[論文レビュー] Black-box Integration of Heterogeneous Modeling Languages for Cyber-Physical Systems

Markus Look, Antonio Pérez+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2014

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 6被引用数 18

ひとこと要約

本稿では、サイバーフィジカルシステム、特にロボティクスを対象として、コンポーネントアンドコネクタアーキテクチャ、オートマトン、I/Oテーブル、クラス図、OCL、およびJava DSLの6つの異種なモデリング言語をモンティアーキアトムフレームワーク内に統合するブラックボックス統合手法を提示する。この手法により、既存の言語実装を変更せずにシームレスな相互運用性を実現し、複雑なロボットアプリケーションにおける解析およびコード生成のための完全なツールチェーン統合を達成する。

ABSTRACT

Robots belong to a class of Cyber-Physical Systems where complex software as a mobile device has to full tasks in a complex environment. Modeling robotics applications for analysis and code generation requires modeling languages for the logical software architecture and the system behavior. The MontiArcAutomaton modeling framework integrates six independently developed modeling languages to model robotics applications: a component & connector architecture description language, automata, I/O tables, class diagrams, OCL, and a Java DSL. We describe how we integrated these languages into MontiArcAutomaton a-posteriori in a black-box integration fashion.

研究の動機と目的

• サイバーフィジカルシステム、特にロボティクス分野で使用される複数の独立して開発されたモデリング言語の統合という課題に対処すること。
• コンポーネントアンドコネクタ記述、オートマトン、Java DSLなど、多様なモデリング言語間の相互運用性を実現すること。ただし、それらの実装を変更せずに。
• ロボティクスアプリケーションにおける解析およびコード生成を含むエンドツーエンドのソフトウェア工学ワークフローを支援すること。
• 言語固有のツールキットや意味論を保持しつつ、スケーラブルかつ拡張可能な統合フレームワークを提供すること。
• 複雑なサイバーフィジカルシステムの開発を促進するために、異種なモデリングアーティファクトを単一で整合性のある環境に統合すること。

提案手法

• 各既存のモデリング言語を独立した外部から呼び出せるコンポーネントとしてラップすることで、ブラックボックス統合を適用する。
• 異種なモデリング言語間での通信を可能にするために、標準化されたインターフェースとデータ交換フォーマットを定義する。
• モンティアーキアトム内の中央オーケストレーターを用いて、統合された言語間でのモデル変換および実行を調整する。
• OCLバリデーターやJavaコードジェネレータなどの既存ツールキットを、ソースコードを変更せずに活用する。
• 言語固有のツール間での意味論的一致性を、明確に定義された変換ルールおよびモデル交換プロトコルを通じて保証する。
• イベント駆動型の更新と変更の伝搬を用いて、統合された言語間での双方向同期およびモデルの進化をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の異種なモデリング言語を、そのソースコードを変更せずに1つのフレームワークに統合する方法は何か？
• RQ2 サイバーフィジカルシステムにおける独立して開発されたモデリングツール間で、シームレスな相互運用性を実現するためのアーキテクチャパターンは何か？
• RQ3 ブラックボックス統合は、個々のモデリング言語の完全な機能およびツールキットをどの程度保持できるか？
• RQ4 この統合アプローチは、ロボティクスアプリケーションにおけるエンドツーエンドの解析およびコード生成をどの程度支援できるか？
• RQ5 コンポーネントモデル、オートマトン、OCLといった多様なモデリングパラダイムを統合するにあたり、実際の課題と妥当なトレードオフは何か？

主な発見

• ブラックボックス統合アプローチにより、モンティアーキアトムフレームワーク内に、コンポーネントアンドコネクタ、オートマトン、I/Oテーブル、クラス図、OCL、およびJava DSLの6つの異種なモデリング言語が正常に統合された。
• 各言語のネイティブツールキット（バリデーション、コード生成、解析など）の完全な機能が、ソースコードの変更なしに保持された。
• フレームワークにより、統合された言語間でモデル変換、シミュレーション、コード生成を含むエンドツーエンドのモデル指向のソフトウェア工学ワークフローが可能になった。
• アーキテクチャの変更なしに、標準化されたインターフェースを介して新たなモデリング言語を追加可能であるため、スケーラビリティと拡張性が実証された。
• 単一で整合性のある環境内に論理的アーキテクチャと行動的側面を一貫してモデル化できるため、複雑なロボティクスアプリケーションの開発を支援できる。