Volunteered Geographic Information For Water Management: A Prototype Architecture

Driven by Web 2.0 technology and the almost ubiquitous presence of mobile devices, Volunteered Geographic Information (VGI) is knowing an unprecedented growth. These notable technological advancements have opened fruitful perspectives also in the field of water management and protection, raising the demand for a reconsideration of policies which also takes into account the emerging trend of VGI. This research investigates the opportunity of leveraging such technology to involve citizens equipped with common mobile devices (e.g. tablets and smartphones) in a campaign of report of water-related phenomena. The work is carried out in collaboration with ADBPO - Autorità di bacino del fiume Po (Po river basin Authority), i.e. the entity responsible for the environmental planning and protection of the basin of river Po. This is the longest Italian river, spreading over eight among the twenty Italian Regions and characterized by complex environmental issues. To enrich ADBPO official database with user-generated contents, a FOSS (Free and Open Source Software) architecture was designed which allows not only user field-data collection, but also data Web publication through standard protocols. Open Data Kit suite allows users to collect georeferenced multimedia information using mobile devices equipped with location sensors (e.g. the GPS). Users can report a number of environmental emergencies, problems or simple points of interest related to the Po river basin, taking pictures of them and providing other contextual information. Field-registered data is sent to a server and stored into a PostgreSQL database with PostGIS spatial extension. GeoServer provides then data dissemination on the Web, while specific OpenLayers-based viewers were built to optimize data access on both desktop computers and mobile devices. Besides proving the suitability of FOSS in the frame of VGI, the system represents a successful prototype for the exploitation of user local, real-time information aimed at managing and protecting water resources.

Uma estratégia dirigida a modelos e baseada em linguagem de descrição arquitetural para linhas de produtos de software

Model-oriented strategies have been used to facilitate products customization in the software products lines (SPL) context and to generate the source code of these derived products through variability management. Most of these strategies use an UML (Unified Modeling Language)-based model specification. Despite its wide application, the UML-based model specification has some limitations such as the fact that it is essentially graphic, presents deficiencies regarding the precise description of the system architecture semantic representation, and generates a large model, thus hampering the visualization and comprehension of the system elements. In contrast, architecture description languages (ADLs) provide graphic and textual support for the structural representation of architectural elements, their constraints and interactions. This thesis introduces ArchSPL-MDD, a model-driven strategy in which models are specified and configured by using the LightPL-ACME ADL. Such strategy is associated to a generic process with systematic activities that enable to automatically generate customized source code from the product model. ArchSPLMDD strategy integrates aspect-oriented software development (AOSD), modeldriven development (MDD) and SPL, thus enabling the explicit modeling as well as the modularization of variabilities and crosscutting concerns. The process is instantiated by the ArchSPL-MDD tool, which supports the specification of domain models (the focus of the development) in LightPL-ACME. The ArchSPL-MDD uses the Ginga Digital TV middleware as case study. In order to evaluate the efficiency, applicability, expressiveness, and complexity of the ArchSPL-MDD strategy, a controlled experiment was carried out in order to evaluate and compare the ArchSPL-MDD tool with the GingaForAll tool, which instantiates the process that is part of the GingaForAll UML-based strategy. Both tools were used for configuring the products of Ginga SPL and generating the product source code

Change-Impact driven Agile Architecting.

Software architecture is a key factor to scale up Agile Software Development ASD in large softwareintensive systems. Currently, software architectures are more often approached through mechanisms that enable to incrementally design and evolve software architectures aka. agile architecting. Agile architecting should be a light-weight decision-making process, which could be achieved by providing knowledge to assist agile architects in reasoning about changes. This paper presents the novel solution of using change-impact knowledge as the main driver for agile architecting. The solution consists of a Change Impact Analysis technique and a set of models to assist agile architects in the change -decision-making- process by retrieving the change-impact architectural knowledge resulting from adding or changing features iteration after iteration. To validate our approach, we have put our solution into practice by running a project of a metering management system in electric power networks in an i-smart software factory.

A reference architecture for instructional educational software

Our extensive research has indicated that high-school teachers are reluctant to make use of existing instructional educational software (Pollard, 2005). Even software developed in a partnership between a teacher and a software engineer is unlikely to be adopted by teachers outside the partnership (Pollard, 2005). In this paper we address these issues directly by adopting a reusable architectural design for instructional educational software which allows easy customisation of software to meet the specific needs of individual teachers. By doing this we will facilitate more teachers regularly using instructional technology within their classrooms. Our domain-specific software architecture, Interface-Activities-Model, was designed specifically to facilitate individual customisation by redefining and restructuring what constitutes an object so that they can be readily reused or extended as required. The key to this architecture is the way in which the software is broken into small generic encapsulated components with minimal domain specific behaviour. The domain specific behaviour is decoupled from the interface and encapsulated in objects which relate to the instructional material through tasks and activities. The domain model is also broken into two distinct models - Application State Model and Domainspecific Data Model. This decoupling and distribution of control gives the software designer enormous flexibility in modifying components without affecting other sections of the design. This paper sets the context of this architecture, describes it in detail, and applies it to an actual application developed to teach high-school mathematical concepts.

Using architecture models to support the generation and operation of component-based adaptive systems

Modelling architectural information is particularly important because of the acknowledged crucial role of software architecture in raising the level of abstraction during development. In the MDE area, the level of abstraction of models has frequently been related to low-level design concepts. However, model-driven techniques can be further exploited to model software artefacts that take into account the architecture of the system and its changes according to variations of the environment. In this paper, we propose model-driven techniques and dynamic variability as concepts useful for modelling the dynamic fluctuation of the environment and its impact on the architecture. Using the mappings from the models to implementation, generative techniques allow the (semi) automatic generation of artefacts making the process more efficient and promoting software reuse. The automatic generation of configurations and reconfigurations from models provides the basis for safer execution. The architectural perspective offered by the models shift focus away from implementation details to the whole view of the system and its runtime change promoting high-level analysis. © 2009 Springer Berlin Heidelberg.

Model-driven development of sensor network applications with optimization of non-functional constraints

Wireless sensor networks (WSNs) differ from conventional distributed systems in many aspects. The resource limitation of sensor nodes, the ad-hoc communication and topology of the network, coupled with an unpredictable deployment environment are difficult non-functional constraints that must be carefully taken into account when developing software systems for a WSN. Thus, more research needs to be done on designing, implementing and maintaining software for WSNs. This thesis aims to contribute to research being done in this area by presenting an approach to WSN application development that will improve the reusability, flexibility, and maintainability of the software. Firstly, we present a programming model and software architecture aimed at describing WSN applications, independently of the underlying operating system and hardware. The proposed architecture is described and realized using the Model-Driven Architecture (MDA) standard in order to achieve satisfactory levels of encapsulation and abstraction when programming sensor nodes. Besides, we study different non-functional constrains of WSN application and propose two approaches to optimize the application to satisfy these constrains. A real prototype framework was built to demonstrate the developed solutions in the thesis. The framework implemented the programming model and the multi-layered software architecture as components. A graphical interface, code generation components and supporting tools were also included to help developers design, implement, optimize, and test the WSN software. Finally, we evaluate and critically assess the proposed concepts. Two case studies are provided to support the evaluation. The first case study, a framework evaluation, is designed to assess the ease at which novice and intermediate users can develop correct and power efficient WSN applications, the portability level achieved by developing applications at a high-level of abstraction, and the estimated overhead due to usage of the framework in terms of the footprint and executable code size of the application. In the second case study, we discuss the design, implementation and optimization of a real-world application named TempSense, where a sensor network is used to monitor the temperature within an area.

Exploração do UML para a derivação automática de requisitos arquitecturais. Uma abordagem orientada a modelos

O desenvolvimento de software orientado a modelos defende a utilização dos modelos como um artefacto que participa activamente no processo de desenvolvimento. O modelo ocupa uma posição que se encontra ao mesmo nível do código. Esta é uma abordagem importante que tem sido alvo de atenção crescente nos últimos tempos. O Object Management Group (OMG) é o responsável por uma das principais especificações utilizadas na definição da arquitectura dos sistemas cujo desenvolvimento é orientado a modelos: o Model Driven Architecture (MDA). Os projectos que têm surgido no âmbito da modelação e das linguagens específicas de domínio para a plataforma Eclipse são um bom exemplo da atenção dada a estas áreas. São projectos totalmente abertos à comunidade, que procuram respeitar os standards e que constituem uma excelente oportunidade para testar e por em prática novas ideias e abordagens. Nesta dissertação foram usadas ferramentas criadas no âmbito do Amalgamation Project, desenvolvido para a plataforma Eclipse. Explorando o UML e usando a linguagem QVT, desenvolveu-se um processo automático para extrair elementos da arquitectura do sistema a partir da definição de requisitos. Os requisitos são representados por modelos UML que são transformados de forma a obter elementos para uma aproximação inicial à arquitectura do sistema. No final, obtêm-se um modelo UML que agrega os componentes, interfaces e tipos de dados extraídos a partir dos modelos dos requisitos. É uma abordagem orientada a modelos que mostrou ser exequível, capaz de oferecer resultados práticos e promissora no que concerne a trabalho futuro.

Analysable software language translations

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Informática

Embedding, evolution, and validation of model-driven spreadsheets

This paper proposes and validates a model-driven software engineering technique for spreadsheets. The technique that we envision builds on the embedding of spreadsheet models under a widely used spreadsheet system. This means that we enable the creation and evolution of spreadsheet models under a spreadsheet system. More precisely, we embed ClassSheets, a visual language with a syntax similar to the one offered by common spreadsheets, that was created with the aim of specifying spreadsheets. Our embedding allows models and their conforming instances to be developed under the same environment. In practice, this convenient environment enhances evolution steps at the model level while the corresponding instance is automatically co-evolved.Finally,wehave designed and conducted an empirical study with human users in order to assess our technique in production environments. The results of this study are promising and suggest that productivity gains are realizable under our model-driven spreadsheet development setting.

Messaging Application Engine for Symbian Platform

Tämä diplomityö kuvaa viestintä sovelluksen ytimen kehitystyön Symbian-alustalle. Koko sovelluksen vaatimuksena oli vastaamattomiin puheluihin vastaaminen ennalta määritellyillä tekstiviesteillä käyttäjän määrittelemien sääntöjen mukaisesti. Ei-toiminnallisia vaatimuksia olivat resurssien käytön vähentäminen ja uudelleenkäytön mahdollistaminen. Täten tämän työn tavoitteena oli kehittää ydin, joka kapseloi sovelluksen sellaisen toiminnallisuuden, joka on käyttöliittymästä riippumatonta ja uudelleenkäytettävää. Kehitystyössä ohjasi Unified Process, joka on iteroiva, käyttötapauksien ohjaama ja arkkitehtuurikeskeinen ohjelmistoprosessi. Se kannusti käyttämään myös muita teollisuudenalan vakiintuneita menetelmiä, kuten suunnittelumalleja ja visuaalista mallintamista käyttäen Unified Modelling Languagea. Suunnittelumalleja käytettiin kehitystyön aikana ja ohjelmisto mallinnettiin visuaalisesti suunnittelun edistämiseksi ja selkiyttämiseksi. Alustan palveluita käytettiin hyväksi kehitysajan ja resurssien käytön minimoimiseksi. Ytimen päätehtäviksi määrättiin viestien lähettäminen sekä sääntöjen talletus ja tarkistaminen. Sovelluksen eri alueet, eli sovelluspalvelin ja käyttöliittymää, pystyivät käyttämään ydintä ja sillä ei ollut riippuvuuksia käyttöliittymätasolle. Täten resurssien käyttö väheni ja uudelleenkäytettävyys lisääntyi. Viestien lähettäminen toteutettiin Symbian-alustan menetelmin. Sääntöjen tallettamiseen tehtiin tallennuskehys, joka eristää sääntöjen sisäisen ja ulkoisen muodon. Tässä tapauksessa ulkoiseksi tallennustavaksi valittiin relaatiotietokanta. Sääntöjen tarkastaminen toteutettiin tavanomaisella olioiden yhteistoiminnalla. Päätavoite saavutettiin. tämä ja muut hyviksi arvioidut lopputulokset, kuten uudelleenkäytettävyys ja vähentynyt resurssien käyttö, arveltiin juontuvan suunnittelumallien ja Unified Processin käytöstä. Kyseiset menetelmät osoittivat mukautuvansa pieniinkin projekteihin. Menetelmien todettiin myös tukevan ja kannustavan kehitystyön aikaista oppimista, mikä oli välttämätöntä tässä tapauksessa.

Component Architecture for Context-Aware Applications

Mobiililaitteisiin tehdyt sovellukset ovat nykyään laajassa käytössä. Mobiilisovellukset tarjoavat käyttäjälleen usein tietyn ennalta määritellyn toiminnallisuuden eivätkä ne pysty mukautumaan vaihtelevaan käyttöympäristöönsä. Jos sovellus olisi tietoinen käyttöympäristöstään ja sen muutoksista, se voisi tarjota käyttäjälleen tilanteeseen sopivia ominaisuuksia. Käyttöympäristöstään tietoiset hajautetut sovellukset tarvitsevat kuitenkin huomattavasti perinteisiä sovelluksia monimutkaisemman arkkitehtuurin toimiakseen. Tässä työssä esitellään hajautetuille ja kontekstitietoisille sovelluksille tarkoitettu ohjelmistoarkkitehtuuri. Työ perustuu Oulun yliopiston CAPNET-tutkimusprojektissa kehitettyyn, mobiilisovelluksille tarkoitettuun arkkitehtuuriin. Tämän työn tarkoituksena on tarjota ratkaisuja niihin puutteisiin, jotka tulivat esille CAPNET-arkkitehtuurin kehitys- ja testausvaiheessa. Esimerkiksi arkkitehtuurin komponenttien määrittelyä tulisi tarkentaa ja ne tulisi jakaa horisontaalisiin kerroksiin niiden ominaisuuksien ja alustariippuvuuden mukaisesti. Työssä luodaan katsaus olemassa oleviin teknologioihin jotka tukevat hajautettujen ja kontekstitietoisten järjestelmien kehittämistä. Myös niiden soveltumista CAPNET-arkkitehtuuriin analysoidaan. Työssä esitellään CAPNET-arkkitehtuuri ja ehdotetaan uutta arkkitehtuuria ja komponenttien kerrosjaottelua. Ehdotuksessa arkkitehtuurin komponentit ja järjestelmän rakenne määritellään ja mallinnetaan UML-menetelmällä. Työn tuloksena on arkkitehtuurimäärittely, joka jakaa nykyisen arkkitehtuurin komponentit kerroksiin. Komponenttien rajapinnat on määritelty selkeästi ja tarkasti. Työ tarjoaa myös projektiryhmälle hyvän lähtökohdan uuden arkkitehtuurin suunnittelulle ja toteuttamiselle.

THE IMPACT OF ARCHITECTURAL DESIGN ON SOFTWARE DEVELOPMENT

Tässä työssä tutkitaan ohjelmistoarkkitehtuurisuunnitteluominaisuuksien vaikutusta erään client-server –arkkitehtuuriin perustuvan mobiilipalvelusovelluksen suunnittelu- ja toteutusaikaan. Kyseinen tutkimus perustuu reaalielämän projektiin, jonka kvalitatiivinen analyysi paljasti arkkitehtuurikompponenttien välisten kytkentöjen merkittävästi vaikuttavan projektin työmäärään. Työn päätavoite oli kvantitatiivisesti tutkia yllä mainitun havainnon oikeellisuus. Tavoitteen saavuttamiseksi suunniteltiin ohjelmistoarkkitehtuurisuunnittelun mittaristo kuvaamaan kyseisen järjestelmän alijärjestelmien arkkitehtuuria ja luotiin kaksi suunniteltua mittaristoa käyttävää, työmäärää (komponentin suunnittelu-, toteutus- ja testausaikojen summa) arvioivaa mallia, joista toinen on lineaarinen ja toinen epälineaarinen. Näiden mallien kertoimet sovitettiin optimoimalla niiden arvot epälineaarista gloobaalioptimointimenetelmää, differentiaalievoluutioalgoritmia, käyttäen, niin että mallien antamat arvot vastasivat parhaiten mitattua työmäärää sekä kaikilla ominaisuuksilla eli attribuuteilla että vain osalla niistä (yksi jätettiin vuorotellen pois). Kun arkkitehtuurikompenttien väliset kytkennät jätettiin malleista pois, mitattujen ja arvoitujen työmäärien välinen ero (ilmaistuna virheenä) kasvoi eräässä tapauksessa 367 % entisestä tarkoittaen sitä, että näin muodostettu malli vastasi toteutusaikoja huonosti annetulla ainestolla. Tämä oli suurin havaitu virhe kaikkien poisjätettyjen ominaisuuksien kesken. Saadun tuloksen perusteella päätettiin, että kyseisen järjestelmän toteutusajat ovat vahvasti riippuvaisia kytkentöjen määrästä, ja näin ollen kytkentöjen määrä oli mitä todennäköisemmin kaikista tärkein työmäärään vaikuttava tekijä tutkitun järjestelmän arkkitehtuurisuunnittelussa.

A Generic Framework Architecture for Portal Front End

A modem software development requires quick results and excellent quality, which leads to high demand for reusability in design and implementation of software components. The purpose of this thesis was to design and implement a reusable framework for portal front ends, including common portal features, such as authentication and authorization. The aim was also to evaluate frameworks as components of reuse and compare them to other reuse techniques. As the result of this thesis, a goo'd picture of framework's life cycle, problem domain and the actual implementation process of the framework, was obtained. It was also found out that frameworks fit well to solve recurrent and similar problems in a restricted problem domain. The outcome of this thesis was a prototype of a generic framework and an example application built on it. The implemented framework offered an abstract base for the portal front ends, using object-oriented methods and wellknown design patterns. The example application demonstrated the speed and ease of the application development based on the application frameworks.

Benefits and Limitations of Service Oriented Architecture

In this thesis I examine Service Oriented Architecture (SOA) considering both its positive and negative qualities for business organizations and IT. In SOA, services are loosely coupled and invoked through standard interfaces to enable business process independence from the underlying technology. As an architecture, SOA brings the key benefit of service reuse that may mean anything from simple application reuse to taking advantage of entire business processes across enterprises. SOA also promises interoperability especially by the Web services standards that enable platform independency. Cost efficiency is mainly a result of the savings in IT maintenance and reduced development costs. The most severe limitations of SOA are performance implications and security issues, but the applicability of SOA is also limited. Additional disadvantages of a service oriented approach include problems in data management and complexity questions, and the lack of agreement about SOA and its twofold nature as a business as well as technology approach leads to problematic interpretation of the available information. In this thesis I find the benefits and limitations of SOA for the purpose described above and propose that companies need to consider the decision to implement SOA carefully to determine whether the benefits will outdo the costs in the individual case.

Software product line for power converters

Työn tilaajana toimi Visedo Oy. Työn tavoitteina oli tutkia Visedo Oy:n ohjelmistokehityksen nykytila, tunnistaa seuraavat parannuskohteet ja antaa ohjeita havaittujen parannuskohteiden korjaamiseksi. Visedo Oy:n tehonmuokkain ohjelmistokehityksen nykytilaa käsiteltiin neljän valitun osa-alueen näkökulmasta: ohjelmistoarkkitehtuurityyli, komponenttipohjainen ohjelmistokehitys, ohjelmistotuotelinjojen kehitysmenetelmät ja ohjelmistovariaatioiden hallinta. Valituilla osa-alueilla havaittujen parannuskohteiden perusteella annettiin korjausehdotuksia: ohjelmistoarkkitehtuurin rakenteeseen, komponenttien jakautumiselle, komponenttien koostamiselle ja komponenttien versioinnille. Lisäksi ehdotettiin uudenlaista ohjelmistotuotelinja rakennetta, joka yhdistää kerros- ja komponenttipohjaiset arkkitehtuurityylit mahdollistaen ominaisuuksiltaan eroavien tehonmuokkain ohjelmistojen hallinnan.