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1 Lieferung 5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen für das BMBF-Projekt Modellgetriebene agile Entwicklung für mobile Anwendungen (ModAgile Mobile) Arbeitspaket AP 5 Begriffe und Werkzeuge des agilen MDD Arbeitspaketleitung FZI Förderkennzeichen 01IS11012A-C Projektleitung andrena objects AG Jochen Winzen Partner andrena objects ag arconsis IT-Solutions GmbH FZI Forschungszentrum Informatik Autoren Martin Küster, Klaus Krogmann Lieferdatum M3 Letztes Änderungsdatum Version 0.1 ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 1

2 1 Einleitung In einer Domäne, die so dynamisch ist wie die der Software für mobile Plattformen ist ein grundlegendes Verständnis für die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale verschiedener Plattformen oder Geräte entscheidend. Generative Technologien wie die modellgetriebene Entwicklung fußen auf der Annahme, dass aus einer formalen Beschreibung in einer Kette von Transformationen und manuellen Ergänzungen plattformspezifischer Code entstehen kann. Für diese Beschreibung, also das formale Modell, setzt das Metamodell einen konzeptuellen Rahmen. Entsprechend bildet der Entwurf des Metamodells für Software auf mobilen Plattformen einen zentralen Ansatzpunkt zur Formalisierung, welche Arten von Varianten bei der modellgetriebenen Code-Generierung unterstützt werden, wie sie einander ergänzen oder ausschließen und wie überprüft werden kann, ob die Merkmale, die von einer mobilen Anwendung verwendet werden, überhaupt von der Zielplattform unterstützt werden (Validierung). Bei der Software-Entwicklung hilft das Metamodell bei der Beantwortung verschiedenen Fragestellungen. Als Notation für das Metamodell wurde für dieses Dokument ein sogenanntes Feature-Modell (vgl. Krzysztof Czarnecki, Ulrich W. Eisenecker, Generative Programming, Addison-Wesley, 2009) gewählt, das in der Lage ist gezielt Variabilität und Bedingungen zwischen einzelnen Variationspunkten zu erfassen. Unterscheidung Anwendungs-/Plattform-/Gerätefeatures. Einige Merkmale lassen sich eindeutig der jeweiligen Kategorie zuordnen, z.b. ist ein mobiles Endgerät entweder mit einem Beschleunigungssensor ausgestattet oder nicht, und die entwickelte Anwendung muss darauf Rücksicht nehmen. Komplizierter ist die Lage bei Charakteristika, die nicht einer einzigen Ebene zugeordnet werden können, wie z.b. Interaktion mit einem Kalender. Während jedes mobile Endgerät eine spezifische Art der internen Speicherung der Kalenderdaten besitzt (z.b. in einer Datenbank), bestimmen Programmierschnittstellen der jeweiligen Plattformen, ob und wie darauf zugegriffen werden kann. Szenarien für Generierung. Die Generierung von nativem, plattformspezifischem Code bietet sich für einige Anwendungs-Features besonders an, weil sie sich über verschiedene Anwendungen wenig in der Funktionalität unterscheiden, jedoch hochspezifisch sind in Bezug auf die Realisierung auf der Zielplattform. Das Feature-Modell ermöglicht, den Entwurfsraum für generative Lösungen gezielt zu untersuchen. 2 Detaillierte Beschreibung des Feature-Modells Im Folgenden werden die einzelnen Variationspunkte vorgestellt, die eine mobile Plattform charakterisieren. Ein Feature-Modell dekomponiert hierarchisch den Variationsraum und legt fest, welche der Untervariationspunkte obligatorisch oder optional sind, und ob sich die Varianten ausschließen (exklusives Oder) oder kombinieren lassen (inklusives Oder). Die im Weiteren erfassten Features erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit; insbesondere auf den niederen Abstraktionsebenen. Erfasst wurde eine Obermenge der im Projektkontext relevanten Variabilität mobiler Plattformen. Die erfassten Features teilen sich auf der obersten Abstraktionsebene wie folgt auf: Hardware. Gerätehardware Software. Plattformsoftware, Betriebssystem Profile. Spezifische Zusammenstellungen von Features; repräsentieren Klassen von Geräten ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 2

3 2.1 Hardware Die zugrundeliegende Hardware eines mobilen Endgeräts legt starre Grenzen an mögliche Programmierschnittstellen und letztlich des Funktionsumfangs einer Applikation an. Steht ein Hardware- Feature wie z.b. die Konnektivität via Bluetooth nicht zur Verfügung, so hat dies direkte Konsequenzen für die Art der Implementierung eines Anwendungs-Features. Diese Features sind im Wesentlichen qualitativer Art (vorhanden / nicht vorhanden) oder beschreiben eine endliche Menge von Alternativen. Auch auf quantitativer Ebene können sich mobile Endgeräte erheblich unterscheiden. Dies betrifft vor allem leistungsrelevante Attributen wie CPU-Takt, Größe des Hauptspeichers etc. Diese Werte können daher ebenfalls im Feature-Modell erfasst werden und erlauben später bessere Testbarkeit, unter anderem wegen der Reproduzierbarkeit der Tests durch vergleichbare oder einheitliche Hardware. Nichtfunktionale Eigenschaften können so gezielt überwacht werden Location Hardware zur Geolokation des mobilen Endgeräts. Ein zur Lokalisierung des Endgeräts existierendes System ist notwendig, um sogenannte standortbezogene Dienste (engl. LBS, location-based services) anzubieten. Das umfasst alle Dienste, die den gegenwärtigen Standort des Endgeräts nutzen, um selektiv bestimmte Informationen bereitzustellen. Technisch kann ein Ortungsverfahren auf unterschiedliche Weise gewährleistet werden, die Vor- und Nachteile haben. Unterschiede betreffen insbes. die Genauigkeit der Standortbestimmung GPS [OR] Verfügbarkeit von Hardware zur Geolokalisation über einen GPS-Empfänger. Genauigkeit: hoch Network [OR] Verfügbarkeit von Hardware zur Geolokalisation über Triangulation über GSM-Netzwerk-Basisstationen Wifi [OR] Verfügbarkeit von Hardware zur Geolokalisation über Triangulation über WiFi-Basisstationen Input Umfasst Hardware zur Aufnahme von Benutzereingaben Keyboard ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 3

4 (Alphanumerisches) Keyboard zur Tasteneingaben von Benutzern SW Keyboard [XOR] In Software nachgebildetes alphanumerisches Keyboard. Dieses Keyboard wird auf dem Bildschirm des mobilen Endgeräts angezeigt und ist über Berührungen des Bildschirms bedienbar HW Keyboard [XOR] In Hardware-Tasten ausgeführtes Keyboard. Zwischen numerischer und alphanumerischer Eingabe wird nicht unterschieden Trackball Hardware-Kugel zur Steuerung eines Cursors Touch Hardware-Fähigkeit um Eingaben des Benutzers über Berührungen des Bildschirms entgegen zu nehmen. (Umfasst kapazitive und resistive Eingabeformen.) Display Hardware-Einheit zur Darstellung von Informationen. Betrachtet wird im Modell aktuell das primäre Display sofern mehrere Displays vorhanden sind Orientation Werden verschiedene Ausrichtungen (Querformat / Hochformat) unterstützt? Landscape [OR] Das Gerät unterstützt Darstellung im Querformat Portrait [OR] Das Gerät unterstützt Darstellung im Hochformat Resolution Auflösung des Displays. Angabe in Pixel Breite x Höhe D Autostereoskopisches Display zur Darstellung von 3D-Inhalten Connectivity Der Bereich Konnektivität umfasst alle Möglichkeiten zur Datenübertragung von oder zum Endgerät. ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 4

5 Bluetooth [OPT] Verbindung nach dem Bluetooth-Standard. Reichweite: gering. Durchsatz: mittel NFC [OPT] Wird NFC (engl. near field communication) unterstützt, also ein Standard zum Austausch von Daten über kurze Strecken? Nutzung beispielsweise für bargeldloses Bezahlen mit dem Mobilgerät. Reichweite: gering. Durchsatz: N/A G [OPT] Mobilfunkstandards der dritten Generation. In Deutschland ist dies gleichzusetzen mit Unterstützung von UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), CDMA (Code Division Multiple Access) spielt nur im außereuropäischen Raum eine Rolle. Reichweite: hoch. Durchsatz: mittel Wifi [OPT] Wifi (engl. wireless fidelity) bezeichnet die Möglichkeit, über ein kabelloses, lokales Netzwerk (WLAN) Daten zu übertragen. Reichweite: mittel. Durchsatz: hoch GSM [OPT] Global System for Mobile Communications. Zweite Generation der Datenübertragungsstandards. Für Datenübertragung paketorientierter Transport mit GPRS. Reichweite: hoch. Durchsatz: gering Sound Sound-In Welches Mikrofon vorhanden ist? Gibt es ggf. einen extra Mikrofoneingang oder können weitere Audio- Quellen angeschlossen werden? Sound-Out Ist ein externer Signalausgang (bspw. Kopfhörerbuchse) vorhanden? Können Töne über im Gerät eingebaute Lautsprecher wiedergegeben werden? CPU Eigenschaften der CPU und deren Architektur (ARM, MIPS, Power Architecture, x86) Core Vorbereitung des Prozessors für mehrere Kerne? Wenn ja, Anzahl der Kerne pro Prozessor Speed Taktrate des Prozessors RAM Größe des Arbeitsspeichers ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 5

6 2.1.8 GPU Unterstützung für 3D-Beschleunigung per Grafikchip vorhanden? Zur hardwareseitigen Beschleunigung von 2D- und 3D-Grafiken durch OpenGL Security Encryption Hardware [OPT] Eingebaute Verschlüsselungshardware zum Schützen von Ressourcen (Dateien etc.) auf dem Gerät. Die eingebaute Hardware muss in der Lage sein kryptographische Operationen ohne die Haupt-CPU durchführen zu können Camera [OPT] Verfügt das Endgerät über eine eingebaute Kamera? Front [OR] Eine Kamera ist auf der Vorderseite (Displayseite) angebracht und ermöglicht dadurch Videokonferenzen Back [OR] Eine Kamera ist auf der Rückseite angebracht Storage [OPT] Wo speichert das Endgerät seine Daten? Typischerweise werden Daten auf einem eingebauten, nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Unterscheidungen möglich, ob und auf welche Bereiche dieses Speichers zugegriffen werden kann (vgl. Plattform-Merkmal File System ) SDCard [OPT] Das Gerät verfügt über eine auswechselbare SD-Karte, auf der Nutzer- und Anwendungsdaten liegen können. Ein Austausch von Daten und eine Erweiterung des Speicherplatzes kann auch durch Wechsel der SD-Karte geschehen. 2.2 Software Neben der Hardware-Ausstattung der mobilen Geräte ist für die Anwendungsentwicklung die Zielplattform ein kritischer Faktor. Der modellgetriebene Ansatz, der im Modagile-Mobile-Projekt verfolgt wird, soll einige der Plattformdetails verstecken. Bei der Entwicklung der Generatoren müssen jedoch die Spezifika der einzelnen Plattformen in Betracht gezogen werden. Ist z.b. ein Merkmal auf einer Plattform nicht verfügbar (wie z.b. Multitasking in älteren ios-versionen), so muss die Anwendung entsprechend anders entworfen sein. ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 6

7 2.2.1 Operating System Android Das unter Leitung von Google entwickelte, quelloffene Betriebssystem mit dem zurzeit höchsten Marktanteil ios Apples ios als proprietäres Betriebssystem für die Geräte iphone, ipad Windows Phone7 Neue, von Microsoft entwickelte mobile Plattform Symbian Unter der Eclipse Public License veröffentlichte Betriebssystem der Symbian Foundation Maemo Für Nokias Geräte entwickeltes, offenes Betriebssystem bada Samsungs proprietäre mobile Plattform SDK Version Neben der Betriebssystem-Plattform ist die jeweilige Version ein entscheidender Freiheitsgrad. Dies betrifft im Wesentlichen die verfügbaren Bibliotheken auf Ebene des Software Development Kits (SDK). Für jede Versionsänderung muss einzeln geprüft werden, ob sich an den unterstützten Features etwas geändert hat oder ob weitere, wichtige Features hinzugekommen sind. Ziel Im Projekt ist die Unterstützung der Android-SDK-Versionen 2.1 und 2.2 sowie die ios-sdk 3.1 oder SW-Platform Features Unter den Plattform-Features werden alle vom Betriebssystem und den Bibliotheken oder Zugriffsschichten bereitgestellten Möglichkeiten zusammengefasst. Es besteht großer Überlapp mit den Hardware-Features (Kerndienste wie Netzwerkverbindung haben eine 1:1 Abbildung mit der Hardware- Funktionalität der WLAN-Unterstützung). Dennoch ist es wichtig, die Plattformspezifika in einem eigenen Feature-Subbaum aufzuführen. Erstens werden nicht alle Charakteristika in jeder Version und Plattform unterstützt und zweitens unterscheidet sich der Zugriff auf verschiedene Merkmale je nach Zielplattform und ist daher relevant für die Generierungsszenarien. ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 7

8 Multitasking Unterstützt die Plattform die parallele Ausführung mehrerer Anwendungen? Auf welcher Granularitätsebene ist der Parallelbetrieb möglich? Tombstoning Spezielle Art des Multitasking, bei dem ein erweitertes Lebenszyklusmodell eine Unterbrechung und spätere Rückkehr zum exakten Zustand der Anwendung ohne expliziten Neustart ermöglicht Tethering Wird plattformseitig Tethering unterstützt. Wenn ja, über welche Möglichkeiten der Konnektivität (z.b. Bluetooth, Wifi Hotspot, USB,...)? Text/Document Support Unterstützung der Plattform zum Anzeigen (und oder Bearbeiten) von Dokumenten (Pdf, Excel, Word, etc.) Synchronisation Mechanismen zur Synchronisation zwischen dem Endgerät und einer anderen Datenquelle, z.b. Exchange Kalender oder -Postfach Mail Sync Unterstützung verschiedener Protokolle zur Synchronisation von -Postfächern. Typischerweise POP3, IMAP, MAPI Calender Sync Synchronisation des internen Kalenders mit einer anderen Kalenderdatenquelle. Notwendig, falls die Anwendung über mehrere Kalender hinweg operiert und Konsistenz gewährleistet werden soll Desktop Sync Explizite Unterstützung von Synchronisation von lokalen Daten zwischen dem Endgerät und einem Desktop-PC Full Local Backup Zu Wiederherstellungs- oder Sicherungszwecken: Backup-Funktionalität aller Konfigurations- und Inhaltsdaten des Endgeräts Audio Playback Welche Formate der Audio-Wiedergabe werden von der Plattform unterstützt? Persistence Persistente Datenhaltung auch auf dem Endgerät, also nicht nur per Übertragung an einen Backend- Server, ist in verschiedenen Szenarien wichtig. Soll einer Anwendung die Möglichkeit gegeben werden, ihren Zustand lokal zu sichern, benötigt man eine Art der Persistierung dieser Daten. Denkbar und gängig sind dafür das Dateisystem (sowie ggf. das Dateisystem einer internen Speicherkarte) oder eine dedizierte leichtgewichtige Datenbank. ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 8

9 SQLite Data Base Die Plattform bietet die Möglichkeit, auf eine SQLite Datenbank, die den SQL92 Standard implementiert, zuzugreifen File System Die Programmierschnittstelle ermöglicht den Zugriff auf das interne Dateisystem des mobilen Endgeräts? Ggf. Trennung von System- und Nutzerdaten ApplicationFeatures Auf Ebene der Anwendung sind die Freiheitsgrade quasi unbegrenzt. Die nachfolgend dargestellten Unterscheidungsmerkmale charakterisieren die Anwendungen nicht anhand ihrer inhaltlichen Ausrichtung, sondern inbesondere in Bezug auf Nutzung verschiedener plattformspezifischer Schnittstellen oder Merkmale RemotingServices Greift die Applikation auf entfernte Dienste auf einem Server (Nutzung von Datendiensten) zu? Async Beherrscht die Applikation die asynchrone Abarbeitung von internen Prozessen Synchronisation Die Applikation synchronisiert ihre Daten nebenläufig mit einem Server. Auf dem mobilen Endgerät und auf dem Server können damit gemeinsame Daten bearbeitet werden Sync(-to-Cloud)-Encryption Daten werden entfernt (in der Cloud), verschlüsselt abgelegt. Hinweis: Hardware-Verschlüsselung kann abhängig vom Endgerät vorliegen Interoperability In welcher Art kann die zu entwickelnde Anwendung auf Dienste in ihrer Umgebung zugreifen; Dienste von der Umgebung anfordern oder selbst Dienste an die Umgebung bereitstellen ProvidedServices Von einer Applikation für andere Applikationen angebotene Funktionalität; ggf. mit Registrierung der angebotenen Dienste bei der Plattform. Ausprägung: ggf. mit Intent RequiredService Art der Dienste, die von einer Applikation zwingend oder optional benötigt werden um eigene Funktionalität bereit zu stellen. Kann sich auf Anforderungen an die Plattform (Kamera, Kalender, Telefonzugriff, GPS) als auch auf andere Applikationen (Facebook-Nachricht versenden, Twitter-Nachricht versenden, Skype-Anruf absetzen) beziehen. ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 9

10 2.3 Profile Vom kleinen Smartphone bis zum bildschirmgroßen Touch-Device sind verschiedene Endgeräte denkbar, um eine einmal entwickelte Anwendung auszuführen. Im Prinzip sind die hardwareseitigen Unterschiede (der Entwurfsraum) bereits im Abschnitt "Hardware" diskutiert. Da jedoch Wiederverwendbarkeit im Fokus liegt, sollte unbedingt verhindert werden, dass die Variabilität bei den Endgeräten auf alle Ebenen der Anwendungsentwicklung durchschlägt, z.b. durch notwendige Anpassung der Generatoren. Stattdessen werden im Folgenden sog. Anwendungsprofile unterschieden, die grob drei grundsätzliche Betriebsarten einer Anwendung beschreiben. Idealerweise werden alle Profile unterstützt, so dass die Anwendung leicht auf verschiedenen Arten von Geräten ausgeführt werden kann. Bedarfsgetrieben können weitere Profile definiert werden, die auch spezielle Unterklassen von Geräten abdecken können SmartPhone Zentral und richtungsweisend im Bereich der mobilen Endgeräte. Umfasst den Massenmarkt von Mobilgeräten mit Funktionalität, die über die reine Telefonie hinausgeht. Zeichnet sich oft durch sehr kleine Displays aus Tablet Mittelgroße, leichte Geräte mit vergrößertem Display für detailreiche Wiedergabe von Grafiken, Texten etc TouchDevice Bildschirmgroße Geräte, die im Desktop-Bereich oder für Präsentationen / kollaborative Tätigkeiten in Besprechungen genutzt werden. Eingeschränkte Mobilität durch hohen Stromverbrauch, aber enorm hohe Bildschirmauflösung. ModAgile Mobile L5.1 Meta-Modell zur Beschreibung von Software-Produkten für mobile Plattformen 10

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