Model-based enterprise information system design: a SysML-based approach

Abstract

Evidently, system architecture design is a complex process involving different stakeholders and concerns. When designing Enterprise Information Systems (EISs), both software and network infrastructure architecture should be designed in parallel, ensuring system efficiency, as they are interrelated.Systems Modeling Language (SysML), initiated by the International Council on Systems Engineering (INCOSE) and the Object Management Group (OMG), is commonly used to support model-based system design. INCOSE is a not-for-profit membership organization that promotes integration and interoperability of methods and tools.Managing design requirements, when composing systems or System of Systems (SoS), is a complex task, as they should be adapted during system evolution. A systematic review and classification of requirements is necessary in order to reclaim them in the evaluation process.Hence, Non-functional Requirements (NFRs), such as performance ones, should be focused during EIS architecture design, since their key role in system efficiency. The scope of this research is to provide a model-based approach for EIS architecture design,utilizing SysML as a modeling language. To this end, the system designer is provided with alternative views, focusing software and hardware architecture and facilitating NFRs verification via the definition of a corresponding EIS SysML profile.Although SysML provides support for requirements specification, corresponding tools lacked an automated requirements verification process. This thesis presents an integrated design environment, not only capable of defining alternative EIS architectures, but also enabling architectural evaluation using simulation. Simulation results are integrated with thesystem model enabling automated NFR verification process.Finally, the proposed approach has been successfully tested in other domains such transportations and cost-analysis in the cloud.

Η σχεδίαση της αρχιτεκτονικής των συστημάτων είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, στην οποία υπάρχουν πολλοί εμπλεκόμενοι και διάφορετικά θέματα ενδιαφέροντος. Όταν σχεδιάζουμε Εταιρικά Πληροφοριακά Συστήματα (ΕΠΣ) θα πρέπει να σχεδιάζουμε παράλληλα την αρχιτεκτονική του λογισμικού και του δικτύου, μιας και σχετίζονται άμεσα μεταξύ τους, με σκοπό να διασφαλιστεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος.Η SysML, η οποία έχει προταθεί από την INCOSE και το OMG, είναι μια ευρέως αποδεκτή γλώσσα μοντελοποίησης η οποία υποστηρίζει πλήρως τη μοντελοεντρική σχεδίαση συστημάτων. Η INCOSE είναι ένας μη-κερδοσκοπικός οργανισμός ο οποίος υποστηρίζει τη διασύνδεση και τη διαλειτουργικότητα μεθόδων και εργαλείων, όσον αφορά τη σχεδίαση συστημάτων.Η διαχείριση των απαιτήσεων κατά τη σύνθεση συστημάτων αποτελούμενα από υποσυστήματα SoS, είναι επίσης μια πολύπλοκη διαδικασία. Οι απαιτήσεις συγκεντρώνονται και αναπροσαρμόζονται κατά τη διάρκεια όλων των φάσεων της εξέλιξης του συστήματος κι αυτό κάνει ακόμη πιο δύσκολη τη διαδικασία της διαχείρισής τους. Για το λόγο αυτό απαιτείται μια συστηματική μελέτη και ταξινόμηση των απαιτήσεων, ώστε να είναι εφικτή η αξιοποίησή τους κατά τη διαδικασία της αποτίμησης. Ως εκ τούτου, κατα τη σχεδίαση της αρχιτεκτονικής του συστήματος πρέπει να δωθεί έμφαση στις Μη-Λειτουργικές απαιτήσεις(ΜΛΑ), όπως για παράδειγμα αυτές που σχετίζονται με την απόδοση, μιας και αυτές παίζουν καθοριστικό ρόλο στην αποτελεσματικότητα του συστήματος.Ο σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η παροχή μιας μοντελο-κεντρικής προσέγγισης για τη σχεδίαση της αρχιτεκτονικής των ΕΠΣ αξιοποιώντας σαν γλώσσα μοντελοποίησης τη SysML. Για το σκοπό αυτό, ο σχεδιαστής του συστήματος εφοδιάζεται με εναλλακτικές όψεις του συστήματος, οι οποίες εστιάζουν στην αρχιτεκτονική του λογισμικού και του υλικού και διευκολύνουν την επαλήθευση των ΜΛΑ. Αυτό επιτυγχάνεται με τον ορισμό ενός προφιλ ΕΠΣ στη SysML.Παρόλο που η SysML υποστηρίζει την έννοια των απαιτήσεων, στα σχετικά σχεδιαστικά εργαλεία λείπει ένας αυτοματοποιημένος μηχανισμός επαλήθευσης των απαιτήσεων. Η διατριβή παρουσιάζει ένα ολοκληρωμένο σχεδιαστικό περιβάλλον, στο οποίο όχι μόνο είναι δυνατόν να οριστούν εναλλακτικές αρχιτεκτονικές του συστήματος , αλλά επίσης μπορούν να αποτιμηθούν χρησιμοποιώντας προσομοίωση. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ενσωματώνονται στο μοντέλο του συστήματος και με αυτόν τον τρόπο γίνεται εφικτή η διαδικασία της αυτοματοποιημένης επαλήθευσης των ΜΛΑ.Εν τέλει, η προτεινόμενη προσέγγιση εφαρμόστηκε επιτυχώς σε και σε άλλα πεδία όπως οι μεταφορές και η ανάλυση κόστους στο cloud.