Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Fachbereich / Organisatorische Einheit
Modellgetriebene Entwicklung von Kommunikationsprotokollen für drahtlos vernetzte Regelungssysteme
(2013)
Funkvernetzte Sensorsysteme sind heutzutage allgegenwärtig.
Sie werden sowohl in Rauchmeldern, in Raumtemperaturüberwachungen und Sicherheitssystemen eingesetzt.
Das Sensorsystem soll seine Aufgabe zuverlässig und über viele Jahre ohne Batteriewechsel erfüllen.
Durch die Vernetzung der Sensorsysteme und ihre immer komplexer werdenden Aufgaben wird die Programmierung in einer maschinennahen Sprache immer aufwändiger.
Die modellgetriebene Entwicklung erhöht die Wartbarkeit und reduziert die Entwicklungszeit wodurch im Allgemeinen die Produktqualität steigt.
In Folge der höheren Komplexität, der Abstraktion von der konkreten Hardwareplattform und den immer kürzere Produktentwicklungszeiten bleibt oft keine Zeit für Energieoptimierung, wodurch die Batterielaufzeit geringer ausfällt, als dies möglich wäre.
In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze vorgestellt, die es ermöglichen, bereits während der Modellierung den Stromverbrauch zu berücksichtigen und diesen zu optimieren.
Am Beispiel des inversen Pendels, einem sehr instabilen Regelungssystem, wird dazu mit Hilfe der modellgetriebenen Entwicklung eine funkvernetzte, verteilte Regelung spezifiziert.
Der aus der Spezifikation erzeugte Kode wird direkt auf den Sensorknoten ausgeführt und muß dazu performant und zuverlässig sein, um die Echtzeitanforderungen des Regelungssystems zu erfüllen, aber gleichzeitig so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen.
m die Zuverlässigkeit der verteilten Regelung zu gewährleisten ist eine deterministische kollisionsfreie Datenübertragung über das drahtlose Kommunikationsmedium erforderlich.
Die Synchronisation ist eine weitere Voraussetzung zur Ermittlung eines konsistenten Systemzustands.
Due to the large variety of modern applications and evolving network technologies, a small number of general-purpose protocol stacks will no longer be sufficient. Rather, customization of communication protocols will play a major role. In this paper, we present an approach that has the potential to substantially reduce the effort for designing customized protocols. Our approach is based on the concept of design patterns, which is well-established in object oriented software development. We specialize this concept to communication protocols, and - in addition - use formal description techniques (FDTs) to specify protocol design patterns as well as rules for their instantiation and composition. The FDTs of our choice are SDL-92 and MSCs, which offer suitable language support. We propose an SDL pattern description template and relate pattern-based configuring of communication protocols to existing SDL methodologies. Particular SDL patterns and the configuring of a customized resource reservation protocol are presented in detail.
Over a period of 30 years, ITU-T’s Specification and Description Language (SDL) has matured to a sophisticated formal modelling language for distributed systems and communication protocols. The language definition of SDL-2000, the latest version of SDL, is complex and difficult to maintain. Full tool support for SDL is costly to implement. Therefore, only subsets of SDL are currently supported by tools. These SDL subsets - called SDL profiles - already cover a wide range of systems, and are often suffcient in practice. In this report, we present our approach for extracting the formal semantics for SDL profiles from the complete SDL semantics. We then formalise the approach, present our SDL-profile tool, and report on our experiences.
Modelling languages are important in the process of software development. The suitability of a modelling language for a project depends on its applicability to the target domain. Here, domain-specific languages have an advantage over more general modelling languages. On the other hand, modelling languages like the Unified Modeling Language can be used in a wide range of domains, which supports the reuse of development knowledge between projects. This thesis treats the syntactical and semantical harmonisation of modelling languages and their combined use, and the handling of complexity of modelling languages by providing language subsets - called language profiles - with tailor-made formal semantics definitions, generated by a profile tool. We focus on the widely-used modelling languages SDL and UML, and formal semantics definitions specified using Abstract State Machines.
In order to improve the quality of software systems and to set up a more effective process for their development, many attempts have been made in the field of software engineering. Reuse of existing knowledge is seen as a promising way to solve the outstanding problems in this field. In previous work we have integrated the design pattern concept with the formal design language SDL, resulting in a certain kind of pattern formalization. For the domain of communication systems we have also developed a pool of SDL patterns with an accompanying process model for pattern application. In this paper we present an extension that combines the SDL pattern approach with the experience base concept. This extension supports a systematic method for empirical evaluation and continuous improvement of the SDL pattern approach. Thereby the experience base serves as a repository necessary for effective reuse of the captured knowledge. A comprehensive usage scenario is described which shows the advantages of the combined approach. To demonstrate its feasibility, first results of a research case study are given.