Ακαδ. Έτους 2005-06 Θέµατα ιπλωµατικών Εργασιών (Ακαδηµαϊκό έτος 2005-2006) Περιοχές 1. Σύγχρονες Τεχνολογίες του Software Engineering (Model Driven Development, UML, component based development, ) 2. Service Oriented Αρχιτεκτονικές, Web Services. 3. Σχεδιασµός και Ανάπτυξη κατανεµηµένων ενσωµατωµένων συστηµάτων Αυτοµατισµού και ελέγχου. 4. Σχεδιασµός και Ανάπτυξη Τηλεπικοινωνιακού Λογισµικού. 5. Κατανεµηµένα Ενσωµατωµένα Συστήµατα Πραγµατικού Χρόνου. 6. Ανάπτυξη Εκπαιδευτικού Λογισµικού. Θέµατα 1. Mechatronics Using current software engineering practices in Mechatronics. Στα πλαίσια του νέου παραδείγµατος για ανάπτυξη συστηµάτων Μηχανοτρονικής που προτείνεται στην παρακάτω εργασία. K. Thramboulidis, Model Integrated Mechatronics Towards a new Paradigm in the Development of Manufacturing Systems, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 1, No. 1. February 2005. 2. Χρήση της Real-Time Java στην ανάπτυξη ενσωµατωµένων συστηµάτων H Real-Time Java έχει ανοίξει το δρόµο για την χρησιµοποίηση της ισχυρής αυτής γλώσσας στην διαδικασία ανάπτυξης ενσωµατωµένων συστηµάτων µε απαιτήσεις πραγµατικού χρόνου. Σκοπός της εργασίας είναι η µελέτη και εξοικείωση µε την προδιαγραφή RTSJ και την J2ME (Java 2 Micro edition) και η ανάπτυξη µιας πιλοτικής εφαρµογής. Σαν πιλοτική εφαρµογή µπορεί να χρησιµοποιηθεί η ανάπτυξη µιας πλατφόρµας εκτέλεσης µιας συσκευής για συστήµατα ελέγχου και αυτοµατισµού. Η διπλωµατική αποτελεί συνέχεια διπλωµατικής που κατέληξε στην ανάπτυξη του RTSJ-AXE package (http://seg.ee.upatras.gr/mim/rtsj- AXEpackage.htm) του Archimedes System Platform και στην παρακάτω δηµοσίευση. K. Thramboulidis, A. Zoupas, Real-Time Java in Control and Automation: A Model Driven Development Approach, 10 th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, (ETFA 05), Catania, Italy, September 2005. Η διπλωµατική µπορεί να συσχετισθεί άµεσα µε project σε συνεργασία µε εταιρεία του εξωτερικού που ενδιαφέρεται άµεσα για την τεχνογνωσία που έχει αναπτυχθεί από την οµάδα. 3. Μεταφορά του πακέτου RTSJ-AXE στην πλατφόρµα της real-time Java που έχει υπό ανάπτυξη η Sun. Το RTSJ-AXE (http://seg.ee.upatras.gr/mim/rtsj-axepackage.htm) είναι ένα περιβάλλον εκτέλεσης εφαρµογών πραγµατικού χρόνου σε real-time Java που αναπτύχθηκε από την οµάδα στα πλαίσια του έργου Archimedes System Platform. Η παρούσα διπλωµατική εργασία έχει στόχο την µεταφορά (porting) του περιβάλλοντος αυτού στο σύστηµα real-time Java που έχει υπό ανάπτυξη η Sun. H διπλωµατική θα εκτελεστεί πάνω στον SUN Servers V280 που διατέθηκε στο Τµήµα από τον οργανισµό Αθήνα 2004. Software Engineering Group 1 3/1/2006 7:45 PM
4. Αξιοποίηση της τεχνολογίας Web Services στην ανάπτυξη ενσωµατωµένων συστηµάτων. Η διπλωµατική θα µελετήσει την δυνατότητα αξιοποίησης της τεχνολογίας των web services στην κατηγορία των ενσωµατωµένων συστηµάτων. Θα προτείνει και θα στήσει ένα περιβάλλον όπου θα επιδείξει µέσα από ένα παράδειγµα την εφαρµοσιµότητα του εγχειρήµατος. Μια παραλλαγή της διπλωµατικής µπορεί να θεωρήσει σαν παράδειγµα εφαρµογής τα ήδη αναπτυγµένα από την οµάδα περιβάλλοντα ανάπτυξης και εκτέλεσης εφαρµογών αυτοµατισµού (Archimedes και Corfu). Μια άλλη παραλλαγή της διπλωµατικής µπορεί να θεωρήσει σαν παράδειγµα εφαρµογής την διάθεση µέσα από web services υπηρεσιών δικτύου σε άµεση σχέση µε αντίστοιχο έργο ΠΕΝΕ που εκτελεί η οµάδα. 5. Αξιοποίηση της πλατφόρµας Eclipse για την ανάπτυξη στην ανάπτυξη ενσωµατωµένων συστηµάτων. Στόχος της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η ανάπτυξη εργαλείων µε την µορφή plug-ins του Eclipse για την υποστήριξη της model driven development τεχνικής στην διαδικασία ανάπτυξης ενσωµατωµένων συστηµάτων. Στην ουσία πρόκειται για µεταφορά του εργαλείου Archimedes ESS ή Corfu FBDK στην πλατφόρµα του Eclipse. 6. Scheduling διεργασιών στην real-time Java και στο Real-Time Linux. O χρονοπρογραµµατισµός των διεργασιών σε ένα λειτουργικό σύστηµα είναι πολύ σηµαντικό έργο. Ιδιαίτερη είναι η βαρύτητα του όταν πρόκειται για λειτουργικό σύστηµα πραγµατικού χρόνου και εφαρµογή πραγµατικού χρόνου. Ο σχεδιασµός που θα προκύψει για µια εφαρµογή θα πρέπει πρώτα να ελεγχθεί αν µπορεί να γίνει schedulable αν µπορεί δηλαδή να χρονο-προγραµµατισθεί µε τρόπο ώστε να ικανοποιεί όλους τους χρονικούς περιορισµούς. Εφαρµογή στα υπό ανάπτυξη συστήµατα Archimedes (http://seg.ee.upatras.gr/mim) και CORFU (http://seg.ee.upatras.gr/corfu ). 7. Σχεδιασµός και Ανάπτυξη εργαλείου που θα αυτοµατοποιεί την deployment process Μια σηµαντική διεργασία κατά την ανάπτυξη κατανεµηµένων συστηµάτων είναι η ανάθεση των συνθετικών της εφαρµογής στους επιµέρους κόµβους του δικτύου συσκευών στις οποίες η εφαρµογή θα εκτελεσθεί. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή σαν deployment process και παρά το γεγονός ότι περιγράφεται πολύ καλά στην βιβλιογραφία δεν υπάρχουν ακόµη διαθέσιµα εργαλεία που αυτοµατοποιούν την διαδικασία αυτή. Στόχος της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι ο σχεδιασµός και η ανάπτυξη ενός τέτοιου εργαλείου που θα «δένει» µε τα περιβάλλοντα Archimedes ESS ή Corfu FBDK για να υποστηρίξει την φάση του deployment. 8. Handling QoS in design level Σηµαντικό ρόλο στην διαδικασία του deployment διαδραµατίζουν τα χαρακτηριστικά της ποιότητας της αιτούµενης (required Quality of Service characteristics) εξυπηρέτησης από το κάθε συνθετικό του λογισµικού. Η διπλωµατική έχει στόχο να εξετάσει και να προτείνει τρόπους έκφρασης των χαρακτηριστικών αυτών στην φάση του σχεδιασµού και να προτείνει τις κατάλληλες επεκτάσεις σε περιβάλλοντα σχεδιασµού. Software Engineering Group 2 3/1/2006 7:45 PM
9. Modeling the system on which the application will be executed Για να εκτελεσθεί αποτελεσµατικά η διαδικασία του deployment είναι απαραίτητη η δηµιουργία του µοντέλου του συστήµατος πάνω στο οποίο θα εκτελεσθεί η εφαρµογή. Στόχος της διπλωµατικής είναι να εξετάσει τις state of the art προτάσεις προς την κατεύθυνση αυτή. Να υιοθετήσει την πλέον κατάλληλη για εφαρµογή σε ενσωµατωµένα συστήµατα και να προτείνει τον τρόπο ενσωµάτωσης της στην πλατφόρµα Archimedes ή Corfu. 10. Run-time reconfiguration σε real-time embedded systems Σαν Run-time reconfiguration είναι γνωστή η διαδικασία της αλλαγής της σύνθεσης µιας εφαρµογής κατά τον χρόνο εκτέλεσης της. Η διαδικασία αυτή έχει πολύ µεγάλο ενδιαφέρον όταν το σύστηµα στο οποίο θα εκτελεσθεί υπόκειται σε περιορισµούς πραγµατικού χρόνου (real-time constrains). Ένα περιβάλλον που υποστηρίζει τις βασικές λειτουργίες του run-time reconfiguration έχει αναπτυχθεί από την οµάδα µε πολύ καλά αποτελέσµατα K. Thramboulidis, A. Zoupas, Real-Time Java in Control and Automation: A Model Driven Development Approach, 10 th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, (ETFA 05), Catania, Italy, September 2005. G. Doukas, K. Thramboulidis, A Real-Time Linux Execution Environment for Function-Block Based Distributed Control Applications,3 nd IEEE International Conference on Industrial Informatics, Perth, Australia, August 2005, (INDIN 05). Στόχος της διπλωµατικής είναι να µελετήσει σε βάθος το θέµα, να προτείνει µια πλήρη λύση και προαιρετικά να επεκτείνει ένα από τα παραπάνω περιβάλλοντα προς την κατεύθυνση αυτή. 11. Validating System level Designs 12. ιαδικασία ανάπτυξης ενσωµατωµένων συστηµάτων σύµφωνα µε το βασισµένο σε µοντέλα παράδειγµα (Model Driven Development) To Model Driven Development παράδειγµα είναι ένα νέο παράδειγµα ανάπτυξης συστηµάτων που θα κυριαρχήσει στην περιοχή του λογισµικού και όχι µόνο, τα επόµενα χρόνια. Το παράδειγµα αυτό σε συνδυασµό µε την UML αποτελούν αναµφισβήτητα τα πλέον ισχυρά όπλα του Software Engineering προς την κατεύθυνση της αντιµετώπισης των πολλών προβληµάτων που υπάρχουν στην διαδικασία ανάπτυξης συστηµάτων. Το παράδειγµα έχει ήδη αξιοποιηθεί αποτελεσµατικά από την οµάδα Μηχανιστικής Λογισµικού (SEG - http://seg.ee.upatras.gr) στα πλαίσια του πλατφόρµας συστήµατος Archimedes (http://seg.ee.upatras.gr/mim) και του πλαισίου εργασίας CORFU (http://seg.ee.upatras.gr/corfu ). K. Thramboulidis and C. Tranoris, Developing a CASE Tool for Distributed Control Applications, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 24, Number 1-2, July 2004, pages 24-31, Springer-Verlag. K. Thramboulidis, D. Perdikis, S. Kantas, Model Driven Development of Distributed Control Applications, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer-Verlag, (forthcoming). K. Thramboulidis, Model Integrated Mechatronics Towards a new Paradigm in the Development of Manufacturing Systems, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 1, No. 1. February 2005. 13. Εφαρµογή της component based development τεχνικής στην ανάπτυξη ενσωµατωµένων συστηµάτων Μελέτη της τεχνολογίας component based development. Αξιολόγηση εργαλείων που την υποστηρίζουν. Ανάπτυξη πιλοτικής εφαρµογής. Παραλαγή της διπλωµατικής Software Engineering Group 3 3/1/2006 7:45 PM
µπορεί να ασχοληθεί µε την ανάπτυξη των κατάλληλων interpreters για την αξιοποίηση του παραδείγµατος στα πλαίσια των περιβαλλόντων Archimedes ESS ή Corfu FBDK. K. Thramboulidis, D. Perdikis, S. Kantas, Model Driven Development of Distributed Control Applications, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer-Verlag, (forthcoming). K. Thramboulidis, Model Integrated Mechatronics Towards a new Paradigm in the Development of Manufacturing Systems, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 1, No. 1. February 2005. 14. Αξιοποίηση του Aspect Oriented Programming στην ανάπτυξη ενσωµατωµένων συστηµάτων 15. SysML Η πρόταση για την επέκταση της UML προς την κατεύθυνση του System modeling. Αξιοποίηση της στην διαδικασία ανάπτυξης ενσωµατωµένων συστηµάτων. Μελέτη τρέχουσας κατάστασης, ανάπτυξη πιλοτικής εφαρµογής. 16. UML 2.0 στην ανάπτυξη Ενσωµατωµένων συστηµάτων H UML αποτελεί την πιο πρόσφατο πρότυπο προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης συστηµάτων που θα βασίζονται στο model driven paradigm. Θα εξετασθεί η τρέχουσα έκδοση 2.0 της UML και θα εξετασθεί η δυνατότητα της γλώσσας για ικανοποίηση των απαιτήσεων που τίθενται στα πλαίσια της ανάπτυξης Ενσωµατωµένων συστηµάτων. K. Thramboulidis, Using UML for Embedded Software and System Modeling, κεφάλαιο στο βιβλίο The Embedded Systems Handbook, editor Richard Zurawski, CRC Press. 17. Real-Time Linux στην ανάπτυξη ενσωµατωµένων συστηµάτων To ανοικτού κώδικα λειτουργικό σύστηµα Linux γνωρίζει όλο και µεγαλύτερη αποδοχή στην περιοχή των ενσωµατωµένων συστηµάτων. Στα πλαίσια της εργασίας θα µελετηθούν οι δυνατότητες που παρέχει καθώς και οι περιορισµοί που βάζει στην ανάπτυξη σε σχέση µε εµπορικές πλατφόρµες και θα αναπτυχθεί µέρος της πλατφόρµας εκτέλεσης για εφαρµογές πραγµατικού χρόνου (CORFU FBRT). Το CORFU FBRT αναπτύσσεται στα πλαίσια της ανάπτυξης περιβάλλοντος εκτέλεσης για εφαρµογές βασισµένες πάνω στην έννοια του Function Block. Κ.Thramboulidis, G. Doukas, T. Psegianakis, «An IEC-Compliant Field Device Model for Distributed Control Applications», 2 nd IEEE International Conference on Industrial Informatics, 24-26 June, Berlin, Germany, (INDIN 04). 18. UML 2.0 στην ανάπτυξη τηλεπικοινωνιακού λογισµικού H UML αποτελεί την πιο πρόσφατο πρότυπο προς την κατευθυνση της ανάπτυξης συστηµάτων που θα βασίζονται στο model driven paradigm. Θα εξετασθεί η τρέχουσα έκδοση της UML και θα εξετασθεί η δυνατότητα της γλώσσας για ικανοποίηση των απαιτήσεων που τίθενται στα πλαίσια της ανάπτυξης τηλεπικοινωνιακού λογισµικού. Αποτελεί συνέχεια διπλωµατικής εργασίας που ολοκληρώθηκε επιτυχώς και παρουσιάστηκε στο συνέδριο SoftCom 2003. (http://seg.ee.upatras.gr/ootcp) K. Thramboulidis, A. Mikroyannidis, Using UML for the Design of Communication Protocols: The TCP case study, International Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks (SoftCOM 2003) sponsored by IEEE, Dubrovnic, Croatia Oct. 2003. Software Engineering Group 4 3/1/2006 7:45 PM
19. Σχεδιασµός και ανάπτυξη πιλοτικής εφαρµογής ελέγχου βιοµηχανικής διεργασίας χρησιµοποιώντας την τεχνολογία των Function Blocks και το CORFU framework. Σκοπός της εργασίας είναι να αξιοποίηση την τεχνολογία των Function Blocks και το CORFU framework για να σχεδιάσει και δώσει µια πρωτότυπη υλοποίηση µιας πιλοτικής εφαρµογής ελέγχου βιοµηχανικής διεργασίας. Η εργασία θα εκτελεστεί σε συνεργασία µε βιοµηχανική µονάδα της περιοχής. Υπάρχει η δυνατότητα εκτέλεσης µέρους της εργασίας σε ερευνητικό κέντρο στην Γερµανία. K. Thramboulidis, Towards an Engineering Tool for Implementing Reusable Distributed Control Systems, ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, Vol. 28, Issue 5 (September 2003). 20. Σχεδιασµός και ανάπτυξη πιλοτικής εφαρµογής ελέγχου βιοµηχανικής διεργασίας χρησιµοποιώντας την τεχνολογία των Function Blocks και το Archimedes System platform. Σκοπός της εργασίας είναι να αξιοποίηση την τεχνολογία των Function Blocks και το CORFU framework για να σχεδιάσει και δώσει µια πρωτότυπη υλοποίηση µιας πιλοτικής εφαρµογής ελέγχου βιοµηχανικής διεργασίας. Η εργασία θα εκτελεστεί σε συνεργασία µε βιοµηχανική µονάδα της περιοχής. Υπάρχει η δυνατότητα εκτέλεσης µέρους της εργασίας σε ερευνητικό κέντρο στην Γερµανία. K. Thramboulidis, Model Integrated Mechatronics: An Architecture for the Model Driven Development of Mechatronic Systems, 2 nd IEEE International Conference on Mechatronics, pp. 497-502, Istanbul, Turkey 2004. 21. Χρήση της Real-Time CORBA στην ανάπτυξη κατανεµηµένων εφαρµογών αυτοµατισµού και ελέγχου. Η εµφάνιση της real-time επέκτασης στην Αρχιτεκτονική CORBA επιτρέπει πλέον την υιοθέτηση της ισχυρής και ευέλικτης αυτής αρχιτεκτονικής στην διαδικασία ανάπτυξης κατανεµηµένων εφαρµογών πραγµατικού χρόνου. Σκοπός της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η χρησιµοποίηση της Real-Time CORBA για τον σχεδιασµό και πρότυπη υλοποίηση του CORFU framework. To CORFU framework αναπτύσσεται από την οµάδα Τεχνολογίας Λογισµικού (Software Engineering Group) σαν µια υλοποίηση του πρότυπου IEC61499 που ορίζει τον τρόπο µε τον οποίο θα αναπτύσσονται στο µέλλον οι εφαρµογές Βιοµηχανικού Αυτοµατισµού (distributed control applications). Κ.Thramboulidis, G. Doukas, T. Psegianakis, «An IEC-Compliant Field Device Model for Distributed Control Applications», 2 nd IEEE International Conference on Industrial Informatics, 24-26 June, Berlin, Germany, (INDIN 04). 22. Ανάπτυξη Software tool που θα υποστηρίζει την εκπαιδευτική διαδικασία στον ταυτόχρονο προγραµµατισµό. Η κατανόηση των βασικών εννοιών του ταυτόχρονου προγραµµατισµού απαιτεί την χρήση κατάλληλων εκπαιδευτικών εργαλείων. Στόχος της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η µελέτη των διαθέσιµων εργαλείων αυτής της περιοχής και ο σχεδιασµός και η ανάπτυξη ενός νέου αντικειµενοστρεφούς περιβάλλοντος που θα βοηθάει τους εκπαιδευόµενους στην κατανόηση των βασικών εννοιών του ταυτόχρονου προγραµµατισµού όπως thread of control, mutual exclusion, deadlock, starvation, lockout, liveliness, κ.λ.π. αλλά και την επίδραση τους στην διαδικασία ανάπτυξης αξιόπιστων συστηµάτων. (http://seg.ee.upatras.gr/oocourse) Software Engineering Group 5 3/1/2006 7:45 PM
K. Thramboulidis, A Constructivism-based Approach to Teach Advanced Computing Concepts in Introductory Java Courses, Journal of Informatics Education and Research (forthcoming). 23. Χρήση της Real-time UML στο σχεδιασµό και ανάπτυξη συστήµατος πραγµατικού χρόνου (real-time system). H UML σηµειολογία έχει πλέον επικρατήσει σαν το αδιαφιλονίκητο πρότυπο που υποστηρίζει αποτελεσµατικά την διαδικασία ανάπτυξης συστηµάτων. Αναµφισβήτητα η εξοικείωση µε την UML αποτελεί ένα σηµαντικό εφόδιο για κάθε µηχανικό στην ανάπτυξη συστηµάτων. Η ευρεία εξάπλωση και επιτυχία της στην ανάπτυξη παραδοσιακών συστηµάτων είχε σαν αποτέλεσµα τη δηµιουργία µιας επέκτασης της σηµειολογίας για την κάλυψη των αναγκών ανάπτυξης συστηµάτων πραγµατικού χρόνου (Real-Time UML). Στόχος της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η µελέτη και εξοικείωση µε την Real-Time UML σηµειολογία και η χρήση της στον σχεδιασµό µιας µονάδας (ενσωµατωµένο σύστηµα) διασύνδεσης ετερογενών δικτύων (CORFU Interworking Unit) K. Thramboulidis, G. Doukas, A. Frantzis, «Towards an Implementation Model for FB-based Reconfigurable Distributed Control Applications», 7 th ΙΕΕΕ International Symposium on Object-oriented Real-time Distributed Computing, Vienna, Austria 2004. (ISORC 04) 24. Extreme Programming Πρόκειται για µια νέα πρόταση στην κατηγορία των µοντέλων κύκλου ζωής λογισµικού (software life cycle models). H εργασία έχει σαν αντικείµενο την µελέτη και κατανόηση του µοντέλου αυτού, την σύγκριση του µε τα παραδοσιακά µοντέλα και την εκπόνηση µιας µελέτης περίπτωσης στην διαδικασία ανάπτυξης ενός πραγµατικού προϊόντος. 25. Aspect Oriented Programming Μετά τον υιοθέτηση από την βιοµηχανία παραγωγής λογισµικού του αντικειµενοστρεφούς προγραµµατισµού και του προγραµµατισµού του βασισµένου σε συνιστώσες (component based development) και την αποκοµιδή από τις τεχνολογίες αυτές των πλεονεκτηµάτων που προσφέρουν, µια νέα τεχνολογία που ακούει στο όνοµα aspect oriented programming έχει αρχίσει να αναπτύσσεται ραγδαία. Σκοπός της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η µελέτη της υπάρχουσας κατάστασης, θεωρητικής υποδοµής αλλά και εργαλείων που υποστηρίζουν το νέο αυτό παράδειγµα και η εφαρµογή του στην ανάπτυξη ενός συστήµατος. Για περισσότερες πληροφορίες µπορείτε να επισκεφθείτε και συζητήσετε µε τους Κ. Θραµπουλίδη (thrambo@ee.upatras.gr) Γιώργο ούκα (gdoukas@ee.upatras.gr) Γιάννη Κουµούτσο (koumouts@ee.upatras.gr) Software Engineering Group 6 3/1/2006 7:45 PM