Diese Diplomarbeit behandelt das Themengebiet der automatischen Erzeugung von grafischen Benutzeroberflächen (GUIs) im Kontext von Webservices. Es geht dabei konkret um einen Editor, mit dem Hinweise zur Generierung von Dialogen erstellt werden können. Diese Hinweise sollen dann von den dialogerzeugenden Anwendungen einbezogen werden, um eine dynamische Interaktion mit Webservices durch beliebige Nutzer ohne dienstspezifische Software zu ermöglichen. Die Arbeit führt in die aktuellen Techniken zur GUI-Generierung ein und stellt Transformationsprinzipien vor, die eine Generierung ausgehend von einem formalen Datenmodell ermöglichen. Dabei müssen mangelnde Modellparameter in Beschreibungen von Webservices manuell ausgeglichen werden (WSGUI-Konzepte). Diese Zielstellung führt zum Entwurf des WSGUI-Editors. Die anschließende Implementierung berücksichtigt darüber hinaus Integrationsaspekte wie die Publizierung von WSGUI-Hinweisen, Einbindung von GUI-Übersetzungen und eine Vorschau auf die zu generierenden Dialoge. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einer Bewertung des Editors, aber auch einer Reihe von Vorschlägen zur Vereinfachung ähnlich gelagerter zukünftiger Projekte im Umfeld von Webservices.

Autonomous driving is a rapidly growing field and can bring significant transition in mobility and transportation. In order to cater a safe and reliable autonomous driving operation, all the systems concerning with perception, planning and control has to be highly efficient. MPC is a control technique used to control vehicle motion by controlling actuators based on vehicle model and its constraints. The uniqueness of MPC compared to other controllers is its ability to predict future states of the vehicle using the derived vehicle model. Due to the technological development & increase in computational capacity of processors and optimization algorithms MPC is adopted for real-time application in dynamic environments. This research focuses on using Model predictive Control (MPC) to control the trajectory of an autonomous vehicle controlling the vehicle actuators for high dynamic maneuvers. Vehicle Models considering kinematics and vehicle dynamics is developed. These models are used for MPC as prediction models and the performance of MPC is evaluated. MPC trajectory control is performed with the minimization of cost function and limiting constraints. MATLAB/Simulink is used for designing trajectory control system and interfaced with CarMaker for evaluating controller performance in a realistic simulation environment. Performance of MPC with kinematic and dynamic vehicle models for high dynamic maneuvers is evaluated with different speed profiles.

Domänenspezifische Sprachen (DSLs) sind Software-Sprachen, die speziell für bestimmte Anwendungsdomänen entwickelt wurden. Mithilfe von DSLs können Domänenexperten ihr Domänenwissen auf einem hohen Abstraktionsniveau beschreiben. Wie andere Software-Sprachen auch, benötigen DSLs Sprachwerkzeuge, die Assistenz bei der Erstellung und Verarbeitung von domänenspezifischen Modellen bieten. Eine domänenspezifische Werkbank (DSW) ist ein Software-Werkzeug, welches mehrere solcher Sprachwerkzeuge für eine DSL miteinander integriert. Existierende Werkzeuge, die es erlauben eine DSW aufgrund der Beschreibung einer DSL automatisch generieren zu lassen, unterstützen jedoch nicht die Beschreibung und Generierung von editierbaren Sichten. Eine Sicht ist ein Teil einer DSW, der nur einen bestimmten Aspekt eines Modells darstellt. Diese Dissertation stellt spezielle Modelltransformationssprachen (MTLs) vor, mit denen die Synchronisation von Sichten in einer generierten DSW beschrieben werden kann. Dadurch können DSWs mit editierbaren Sichten mittels existierender Werkzeuge zur Generierung von Sprachwerkzeugen erstellt werden. Dafür wird eine DSW für die Nanophysik-Domäne sowie eine Taxonomie von Synchronisationstypen vorgestellt, welche es erlaubt genau zu bestimmen, welche Art von Modelltransformationen für die Synchronisation von Sichten in dieser Werkbank benötigt werden. Entsprechend dieser Anforderungen werden zwei MTLs entwickelt. Insbesondere wird eine bidirektionale MTL entwickelt. Mit solch einer Sprache kann man eine Relation, welche definiert ob zwei Modelle synchron sind, so beschreiben, dass die entsprechende Synchronisationslogik automatisch abgeleitet werden kann. Die gezeigten MTLs werden als interne DSLs - das heißt eingebettet als ausdrucksstarke Bibliotheken - in der Programmiersprache Scala implementiert. Auf diese Weise kann Scalas Typprüfung genutzt werden, um Transformationen und deren Komposition statisch zu verifizieren. / Domain-specific languages (DSLs) are software languages which are tailored to a specific application domain. DSLs enable domain experts to create domain-specific models, that is, high-level descriptions of domain knowledge. As any other software languages, DSLs rely on language tools which provide assistance for processing and managing domain-specific models. A domain-specific workbench is an integrated set of such tools for a DSL. A recently proposed approach is to automatically generate a domain-specific workbench for a DSL from a description of that DSL. However, existing tools which apply this approach do not support to describe and generate editable domain-specific views. A view is a part of domain-specific workbench that presents only one aspect of a model, for example, its hierarchical structure. This dissertation presents special model transformation languages which support the description of view synchronization in a generated domain-specific workbench. This allows a multi-view domain-specific workbench to be created with existing tools for language tool generation. We present a generated domain-specific workbench for the nanophysics domain and present a taxonomy of synchronization types. This allows us to precisely define what model transformations are required for view synchronization in that workbench. According to these requirements, we develop two transformation languages by adapting existing ones. In particular, we develop a bidirectional transformation language. With such a language one can describe a relation which defines whether two models are in sync and let the synchronization logic be inferred automatically. We implement model transformation languages as internal DSLs - that is, embedded as expressive libraries - in the Scala programming language and use Scala''s type checking for static verification of transformations and their composition.

Verteilte Kommunikationssysteme haben in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen, insbesondere durch die Vielzahl von Anwendungen in unserem Alltag. Die Heterogenität der Anwendungen und Anwendungsdomänen spricht für die Komplexität solcher Systeme und verdeutlicht die Herausforderungen, mit denen ihre Entwickler konfrontiert sind. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Unterstützung des Entwicklungsprozesses von Anwendungen für verteilte Kommunikationssysteme. Es gibt zwei Aspekte, die dabei berücksichtigt werden müssen. Der erste und offensichtlichste ist die Unterstützung der Entwicklung der Anwendung selbst, die letztendlich auf der vorhandenen verteilten Kommunikationsinfrastruktur bereitgestellt werden soll. Der zweite weniger offensichtliche, aber genauso wichtige Aspekt besteht in der Analyse der Anwendung vor ihrer eigentlichen Installation. Anwendungsentwicklung und analyse sind also "zwei Seiten der gleichen Medaille". Durch die Berücksichtigung beider Aspekt erhöht sich jedoch andererseits der Aufwand bei der Entwicklung. Die Arbeit kombiniert und erweitert vorhandene Technologien entsprechend dem modellgetriebenen Entwicklungsparadigma zu einer einheitlichen Entwicklungsmethode. Die Eigenschaften der Anwendung werden in einer vereinheitlichten Beschreibung erfasst, welche sowohl die automatische Überführung in Installationen auf echten Infrastrukturen erlaubt, als auch die Analyse auf der Basis von Modellen. Darüber hinaus wird der Entwicklungsprozess mit zusätzlicher Unterstützung bei der Visualisierung der Analyse ergänzt. Die Praktikabilität des Ansatzes wird anschließend anhand der Entwicklung und Analyse einer Anwendung zur Erdbebenfrühwarnung unter Beweis gestellt. / Distributed communication systems have gained a substantial importance over the past years with a large set of examples of systems that are present in our everyday life. The heterogeneity of applications and application domains speaks for the complexity of such systems and the challenges that developers are faced with. The focus of this dissertation is on the development of applications for distributed communication systems. There are two aspects that need to be considered during application development. The first and most obvious is the development of the application itself that will be deployed on the existing distributed communication infrastructure. The second and less obvious, but equally important, is the analysis of the deployed application. Application development and analysis are like "two sides of the the same coin". However, the separation between the two increases the cost and effort required during the development process. Existing technologies are combined and extended following the model-driven development paradigm to obtain a unified development method. The properties of the application are captured in a unified description which drives automatic transformation for deployment on real infrastructures and/or analysis. Furthermore, the development process is complemented with additional support for visualization to aid analysis. The defined approach is then used in the development of an alarming application for earthquake early warning.

The Model Driven Architecture (MDA) allows moving the software development from the time consuming and error-prone level of writing program code to the next higher level of modeling. In order to gain benefit from this innovative technology, it is necessary to satisfy two requirements. These are first, the creation of compact, complete and correct platform independent models (PIM) and second, the development of a flexible and extensible model transformation framework taking into account frequent changes of the target platform. In this thesis a platform-based methodology is developed to create PIM by abstracting common modeling elements into a platform independent modeling library called Design Platform Model (DPM). The DPM contains OCL-based types for modeling primitive and collection types, a platform independent GUI toolkit as well as other common modeling elements, such as those for IO-operations. Furthermore, a DPM profile containing diverse domain specific and design pattern-based stereotypes is also developed to create PIM with high-level semantics. The behavior in PIM is specified using an OCL-like action language called eXecutable OCL (XOCL), which is also developed in this thesis. For model transformation, the model compiler MOCCA is developed based on a flexible and extensible architecture. The model mapper components in the current version of MOCCA are able to map desktop applications onto JSE platform; the both business object layer and persistence layer of a three-layered enterprise applications onto JEE platform and SAP ABAP platform. The entire model transformation process is finished with complete code generation.

Traditionelle 3D-Anwendungsentwicklung für VR/AR verläuft in heterogenen Entwicklerteams unstrukturiert, ad hoc und ist fehlerbehaftet. Der präsentierte Roundtrip3D Entwicklungsprozess ermöglicht die iterativ inkrementelle 3D-Anwendungsentwicklung, wechselseitig auf Softwaremodell- und Implementierungsebene. Modelle fördern das gemeinsame Verständnis unter Projektbeteiligten und sichern durch generierte Schnittstellen gleichzeitiges Programmieren und 3D-Modellieren zu. Das Roundtrip3D Werkzeug ermittelt Inkonsistenzen zwischen vervollständigten 3D-Inhalten und Quelltexten auch für verschiedene Plattformen und visualisiert sie auf abstrakter Modellebene. Die gesamte Implementierung wird nicht simultan, sondern nach codegetriebener Entwicklung kontrolliert mit Softwaremodellen abgeglichen. Inkremente aus aktualisierten Softwaremodellen fließen in dann wieder zueinander konsistente Quelltexte und 3D-Inhalte ein. Der Roundtrip3D Entwicklungsprozess vereint dauerhaft Vorteile codegetriebener mit modellgetriebener 3D-Anwendungsentwicklung und fördert strukturiertes Vorgehen im agilen Umfeld.

Für den Visualisierungsgenerator der Forschungsgruppe „Softwarevisualisierung in drei Dimensionen und virtueller Realität“ soll eine Stadtmetapher zur Darstellung von Software implementiert werden. Als Vorlage dient „CodeCity“, dessen Umsetzung der Stadtmetapher auf den Generator übertragen werden soll. Die Anforderungsermittlung basiert auf der Analyse beider Bestandteile, um ein strukturiertes Vorgehen zu gewährleisten. Die Implementierung der Generatorartefakte erfolgt mittels Xtext zur Erstellung eines Metamodells, das die Entitäten der neuen Metapher beschreibt, und Xtend, das genutzt wird um die Datenmodelle zu modifizieren und in Quelltext umzuwandeln. Darauf aufbauend folgt abschließend die Abstraktion zu einem Prozessmodell für die generative und modellgetriebene Softwarevisualisierung, das als Leitfaden für zukünftige Implementierungen dienen soll.:Gliederung Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Verzeichnis der Listings Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielstellung der Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen des Visualisierungsgenerator 2.1 Generative und modellgetriebene Softwareentwicklung 2.2 FAMIX 2.3 Xtext und Xtend 2.4 X3D 3 Implementierung des Prototyps 3.1 Analyse der Zielmetapher 3.1.1 Grundlagen von „CodeCity“ 3.1.2 Anforderungen 3.1.3 Analyseergebnisse 3.2 Auswahl und Analyse der Referenzmetapher 3.2.1 Grundlagen der Referenzmetapher 3.2.2 Erweiterung der Anforderungen 3.3 Das Metamodell 3.4 Der Workflow 3.5 Modell-zu-Modell-Transformation 3.6 Modellmodifikation 3.7 Modell-zu-Text-Transformation 3.8 Anpassungen und Ergänzungen 4 Abstrahiertes Prozessmodell 5 Zusammenfassung und Ausblick Anhang A – Metamodell Recursive Disk-Metapher Anhang B – Hilfestellung für Eclipse-Konfigurationen Anhang C – Konzepte zur Durchführung der Modellmodifikation Anhang D – Entwicklungsstadien der Stadtmetapher Quellen- und Literaturverzeichnis Ehrenwörtliche Erklärung

The Model Driven Architecture (MDA) allows moving the software development from the time consuming and error-prone level of writing program code to the next higher level of modeling. In order to gain benefit from this innovative technology, it is necessary to satisfy two requirements. These are first, the creation of compact, complete and correct platform independent models (PIM) and second, the development of a flexible and extensible model transformation framework taking into account frequent changes of the target platform. In this thesis a platform-based methodology is developed to create PIM by abstracting common modeling elements into a platform independent modeling library called Design Platform Model (DPM). The DPM contains OCL-based types for modeling primitive and collection types, a platform independent GUI toolkit as well as other common modeling elements, such as those for IO-operations. Furthermore, a DPM profile containing diverse domain specific and design pattern-based stereotypes is also developed to create PIM with high-level semantics. The behavior in PIM is specified using an OCL-like action language called eXecutable OCL (XOCL), which is also developed in this thesis. For model transformation, the model compiler MOCCA is developed based on a flexible and extensible architecture. The model mapper components in the current version of MOCCA are able to map desktop applications onto JSE platform; the both business object layer and persistence layer of a three-layered enterprise applications onto JEE platform and SAP ABAP platform. The entire model transformation process is finished with complete code generation.

Die Telekommunikation und die ihr zuliefernde Industrie stellen einen softwareintensiven Bereich dar - der durch einen sehr hohen Anteil von Eigenentwicklungen gekennzeichnet ist. Eine wesentliche Ursache dafür sind spezielle Anforderungen an Telekommunikationssoftwaresysteme, die i.allg. nicht durch Standardsoftwareprodukte sichergestellt werden können. Diese Anforderungen ergeben sich aus den besonderen Eigenschaften solcher Softwaresysteme wie die Verteilung der Komponenten von Softwaresystemen sowie die Verteilung der Entwicklung dieser Komponenten, die Heterogenität der Entwicklungs- und Einsatzumgebungen für diese Komponenten und die Komplexität der entwickelten Softwaresysteme hinsichtlich nichtfunktionaler Charakteristika. Die industrielle Entwicklung von Telekommunikationssoftwaresystemen ist ein schwieriger und bisher nicht zufriedenstellend gelöster Prozeß. Aktuelle Forschungsarbeiten thematisieren Softwareentwicklungsprozesse und -techniken sowie unterstützende Werkzeuge zur Erstellung und Integration wiederverwendbarer Softwarekomponenten ("Componentware"). Das Ziel dieser Dissertation besteht in der Unterstützung der industriellen Entwicklung offener, verteilter Telekommunikationssoftwaresysteme. Dazu wird die Entwicklungstechnik Objektorientierte Modellierung mit dem Einsatz von Komponentenarchitekturen durch die automatische Ableitung von Softwarekomponenten aus Modellen zusammengeführt. Die zentrale Idee ist dabei eine präzise Definition der zur Entwicklung von verteilten Softwaresystemen einsetzbaren Modellierungskonzepte in Form eines Metamodells. Von diesem Metamodell ausgehend werden dann zur Konstruktion und Darstellung objektorientierter Entwurfsmodelle eine graphische und eine textuelle Notation definiert. Da die Notationen die Konzepte des Meta- Modells visualisieren, haben sie diesem gegenüber einen sekundären Charakter. Für die Transformation von Entwurfsmodellen in ausführbare Applikationen wurde auf der Grundlage von CORBA eine Komponentenplattform realisiert, die zusätzlich zu Interaktionen zwischen verteilten Softwarekomponenten auch Entwicklungs-, Deployment- und Ausführungsaspekte unterstützt. Wiederum ausgehend vom Metamodell wird durch die Anwendung wohldefinierter Ableitungsregeln die automatische Überführung von Entwurfsmodellen in Softwarekomponenten des zu entwickelnden Systems ermöglicht. Die von den Autoren erarbeiteten Konzeptionen und Vorgehensweisen wurden praktisch in eine Werkzeugumgebung umgesetzt, die sich bereits erfolgreich in verschiedenen Softwareentwicklungsprojekten bewährt hat. / The telecommunication industry and their suppliers form a software intensive domain. In addition, a high percentage of the software is developed by the telecommunication enterprises themselves. A main contributing factor for this situation are specific requirements to telecommunication software systems which cannot be fulfilled by standard off-the-shelf products. These requirements result from particular properties of those software systems, e.g. distributed development and execution of their components, heterogeneity of execution and development environments and complex non-functional characteristics like scalability, reliability, security and manageability. The development of telecommunication software systems is a complex process and currently not satisfactory realized. Actual research topics in this arena are software development processes and development techniques as well as tools which support the creation and integration of reusable software components (component ware). The goal of this thesis work is the support of the industrial development and manufacturing of open distributed telecommunication software systems. For that purpose, the development technique object oriented modelling and the implementation technique usage of component architectures are combined. The available modelling concepts are precisely defined as a metamodel. Based on that metamodel, graphical and textual notations for the presentation of models are developed. To enable a smooth transition from object oriented models into executable components a component architecture based on CORBA was also developed as part of the thesis. This component architecture covers besides the interaction support for distributed components deployment and execution aspects. Again on the basis of the metamodel code generation rules are defined which allow to automate the transition from models to components. The development techniques described in this thesis have been implemented as a tool chain. This tool chain has been successfully used in several software development projects.

The benefits of Model-Driven Software Development (MDSD) and Domain-Specific Languages (DSLs) wrt. efficiency and quality in software engineering increase the demand for custom languages and the need for efficient methods for language engineering. This motivated the introduction of language families that aim at further reducing the development costs and the maintenance effort for custom languages. The basic idea is to exploit the commonalities and provide means to enable systematic variation among a set of related languages. Current techniques and methodologies for language engineering are not prepared to deal with the particular challenges of language families. First, language engineering processes lack means for a systematic analysis, specification and management of variability as found in language families. Second, technical approaches for a modular specification and realisation of languages suffer from insufficient modularity properties. They lack means for information hiding, for explicit module interfaces, for loose coupling, and for flexible module integration. Our first contribution, Feature-Oriented Language Family Engineering (LFE), adapts methods from Software Product Line Engineering to the domain of language engineering. It extends Feature-Oriented Software Development to support metamodelling approaches used for language engineering and replaces state-of-the-art processes by a variability- and reuse-oriented LFE process. Feature-oriented techniques are used as means for systematic variability analysis, variability management, language variant specification, and the automatic derivation of custom language variants. Our second contribution, Integrative Role-Based Language Composition, extends existing metamodelling approaches with roles. Role models introduce enhanced modularity for object-oriented specifications like abstract syntax metamodels. We introduce a role-based language for the specification of language components, a role-based composition language, and an extensible composition system to evaluate role-based language composition programs. The composition system introduces integrative, grey-box composition techniques for language syntax and semantics that realise the statics and dynamics of role composition, respectively. To evaluate the introduced approaches and to show their applicability, we apply them in three major case studies. First, we use feature-oriented LFE to implement a language family for the ontology language OWL. Second, we employ role-based language composition to realise a component-based version of the language OCL. Third, we apply both approaches in combination for the development of SumUp, a family of languages for mathematical equations.