FernUniversität - GH Hagen

FernUniversität - Gesamthochschule - Hagen
Fakultät Elektrotechnik
Datenverarbeitungstechnik 

Prof. Dr.-Ing. Bernd Krämer

Arbeitsschwerpunkte

Wir befinden uns heute im Zeitalter des Internet, der Multimediatechnik sowie eines enormen Erbes an Altsoftware. Das Internet und die zunehmende Zahl verteilter Infrastrukturen in Unternehmen und Organisationen haben gezeigt, wie ungeheuer schwierig es ist, verteilte Anwendungen mit einer Vielzahl autonomer und nebenläufig agierender Komponenten zu verwalten und ihr geregeltes Zusammenwirken zu gewährleisten. Multimedia-Anwendungen sind äußerst heterogen im Hinblick auf Datenformate, Ablaufsteuerungen und Entwurfsparadigmen, und sie stellen neue Anforderungen an Übermittlungsdienste, Protokolle und Dienstgüte. Organisationen und Unternehmen sehen es als immer schwieriger an, Hunderte von Altsystemen, auf die sie sich im täglichen Betrieb verlassen, zu pflegen und zu größeren Anwendungen zu integrieren. Immer mehr technische Systeme werden heute durch programmierbare elektronische Systeme überwacht, gesteuert und geregelt. Die Sicherheit der eingebetteten Software bestimmt dabei die Verläßlichkeit des jeweiligen Gesamtsystems entscheidend. Dem technologischen Trend, der Software in Komplexität und Sicherheitsrelevanz zunehmende Aufgaben zu übertragen, steht die mangelnde Akzeptanz strenger Nachweise der Softwaresicherheit entgegen.

Die Begriffe Interoperabilität, Entwurfsmuster, Kataloge wiederverwendbarer Multimediakomponenten, Reaktivität und Sicherheit mögen schlagwortartig die beiden Arbeitsgebiete verteilte Systeme und programmgesteuerte Ingenieuranwendungen mit Sicherheitsaufgaben, auf die sich die Softwaretechnik-Projekte des Lehrstuhls Datenverarbeitungstechnik konzentrieren, charakterisieren.

Projekte

ISI: Information Systems Interoperability (EU, DGIII)

Interoperabilität bezeichnet die Fähigkeit grundverschiedener Anwendungen, Betriebs- und Kommunikationssysteme miteinander verknüpfbar zu sein und sich wie eine Einheit zu verhalten. Interoperabilität schafft die Grundlage dafür, daß Anwender den Nutzen aus der Auswahl der jeweils besten Dienste, Informationsquellen und Verarbeitungskomponenten ziehen. Systeminteroperabilität befaßt sich mit den Besonderheiten der jeweiligen DV-Infrastruktur Daten auszutauschen und gegenseitig Dienste aufzurufen. Anwendungsinteroperabilität betrifft hingegen semantische Eigenschaften des Informationsaustausches und der gemeinsamen Nutzung von Anwendungsprogrammen zwischen interagierenden Systemen.

Das ISI-Projekt entwickelt Interoperabilitätskonzepte und -lösungen auf der Systemseite in den Bereichen Software-Architektur, Komponentenspezifikation und -Management bezogen auf Objektplattformen wie CORBA. Im Hinblick auf die Interoperabilität heterogener Anwendungen werden organisatorische Anforderungen einschließlich Rollen, Verantwortlichkeiten, Richtlinien, Organisationsformen und Geschäftsprozessen behandelt sowie Informationsmodelle und Maklerkonzepte entwickelt. Die wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Ergebnisse wurden in dem Buch ``Information Systems Interoperability'' zusammengetragen. In einem von mehreren Folgeprojekten wird derzeit versucht, die im ISI-Projekt entwickelte Idee zur Erweiterung von CORBA-Schnittstellenspezifikationen um Synchronisationsspezifikationen und entsprechenden Synchronisationskode zu einem Entwurfsmuster für andere Erweiterungen von Schnittstellenbeschreibungssprachen auszubauen.

EuropeMMM: Elektronisches Publizieren von Multimediawerken

(EU, Information Engineering)

Das Projekt befaßt sich mit verschiedenen Aspekten der elektronischen Veröffentlichung von Multimediawerken nach Maß, insbesondere für den Einsatz im Ausbildungsbereich. Das Geschäftsmodell des Projekts sieht vor, daß

• Lehrer und Dozenten Multimediawerke verschiedenster Machart aus geeigneten Katalogen wiederverwendbarer Komponenten auswählen und zu einheitlichen, auf ein bestimmtes Zielpublikum zugeschnittene Lehr- oder Informationseinheiten verknüpfen können,
• diese Materialien elektronisch verbreitet werden und
• Benutzer diese Informationseinheiten ihren lokalen und physischen Gegebenheiten angemessen präsentieren können.

   

Diese Aufgabe enthält eine Reihe softwaretechnischer Anforderungen, für die effektive Lösungen bisher noch ausstehen. Dazu gehören Konzepte zur Partitionierung, Parameterisierung, Rekombination und Anpassung von Multimediakomponenten an bestimmte Sprachen, Präsentationsformate und Vorlieben der Anwender. Dazu gehören Integrationsmodelle und -werkzeuge, die es ermöglichen, die Ergebnisse verschiedener Autorenwerkzeuge mit einer Vielzahl unvereinbarer Datenformate, Skriptsprachen, Ablaufsteuerungen und Entwurfsmodelle möglichst nahtlos zu integrieren und auf unterschiedlichen Plattformen lauffähig zu machen. Dazu gehören letztlich auch Entwurfsmuster und erweiterbare, herstellerunabhängige Konstruktions- oder Autorenwerkzeuge, die - anders als die meisten der gängigen Autorenwerkzeuge - ausgereifte Prinzipien der Softwaretechnik realisieren und den speziellen Anforderungen von Multimedia-Anwendungen gerecht werden. Ein Beispielkatalog wurde Ende des Jahres 1997 vorgestellt. Eine erweiterte Fassung wird zur Entwicklung einer Demonstrationsanwendung eingesetzt werden. Parallel dazu werden Vorkehrungen zur Berücksichtigung von Urheberrechten, zur Lizensierung und zur Abrechnung implementiert.

HOL-SPS: Software-Sicherheit in der Prozeßautomatisierung (intern)

Programmierbare Elektronische Systeme durchdringen immer mehr Bereiche unseres täglichen Lebens. Die Behörden sind derzeit bei der Abnahme ausschließlich programmgesteuerter Automatisierungssysteme mit Sicherheitsaufgaben jedoch noch äußerst zurückhaltend. Im allgemeinen werden noch keine sicherheitskritischen Systeme lizensiert, die Software nichttrivialer Komplexität beinhalten. Es gibt zwar schon eine Reihe bewährter Verfahren und Richtlinien, die für die Entwicklung und a-priori-Verifikation und -Validierung verläßlicher Software zur Steuerung sicherheitskritischer technischer Prozesse eingesetzt werden, jedoch können diese Maßnahmen beim derzeitigen technischen Stand die Korrektheit größerer Programme nicht mit mathematischer Strenge garantieren.

Ausgehend von der internationalen Norm IEC 1131-3 zu höheren Programmiersprachen für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) wird eine Verifikationsumgebung für SPS-Programme entwickelt. Konkrete Automatisierungsprogramme, die sich hierarchisch aus standardisierten und benutzerdefinierten Funktionsbausteinen zusammensetzen, werden in eine interne Automatendarstellung umgesetzt. Die Automaten implementieren Funktionen auf Strömen. Sie ermöglichen eine symbolische Ausführung der Automatisierungsprogramme zu Test- und Beweiszwecken im Rahmen des Isabelle/HOL-Systems. Die Anwendungsentwicklerin formalisiert Verhaltens- und Sicherheitsanforderungen in einer linearen temporalen Logik (LTL). Solche Anforderungsspezifikationen werden in LT-Prädikate, die auf Zuständen und Strömen operieren, transformiert, um mit Hilfe von Beweistaktiken und Entscheidungsprozeduren den formalen Nachweis der Einhaltung der Anforderungsspezifikation zu erbringen. Da die aus einer anwendungsspezifischen Standardbausteinebibliothek bezogenen Entwurfselemente einmal als korrekt und sicher bewiesen sind, können entsprechende Eigenschaften der jeweiligen Anwendung unter Rückgriff auf die Eigenschaften ihrer Komponenten effektiv nachgewiesen werden. Im Rahmen einer Dissertation wurde im Dezember 1997 eine Prototypumgebung für eine sichere Untermenge der IEC 1131-Sprachen fertiggestellt.

Formale Methoden für verteilte Systeme (intern)

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Eignung und Anwendbarkeit verschiedener Formalismen zur Spezifikation und Verifikation verteilter Systeme. Stärken und Schwächen solcher Methoden und zugrunde liegender Kalküle sollen anhand typischer Merkmale ausgewählter Anwendungsgebiete aufgezeigt werden. Schwächen einzelner Ansätze sollen durch geeignete Erweiterungen oder eine Kombination sich ergänzender Methoden ausgeglichen werden. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf BDDs und Prozeßkalkülen wie CCS oder dem Pi-Kalkül sowie Architekturbeschreibungssprachen für offene verteilte Systeme.

Veröffentlichungen

• B.J. Krämer, M.P. Papazoglou and H.-W. Schmidt (Eds.): Information Systems Interoperability. Research Studies Press (Wiley), Taunton, England, 1998
• B.J. Krämer:  Synchronization Constraints in Object Interfaces, in Information Systems Interoperability, 1998
• U. Steinmann, D.W Shearer: Reusing multimedia components - a catalogue implementation, in Advances in Information Technology: The Business Challenge, IOS Press, Amsterdam, November 1997.
• B.J. Krämer: A Case Study in Developing Complex Safety Critical Systems, in Hawaii International Conference on System Sciences, January 1997.
• N. Völker: Ein Rahmen für die Verifikation von SPS-Programmen in HOL. Dissertation am Fachbereich Elektrotechnik der FernUniversität, 1998.
• B.J. Krämer und N. Völker (Hrsg.): Safety-Critical Real-Time Systems. Kluwer Academic Publishers, 1997.
• B.J. Krämer und N. Völker: A Highly Dependable Computing Architecture for Safety-Critical Control Applications, Real-Time Systems, 13, 237-251, Kluwer Academic Publishers, 1997.
• B.J. Krämer, N. Völker, R. Lichtenecker, and H.-F. Kötter:  Deriving CORBA Applications from Formal Specifications, in Journal of Systems Integration, 1998
• D. Cooke, E. Demirörs, O. Demirörs, A. Gates, B.J. Krämer, and M.M. Tanik: Languages for the Specification of Software, Journal of Systems and Software, 32, 269-308, March 1996

   

Kontaktadresse:

Prof. Dr.-Ing. Bernd Krämer
FernUniversität - Gesamthochschule - Hagen
Fakultät Elektrotechnik
Datenverarbeitungstechnik
58084 Hagen
Tel.: (02331) 987-371, Fax: -375
bernd.kraemer@fernuni-hagen.de