Diese Studienarbeit gibt einen Überblick über ausgewählte Teile des Softwareentwicklungsprozesses für sicherheitsrelevante Applikationen am Beispiel eines videobasierten Zugerkennungssystems. Eine IP-Kamera und ein externer Bildverarbeitungscomputer wurden dazu mit einer speziell entworfenen, verteilten Software ausgestattet. Die in Ada und C geschriebenen Teile kommunizieren dabei über ein dediziertes, UDP-basiertes Netzwerkprotokoll. Beide Programme wurden intensiv anhand verschiedener Techniken analysiert, die in der Norm EN 50128 festgelegt sind, welche sich speziell an Software für Eisenbahnsteuerungs- und überwachungssysteme richtet. Eine an der Norm orientierte Struktur mit Verweisen auf die diskutierten Techniken zu Beginn eines jeden Abschnitts erlaubt einen schnellen Vergleich mit den originalen Anforderungen des Normtexts. Zusammenfassend haben sich die Techniken bis auf wenige Ausnahmen als sehr geeignet für die praktische Entwicklung von sicherer Software erwiesen. Allerdings entbindet die Norm durch ihre teils sehr abstrakten Anforderungen das am Projekt beteiligte Personal in keinster Weise von seiner individuellen Verantwortung. Entsprechend sind die hier vorgestellten Techniken für andere Projekte nicht ohne Anpassungen zu übernehmen.:1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Description of the problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Real-time constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 Safety requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Implementation details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1 Camera type and output format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Transfer Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Real-world constrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4 Train Detection Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3 EN 50128 requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1 Software architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1.1 Defensive Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.1.2 Fully Defined Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.3 Structured Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.4 Error Detecting and Correcting Codes . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1.5 Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.1.6 Alternative optionally required measures . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 Software Design and Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.1 Structured Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.2 Modular Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.2.3 Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2.4 Design and Coding Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.5 Strongly Typed Programming Languages . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2.6 Alternative optionally required measures . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3 Unit Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 / This paper intends to give an overview of selected parts of the software development process for safety-relevant applications using the example of a video-based train detection. An IP-camera and an external image processing computer were equipped with a custom-built, distributed software system. Written in Ada and C, the system parts communicate via a dedicated UDP-based protocol. Both programs were subject to intense analysis according to measures laid down in the EN 50128 standard specifically targeted at software for railway control and protection systems. Preceding each section, a structure resembling the standard document with references to the discussed measures allows for easy comparison with the original requirements of EN 50128. In summary, the techniques have proven to be very suitable for practical safe software development in all but very few edge-cases. However, the highly abstract descriptive level of the standard requires the staff involved to accept an enormous personal responsibility throughout the entire development process. The specific measures carried out for this project may therefore not be equally applicable elsewhere.:1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Description of the problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Real-time constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 Safety requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2 Implementation details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1 Camera type and output format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Transfer Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Real-world constrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.4 Train Detection Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3 EN 50128 requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.1 Software architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1.1 Defensive Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.1.2 Fully Defined Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.3 Structured Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.4 Error Detecting and Correcting Codes . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1.5 Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.1.6 Alternative optionally required measures . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 Software Design and Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.1 Structured Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.2 Modular Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.2.3 Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2.4 Design and Coding Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.5 Strongly Typed Programming Languages . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2.6 Alternative optionally required measures . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3 Unit Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Modern business applications are getting increasingly distributed as multi-tenant software as a service (SaaS). This leads to new challenges in terms of quality assurance, because all customers are directly affected by software changes. The resulting problem is to proactively determinate evolutionary effects. Because SaaS applications are often realized in the sense of a software product line, this thesis examines ways of using feature models to face the mentioned problem. For this purpose, two approaches are analyzed: extended feature models with quality attributes annotated per feature and the analysis of structural aspects of feature models and corresponding concrete configurations. The presented attributed feature model approach measures the quality of concrete configurations to make configurations comparable according to specific quality goals. Criteria are elicited for when configurations can be compared to draw helpful conclusions. The structural approach focuses economic questions that are quality assurance related, such as identifying features that none of the tenants selected in their application configurations. Furthermore, three algorithms are presented that demonstrate the structural analysis approach to gather information relevant to quality assurance.

Software for designing structural frameworks in civil engineering is getting more and more complex. By offering reliable and efficient calculation methods, economic goals can be reached as well as the civil engineer's demands. Furthermore, opportunities for special developments are created and acceptance of new building systems is increased. The work presented here introduces a method for the physically nonlinear analysis of different composite beam designs for building and bridge structures which are subjected mainly to bending stresses under quasi-static, long-term loading. In addition, the utilization of these methods, including materials and modelling concepts, are shown in a newly developed software package. Present developments for composite construction and civil engineering requirements are the basis for the materials and modelling possibilities discussed. Particular attention is given to a realistic description of time and load dependent variables characterizing the state of the composite structures and their interactions. The selection of material models is based on experimental results. The main points of interest are concrete properties like creep, shrinkage, effluent hydration heat, cracking and boundary behaviour between different materials. Material behaviour under load and reload conditions was taken into account as well. The static solution is based on the incremental iterative application of the deformation method. Each iteration starts with the numerical integration of the beam system of differential equations. Based on the effects at the beam boundaries, the consideration of load and system modifications, as well as time dependent and independent constraint processes, is shown. An essential extension of the composite beam structure model is obtained using the system of differential equations for the flexible bond. Several detailed models are linked to a time dependent simulation for the entire system, which has been incorporated into a software package visualizing the time dependent variables. Finally, some practical application examples are presented. The validation of the implemented approach is demonstrated by correlating the calculated results with real life measurements. / Softwareentwicklungen für die Tragwerksplanung im Bauwesen werden zunehmend komplexer. Mit der Bereitstellung zuverlässiger und effizienter Berechnungsmethoden, welche sowohl ingenieurgemäße Ansprüche als auch wirtschaftliche Zielsetzungen erfüllen, werden neue Möglichkeiten für eine zielgerichtete Entwicklung oder verstärkte Etablierung von neueren Bauweisen geschaffen. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur physikalisch nichtlinearen Analyse vorwiegend biegebeanspruchter Verbund-Stabtragwerke des Hoch- und Brückenbaues unter quasi-statischer Langzeitbeanspruchung. Die zugehörige programmtechnische Umsetzung wird veranschaulicht. Die Modellierungsmöglichkeiten bezüglich der Werkstoffe orientieren sich an baupraktisch relevanten Erfordernissen sowie an den Besonderheiten und aktuellen Entwicklungen der Verbundbauweise. Besonderes Augenmerk wird zunächst auf eine realitätsnahe Darstellung der den Gebrauchs¬zustand von Verbundtragwerken charakterisierenden zeit- und lastabhängigen Einflussgrößen sowie ihrer Wechselwirkungen gelegt. Zur objektiven Beurteilung möglicher Materialmodelle wird zuerst auf das prinzipielle Verhalten im Experiment eingegangen, danach erfolgt eine Auswahl geeigneter Modelle. Schwerpunkte stellen dabei insbesondere die Betoneigenschaften Kriechen, Schwinden, abfließende Hydratationswärme und die Rissbildung sowie das Verbundverhalten zwischen den Werkstoffen dar. Diese Betrachtungen schließen das Werk¬stoffverhalten unter Be- und Entlastung ein. Die statische Lösung basiert auf einer inkrementell-iterativen Anwendung der Deformations¬methode. Ausgangspunkt der Berechnungen in einem Iterationsschritt ist die numerische Integration des Stab-Differentialgleichungssystems. Ausgehend von der Formulierung der Wirkungsgrößen an einem Stabrändern wird die Berücksichtigung von Belastungs- und Systemmodifikationen sowie zeitabhängigen und -unabhängigen Zwangsprozessen aufgezeigt. Eine wesentliche Erweiterung der Anwendungen im Stahl-Beton-Verbundbau stellt die Herleitung des Stab-Differentialgleichungssystems für den nachgiebigen Verbund dar. Mit der Verknüpfung einzelner Detailmodelle zu einem zeitabhängigen Lösungsverfahren und deren Integration in einen entsprechenden Softwareentwurf wird die programmtechnische Basis für eine modellhafte, zeitvariante Erfassung der beschreibenden Kenngrößen bereitgestellt. Ausgewählte praktische Beispiele demonstrieren abschließend die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens und stellen die Verifikation der Simulationsergebnisse anhand von Messungen dar.

Die komponentenbasierten Softwareentwicklung verspricht die vereinfachte Entwicklung von komplexen Anwendungen. Um die Wiederverwendbarkeit zu verbessern und die Flexibilität zu erhöhen, müssen Komponenten dazu möglichst an verschiedene Umgebungsbedingungen angepasst werden können, sowohl innerhalb einer als auch in unterschiedlichen Anwendungen. Diese Prozesse werden als Komponentenadaption bezeichnet. In dieser Arbeit wird ein neues Adaptionskonzept für Komponenten entwickelt. Die sogenannten Adaptierbare Komponenten verwenden ein hierarchisches Komponentenmodell und werden aus einer Menge von Subkomponenten zusammengesetzt. Die Kernidee zur Umsetzung der Adaptivität besteht darin, bestimmte Parameterwerte einer Adaptierbaren Komponente auf unterschiedliche interne Konfigurationen der Subkomponenten abzubilden. Zur Beschreibung der möglichen internen Konfigurationen von Adaptierbaren Komponenten werden vier verschiedene graphische Modellierungstechniken entwickelt, die alle auf der graphischen Notation von UML-Komponentendiagrammen basieren und diese erweitern. Eine sogenannte Parameterabbildung definiert die Zuordnung von Parameterwerten auf bestimmte Konfigurationen. Die Konzepte Adaptierbarer Komponenten setzen keine neue Komponentenplattform voraus, sondern werden durch eine Kombination von Modelltransformation und spezieller Laufzeitunterstützung auf existierende Komponentenplattformen abgebildet. Ein dazu entwickeltes generisches Verfahren definiert die Schritte zur Unterstützung einer neuen Komponentenplattform. Mit Hilfe von zwei Fallstudien wird gezeigt, dass sich die Modellierungskonzepte von Adaptierbaren Komponenten für komplexe Beispiele anwenden lassen. Mit EJB, JavaBeans und Microsoft COM wird die Modelltransformation und Laufzeitunterstützung anhand des generischen Verfahrens exemplarisch für populäre Komponentenplattformen demonstriert.

Thesis (doctoral)--Universität, Konstanz, 2001. / Includes bibliographical references (p. [283]-290) and index. Also available via the World Wide Web.

Insbesondere für kleine und mittlere Softwareunternehmen stellen die Erhöhung der eigenen Innovationskraft und -geschwindigkeit entscheidende Überlebensfragen dar. Der heute als hierfür wichtig hervorgehobene Ansatz der „Open Innovation“ hat sich in der Softwareentwicklungsbrache bislang jedoch kaum durchgesetzt, obwohl den Kunden bzw. Anwendern von Softwareprodukten wegen ihres im Umgang mit den Softwareprodukten gewonnenen Erfahrungswissens ein großes Innovationspotenzial nachgesagt werden kann. Die Durchführung von Ideenwettbewerben stellt in diesem Zusammenhang eine leicht adaptierbare und kostengünstige Methode der Kundenintegration dar. Ziel dieses Beitrages ist, IT-gestützte Ideenwettbewerbe als ein vielversprechendes theoretisches Konzept zur Integration von Kunden in das Innovationsmanagement von Softwareunternehmen vorzustellen.

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In den 80er und 90er Jahren hatten große Anwendungssysteme in Unternehmen einige hundert bis tausend Anwender. Der Software-Entwicklungsprozess für diese Anwendungen war innerhalb der Unternehmen relativ klar geregelt. Fachinformatiker und Fachabteilungen standen einander dabei gegenüber. Oft wurden auch externe Fachleute und Komponentenlieferanten integriert. Entwicklungsmethoden und Werkzeuge waren auf diese Situation ausgelegt. Seit dieser Zeit haben wesentliche Veränderungen stattgefunden. Internettechnologien haben neue Klassen von Applikationen ermöglicht, die wie folgt charakterisiert werden können: - Die Applikationen sind kooperativ (unternehmensübergreifend). Nicht selten sind 20-50 oder mehr Unternehmen z. B. bei Zulieferketten beteiligt. - Eine eigene Klasse bilden mandantenfähige Systeme sowie Business-to-Consumer Systeme (B2C) bei denen sehr große Nutzerzahlen konnektiert werden. - Die Entwicklungszeiten liegen im Bereich von Monaten statt Jahren für eine erste Bereitstellung einer Basislösung. - Die Systeme werden inkrementell unter starker Anwenderbeteiligung bis hin zur Endbenutzerbeteiligung weiterentwickelt. (...)

Software Product Lines (SPLs) are a successful approach to software reuse in the large. Even though tools exist to create SPLs, their evolution is widely unexplored. Evolving an SPL manually is tedious and error-prone as it is hard to avoid unintended side-effects that may harm the consistency of the SPL. In this thesis, the conceptual basis of a system for the evolution of model-based SPLs is presented, which maintains consistency of models and feature mapping. As basis, a novel classification is introduced that distinguishes evolutions by their potential to harm the mapping of an SPL. Furthermore, multiple remapping operators are presented that can remedy the negative side-effects of an evolution. A set of evolutions is complemented with appropriate remapping operations for the use in SPLs. Finally, an implementation of the evolution system in the SPL tool FeatureMapper is provided to demonstrate the capabilities of the presented approach when co-evolving models and feature mapping of an SPL.