- Ende des öffentlichen Teils - Agenda Die Projekte werden durch die AntragstellerInnen im Plenum vor der Gutachterkommission in folgendem Format präsentiert: je Teilprojekt stehen 45 Minuten zur Verfügung, in dieser Zeit sollen ca. 20 Minuten Diskussion enthalten sein und eine kurze Überblickssequenz für das Teilprojekt und seinen Zusammenhang mit dem Gesamtprojekt. 9:45 - 10:30 Vorstellung des Gesamtprojekts, seiner Ziele und Fragestellungen in Bezug zur aktuellen Forschung sowie seiner Rolle in der NTH (Prof. Dr. Andreas Rausch) 10:30 – 10:45 Kaffeepause 10:45 – 11:30 Teilprojekt 1 – „AIM – Adaptive Interaktionsmechanismen“ (Prof. Dr. Müller-Schloer) 11:30 – 12:15 Teilprojekt 2 – „LocCom – Local Communities in Information Cities“ (Prof. Lars Wolf) 12:15 – 13:15 Gemeinsame Mittagspause (Kleines Buffet), Posterausstellung 13:15 – 14:00 Teilprojekt 3 – „ruleIT – Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen“ (Prof. Kurt Schneider) 14:00 – 14:30 Übergreifende thematische Abschlussdiskussion inklusive Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten und Chancen, die sich durch das Projekt eröffnen - Ende des öffentlichen Teils - 14:30 – 16:00 Interne Diskussion der Gutachter inkl. Kaffee 16:00 -16:15 Rückmeldung an die Antragsteller 16:15 Abreise der Gutachter und Antragsteller 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Antragssteller und Lenkungsausschuss Niedersächsische Technische Hochschule (NTH) NTH -School für IT-Ökosysteme Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme Antragssteller und Lenkungsausschuss Sprecher Prof. Dr. Rausch (TUC) Stellv. Sprecher Prof. Dr. Wagner (LUH) Prof. Dr. Wolf (TUBS) Prof. Dr. Goltz (TUBS) Prof. Dr. Müller (TUC) Prof. Dr. Vollmer (LUH)

Präambel (1/3): Ausgangssituation in Niedersachsen Im Consortium Technikum arbeiten die drei Hochschulen Technische Universität Braunschweig (TUBS), Technische Universität Clausthal (TUC), Leibniz Universität Hannover (LUH) schon seit Jahren erfolgreich zusammen Um den bestehenden Kooperationen einen gemeinsamen rechtlichen Rahmen zu geben und die erfolgreichen Kooperationen noch weiter auszubauen wird eine standortübergreifende Niedersächsische Technische Hochschule (NTH) gegründet mit dem Ziel der Stärkung der drei Standorte im Wettbewerb im nationalen und internationalen Vergleich Anschubfinanzierung für die NTH: Forschungs- und Lehrförderung im Rahmen von Kooperationsprojekten durch das Land für verschiedene Fachdisziplinen, z.B. Bauingenieurwesen, Informatik und Physik 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Präambel (2/3): Der Weg zum vorliegenden Antrag Somit bietet die NTH für uns von der Informatik eine hervorragende Chance im Rahmen von gemeinsamen und thematisch fokussierten Kooperationsprojekten die notwendigen Vorlaufarbeiten im Bereich Forschung und Lehre leisten zu können, um dann erfolgreich SFB oder vergleichbare Forschungsvorhaben zu beantragen Mit diesem Verständnis wurde in Abstimmung zwischen allen Informatikern der drei Standorte von Juli bis November 2007 eine Antragsskizze erarbeitet Nach positiver Bewertung konnte im Rahmen eines gemeinsamen, zwischen allen abgestimmten Abstimmungs- und Auswahlprozesses im Mai 2008 der vorliegende Vollantrag eingereicht werden 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Präambel (3/3): Der Anspruch des vorliegenden Antrages Ausrichtung und Anspruch: Antrag auf Einrichtung der „NTH-School für IT-Ökosysteme“ als Vorlaufarbeiten im Bereich Forschung und Lehre mit dem Ziel weitere, erhebliche Drittmittel (SFB, EU IP o.ä.) nach spätestens 3 bis 5 Jahre einwerben zu können. Der Antrag hat auf zwei Ebenen unterschiedliche Ambitionen: Der Antrag soll einen thematischen Rahmen setzen, aus dem heraus Themen mit Potential für SFB oder vergleichbare Forschungsvorhaben entstehen Mit dem Antrag sollen die notwendigen inhaltlichen Vorarbeiten und Beantragungsarbeiten für einen SFB oder vergleichbare Forschungsvorhaben geleistet werden Deshalb werden im Antrag und in den Präsentationen des Gesamtprojektes und der Teilprojekte jeweils thematisch ein größerer Bereich eröffnet als in den zugehörigen Arbeitspaketen der Teilprojekte erarbeitet werden kann 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Ein Gebäude kann man als Ganzes planen und erstellen Ausgangssituation und Problemstellung (1/3) Ein Blick über den Tellerrand: Bau-Branche Ein Gebäude kann man als Ganzes planen und erstellen … eine Stadt nicht! Um lebenswerte Städte zu bauen, benötigt man andere Architekturen, Modelle, Verfahren, Techniken, Methoden 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Ausgangssituation und Problemstellung (2/3) In Analogie: Situation in der IT-Branche Die Entwicklung eines einzelnen Software-intensiven System beherrscht man heute gerade noch… …zukünftig müssen wir aber komplexe Systemkonglomerate aus interagierenden Software-intensiven System beherrschen Wichtige Eigenschaften, wie Sicherheit, Zuverlässigkeit oder Performanz skalieren nicht aus einzelnen Komponenten hin zu den Gesamtsystemen. Teile des Gesamtsystems sind einem ständigen Wandel ausgesetzt. Teilsysteme werden zunehmend autonom ausgelegt und müssen Fehler selbstständig ausgleichen und sich neuen Strukturen anpassen können (Self-X-Ansätze). Klassische Methoden und Verfahren der Informatik skalieren nicht weiter im Hinblick auf die extreme Größe und Komplexität zukünftiger Systemkonglomerate Software-intensiver Systeme 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Ausgangssituation und Problemstellung (3/3) Spannungsfeld: Autonomie u Ausgangssituation und Problemstellung (3/3) Spannungsfeld: Autonomie u. Beherrschbarkeit Ein IT-Ökosystem besteht aus Beherrschbarem Gesamtsystem - dynamischer Komplex von Gemeinschaften - übergeordnete Zielsetzung und Funktion - allg. Regeln für ein ordnungsgemäßes Funktionieren Ausbalanciertem Spannungsfeld Autonomen Akteuren - vernetzt und interagieren - individuelle und gemeinschaftliche Ziele - kooperieren und konkurrieren Im Zentrum steht das Spannungsfeld zwischen Autonomie der Teilsysteme und Beherrschbarkeit des Gesamtsystems 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Stand der Wissenschaft und eigene Vorarbeiten Verschiedene Ansätze betrachten das Problem jeweils isoliert aus ihrer Sichtweise Vom Teil zum Ganzen: Agententechnologie, intelligente Autonome Systeme, Organic Computing, Ubiquitous und Pervasive Computing, Ambient Intelligence, … Vom Ganzen zum Teil: Systems of Systems, Ultra-Large-Scale Systems, Holistische Systeme, … Querschnittsthemen: Dependable Systems, Reliable Systems, Trustable Systems, Real-Time Systems, … aber die zwei „Gegenspieler“ Autonomie und Beherrschbarkeit werden nicht ganzheitlich und systematisch angegangen. Unsere Vorarbeiten Vom Teil zum Ganzen: Agententechnologie, Organic Computing, Ambient Intelligence, … Vom Ganzen zum Teil: Produktionstechnisches Zentrum, Fahrzeug Zentrum, Energie Zentrum, Wissenschaftliches Zentrum Querschnittsthemen: Real-Time Systems, Trustable Systems, … Biologisch inspirierte Systeme: Fokus auf Emergenz komplexen Verhaltens aus dem Zusammenwirken simpler Individuen und der Umgebung, wie zum Beispiel bei Swarm Intelligence Multiagentensysteme: Fokus auf Organisationskonzepte, Anwendung ökonomischer Modelle auf maschinelle Koordinations-, Kooperations- und Verhandlungskonzepte Holistische Systeme: Fokus auf das Prinzip der Holonen – das Ganze, das Teil eines Ganzen ist im Sinne von „System of Systems“ Autonomic und Organic Computing: Fokus auf Selbstorganisationsmechanismen für (informations-) technische Systeme Agententechnologie und intelligente Autonome Systeme: Fokus auf Komposition von emergentem Verhalten durch autonome Teilsysteme Ubiquitous und Pervasive Computing, Ambient Intelligence und Smart Software Systems: Fokus auf dynamisch und adaptiv vernetzte Komponenten die in Alltagsgegenständen integriert sind und dem Nutzer im Alltag unterstützen Dependable Systems: Fokus auf Verlässlichkeit, Robustheit, Zuverlässigkeit und Beherrschbarkeit der resultierenden Systeme 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Zielsetzung und Lösungsansatz (1/2) Metapher: Das Konzept eines IT-Ökosystems soll genutzt werden, die Wirk- und Wechsel- beziehungen in komplexen, dynamischen und offenen IT-Systemen zu erklären Ziel: „Gleichgewicht“ zwischen der Autonomie der Teilsysteme und der Beherrschbarkeit des Gesamtsystems sicher zu stellen! 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Zielsetzung und Lösungsansatz (2/2) Zentrale und dezentrale Gegenmaßnahmen einleiten (Observer/Controller) Äußere oder innere Kräfte stören das Gleichgewicht Gleichgewicht ist wiederhergestellt Gleichgewichtszustände im IT-Ökosystem Wiederherstellung des Gleichgewichts - Gegensteuern - Adaption - Evolution - Identifizieren - Verstehen - Modellieren Dezentrale Kontrolle durch lokale Autonomie der Teilsysteme und Systemkomponenten Inhärent konfligierende, unbekannte und sich ändernde Anforderungen Kontinuierliche Evolution des Systems und Deployment von veränderten Teilen des Systems Heterogene, inkonsistente und sich ändernde Teilsysteme („Systems of Systems“) Umgebung und Nutzer sind Teil des Systems und umgekehrt – holistisches System Sporadische Fehlfunktionen von Systemteilen und lokale Fehlerbehebung Nutzer und Umgebung ist angewiesen auf Verlässlichkeit und Beherrschbarkeit des Systems Keine eindeutige Rollenzuordnung in Bezug zum System: Wer ist beispielsweise Besitzer, Auftraggeber, Manager, Entwickler und Zulieferer? Störungen im IT-Ökosystem - Beobachten - Erkennen - Analysieren 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Arbeits- und Projektplan Forschungsgebiete (1/4) FG1: Emergenz von Funktionen und Systemen: IT-Ökosysteme unterliegen einer stetigen Anpassung und Veränderung. Die damit verbundene Emergenz muss durch die „Programmierung“ von IT-Ökosystemen mittels Anreiz und Bestrafung, Marktmechanismen, Randbedingungen, Metaheuristiken und erweiterte Werkzeuge für Designer sowie kontextbewusste Funktionen und Systeme geleitet werden. FG2: Erweiterung traditioneller Spezifikations-, Entwurfs- und Validierungsmethoden: Für IT-Ökosysteme sind erweiterte Konzepte zur Modellierung und Verifikation von Nebenläufigkeit, Verteiltheit und Mobilität von hybriden (analog/diskreten) Systemen notwendig. Dabei müssen funktionale, nicht-funktionale und „Self-X“-Eigenschaften sowie alle Gestaltungsebenen von der Hardware bis zur sozio-technischen Organisation betrachtet werden. FG3: Adaptive System-Infrastrukturen: Vernetzungskonzepte für komplexe „Systems of Systems“ mit integrierten Entwicklungsumgebungen und Laufzeitplattformen zur Unterstützung dezentraler IT-Ökosysteme sind notwendig. Virtualisierungskonzepte, Testbeds und Simulationsumgebungen auf Basis von Theorien, Methoden und Technologien für die Entwicklung von IT-Ökosystemen spielen dabei eine zentrale Rolle. FG4: (Selbst-) adaptierende und garantierte (vorhersagbare) Qualitätseigenschaften: Dynamische Verifikation (Selbstüberwachung mit formalen Methoden) für funktionale, nicht-funktionale Eigenschaften und „Self-X“-Eigenschaften, wie zum Beispiel Sicherheit, Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Benutzbarkeit als neue Indikatoren für die „Systemgesundheit“ und ihre Messung müssen in IT-Ökosystemen verankert werden. FG5: Beherrschen semantischer Diversität: Neue Modelle und Methoden für Interoperabilität heterogener Systeme (mit unterschiedlichen Sprachen, Abstraktionen und semantischen Strukturen) werden benötigt, damit die verschiedenen heterogenen Teile eines IT-Systems kooperieren können. Hierfür müssen ausdrucksstarke semantische Modelle und Transformationen entwickelt, automatische Prognose und Validierung des Verhaltens komponierter Systeme ermöglicht und Verfahren zur Spezifikation und Realisierung garantierter Eigenschaften in evolvierenden Systemen bereit gestellt werden. FG6: Erweiterte Mensch-Umwelt-Maschine-Interaktion: Der Mensch wird als Teil des IT-Ökosystems verstanden. Deshalb sind neue Konzepte zur Umwelterkennung, -adaption und Umweltmodellierung verbunden mit einer kontinuierlichen Nutzermodellierung, neue kontextbewusste Nutzer- und Interaktions­paradigmen notwendig. Aufbauend können Methoden für Design und Evolution von sozio-technischer Systemen, wie zum Beispiel Servicerobotik, bereit gestellt werden. 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Arbeits- und Projektplan Beitrag zu den Forschungsgebieten (2/4) Interaktion ermöglichen Interaktionsmuster Kooperation und Konkurrenz Emergenz beherrschen System verlässlich entwerfen Integration von Kontext Sicherung von Minimaleigenschaften Ressourcen beherrschbar gemeinsam nutzen Software methodisch entwickeln Dynamische Anforderungen verlässlich umsetzen Mit Regeln regeln 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Anwendungsprojekt DemSy – Integrierte Demonstratoren Smart City Ein zentraler Erfolgsfaktor: Übergreifende Abstimmung, Austausch und Integration zwischen den Forschungsprojekten Ein Ansatz: DemSy: Zuerst Bottom-Up: Integration der Einzelszenarien in ein integriertes Anwendungsszenario Dann Top-Down: Definition und Bereitstellung von gemeinsamen Architekturen, Schnittstellen und Infrastrukturen für die Demonstratoren 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Arbeits- und Projektplan Vorgehen und Organisation (3/4) Summe Ressourcen Gesamt Davon Anwend. Wiss. Mitarbeiter pro Jahr 15 3 Sach./Reisen pro Jahr 32.000 € 2.000 € Stud. Mitarbeiter pro Jahr 48.000 € 20.100 € Koordinator pro Jahr 1 0,6 Zentrale Mittel pro Jahr 20.000 € Gesamtsumme 1.016.487 € Hierfür werden zunächst im Anwendungsprojekt die gemeinsamen Demonstrationsszenarien identifiziert. Auf dieser Basis erfolgt in den Forschungsprojekten die Aufarbeitung der Grundlagen für die spezifischen Forschungsfragen und die Konzeption erster Lösungsansätze. Diese werden in den Forschungsprojekten sukzessive weiter vertieft und in Demonstratoren validiert. Basierend auf diesen Zwischenergebnissen wird eine Antragsskizze für einen Sonderforschungsbereich erarbeitet und eingereicht. Dieser Prozess wird durch die gemeinsamen vierteljährlichen Tagungen (im Sinne eines Graduiertenkollegs) und verbunden mit jährlichen Begehungen durch einen Beirat (siehe Kapitel 6.) kontinuierlich begleitet und unterstützt (vgl. Abbildung 3). Bei positiver Bewertung der SFB Antragsskizze, kann eine Anschlussfinanzierung der NTH-School für IT-Ökosysteme durch die NTH um ein weiteres Jahr notwendig werden, um einen Vollantrag erfolgreich durchbringen zu können. Ergänzend sollen die Chancen für eine erfolgreiche Beantragung weiterer, vergleichbarer Forschungsvorhaben überprüft werden. 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Arbeits- und Projektplan Vorgehen und Organisation (4/4) Organisation in Anlehnung an SFB Gemeinsamer Lenkungsausschuss für die Kooperationsprojekte Vierteljährliche Graduiertentagungen Jährliche Begehung mit externem Beirat Gemeinsame Auswahl der Doktorandinnen und Doktoranden Integration der Studierenden in die Projekte 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Weiterführende Fragestellungen für einen SFB Ganzheitlicher und integrierter Ansatz bestehend aus Erklärungsmodellen und Theorien Beschreibungen und Auswertungen Verfahren und Methoden für Entwicklung, Betrieb, von IT-Ökosystemen – Nutzung und – Evolution Graduiertenkollegs mit aufnehmen als Möglichkeit der interdisziplinären Zusammenarbeit. 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

Zusammenfassung IT-Ökosystem: interagierende autonome Akteure in einem komplexen Gesamtsystem Klassische Ansätze skalieren nicht für IT-Ökosysteme Ansatz: „Gleichgewicht“ zwischen Autonomie der Teilsysteme und Beherrschbarkeit des Gesamtsystems sicher stellen Forschungsprogramm: Ein ganzheitlicher Ansatz Ziel und Ergebnisse: Erfolgreicher Antrag für SFB oder vergleichbares Forschungsvorhaben auf Basis von integrierten projektspezifischen Lösungsansätzen, die Anhand eines gemeinsamen Anwendungsszenario validiert wurden Systemen und ihrer Umwelt Das „Funktionieren“ des IT-Ökosystems hängt von dem „Gleichgewicht“ zwischen der Autonomie der Teilsysteme und der Beherrschbarkeit des Gesamtsystems ab! Klassische Ansätze der Informatik skalieren nicht für IT-Ökosysteme Deshalb: In der NTH-School für IT-Ökosysteme wird ein ganzheitlicher Ansatz notwendig die Autonomie der Teilsysteme zulässt (Vom Teil zum Ganzen) dabei die Beherrschbarkeit des Gesamtsystems garantiert (Vom Ganzen zum Teil) unter Berücksichtigung der funktionalen, nicht funktionalen und kontextspezifischen Aspekte (Querschnittlich) Mit dem vorliegenden Arbeitsprogramm wird ein tieferes Verständnis von IT-Ökosystemen erarbeitet, erste grundlegende Ansatzpunkte für die Problemstellung konzipiert und anhand von gemeinsamen Szenarien evaluiert Dies ist eine hervorragende Ausgangsposition für eine erfolgreiche Beantragung eines SFB oder eines vergleichbaren Forschungsvorhabens Unser Ziel und die Ergebnisse: Erfolgreicher Antrag für SFB oder vergleichbares Forschungsvorhaben auf Basis von integrierten projektspezifischen Lösungsansätzen, die Anhand eines gemeinsames Demonstrationsszenarios evaluiert wurden 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

- Ende des öffentlichen Teils - Agenda Die Projekte werden durch die AntragstellerInnen im Plenum vor der Gutachterkommission in folgendem Format präsentiert: je Teilprojekt stehen 45 Minuten zur Verfügung, in dieser Zeit sollen ca. 20 Minuten Diskussion enthalten sein und eine kurze Überblickssequenz für das Teilprojekt und seinen Zusammenhang mit dem Gesamtprojekt. 9:45 - 10:30 Vorstellung des Gesamtprojekts, seiner Ziele und Fragestellungen in Bezug zur aktuellen Forschung sowie seiner Rolle in der NTH (Prof. Dr. Andreas Rausch) 10:30 – 10:45 Kaffeepause 10:45 – 11:30 Teilprojekt 1 – „AIM – Adaptive Interaktionsmechanismen“ (Prof. Dr. Müller-Schloer) 11:30 – 12:15 Teilprojekt 2 – „LocCom – Local Communities in Information Cities“ (Prof. Lars Wolf) 12:15 – 13:15 Gemeinsame Mittagspause (Kleines Buffet), Posterausstellung 13:15 – 14:00 Teilprojekt 3 – „ruleIT – Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen“ (Prof. Kurt Schneider) 14:00 – 14:30 Übergreifende thematische Abschlussdiskussion inklusive Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten und Chancen, die sich durch das Projekt eröffnen - Ende des öffentlichen Teils - 14:30 – 16:00 Interne Diskussion der Gutachter inkl. Kaffee 16:00 -16:15 Rückmeldung an die Antragsteller 16:15 Abreise der Gutachter und Antragsteller 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

NTH-School für IT-Ökosysteme AIM 3/28/2017 NTH-School für IT-Ökosysteme AIM AIM Adaptive Interaktionsmechanismen Projektbeteiligte Leitung Prof. Dr. Müller-Schloer (LUH) Stellvertreterin Prof. Dr. Goltz (TUBS) Projektbeteiligte Prof. Dr. Adámek (TUBS) Prof. Dr. Hähner (LUH) Prof. Dr. Hammer (TUC) Prof. Dr. Huhn (TUBS) Prof. Dr. Müller (TUC) Prof. Dr. Wagner (LUH)

Ausgangssituation und Problemstellung (1/2) Große Populationen heterogener Agenten (Geräte, Applikationen, Roboter, Fahrzeuge, Sensoren, Menschen) Übergeordnete Aufgaben verlangen Kooperation und Koordination. Beschränkte Ressourcen erzeugen Konflikte. 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Ausgangssituation und Problemstellung (2/2) Dynamik Wechselnde Zielvorgaben Veränderliche Agenten Eigeninteressen Störungen Balance zwischen Autonomie und Beherrschbarkeit 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Zielsetzung AIM AIM Ziel 1: Interaktion ermöglichen Adaptive Interaktions- und Koordinationsmuster Kooperation vs. Konkurrenz Ziel 2: Regulation: Emergenz beherrschen System beobachten System korrigieren Gleichgewicht (wieder)herstellen Ziel 3: System verlässlich entwerfen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Stand der Wissenschaft AIM 3/28/2017 Stand der Wissenschaft Selbstorganisation und Emergenz in natürlichen Systemen Dissipative Strukturen Schwärme Ameisen ... Organische und autonome Systeme Emergenz und Selbstorganisation (self-x) Technische Anwendungen (z.B. Verkehr) Mehrstufiges Lernen unter Echtzeitbedingungen Transregio AVACS: Verifikation komplexer Systeme SFB NEXUS: Kontextmodelle Explizite mehrstufige Observer/Controller-Strukturen Vorsichtige Erweiterung der Konfigurationsräume Starre Interaktionsmechanismen Productive System Observer Controller Ameisen zB Stigmergie 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Eigene Vorarbeiten (1/2) Autonome dezentrale Systeme Arbeitsgruppe Müller Datenanalyse und Visualisierung Arbeitsgruppe Hammer Entwurf und Modellierung Arbeitsgruppe Goltz Formale Analyse Arbeitsgruppe Adámek/Huhn Organic Computing/SmartCams Arbeitsgruppe Müller-Schloer/Hähner Autonome Serviceroboter Arbeitsgruppe Wagner 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Eigene Vorarbeiten (2/2) Arbeitsgruppe 1 Müller: Autonome dezentrale Systeme Dezentrale Informationsarchitekturen Marktbasierte Kooperation P2P- und Agentensysteme Arbeitsgruppe 2 Müller-Schloer/Hähner: Organic Computing Quantitative Analyse von Selbstorganisation und Emergenz Observer/Controller-Architekturen Selbstorganisierende Smart-Camera-Systeme Arbeitsgruppe 3 Wagner: Autonome Serviceroboter Autonome Navigation Sensor-Fusion Arbeitsgruppe 4 Hammer: Datenanalyse und Visualisierung Data Mining Clustering Relevanzlernen Arbeitsgruppe 5 Goltz: Entwurf und Modellierung Entwurf, Modellierung, Verifikation reaktiver Systeme Anwendung von Self-x-Konzepten im Bereich Robotersteuerungen Arbeitsgruppe 6 Adámek/Huhn: Formale Analyse Formale Methoden und Verifikation eingebetteter Systeme 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Lösungsansatz Mikro/Subsysteme Makro/Gesamtsystem Adaptive Interaktion und Kooperation, Verteiltes Lernen Adaptive Systemstrukturen für autonome Transportdienste Makro/Gesamtsystem Virtualisierung evolvierender Informations- und Kooperationsarchitekturen Regulation und Entwurf Erkennung von Systemzuständen: Abstraktion, Extraktion und Visualisierung Modellbasierte Analyse und Entwurf: Metamodell IT-Ökosystem Formale Beschreibung: Sichere Komposition und inkrementelle Verifikation Anwendung Messeszenario 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Arbeits- und Projektplan, Kooperation im Teilprojekt AG1 AG2 AG3 AG4 AG5 AG6 AP1 Konzeption   AP2 Demonstrator AP3 Verteiltes Lernen von Kooperations- und Koordinationsmechanismen AP4 Virtualisierung von evolvierenden Informationsarchitekturen AP5 Adaptive Systemstrukturen für autonome Transportdienste AP6 Extraktion, Abstraktion und Visualisierung von (Sensor-)Daten AP7 Modellbasierte Analyse und Entwurf von SoS AP8 Verifikation und Kompatibilität von Teilsystemen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Beitrag zu den Forschungsgebieten FG1: Emergenz von Funktionen und Systemen Beherrschung emergenter Effekte durch geplante und adaptive Interaktion Selbstorganisation interagierender Populationen (vgl. TP LocCom) FG2: Erweiterung traditioneller Spezifikations-, Entwurfs- und Validierungsmethoden Verlagerung von Entwurfs- und Überwachungsaufgaben von der Design- in die Laufzeit Entwurf durch Regeln (vgl. TP ruleIT) FG3: Adaptive System-Infrastrukturen Koordinations-, Kooperations- und Konfliktlösungsmechanismen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Beitrag zum Anwendungsgebiet Smart City Messeszenario Transportservice auf dem Messegelände Autonome Tramsportfahrzeuge (Busse), Beobachtung durch Smart Cameras Wiederherstellung des Gleichgewichts nach Störungen Adaptive Interaktion durch Behebung von Konfliktsituationen Verhandlung von Kooperationen Simulation und realer Demonstrator 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Weiterführende Fragestellungen für einen SFB (1/2) AIM 3/28/2017 Weiterführende Fragestellungen für einen SFB (1/2) Grundlagen adaptiver Interaktion: Änderung der Kommunikationsstrukturen Interaktion basiert auf Sprache und Verhalten (Symbole, Gesten, Vokabulare, Protokolle,...). Evolution natürlicher Sprache als Vorbild für Kommunikation in IT- Ökosystemen  Interdisziplinäre Zusammenarbeit Adaption durch Lernen (Ressourcen-/ Zeitbeschränkung) Sicherheit, Beschränkung der Adaptivität vgl. Exzellenzcluster Cognitive Interaction Technologies Bielefeld, Helge Ritter Linguistik, Kognition, Humanoide Robotik, MMK natürliche Vorgänge, natürliche Sprache AIM: technische Anwendungen, große Populationen, technische Kommunikation 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Weiterführende Fragestellungen für einen SFB (2/2) Goal G System S Observer/ Controller Focus auf Technik: Adaptive Interaktionsmechanismen Erweiterung des Konfigurationsraums auf die Interaktion Parametrisierte Kommunikation Lernen des Symbolvorrats Observer/Controller Evolvierender Entwurf und Sicherheit Mechanismen zur Erzielung von Gleichgewicht in IT- Ökosystemen   (Gehirnanalogie: somatosensorische Karten, Homöostase) Sichere Evolution in IT-Ökosystemen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

Zusammenfassung Ziele Adaptive Interaktion ermöglichen Emergenz beherrschen Adaptive Systeme verlässlich entwerfen Erste Ergebnisse demonstrierbar im Rahmen eines Messeszenarios Präzisierung weiterführender Fragestellungen im Hinblick auf einen SFB AIM 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

AIM ruleIT LocCom Vom Ganzen zum Teil: ruleIT Software methodisch entwickeln Dynamische Anforderungen verlässlich umsetzen Mit Regeln regeln AIM ruleIT LocCom Querschnittsfragestellungen: LocCom Kontext integrieren Minimaleigenschaften (Privacy) sichern Ressourcen beherrschbar gemeinsam nutzen Vom Teil zum Ganzen: AIM Adaptive Interaktion ermöglichen Emergenz beherrschen System verlässlich entwerfen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt AIM: Adaptive Interaktionsmechanismen

- Ende des öffentlichen Teils - Agenda Die Projekte werden durch die AntragstellerInnen im Plenum vor der Gutachterkommission in folgendem Format präsentiert: je Teilprojekt stehen 45 Minuten zur Verfügung, in dieser Zeit sollen ca. 20 Minuten Diskussion enthalten sein und eine kurze Überblickssequenz für das Teilprojekt und seinen Zusammenhang mit dem Gesamtprojekt. 9:45 - 10:30 Vorstellung des Gesamtprojekts, seiner Ziele und Fragestellungen in Bezug zur aktuellen Forschung sowie seiner Rolle in der NTH (Prof. Dr. Andreas Rausch) 10:30 – 10:45 Kaffeepause 10:45 – 11:30 Teilprojekt 1 – „AIM – Adaptive Interaktionsmechanismen“ (Prof. Dr. Müller-Schloer) 11:30 – 12:15 Teilprojekt 2 – „LocCom – Local Communities in Information Cities“ (Prof. Lars Wolf) 12:15 – 13:15 Gemeinsame Mittagspause (Kleines Buffet), Posterausstellung 13:15 – 14:00 Teilprojekt 3 – „ruleIT – Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen“ (Prof. Kurt Schneider) 14:00 – 14:30 Übergreifende thematische Abschlussdiskussion inklusive Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten und Chancen, die sich durch das Projekt eröffnen - Ende des öffentlichen Teils - 14:30 – 16:00 Interne Diskussion der Gutachter inkl. Kaffee 16:00 -16:15 Rückmeldung an die Antragsteller 16:15 Abreise der Gutachter und Antragsteller 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

NTH-School für IT-Ökosysteme LocCom Local Communities in Information Cities Projektbeteiligte Leitung Prof. Dr. Wolf (TUBS) Stellvertreter Prof. Dr. Dix (TUC) Projektbeteiligte Prof. Dr. Beigl (TUBS) Prof. Dr. Nejdl (LUH) Prof. Dr. Siemers (TUC) Prof. Dr. Vollmer (LUH)

Ausgangssituation und Problemstellung (1/3) Soziale Netzwerke: Eckpfeiler der menschlichen Gemeinschaft Web-basierte Technologien: Interaktion mit anderen Personen und Aufbau von „Communities“ Aber: Web-basierte Social Networks schaffen „Tele-Social-Networks“ und Vereinzelung Zudem bisher explizite Nutzung eines Computersystems erforderlich wenig Integration in „reales“ soziales Umfeld / Netzwerke keine Berücksichtigung von Kontext 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Ausgangssituation und Problemstellung (2/3) Autonomie? Beherrschbarkeit? Einbeziehung von Kontext sowie Self-X Eigenschaften? Direkte Interaktion mit der Community? Komplexität des Systems? Eigenständigkeit des Individuums? Beherrschung von Privacy? Verfügbarkeit? 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Ausgangssituation und Problemstellung (3/3) Ziel: fließende Übergänge von realen und virtuellen sozialen Netzwerken Unterstützung sozialer Netzwerke in Smart Cities erfordert u.a. Personalisierte und ortsbasierte Informationen und Anwendungen Organische Integration durch mobile und kontextualisierte Unterstützung des Informationsaustauschs in Ad-Hoc-Gruppen Dafür Modellierung durch neuere Konzepte (z.B. Agenten-Logik) Beweisbare Eigenschaften von sozialen Netzwerken  Drei wesentliche Teilziele: - Integration von Kontext - Sicherung von Minimaleigenschaften - Ressourcen beherrschbar gemeinsam nutzen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities 39

Stand der Wissenschaft Beispiele verschiedener Einzelverfahren: Modellierung dynamischer Systeme mit temporalen Logiken Erkennung von einfachen Situationskontexten bei UbiComp Auffinden von Diensten Ad-hoc Routingverfahren Forschungsbedarf beispielsweise bei: Systemansätze zur situationsabhängigen spontanen Zusammenarbeit heterogener Systeme Sicherung von Minimaleigenschaften Kommunikationswege unter Berücksichtigung von Nicht-Standard-Kriterien 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Eigene Vorarbeiten Wissensrepräsentation (Dix) Modellierung Agenten-Logiken Effiziente Algorithmen (Vollmer) Temporale Logiken Komplexität Verteilte Informationssysteme (Nejdl) Informationsintegration und Personalisierung P2P-Information Retrieval und Recommender Systems Ubiquitäre Systeme (Beigl) Kontexterkennung Sensorbasierte Systeme Kommunikation (Wolf) Protokollmechanismen in heterogenen Netzen Dienstgüteverfahren Designmethodik eingebetteter Systeme (Siemers) Hardware/Software Codesign Adaptive Hardware-Systeme 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Zielsetzung und Lösungsansatz (1/2) Ziel: „virtualisierte“ soziale Netzwerke und reale soziale Netzwerke zusammenzubringen Technik: Nutzung von mobilen Endgeräten zur nahtlosen Verzahnung von Social Network Services und der Realität Kontext + Interessen Dienste Informationen Bildung von Interessensgruppen Handlungs- und Nutzungsempfehlungen Wünsche Aufgaben Handlungen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Zielsetzung und Lösungsansatz (2/2) Notwendig ist der Umgang mit komplexen Situationskontexten sowie die Erforschung der Basistechniken für Local Communities Modellierung von Local Communities: Theoretische Grundlagen Situations-Erkennung, Beschreibung und Nutzung: Situationsgerechte Adaption an die Realität Skalierbare Kommunikation: Beachtung der Verfügbarkeit & Fähigkeiten von Geräten und Netzen Privacy und Verfügbarkeit: Zusicherung von Minimaleigenschaften Neue Dienste und Integration in existierende Systeme: Neue Social Network Services Adaptive Hardware: Skalierbarkeit und Optimierung (Energie vs. Rechenleistung) 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Arbeits- und Projektplan Kooperation im Teilprojekt Modellierung und Bereitstellung kontextbasierter sozialer Netzwerke AP 7: Anwendungsdemonstrator SmartCity AP1: Integrierte Modellierung AP2: Skalierbare Inferenzmethoden AP5: Kontextspezifischer Informationsaustausch Kontext Individuum / Privacy AP3: Kontexterkennung durch Sensorik AP4: Kommunikation und Nachbarschaftsbildung Dienste und Informationen Konzepte, Gewährleistung Eigenschaften / Anforderungen AP6: Adaptive Hardware Energieeffizienz Performanz

Beitrag zu den Forschungsgebieten FG2: Erweiterung traditioneller Spezifikations-, Entwurfs- und Validierungsmethoden (vgl. TP AIM und TP ruleIT) Erweiterungen temporaler Logiken zur Modellierung von Smart Cities Integration von Metadaten FG3: Adaptive System-Infrastrukturen (vgl. TP AIM) Skalierbare Kommunikation mobiler Endgeräte Adaptive Plattformen für Dienst- und Infobereitstellung – bei Betrachtung Nutzerinteressen + Kontext Rekonfigurierbare Hardware mit neuen Regeln + Fehlertoleranz FG4: (Selbst-)adaptierende und garantierte (vorhersagbare) Qualitätseigenschaften (vgl. TP ruleIT) Beweisbare Eigenschaften von sozialen Netzwerken wie Privacy Modellierung von Communities mittels logischer Kalküle FG5: Beherrschen semantischer Diversität Integration von Informationen (Daten, Nutzer, Kontexte) unterschiedlicher Quellen und unterschiedlicher Schemata Dynamische Vernetzung von Daten FG6: Erweiterte Mensch-Umwelt-Maschine-Interaktion Robuste Kontexterkennung: persönliche Aktivität und Situation Automatisch generierte Nutzerprofile 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Beitrag zum Anwendungsgebiet Smart City SmartCity-Szenario: Soziales Netzwerk innerhalb einer Arbeitsumgebung Unterstützung von Arbeitsprozessen („Social CSCW“) mit Techniken wie Wiki und Blogs als Interaktionsinstrument Demonstrator basierend auf (erweitertem) Smartphone, z.B. Arbeitsumgebung / Meetingszenario 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

LocCom Szenario Beispiel dynamischer, situations- und lokationsadaptierter Zugriff auf Social-Network Information im lokalen Fall (z.B. im Meeting) automatischer (autonomer) Informationsaustausch mit Freunden und Kollegen als Peer-Group  Autonomie und Beherrschbarkeit Kontext und Interessen Dienste Informationen Bildung von Interessensgruppen Handlungs- + Nutzungsempfehlungen Wünsche Aufgaben Handlungen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Weiterführende Fragestellungen für einen SFB Durchgängige Konzepte: Modellierung, Nachweis von Eigenschaften und ressourceneffizienter Umsetzung Verallgemeinerte soziale Netzwerke Beherrschung großer Mengen komplex verlinkter Informationen Betrachtung von zeitlichen Aspekten Kontext + Interessen + Ressourcen Ressourcen Dienste Bildung von Interessensgruppen Handlungs- und Nutzungsempfehlungen Informationen Wünsche Aufgaben Handlungen Über Peer-Group hinausgehende Handlungen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities

Zusammenfassung LocCom Vision: fließende Übergänge zwischen Informationswelt und realer Welt. neue Dynamik und Komfort existierender Anwendungen, aber auch gänzlich neue Anwendungen autonome Zusammenarbeit mit Partnern, dabei Beherrschbarkeit des Kollaborationsgrades In LocCom anvisierte Ziele: Erforschung von Basisverfahren Demonstrierbarkeit erster Ergebnisse Identifikation weitergehender Fragestellungen  Soziale Netzwerke als ein Prototyp von IT-Ökosystemen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt LocCom: Local Communities in Information Cities 49

- Ende des öffentlichen Teils - Agenda Die Projekte werden durch die AntragstellerInnen im Plenum vor der Gutachterkommission in folgendem Format präsentiert: je Teilprojekt stehen 45 Minuten zur Verfügung, in dieser Zeit sollen ca. 20 Minuten Diskussion enthalten sein und eine kurze Überblickssequenz für das Teilprojekt und seinen Zusammenhang mit dem Gesamtprojekt. 9:45 - 10:30 Vorstellung des Gesamtprojekts, seiner Ziele und Fragestellungen in Bezug zur aktuellen Forschung sowie seiner Rolle in der NTH (Prof. Dr. Andreas Rausch) 10:30 – 10:45 Kaffeepause 10:45 – 11:30 Teilprojekt 1 – „AIM – Adaptive Interaktionsmechanismen“ (Prof. Dr. Müller-Schloer) 11:30 – 12:15 Teilprojekt 2 – „LocCom – Local Communities in Information Cities“ (Prof. Lars Wolf) 12:15 – 13:15 Gemeinsame Mittagspause (Kleines Buffet), Posterausstellung 13:15 – 14:00 Teilprojekt 3 – „ruleIT – Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen“ (Prof. Kurt Schneider) 14:00 – 14:30 Übergreifende thematische Abschlussdiskussion inklusive Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten und Chancen, die sich durch das Projekt eröffnen - Ende des öffentlichen Teils - 14:30 – 16:00 Interne Diskussion der Gutachter inkl. Kaffee 16:00 -16:15 Rückmeldung an die Antragsteller 16:15 Abreise der Gutachter und Antragsteller 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Autonomie und Beherrschbarkeit Software-intensiver Systeme

NTH-School für IT-Ökosysteme ruleIT Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen Projektbeteiligte Leitung Prof. Dr. Schneider (LUH) Stellvertreter Prof. Dr. Rausch (TUC) Projektbeteiligte Prof. Dr. Rumpe (TUBS)

Ausgangssituation und Problemstellung IT-Ökosystem: System, das sich beständig ändert autonome Komponenten wie Sensoren, Aktuatoren, IT-Systeme, Menschen durch eine IT-Infrastruktur vernetzt Ziel: SW-Entwicklungsmethode für IT-Ökosystem unter Beachtung von Nützlichkeit funktionale und Qualitätsanforderungen Verlässlichkeit Anforderungen einhalten trotz emergenter Störungen Neuartige Herausforderungen an Softwareentwicklung für IT-Ökosysteme Komponenten und Anforderunge ändern sich unabhängig und unablässig Funktion und Qualität autonomer Komponenten spezifizieren (trotz Emergenz) Korrekte Umsetzung von Systemanforderung sicherstellen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Ausgangssituation und Problemstellung Beispiel SmartFolk Geschäfte Spezifische Probleme Anforderungen schwer zu erheben Validierung nur nebenbei möglich Viele Entwickler Emergente Eigenschaften Extern entwickelte Subsysteme Herausforderungen Kontext berücksichtigen Autonomie erhalten Zuverlässigkeit sicherstellen Modellierung bei der Entwicklung Sensoren Behörden Kamera Personen, manche mit SmartDevices SmartFolk Rat: „Zuerst …“ Im Auto 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Stand der Wissenschaft Bekannte Ansätze des Software Engineering reichen nicht aus Requirements Engineering Heterogene Stakeholder(gruppen), selbst sehr dynamisch (vgl. LocCom) Traditionelle Befragungstechniken nicht anwendbar (wie Interviews) Domänen-spezifische Erhebungsmethoden wären nötig Architekturen IT-Dienste werden service-orientiert verbunden – aber technische? Formale Modellierung von Architekturen skaliert nicht für IT-Ökosysteme Konstruktive Verifikation der Korrektheit von Komponenten Kein Ansatz leitet aus Anforderungen Regeln ab, verifiziert und prüft sie Systematische Entwicklung von IT-Ökosystem-Software so nicht möglich Regeln müssen in die Software-Entwicklung integriert werden Herkömmliche Ansätze zu unflexibel für Autonomie und Emergenz 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Eigene Vorarbeiten Arbeitsgruppe Schneider: Anforderungen, Services und Informationsfluss Spezialtechniken im Requirements Eng. für bestimmte Stakeholder (z.B. Stadtplaner) Service-Orientierung (SOA) für flexibel verbundene IT-Dienste SW-Projekte optimieren mit Informationsflussmodellen Arbeitsgruppe Rausch: Architektur und Infrastruktur Integration von Anforderungs- und Grobarchitekturmodellen Formalisierte Beschreibungstechniken für Architekturen Formal fundierte Prototypen einer Infrastruktur für dynamisch adaptive Systeme Arbeitsgruppe Rumpe : Modellierung Semantisch und methodisch sinnvolle Definition von Modellierungssprachen Konstruktive Verifikation beweisbar korrekter Regeln Werkzeuge für problemangepasste Modellierungssprachen (DSL) 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Zielsetzung und Lösungsansatz (1/2) Grundüberzeugung Menschen empfinden IT-Ökosystem nur als nützlich, wenn ihre Bedürfnisse zuverlässig erfüllt werden Krankenhäuser, Fabriken, Marsmissionen oder SmartCities sind kein Selbstzweck IT-Ökosysteme enthalten erhebliche Software-Anteile Ziel des Projekts ruleIT: Software methodisch entwickeln Anforderungen interaktiv mit Stakeholdern erheben Dynamische Anforderungen verlässlich umsetzen Mit Regeln regeln Reibungsloses Zusammenspiel der Elemente gewährleisten Autonomie in einem IT-Ökosystem wahren Mit Regeln beherrschbar halten Dabei beachten Nicht jede Detailanforderung muss auch in eine Regel einfließen Infrastruktur und Devices müssen auf Regeln u. aktive Steuerung vorbereitet werden 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Zielsetzung und Lösungsansatz (2/2) Software im IT-Ökosystem zur Infrastruktur hinzugefügt, agiert autonom. ruleIT systematisiert die SW-Entwicklung IT-Ökosystem spezifizieren Requirements Elicitation Stakeholder Stakeholder im IT-Ökosystem mit Anforderungen Referenz für Nützlichkeit (vgl. LocCom) smart devices validieren Regeln ableiten verifizieren Verifikation von Komponenten gegen die Regeln Validierung Stakeholder reagieren auf Systemverhalten prüfen Infrastruktur für adaptive Systeme Regeln werden kontinuierlich überprüft 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Arbeits- und Projektplan Kooperation im Teilprojekt Erweiterung von traditionellen Requirements Engineering-, Entwurfs- und Prüfmethoden AP 2: Requirements Engineering und Validierung in IT-Ökosystemen (Schneider) Vage Vorstellungen der Stakeholder aufnehmen und systematisch zu Regeln überleiten IT-Ökosystem prüfen Infrastruktur smart devices Elicitation Regeln ableiten Stakeholder verifizieren validieren spezifizieren AP 5: Anwendungsdemonstrator „SmartFolk“ (Rausch, Rumpe, Schneider) zeigen, wie Regeln die Verlässlichkeit der SmartCity sicherstellen. AP 1: Konzept der Methode und einer Regelsprache (Rausch, Rumpe, Schneider) Domänenspezifische Sprache (DSLs) auf mehreren Ebenen, z.B. fachlich, technisch AP 4: Konstruktiv verifizierte Regeln im IT-Ökosystem (Rumpe) Eigenschaften und Auswirkungen von Komponenten teilweise vorab sichern und so dynamische Prüfung unnötig machen AP 3: Regel-basierte Modellierung und Evaluierung von Architekturen (Rausch) Methodik und regelbasierter Modellierungsansatz für Grobarchitekturen, die Überprüfung solcher Architekturregeln zur Laufzeit ermöglichen 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Beitrag zu den Forschungsgebieten FG1: Emergenz von Funktionen und Systemen Probleme ungeachtet ihrer Ursache (z.B. Emergenz) mit Regeln erkennen ruleIT-Methode: verlässliche Erfüllung der Anforderungen, um Dynamik zu beherrschen FG2: Erweiterung traditioneller Spezifikations-, Entwurfs- und Validierungsmethoden „System möglichst vollständig spezifizieren, verifizieren, validieren“ ist hier nicht möglich Anforderungen in Regeln fassen, zur Laufzeit fortlaufend prüfen und durch Feedback validieren FG3: Adaptive System-Infrastrukturen In ruleIT wird keine eigenständige System-Infrastruktur entwickelt Bestehende Infrastruktur um Regelungs- und Steuerungsmechanismen erweitern FG4: Selbstadaptierende und garantierte Qualitätseigenschaften Semantische Information in Modellen für Korrektheitsnachweise einsetzen („proof-carrying rules“) Diese betreffen funktionale, zeitliche und andere Qualitätseigenschaften des Systems AIM (Goltz) System Eng. LocCom (Nejdl, Beigl) Benutzer, Kontext AIM (Adámek) Verifikation 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Beitrag zum Anwendungsgebiet Smart City Komponente SmartFolk als Beispiel Software-intensiver Begleiter für Bewohner der SmartCity greift auf Informationsdienste und Sensoren zu Software-Entwicklung für SmartFolk und Infrastruktur Methode in ruleIT entwickelt Macht SmartCity nützlich und zuverlässig für Benutzer und Betreiber Demonstrator verdeutlicht Methode von ruleIT an SmartFolk wird mit Anwendungsgebiet SmartCity abgestimmt in den übergreifenden Demonstrator integriert. SmartFolk Rat: „Erst zum Finanzamt“ 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Weiterführende Fragestellungen für einen SFB Weitere Aspekte der Softwareentwicklung Über Nützlichkeit und Zuverlässigkeit hinaus Zeit- und Kosteneinhaltung, Planbarkeit Varianten von Methoden und Prozessen Regeln im größeren Kontext Leicht-gewichtige, agile und evolutionäre Ansätze Adaptive Software-Entwicklung Tiefer in die Anwendungsdomänen Über die SmartCity hinaus Detaillierung von IT-Service-Prozessen Spezialisierung auf Sub-Domänen und Werkzeuge Regeln 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Zusammenfassung IT-Ökosystem enthält viel Software Software ist neuartig und adaptiv muss trotzdem systematisch entwickelt und eingesetzt werden Hier zunächst im Fokus: Nützlichkeit und Zuverlässigkeit Traditionelles Software Engineering reicht dafür nicht aus Wir schlagen Regeln vor – und setzen sie auf neuartige Weise ein Herausforderung Requirements: herausfinden, formulieren, validieren Herausforderung Modellierung: beschreiben, verifizieren Herausforderung Infrastruktur: Regeln ausführen, prüfen, reagieren Ein ehrgeiziges Unterfangen! Wir sind sehr gut aufgestellt, um die Fragen anzugehen. Regeln 12.11.2008 NTH-School für IT-Ökosysteme - Forschungsprojekt ruleIT: Regelmodellierte Nützlichkeit und Verlässlichkeit von veränderlichen IT-Ökosystemen

Cartoon by Peter Steiner. The New Yorker, July 5, 1993 issue (Vol Cartoon by Peter Steiner. The New Yorker, July 5, 1993 issue (Vol.69 (LXIX) no. 20) page 61