E-CARES-Projekt: Understanding Complex Legacy Telecommunication Systems. E-CARES-Projekt. André Marburger Lehrstuhl für Informatik III, RWTH Aachen

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1 : Understanding Complex Legacy Telecommunication Systems André Marburger Lehrstuhl für Informatik III, RWTH Aachen Dominikus Herzberg Ericsson Eurolab Deutschland GmbH Folie 1

2 Motivation n Bedeutung eingebetteter (Realzeit-)Systeme nimmt stark zu n Anwendungsgebiet: Telekommunikationssysteme Ziele des Projekts n Entwicklung von Methoden, Konzepten und Werkzeugen Unterstützung Prozeß des Programmverstehens Reengineering komplexer Telekommunikationssysteme n Studienobjekt: AXE10 - Ericssons Mobile-service Switching Center (MSC) Folie 2

3 Einordnung AXE10 in GSM-Mobilfunknetz andere Netze MS Mobile Station BTS Base Transceiver System BSC Base Station Controller MSC Mobile-services Switching Center (AXE10) GMSC (Gateway) Folie 3

4 Die MSC und ihr Umfeld Folie 4

5 Hintergrund n enge Vorgaben auf Ebene des Außenverhaltens (Standards, Applikationsfeld) und auf sehr feiner Ebene (Design Rules) n diese gut dokumentiert n Architekturebene/ abstrakte Ebene zwischen Code und Standards nicht ausgeprägt oder dokumentiert weitgehend nur in den Köpfen der Entwickler n implizites Wissen zugängig machen und zur Wiederverwendung in Vorgehens- bzw. Modellierungmuster, -Regeln usw. formalisieren Folie 5

6 Rahmenbedingungen n AXE10 hat Charakteristika eines Realzeitsystems n AXE10 ist Altsystem (Entwicklung seit den Siebzigern) n Industriestandards wie z.b. GSM-Standard Folie 6

7 Charakteristika der AXE10 n Kombination von Spezialhardware und Spezialsoftware n Verwendung von Nicht-Standard-Programmiersprache (PLEX) n enge Verzahnung Betriebssystem und Anwendungssoftware n Verlagerung von klassischen Betriebssystemaktivitäten in die Applikation (Load-Balancing, Scheduling, Time-Supervision) n Komplex: ca. 10 Millionen Zeilen Code (5 Mio. ohne Kommentare) Folie 7

8 The E-CARES Approach Software Architecture influences (legacy) Design base fulfills knows Standards internal representation interprets has in mind Literature (related work) PROGRES System Designer, Architect interactive automatic Rules, Patterns, Heuristics Structure document (static data) Traffic case tracings (dynamic data) Structure description Rules, Principles Concepts, Notations Patterns, Components automatic (formal knowledge) interactive, manual (informal knowledge) Designer uses Method of use shapes Code Trace PROGRES modifies uses generates Execution Machine System Architecture Folie 8

9 Teil 1: Top-down-Vorgehen Mentales Modell Systemdesigner aufdecken und formalisieren Informationsquellen: influences (legacy) Design base fulfills knows Standards internal representation interprets has in mind System Designer, Architect Literature (related work) n Dokumente der Design-Base n äußerer Rahmen durch Standards n Erfahrung/Wissen Systemdesigner n Verfahren/Ansätze aus Literatur Structure description Rules, Principles Concepts, Notations Patterns, Components Ziel: n Beschreibung Systemarchitektur n Definition von Regeln, Notationen und Mustern zur Modellierung automatic (formal knowledge) PROGRES System Architecture interactive, manual (informal knowledge) Folie 9

10 GSM-Architektur (Strukturvorgaben) Folie 10

11 GSM-Signalisierungs-Architektur (Außenverhalten, Schnittstellen) MS BTS BSC MSC Layer 3 Layer 2 Layer 1 Folie 11

12 Teil 2: Bottom-up-Vorgehen interactive Rules, Patterns, Heuristics Software Architecture automatic PROGRES Structure document (static data) Traffic case tracings (dynamic data) Reverse Engineering Informationsquellen: n Quellcode n Methodik der Verwendung (Design Rules) n Erfahrung/Wissen Programmierer n Laufzeitinformationen (Tracings) Ziel: Designer uses Method of use shapes Code Trace n Strukturdokument n Beschreibung Softwarearchitektur modifies uses generates Execution Machine n Definition von Regeln, Heuristiken und Muster zur Modellierung Folie 12

13 Überblick PLEX n Programming Language for EXchanges n Softwaresystem in Blöcke eingeteilt (~ Blöcke in APT) n max. Blockgröße durch Ausführungsplatform auf 64k begrenzt n Interaktion von/kommunikation zwischen Blöcken durch Signale (synchron oder asynchron, ~ Signale in APT) n Block = Prozeß- bzw. Objektschablone (Individuals) n Datenkapselung durch Blöcke (Daten innerhalb Block global) n Ausführbarer Anteil von Blöcken strukturierbar durch Signal- Entry-Exit und Subroutinen n ca. 10 Millionen Zeilen Code (ca. 5 Mio. ohne Kommentare) Folie 13

14 Überblick Ausführungsmodell n Nebenläufige Ausführung von Blockinstanzen (Individuals) n Ausführung ist Signal-gesteuert n synchrone und asynchrone Kommunikation von Blockinstanzen n Multi-Level-Scheduling (Jobs verschiedener Priorität) n Zeitschranken für alle Jobs (je höher Priorität desto kürzer Ausführungsintervall) n zentrale Einheit zur Zeitlimit-Überwachung Folie 14

15 Überblick PLEX und Ausführungsmodell Zeit Signal 1 Block 1 Block 2 Block 3 enter send Signale in Job-Queue Signal 2 Signal 6 exit enter send asynchrone Kommunikation Signal 5 enter send retrieve send exit Signal 3 synchrone Kommunikation Signal 4 receive return exit Folie 15

16 Früher Prototyp; statische Sicht Folie 16

17 PROGRES - Programmable Graph RE-writing System n visuelle, streng-typisierte Spezifikationssprache n intergrierte Softwareentwicklungsumgebung n beinhaltet einen Prototypgenerator n entwickelt für den gezielten Umgang mit Graphen PROGRES-Spezifikation Regeln für Graph Ersetzungen PROGRES Generator C-Code make Graphschema Prototyp- Applikation Folie 17

18 Zusammenfassung n Telekommunikationssysteme sind ein Forschungsgebiet mit besonderen Rahmenbedingungen n Methoden, Konzepte und Werkzeuge zur Unterstützung von Programmverstehen und Reengineering benötigt n Notwendigkeit gleichzeitigen Top-down- und Bottom-up- Vorgehens n Positives Feedback auf frühen Prototypen Folie 18