Software framework for the development of context-aware reconfigurable systems

Abstract

In this project we propose a new software framework for the development of context-aware and secure controlling software of distributed reconfigurable systems. Context-awareness is a key feature allowing the adaptation of systems behaviour according to the changing environment. We introduce a new definition of the term “context” for reconfigurable systems then we define a new context modelling and reasoning approach. Afterwards, we define a meta-model of context-aware reconfigurable applications that paves the way to the proposed framework. The proposed framework has a three-layer architecture: reconfiguration, context control, and services layer, where each layer has its well-defined role. We define also a new secure conversation protocol between distributed trustless parts based on the blockchain technology as well as the elliptic curve cryptography. To get better correctness and deployment guarantees of applications models in early development stages, we propose a new UML profile called GR-UML to add new semantics allowing the modelling of probabilistic scenarios running under memory and energy constraints, then we propose a methodology using transformations between the GR-UML, the GR-TNCES Petri nets formalism, and the IEC 61499 function blocks. A software tool implementing the methodology concepts is developed. To show the suitability of the mentioned contributions two case studies (baggage handling system and microgrids) are considered.

In diesem Projekt schlagen wir ein Framework für die Entwicklung von kontextbewussten, sicheren Anwendungen von verteilten rekonfigurierbaren Systemen vor. Kontextbewusstheit ist eine Schlüsseleigenschaft, die die Anpassung des Systemverhaltens an die sich ändernde Umgebung ermöglicht. Wir führen eine Definition des Begriffs ``Kontext" für rekonfigurierbare Systeme ein und definieren dann einen Kontextmodellierungs- und Reasoning-Ansatz. Danach definieren wir ein Metamodell für kontextbewusste rekonfigurierbare Anwendungen, das den Weg zum vorgeschlagenen Framework ebnet. Das Framework hat eine dreischichtige Architektur: Rekonfigurations-, Kontextkontroll- und Dienste-Schicht, wobei jede Schicht ihre wohldefinierte Rolle hat. Wir definieren auch ein sicheres Konversationsprotokoll zwischen verteilten Teilen, das auf der Blockchain-Technologie sowie der elliptischen Kurven-Kryptographie basiert. Um bessere Korrektheits- und Einsatzgarantien für Anwendungsmodelle zu erhalten, schlagen wir ein UML-Profil namens GR-UML vor, um Semantik umzufassen, die die Modellierung probabilistischer Szenarien unter Speicher- und Energiebeschränkungen ermöglicht. Dann schlagen wir eine Methodik vor, die Transformationen zwischen GR-UML, dem GR-TNCES-Petrinetz-Formalismus und den IEC 61499-Funktionsblöcken verwendet. Es wird ein Software entwickelt, das die Konzepte der Methodik implementiert. Um die Eignung der genannten Beiträge zu zeigen, werden zwei Fallstudien betrachtet.