Automating System-Level Data-Interchange Software Through a System Interface Description Language

Les plates-formes d'aujourd'hui, telles que les simulateurs de missions (FMS), présentent un niveau sans précédent d'intégration de systèmes matériels et logiciels. Dans ce contexte, les intégrateurs de systèmes sont confrontés à une hétérogénéité d'interfaces système qui doivent être alignées et reliées ensemble afin de fournir les capacités prévues d'une plate-forme. Le seul aspect des échanges de données système est problématique allant de données désalignées jusqu'à des environnements multi-architecturaux utilisant différents types de protocoles de communication. Les intégrateurs sont également confrontés à des défis similaires lors de l'interaction de multiples plates-formes ensemble à travers des environnements de simulation distribuée où chaque plate-forme peut être considérée comme un système avec sa propre interface distincte. D'autre part, permettre la réutilisation de système à travers diverses plates-formes en support aux gammes de produits est un défi pour les fournisseurs de systèmes, car ils doivent adapter leurs interfaces système à des plates-formes hétérogènes faisant donc face aux mêmes difficultés que les intégrateurs. En outre, l'introduction de modifications aux interfaces système afin de répondre aux besoins tardifs d'affaires, ou à des contraintes de performance imprévues, par exemple, est d'autant plus ardue que leurs impacts sont difficiles à prévoir et que leurs effets sont souvent décelés tard dans le processus d'intégration. En conséquence, cette thèse aborde la nécessité de simplifier l'intégration et l'interopérabilité système afin de réduire leurs coûts associés et d'accroître leur efficacité ainsi que leur efficience. Elle est destinée à apporter de nouvelles avancées dans les domaines de l'intégration système et de l'interopérabilité système. Notamment, en établissant une taxonomie commune, et en augmentant la compréhension des interfaces système, des divers aspects impactant les échanges de données système, des considérations des environnements multi-architecturaux, ainsi que des facteurs permettant la gouvernance d'interface ainsi que de la réutilisation système. À cette fin, deux objectifs de recherche ont été formulés. Le premier objectif vise à définir un langage utilisé pour décrire les interfaces système et les divers aspects entourant leurs échanges de données. Par conséquent, trois aspects principaux sont étudiés relatifs aux interfaces système: les éléments de langage pertinents utilisés pour les décrire, la modélisation des interfaces système avec ce langage, et la capture des considérations multi-architecturales. Le second objectif vise à définir une méthode pour automatiser le logiciel responsable des échanges de données système comme moyen pour simplifier les tâches impliquées dans l'intégration et l'interopérabilité système. Par conséquent, les compilateurs de modèles et les techniques de génération de code sont étudiés. La démonstration de ces objectifs apporte de nouvelles avancées dans l'état de l'art de l'intégration système et de l'interopérabilité système. Notamment, ceci culmine en un nouveau langage de description d'interface système, SIDL, utilisé pour capturer les interfaces système et les divers aspects entourant leurs échanges de données, ainsi qu'en une nouvelle méthode pour automatiser le logiciel d'échange de données au niveau système à partir des interfaces systèmes capturées dans ce langage. L'avènement de SIDL contribue également une nouvelle taxonomie fournissant une perspective complète sur l'interopérabilité système ainsi qu'en un langage commun qui peut être partagé entre les parties prenantes, tels que les intégrateurs, les fournisseurs et les experts système. Étant agnostique aux architectures, SIDL fournit un seul point de vue architectural supervisant toutes les interfaces système et capture les considérations multi-architecturales ce qui n'a jamais été réalisé avant ce travail. D'autant plus, un générateur de code SIDL est introduit présentant la nouveauté de générer le logiciel d'échange de données à partir d'un bassin plus riche d'information, notamment à partir des relations système de haut niveau allant jusqu'au bas niveau couvrant les détails protocolaires et d'encodage. En raison des considérations multi-architecturales qui sont capturées nativement dans SIDL, ceci permet au générateur de code d'être agnostique aux architectures le rendant réutilisable dans d'autres contextes. Cette thèse ouvre également la voie à de futures recherches bâtissant sur ses contributions. Elle propose même une vision pour le développement d'applications logicielles avec comme objectif final de repousser encore plus loin les limites de la simplification et de l'automatisation des tâches liées à l'intégration et à l'interopérabilité système.

Abstract

Today's platforms, such as full mission simulators (FMSs), exhibit an unprecedented level of hardware and software system integration. In this context, system integrators face heterogeneous system interfaces which need to be aligned and interconnected together in order to deliver a platform's intended capabilities. The sole aspect of the data systems exchange is problematic ranging from data misalignment up to multi-architecture environments over varying kinds of communication protocols. Similar challenges are also faced by integrators when interoperating multiple platforms together through distributed simulation environments where each platform can be seen as a system with its own distinct interface. On the other hand, enabling system reuse across multiple platforms for product line support is challenging for system suppliers, as they need to adapt system interfaces to heterogeneous platforms therefore facing similar challenges as integrators. Furthermore, the introduction of system interface changes in order to respond to late business needs, or unforeseen performance constraints for instance, is even more arduous as impacts are challenging to predict and their effect are often found late into the integration process. Consequently, this thesis tackles the need to simplify system integration and interoperability in order to reduce their associated costs and increase their effectiveness along with their efficiency. It is meant to bring new advances in the fields of system integration and system interoperability. Notably, by establishing a common taxonomy, and by increasing the understanding of system interfaces, the various aspects impacting system data exchanges, multi-architecture environment considerations, and the factors enabling interface governance as well as system reuse. To this end, two research objectives have been formulated. The first objective aims at defining a language used to describe system interfaces and the various aspects surrounding their data exchanges. Therefore, three key aspects are studied relating to system interfaces: the relevant language elements used to describe them, modeling system interfaces with the language, and capturing multi-architecture considerations. The second objective aims at defining a method to automate the software responsible for system data exchanges as a way of simplifying the tasks involved in system integration and interoperability. Therefore, model compilers and code generation techniques are studied. The demonstration of these objectives brings new advances in the state of the art of system integration and system interoperability. Notably, this culminates in a novel system interface description language, SIDL, used to capture system interfaces and the various aspects surrounding their data exchanges, as well as a new method for automating the system-level data-interchange software from system interfaces captured in this language. The advent of SIDL also contributes a new taxonomy providing a comprehensive perspective over system interoperability as well as a common language which can be shared amongst stakeholders, such as integrators, suppliers, and system experts. Being architecture-agnostic, SIDL provides a single architectural viewpoint overseeing all system interfaces and capturing multi-architecture considerations which was never achieved prior to this work. Furthermore, a SIDL code generator is introduced which has the novelty of generating the data-interchange software from a richer pool of information, notably from the high-level system relationships down to the low-level protocol and encoding details. Because multi-architecture considerations are captured natively in SIDL, this enables the code generator to be architecture-agnostic making it reusable in other contexts. This thesis also paves the way for future research building upon its contributions. It even proposes a vision for software application development with the end goal being to push further the boundaries of simplifying and automating the tasks involved in system integration and interoperability.