A Framework supporting collaboration on the distributed design of integrated systems

The work described in this thesis aims to support the distributed design of integrated systems and considers specifically the need for collaborative interaction among designers. Particular emphasis was given to issues which were only marginally considered in previous approaches, such as the abstraction of the distribution of design automation resources over the network, the possibility of both synchronous and asynchronous interaction among designers and the support for extensible design data models. Such issues demand a rather complex software infrastructure, as possible solutions must encompass a wide range of software modules: from user interfaces to middleware to databases. To build such structure, several engineering techniques were employed and some original solutions were devised. The core of the proposed solution is based in the joint application of two homonymic technologies: CAD Frameworks and object-oriented frameworks. The former concept was coined in the late 80's within the electronic design automation community and comprehends a layered software environment which aims to support CAD tool developers, CAD administrators/integrators and designers. The latter, developed during the last decade by the software engineering community, is a software architecture model to build extensible and reusable object-oriented software subsystems. In this work, we proposed to create an object-oriented framework which includes extensible sets of design data primitives and design tool building blocks. Such object-oriented framework is included within a CAD Framework, where it plays important roles on typical CAD Framework services such as design data representation and management, versioning, user interfaces, design management and tool integration. The implemented CAD Framework - named Cave2 - followed the classical layered architecture presented by Barnes, Harrison, Newton and Spickelmier, but the possibilities granted by the use of the object-oriented framework foundations allowed a series of improvements which were not available in previous approaches: - object-oriented frameworks are extensible by design, thus this should be also true regarding the implemented sets of design data primitives and design tool building blocks. This means that both the design representation model and the software modules dealing with it can be upgraded or adapted to a particular design methodology, and that such extensions and adaptations will still inherit the architectural and functional aspects implemented in the object-oriented framework foundation; - the design semantics and the design visualization are both part of the object-oriented framework, but in clearly separated models. This allows for different visualization strategies for a given design data set, which gives collaborating parties the flexibility to choose individual visualization settings; - the control of the consistency between semantics and visualization - a particularly important issue in a design environment with multiple views of a single design - is also included in the foundations of the object-oriented framework. Such mechanism is generic enough to be also used by further extensions of the design data model, as it is based on the inversion of control between view and semantics. The view receives the user input and propagates such event to the semantic model, which evaluates if a state change is possible. If positive, it triggers the change of state of both semantics and view. Our approach took advantage of such inversion of control and included an layer between semantics and view to take into account the possibility of multi-view consistency; - to optimize the consistency control mechanism between views and semantics, we propose an event-based approach that captures each discrete interaction of a designer with his/her respective design views. The information about each interaction is encapsulated inside an event object, which may be propagated to the design semantics - and thus to other possible views - according to the consistency policy which is being used. Furthermore, the use of event pools allows for a late synchronization between view and semantics in case of unavailability of a network connection between them; - the use of proxy objects raised significantly the abstraction of the integration of design automation resources, as either remote or local tools and services are accessed through method calls in a local object. The connection to remote tools and services using a look-up protocol also abstracted completely the network location of such resources, allowing for resource addition and removal during runtime; - the implemented CAD Framework is completely based on Java technology, so it relies on the Java Virtual Machine as the layer which grants the independence between the CAD Framework and the operating system. All such improvements contributed to a higher abstraction on the distribution of design automation resources and also introduced a new paradigm for the remote interaction between designers. The resulting CAD Framework is able to support fine-grained collaboration based on events, so every single design update performed by a designer can be propagated to the rest of the design team regardless of their location in the distributed environment. This can increase the group awareness and allow a richer transfer of experiences among them, improving significantly the collaboration potential when compared to previously proposed file-based or record-based approaches. Three different case studies were conducted to validate the proposed approach, each one focusing one a subset of the contributions of this thesis. The first one uses the proxy-based resource distribution architecture to implement a prototyping platform using reconfigurable hardware modules. The second one extends the foundations of the implemented object-oriented framework to support interface-based design. Such extensions - design representation primitives and tool blocks - are used to implement a design entry tool named IBlaDe, which allows the collaborative creation of functional and structural models of integrated systems. The third case study regards the possibility of integration of multimedia metadata to the design data model. Such possibility is explored in the frame of an online educational and training platform.

Uma proposta de arquitetura de um ambiente de desenvolvimento de software distribuído baseada em agentes

A crescente complexidade das aplicações, a contínua evolução tecnológica e o uso cada vez mais disseminado de redes de computadores têm impulsionado os estudos referentes ao desenvolvimento de sistemas distribuídos. Como estes sistemas não podem ser facilmente desenvolvidos com tecnologias de software tradicionais por causa dos limites destas em lidar com aspectos relacionados, por exemplo, à distribuição e interoperabilidade, a tecnologia baseada em agentes parece ser uma resposta promissora para facilitar o desenvolvimento desses sistemas, pois ela foi planejada para suportar estes aspectos, dentre outros. Portanto, é necessário também que a arquitetura dos ambientes de desenvolvimento de software (ADS) evolua para suportar novas metodologias de desenvolvimento que ofereçam o suporte necessário à construção de softwares complexos, podendo também estar integrada a outras tecnologias como a de agentes. Baseada nesse contexto, essa dissertação tem por objetivo apresentar a especificação de uma arquitetura de um ADS distribuído baseada em agentes (DiSEN – Distributed Software Engineering Environment). Esse ambiente deverá fornecer suporte ao desenvolvimento de software distribuído, podendo estar em locais geograficamente distintos e também os desenvolvedores envolvidos poderão estar trabalhando de forma cooperativa. Na arquitetura proposta podem ser identificadas as seguintes camadas: dinâmica, que será responsável pelo gerenciamento da (re)configuração do ambiente em tempo de execução; aplicação, que terá, entre os elementos constituintes, a MDSODI (Metodologia para Desenvolvimento de Software Distribuído), que leva em consideração algumas características identificadas em sistemas distribuídos, já nas fases iniciais do projeto e o repositório para armazenamento dos dados necessários ao ambiente; e, infra-estrutura, que proverá suporte às tarefas de nomeação, persistência e concorrência e incorporará o canal de comunicação. Para validar o ambiente será realizada uma simulação da comunicação que pode ser necessária entre as partes constituintes do DiSEN, por meio da elaboração de diagramas de use case e de seqüência, conforme a notação MDSODI. Assim, as principais contribuições desse trabalho são: (i) especificação da arquitetura de um ADS distribuído que poderá estar distribuído geograficamente; incorporará a MDSODI; proporcionará desenvolvimento distribuído; possuirá atividades executadas por agentes; (ii) os agentes identificados para o DiSEN deverão ser desenvolvidos obedecendo ao padrão FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents); (iii) a identificação de um elemento que irá oferecer apoio ao trabalho cooperativo, permitindo a integração de profissionais, agentes e artefatos.

Desenvolvimento de sistemas de informação com base em objetos de negócios : um protocolo de análise com vistas à reutilização de software

O objetivo da pesquisa atém-se primeiramente em elaborar um protocolo que permita analisar, por meio de um conjunto de indicadores, o processo de reutilização de software no desenvolvimento de sistemas de informação modelando objetos de negócios. O protocolo concebido compõe-se de um modelo analítico e de grades de análise, a serem empregadas na classificação e tabulação dos dados obtidos empiricamente. Com vistas à validação inicial do protocolo de análise, realiza-se um estudo de caso. A investigação ocorre num dos primeiros e, no momento, maior projeto de fornecimento de elementos de software reutilizáveis destinados a negócios, o IBM SANFRANCISCO, bem como no primeiro projeto desenvolvido no Brasil com base no por ele disponibilizado, o sistema Apontamento Universal de Horas (TIME SHEET System). Quanto à aplicabilidade do protocolo na prática, este se mostra abrangente e adequado à compreensão do processo. Quanto aos resultados do estudo de caso, a análise dos dados revela uma situação em que as expectativas (dos pesquisadores) de reutilização de elementos de software orientadas a negócio eram superiores ao observado. Houve, entretanto, reutilização de elementos de baixo nível, que forneceram a infra-estrutura necessária para o desenvolvimento do projeto. Os resultados contextualizados diante das expectativas de reutilização (dos desenvolvedores) são positivos, na medida em que houve benefícios metodológicos e tecnológicos decorrentes da parceria realizada. Por outro lado, constatam-se alguns aspectos restritivos para o desenvolvedor de aplicativos, em virtude de escolhas arbitrárias realizadas pelo provedor de elementos reutilizáveis.

Construção de um ambiente de desenvolvimento de software baseado em um sistema de gerência de workflow e outros produtos comerciais

Este trabalho apresenta uma arquitetura para Ambientes de Desenvolvimento de Software (ADS). Esta arquitetura é baseada em produtos comerciais de prateleira (COTS), principalmente em um Sistema de Gerência de Workflow – SGW (Microsoft Exchange 2000 Server – E2K) - e tem como plataforma de funcionamento a Internet, integrando também algumas ferramentas que fazem parte do grande conjunto de aplicativos que é utilizado no processo de desenvolvimento de software. O desenvolvimento de um protótipo (WOSDIE – WOrkflow-based Software Development Integrated Environment) baseado na arquitetura apresentada é descrito em detalhes, mostrando as etapas de construção, funções implementadas e dispositivos necessários para a integração de um SGW, ferramentas de desenvolvimento, banco de dados (WSS – Web Storage System) e outros, para a construção de um ADS. O processo de software aplicado no WOSDIE foi extraído do RUP (Rational Unified Process – Processo Unificado Rational). Este processo foi modelado na ferramenta Workflow Designer, que permite a modelagem dos processos de workflow dentro do E2K. A ativação de ferramentas a partir de um navegador Web e o armazenamento dos artefatos produzidos em um projeto de software também são abordados. O E2K faz o monitoramento dos eventos que ocorrem dentro do ambiente WOSDIE, definindo, a partir das condições modeladas no Workflow Designer, quais atividades devem ser iniciadas após o término de alguma atividade anterior e quem é o responsável pela execução destas novas atividades (assinalamento de atividades). A arquitetura proposta e o protótipo WOSDIE são avaliados segundo alguns critérios retirados de vários trabalhos. Estas avaliações mostram em mais detalhes as características da arquitetura proposta e proporcionam uma descrição das vantagens e problemas associados ao WOSDIE.

A low cost one-camera optical tracking system for indoor wide-area augmented and virtual reality environments

In the last years the number of industrial applications for Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) environments has significantly increased. Optical tracking systems are an important component of AR/VR environments. In this work, a low cost optical tracking system with adequate attributes for professional use is proposed. The system works in infrared spectral region to reduce optical noise. A highspeed camera, equipped with daylight blocking filter and infrared flash strobes, transfers uncompressed grayscale images to a regular PC, where image pre-processing software and the PTrack tracking algorithm recognize a set of retro-reflective markers and extract its 3D position and orientation. Included in this work is a comprehensive research on image pre-processing and tracking algorithms. A testbed was built to perform accuracy and precision tests. Results show that the system reaches accuracy and precision levels slightly worse than but still comparable to professional systems. Due to its modularity, the system can be expanded by using several one-camera tracking modules linked by a sensor fusion algorithm, in order to obtain a larger working range. A setup with two modules was built and tested, resulting in performance similar to the stand-alone configuration.