TY - THES A1 - Beyer, Dirk T1 - Formale Verifikation von Realzeit-Systemen mittels Cottbus Timed Automata N2 - Die Konstruktion eingebetteter Systeme, die starke Realzeit-Anforderungen zu erfüllen haben, wird in den verschiedensten Anwendungsbereichen immer bedeutsamer, z. B. in der Medizin, der Transporttechnik oder der Produktionsautomatisierung. Formale Methoden unterstützen die fehlerarme Entwicklung solcher Systeme, weil sie auf einer präzisen mathematischen Grundlage aufbauen. Der Autor entwickelt einen geeigneten Modellierungsformalismus und effiziente Verifikationsverfahren für den Einsatz einer formalen Methode. Durch die Einführung eines Modulkonzepts wird die Modellierung auch großer Realzeit-Systeme systematisch unterstützt. Für die Verifikation werden effiziente BDD-basierte Algorithmen verwendet, wobei auch das Problem des Findens guter BDD-Variablenordnungen gelöst wird. Es werden sowohl Erreichbarkeitsanalyse als auch Verfeinerungsanalyse unterstützt. Die Praktikabilität der Ansätze zur Modellierung und Verifikation werden in verschiedenen Fallstudien aus den Bereichen der reaktiven Systeme und der Kommunikationsprotokolle demonstriert. N2 - The construction of embedded systems which have to fulfill hard real-time requirements is becoming more and more important in various application areas, e. g. in medicine, in transport technology, or in production automation. Formal methods support the development of faultless systems because they use a precise mathematical basis. The author developed a suitable modelling formalism and efficient verification methods to enable the application of a formal method. Due to the module concept introduced in the thesis, the modelling of large systems is supported systematically. For the verification efficient BDD-based algorithms are used, and the problem of finding good BDD variable orderings is solved. Reachability analysis as well as refinement checking are provided. The practicability of the approaches for modelling and verification is demonstrated by presenting various case studies from the application areas of reactive systems and protocol engineering. KW - Verteiltes System KW - Verifikation Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000258 ER - TY - THES A1 - Simon, Frank T1 - Meßwertbasierte Qualitätssicherung - ein generisches Distanzmaß zur Erweiterung bisheriger Softwareproduktmaße N2 - In dieser Arbeit werden neue Ansätze zur meßwertbasierten Qualitätssicherung von Softwareprodukten für praxisrelevante Systemgrößen beschrieben. Dies umfaßt Hilfen zur spezifischen Definition von Qualität, Prozesse zur Qualitätssicherung, Werkzeugunterstützung sowie die Identifikation von Problemen bei der Anwendung vieler bisheriger Softwaremaße. Die pragmatische Anwendung der Meßtheorie erlaubt eine Erweiterung in Form eines auf Ähnlichkeiten zwischen Softwareelementen basierenden generischen Distanzmaßes. Dessen unterschiedliche Instanziierungen ermöglichen die automatische, anpaßbare Gruppierung von Elementen, sowie die ausdrucksstarke, ausschließlich durch Meßwerte bestimmte Softwarevisualisierung. Die ebenfalls in dieser Arbeit wiedergegebene empirische Arbeit, in der die Effizienz und Effektivität dieses Ansatzes mehrfach belegt wird, demonstriert die mögliche Bedeutung der meßwertbasierten Qualitätssicherung bei der Analyse großer Systeme. N2 - In this work new concepts for the metrics based quality assurance of large software systems are presented. This includes techniques for defining quality, processes for quality assurance, tool support and identification of problems when applying state-of-the-art software metrics. The pragmatic application of measurement theory allows an extension that is based on a special similarity measure for software elements. The application of this metric in different ways allows for automatic and adjustable grouping of software elements and the powerful software visualisation that is based on metric values only. The empirical work, which is also presented, shows the efficiency and effectivity of the new approach and demonstrates the potential importance of the metrics based quality assurance for the analysis of large software systems. KW - Softwareentwicklung KW - Qualitätssicherung KW - Qualitätssteigerung KW - Softwaremetrie KW - Softwarequalität KW - Softwarevermessung KW - Softwaremaße KW - Softwarewartung Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000124 ER - TY - THES A1 - Steinbrückner, Frank T1 - Consistent Software Cities : supporting comprehension of evolving software systems T1 - Consistent Software Cities : ein Ansatz zur entwicklungsbegleitenden Visualisierung von Softwaresystemen N2 - Software visualization is a field of software engineering which aims at providing visual representations of software systems or particular aspects thereof. Numerous approaches for the visualization of software systems have been developed during the last decades. Software cities denote one particular kind of software visualizations that adopts the city metaphor for depicting software systems as virtual cities. Due to their high expressiveness and effectiveness software cities are mainly used for program comprehension tasks, during reverse engineering, and in quality analysis scenarios. Software systems evolve. They are steadily enhanced to provide new product functions, corrected to fix defects, or adapted to changed system environments. Software cities, as proposed today, do not take this evolutionary character of software systems into account. The evolution of software systems, i.e. changes to their internal structure and other characteristics, can easily disrupt the overall software city structure and thus yield very inconsistent visualizations for evolving software systems. The interpretation of these evolving software cities may be error-prone and time-consuming. In this thesis we propose a new software city approach that is based on the observation that real cities often reveal their evolution insofar as they contain e.g. historic centers or satellite cities. Analogous patterns, however, cannot be found in software cities which is an astonishing divergence. We claim that by preserving historical structures and carefully expanding software cities during software evolution, i.e. by spatializing software evolution, we obtain highly expressive, effective, and consistent software cities which support a broader range of application scenarios than the current state of the field. The main contribution of this thesis is a new layout approach for software cities, which explicitly takes evolution into account. Its effects are twofold: First, evolution becomes directly visible in the software city structure in the form of specific geographic patterns that each depicts particular evolutionary phenomena. The resulting increased expressiveness allows for supporting new application scenarios which are evaluated for several example systems. Second, software evolution does no longer disrupt the overall software city structure. Instead, the software cities evolve smoothly during system evolution, which allows for using them during ongoing system development and maintenance. The high consistency of this approach is confirmed in an empirical evaluation. N2 - In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche, teils sehr unterschiedliche Ansätze für die Visualisierung von Softwaresystemen vorgestellt. Softwarestädte sind ein spezieller Visualisierungsansatz, in dem Strukturen und Eigenschaften von Softwaresystemen in Form virtueller Städte dargestellt werden können. Aufgrund ihrer hohen Ausdruckskraft und Effektivität werden Softwarestädte hauptsächlich zur Programmanalyse, insbesondere während Reverse-Engineering Aktivitäten und in der Softwarequalitätsanalyse eingesetzt. Ein wesentliches Problem bisheriger Ansätze liegt in der Instabilität von Softwarestädten gegenüber Softwareänderungen. Selbst kleinste Änderungen an Softwaresystemen können schnell zu gravierenden strukturellen Änderungen der sie repräsentierenden Softwarestädte führen. Die dabei entstehenden Inkonsistenzen der Visualisierungen verschiedener Versionsstände erschweren die Interpretierbarkeit, insbesondere die Nachverfolgbarkeit von Softwareänderungen, und verstärken somit das Risiko von Fehlinterpretationen. Ein entwicklungsbegleitender Einsatz von Softwarestädten mit dem Ziel der kontinuierlichen Überwachung und frühzeitigen Erkennung von Entwicklungsproblemen wird somit erschwert. Während sich in realen Städten im Verlauf ihrer Entwicklung typische Strukturen, wie z.B. historische Stadtkerne oder Vorstädte, herausbilden, lassen sich analoge Muster in bisherigen Softwarestädten nicht finden. Gerade auch in Softwarestädten lassen sich durch die Erhaltung historischer Strukturen jedoch ausdrucksstarke, effektive und vor allem konsistente Visualisierungen formen. In dieser Arbeit wird daher ein neuer Ansatz für die Visualisierung von Softwaresystemen als Softwarestädte vorgestellt, in dem die Entwicklungshistorie von Softwaresystemen berücksichtigt, die Strukturen in Softwarestädten erhalten und ihr entwicklungsbegleitender Einsatz somit ermöglicht wird. Der Hauptbeitrag der Arbeit ist ein neuer Ansatz für die Visualisierung dynamischer hierarchischer Strukturen. Angewandt auf Softwarestädte hat dieser Ansatz gegenüber bisherigen Ansätzen zwei wesentliche Vorteile: Zum einen wird Evolution direkt sichtbar in Form bekannter städtischer Strukturen, die jeweils ein spezifisches Entwicklungsmuster repräsentieren. Wie im Verlauf der Arbeit gezeigt wird, ermöglicht die sich daraus ergebende erhöhte Ausdruckskraft der Visualisierungen die Unterstützung neuer Analyseszenarien. Zum anderen zerstören Softwareänderungen nicht mehr die grundlegende Struktur der Softwarestädte, wodurch insbesondere ihr entwicklungsbegleitender Einsatz mit dem Ziel der kontinuierlichen Projektüberwachung ermöglicht wird. KW - Informationstechnik KW - Stadtentwicklung KW - Virtuelle Realität KW - Rechnernetz KW - Softwarestädte KW - Softwarevisualisierung KW - Software cities KW - Software visualization Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28078 ER - TY - THES A1 - Noack, Andreas T1 - Unified quality measures for clusterings, layouts, and orderings of graphs, and their application as software design criteria T1 - Einheitliche Gütemaße für Clusterings, Layouts und Orderings von Graphen, und deren Anwendung als Software-Entwurfskriterien N2 - How good is a given graph clustering, graph layout, or graph ordering --specifically, how well does it group densely connected vertices and separate sparsely connected vertices? How good is a given software design -- specifically, how well does it minimize the interdependence of the subsystems? This work introduces and validates simple and uniform measures for these two properties. Together with existing optimization algorithms, the introduced measures enable the automatic computation e.g. of communities in social networks and of design flaws in software systems. The first part derives, validates, and unifies quality measures for graph clusterings, graph layouts, and graph orderings, with the following results: - Identical quality measures can be applied to clusterings, layouts, and orderings; this enables the computation of consistent clusterings, layouts, and orderings. - Diverse existing and new measures can be unified into few general measures; this facilitates their comparison and validation. - Many existing measures are biased towards certain clusterings, layouts, or orderings, even for graphs without particularly dense or sparse subgraphs, and thus do not (only) measure quality in the above sense. - For example graphs, the minimization of new, unbiased (or weakly biased) measures reveals nonobvious groups, e.g. communities in social networks, subject areas in hypertexts, or closely interlocked countries in international trade. The second part derives, validates, and unifies dependency-based indicators of software design quality. It applies two quality measures for graph clusterings as measures for the coupling of software subsystems -- specifically for the coupling indicated by common changes and for the coupling indicated by references -- and shows: - The measures quantify the dependency-caused development costs, under well-defined simplifying assumptions. - The minimization of the measures conforms to existing dependency-related design principles (like locality of change, acyclicity of references, and stability of references), design rules, and design patterns. - For example software systems, the incremental minimization of the measures reveals nonobvious design flaws, like the distribution of coherent responsibilities over several subsystems, or references from low-level to high-level subsystems. In summary, this work shows that - simple measures can suffice to capture important aspects of graph clustering quality, graph layout quality, graph ordering quality, and software design quality, and - the optimization of simple measures can suffice to detect nonobvious and often useful structure in various real-world systems. N2 - Wie gut ist ein Graph-Clustering, Graph-Layout oder Graph-Ordering -- insbesondere, wie gut gruppiert es dicht verbundene Knoten? Wie gut ist ein Software-Entwurf -- insbesondere, wie gut minimiert er die Abhängigkeiten zwischen Subsystemen? Für diese beiden Eigenschaften definiert und validiert die vorliegende Arbeit einfache und einheitliche Maße. Zusammen mit existierenden Optimierungsalgorithmen ermöglichen diese Maße die automatische Entdeckung z.B. von kohäsiven Communities in sozialen Netzwerken und von Entwurfsfehlern in Software-Systemen. Der erste Teil definiert, validiert und vereinheitlicht Gütemaße für Graph-Clusterings, Graph-Layouts und Graph-Orderings, mit folgenden Ergebnissen: - Identische Gütemaße können auf Clusterings, Layouts und Orderings angewendet werden. Dies ermöglicht die Berechnung von konsistenten Clusterings, Layouts und Orderings. - Viele existierende und neue Gütemaße können zu wenigen allgemeinen Maßen vereinheitlicht werden; dies erleichtert ihren Vergleich und ihre Validierung. - Viele existierende Maße messen nicht (nur) Güte im obigen Sinne, da sie selbst für Graphen ohne ungewöhnlich dichte oder dünne Teilgraphen bestimmte Clusterings, Layouts oder Orderings bevorzugen. - Durch Optimierung verbesserter Maße lassen sich nicht-offensichtliche Gruppen in vielen realen Systemen finden, z.B. Communities in sozialen Netzwerken, Themengebiete in Hypertexten, und Integrationsräume in der Weltwirtschaft. Der zweite Teil definiert, validiert und vereinheitlicht abhängigkeitsbasierte Indikatoren für Software-Entwurfsqualität. Er verwendet zwei Gütemaße für Graph-Clusterings als Maße für die Kopplung von Software-Subsystemen -- insbesondere für Kopplung, deren Symptom gemeinsame Änderungen sind und für Kopplung, deren Ursache Referenzen sind -- und zeigt: - Die Maße quantifizieren die durch Abhängigkeiten verursachten Entwicklungskosten, unter vereinfachenden Annahmen. - Die Optimierung der Maße impliziert anerkannte Entwurfsprinzipien (z.B. Lokalität von Änderungen, Azyklizität von Referenzen, und Stabilität von Referenzen), Entwurfsregeln und Entwurfsmuster. - Durch Optimierung der Maße lassen sich nicht-offensichtliche Entwurfsfehler finden, z.B. die Verteilung kohärenter Verantwortlichkeiten über mehrere Subsysteme, oder Referenzen von allgemeinen zu speziellen Subsystemen. Zusammenfassend zeigt die Arbeit, dass - einfache Maße ausreichen, um wichtige Aspekte der Qualität von Graph-Clusterings, Graph-Layouts, Graph-Orderings und Software-Entwürfen zu formalisieren, und - die Optimierung einfacher Maße ausreicht, um nicht-offensichtliche und nützliche Struktur in verschiedensten Systemen zu finden. KW - Softwareentwicklung KW - Graphische Darstellung KW - Computergraphik KW - Projektmanagement KW - Graph-Clustering KW - Graphenzeichnen KW - Wissensextraktion KW - Softwareentwurf KW - Refactoring KW - Graph clustering KW - Graph layout KW - Knowledge discovery KW - Software design KW - Refactoring Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4046 ER -