung von UI-Komponenten . . . . 114 5.2.4 Screenflow Model – Definition von Navigation und Sichten . . . . 115 5.3 Modellierung von adaptivem Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.3.1 Adaptionstechniken für komposite Webanwendungen . . . . . . 117 5.3.2 Adaptivity Model – Modellierung von Laufzeitadaptivität . . . . . 119 5.4 Ablauf und Unterstützung bei der Modellierung . . . . . . . . . . . . . . 126 5.5 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6 Kontextsensitiver Integrationsprozess und Kompositionsinfrastruktur 132 6.1 Ein kontextsensitiver Integrationsprozess zur dynamischen Bindung von Mashup-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.1.1 Modellinterpretation oder -transformation . . . . . . . . . . . . . . 134 6.1.2 Suche und Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.1.3 Rangfolgebildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.1.4 Auswahl und Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.2 Kompositionsinfrastruktur und Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . . . . 146 6.2.1 Verwaltung von Komponenten und Domänenwissen . . . . . . . 146 6.2.2 Aufbau der Laufzeitumgebung (MRE) . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.2.3 Dynamische Integration und Verwaltung von Komponenten . . . 151 6.2.4 Kommunikationsinfrastruktur und Mediation . . . . . . . . . . . . . 155 6.3 Unterstützung von Adaption zur Laufzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 6.3.1 Kontexterfassung, -modellierung und -verwaltung . . . . . . . . . 163 6.3.2 Ablauf der dynamischen Adaption . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.3.3 Dynamischer Austausch von Komponenten . . . . . . . . . . . . 170 6.4 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 7 Umsetzung und Validierung der Konzepte 178 7.1 Realisierung der Modellierungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7.1.1 Komponentenbeschreibung in XML und OWL . . . . . . . . . . . 179 7.1.2 EMF-basiertes Kompositionsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 7.1.3 Modelltransformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 7.1.4 Modellierungswerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 7.2 Realisierung der Kompositions- und Laufzeitumgebung . . . . . . . . . . 185 7.2.1 Semantische Verwaltung und Discovery . . . . . . . . . . . . . . 185 7.2.2 Kompositions- bzw. Laufzeitumgebungen . . . . . . . . . . . . . . 192 7.2.3 Kontextverwaltung und Adaptionsmechanismen . . . . . . . . . 201 7.3 Validierung und Diskussion anhand der Beispielszenarien . . . . . . . . . 210 7.3.1 Reiseplanung mit TravelMash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 7.3.2 Aktienverwaltung mit StockMash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 7.3.3 Adaptive Touristeninformation mit TravelGuide . . . . . . . . . . . 216 7.3.4 Weitere Prototypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7.4 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 8 Zusammenfassung, Diskussion und Ausblick 226 8.1 Zusammenfassung der Kapitel und ihrer Beiträge . . . . . . . . . . . . . 227 8.2 Diskussion und Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 8.2.1 Wissenschaftliche Beiträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 8.2.2 Einschränkungen und Grenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.3 Laufende und zukünftige Arbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Anhänge 242 A.1 Komponentenbeschreibung in SMCDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 A.2 Komponentenmodell in Form der MCDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 A.3 Kompositionsmodell in EMF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Verzeichnis eigener Publikationen 246 Webreferenzen 249 Literaturverzeichnis 253

Owing to advancements in component re-use technology, component-based software development (CBSD) has come a long way in developing complex commercial software systems while reducing software development time and cost. However, assembling distributed resource-constrained and safety-critical systems using current assembly techniques is a challenge. Within complex systems when there are numerous ways to assemble the components unless the software architecture clearly defines how the components should be composed, determining the correct assembly that satisfies the system assembly constraints is difficult. Component technologies like CORBA and .NET do a very good job of integrating components, but they do not automate component assembly; it is the system developer's responsibility to ensure thatthe components are assembled correctly. In this thesis, we first define a component-based system assembly (CBSA) technique called "Constrained Component Assembly Technique" (CCAT), which is useful when the system has complex assembly constraints and the system architecture specifies component composition as assembly constraints. The technique poses the question: Does there exist a way of assembling the components that satisfies all the connection, performance, reliability, and safety constraints of the system, while optimizing the objective constraint? To implement CCAT, we present a powerful framework called "CoBaSA". The CoBaSA framework includes an expressive language for declaratively describing component functional and extra-functional properties, component interfaces, system-level and component-level connection, performance, reliability, safety, and optimization constraints. To perform CBSA, we first write a program (in the CoBaSA language) describing the CBSA specifications and constraints, and then an interpreter translates the CBSA program into a satisfiability and optimization problem. Solving the generated satisfiability and optimization problem is equivalent to answering the question posed by CCAT. If a satisfiable solution is found, we deduce that the system can be assembled without violating any constraints. Since CCAT and CoBaSA provide a mechanism for assembling systems that have complex assembly constraints, they can be utilized in several industries like the avionics industry. We demonstrate the merits of CoBaSA by assembling an actual avionic system that could be used on-board a Boeing aircraft. The empirical evaluation shows that our approach is promising and can scale to handle complex industrial problems.

This master thesis analyses principle manufacturing order design and management methods and schemas. They are practicaly applied in developing software for product‘s graphical-informational model management, feature management, technological data and rules specification and description, product‘s material list creation and estimation. The developed software is suited for both large and small manufacturing corporations, that specializes in plastic or wooden windows, doors, garage gates, glass fillings production. The system may be adjusted to various manufacturing technologies. These software development methods and technologies were applied during system design and implementation: Dynamic System Development Method (DSDM), Object Oriented (OO) Design and Programming, Component Based System Engineering Method (CBSE), Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing Methods, eXtensible Markup Language (XML). Created software was tested with real technological data. Systems suites functional and non-functional specifiaction. Experimets show that the product is more flexible than it‘s previous version.

El objetivo de este trabajo es la definición de una metodología para la representación y análisis del comportamiento de tiempo real de sistemas que han sido diseñados utilizando el paradigma de orientación a objetos. La metodología que se propone, denominada UML-MAST, concilia las diferencias entre la visión del diseñador de sistemas de tiempo real y la del de sistemas orientados a objetos. A tal fin define un nivel de abstracción adecuado para los elementos de modelado del comportamiento de tiempo real, que permite formularlos con una estructura paralela a la arquitectura lógica del sistema, y vincularlos a esta. La semántica de modelado sigue el perfil UML para planificabilidad, rendimiento y tiempo (SPT) estandarizado por el OMG, del que UML-MAST puede considerase una implementación. La propuesta se integra con las herramientas de análisis y diseño de sistemas de tiempo real MAST (Modeling and Analysis Suite for Real-Time Applications), que analiza los modelos y retorna los resultados al modelo inicial para su interpretación por el diseñador. Asimismo, se han definido criterios para la extensión de esta metodología a otros niveles de abstracción tales como sistemas basados en componentes y sistemas implementados utilizando Ada 95. Parte de los resultados de este trabajo han sido incorporados por el OMG a su perfil SPT. / The main objective of this work has been the definition of a methodology for the representation and analysis of the timing behaviour of real-time distributed systems designed following the object oriented paradigm. The methodology proposed is called UML-MAST, and reconciles the mismatch between the visions of the object oriented designer and the real-time systems designer. To get this, it has been developed a particular level of abstraction that holds all the modelling elements needed to represent real-time behaviour, structuring the models following the logical architecture of the system. The semantics of the modelling elements follows the "UML Profile for Schedulability, Performance and Time" (SPT), a standard of the Object Management Group (OMG) to which this thesis has reported a number of contributions. UML-MAST can also be considered a particular specialization of its schedulability analysis sub-profile. UML-MAST is integrated in the framework of the Modeling and Analysis Suite for Real-Time Applications (MAST), a modelling environment with a set of tools that enable the analysis of a model and the recovery of its results in it. Criteria for the extension of the methodology to higher levels of abstraction have been defined. As examples, its extension to the modelling of component-based systems as well as to distributed systems developed with Ada95 have been explored and formulated.

El objetivo de la tesis es definir una metodología de desarrollo de aplicaciones de tiempo real basadas en componentes, orientada a aplicaciones cuyos requisitos temporales se especifican utilizando un modelo reactivo de comportamiento temporal. La metodología se construye en base a extensiones que incorporan a las especificaciones, modelos de referencia y procesos estándares propios de la ingeniería de componentes convencionales, esto es, sin requisitos temporales, los datos y los procesos necesarios para la especificación, diseño y análisis de los aspectos relativos al comportamiento temporal. La metodología se sustenta en cuatro contribuciones principales:- Se propone la metodología de modelado modular del comportamiento temporal Mod-MAST, que permite construir el modelo de una aplicación basada en componentes por composición de los modelos de los componentes que la forman. - Se propone la extensión RT-D&C de la especificación Deployment and Configuration of Component-based Distributed Applications de OMG, que permite incluir metadatos relativos a comportamiento temporal en los descriptores de componentes, plataformas de ejecución y aplicaciones. - Se especifica la tecnología de componentes RT-CCM como una extensión de la especificación estándar Lightweight CCM de OMG, que añade los mecanismos necesarios para desarrollar aplicaciones con comportamiento temporal predecible.- Se propone la tecnología de componentes Ada-CCM como implementación concreta de RT-CCM basada en el lenguaje de programación Ada 2005.Todos estos elementos se integran en un proceso completo de diseño de tiempo real de aplicaciones basadas en componentes. / The objective of this work is to define a methodology for the development of real-time component-based applications, focused on applications whose timing requirements are specified according to a reactive model of the timing behaviour. The methodology is built through a set of extensions that incorporate to the standard specifications, reference models and processes typical from the conventional components engineering, i.e. components without timing requirements, the data structures and the processes required for the specification, design and analysis of the aspects related to timing behaviour. The methodology relies on four main contributions:- The Mod-MAST modular modelling methodology, which allows building the real-time model of a component-based application by composing the models of the components that form it.- The RT-D&C extension of the Deployment and Configuration of Component-based Distributed Applications Specification of the OMG, which allows including metadata related to timing behaviour in the descriptors of components, execution platforms and applications.- The RT-CCM components technology, which is an extension of the standard Lightweight CCM Specification of the OMG that incorporates mechanisms to develop applications with predictable timing behaviour.- The Ada-CCM components technology has been developed. It is an implementation of the RT-CCM technology based on the Ada 2005 programming language.All these elements have been integrated in a complete real-time design process for component-based applications.

La plupart des entreprises évoluent dans des marchés concurrentiels en adaptant rapidement leurs processus métiers. Leur performance dépend de leur capacité à utiliser des techniques d'amélioration continue de leur organisation par la mise au point de Systèmes Informatiques (SI) durables pour l'automatisation des processus. En ce sens, les architectures orientées services (Service Oriented Architectures) ont permis le développement de SI flexibles avec un style d'architecture prédominant de composition de services. Cependant, l'alignement de ces architectures aux impératifs de l'évolution des processus reste une préoccupation centrale. Dans cette thèse, nous étudions la cartographie et l'évolution des processus métiers depuis leur conception jusqu'à leur automatisation dans une architecture orientée services ainsi que son adaptation. Nous proposons une approche d'ingénierie dirigée par les modèles intégrée à un outil de modélisation de processus et de développement d'architectures orientées services. Celle-ci débute par la spécification d'un modèle BPMN (Business Process Modeling Notation) décrivant les interactions des processus métiers. Grâce à une chaîne de transformation automatisée, nous produisons un modèle SCA (Service Component Architecture) décrivant une solution de composition de services. Ceci garantit la traçabilité architecturale entre le niveau métier du SI et son niveau technique puisque les services générés décrivent une {logique applicative} qui met en œuvre la logique métier du modèle BPMN. Ensuite, nous introduisons une méthode de propagation du changement de la logique métier vers la logique applicative qui est fondée sur la synchronisation incrémentale entre les modèles BPMN et SCA. Elle est intégrée à un outil d'analyse de l'impact du changement qui se base sur la réécriture de graphes pour éviter les inconsistances induites par les modifications. Enfin, elle permet de simuler l'impact des évolutions des processus, pour en estimer le coût selon les métriques que nous proposons, avant de procéder à la réingénierie de l'architecture orientée services pour assurer une meilleure gouvernance du changement.