Systematic design of adaptive systems: control-based framework

CAPESA number of approaches have been proposed for eliciting, modeling and analyzing requirements for adaptive systems. However, there is still a large gap between such requirements specifications and the actual implementation of adaptive systems. In this thesis we investigate the interplay between requirements and architecture for the development of adaptive systems. Furthermore, we propose the Multi-Level Adaptation for Software Systems (MULAS) framework. This framework is centered on the iterative and incremental refinement of a goal model, towards the creation of a Design Goal Model. This model can then be used at runtime to drive adaptation on a system that is properly instrumented. Moreover, the framework includes a toolsupported process for generating statechart behavioral models from a Design Goal Model. The GATO tool (Goal TO Architecture) allows the creation of the different artifacts of the process, including the automatic generation of base statecharts. The suitability of this approach for developing adaptive systems is illustrated by means of case studies. Empirical results show that the techniques developed to translate enriched goal models onto statecharts are scalable, i.e. they present a good performance even with large models. Furthermore, an experiment with software engineering students indicates that the adoption of this framework by non-experts is feasible and beneficial.Um grande número de abordagens foram propostas para elicitar, modelar e analisar requisitos para sistemas adaptativos. No entanto, ainda existe uma grande distância entre a especificação de requisitos e a implementação de um sistema adaptativo. Nesta tese foi investigada a interrelação entre requisitos e arquitetura para o desenvolvimento de sistemas adaptativos. Mais especificamente, nós propomos o framework Adaptação Multi-Nível para Sistemas de Software (MULAS, do inglês Multi-Level Adaptation for Software Systems). Este framework é focado no refinamento iterativo e incremental de um modelo de objetivos, em direção à criação de um Modelo de Objetivos de Design (DGM, do inglês Design Goal Model). Este modelo pode então ser utilizado em tempo de execução para se gerenciar a adaptação em um sistema devidamente instrumentado. Ademais, o framework inclui um processo para gerar diagramas de estados a partir do Modelo de Objetivos de Design. Uma ferramenta desenvolvida especificamente para apoiar este framework (GATO, do inglês, Goal TO Architecture) permite criar os diferentes artefatos do processo, incluindo a geração automática de diagrama de estados base. A adequação desta abordagem ao desenvolvimento de sistemas adaptativos é ilustrada através de estudos de caso. Resultados empíricos mostram que as técnicas desenvolvidas para criar diagramas de estados a partir do modelo de objetivos com elementos de design apresentam boa escalabilidade, i.e. possui bom desempenho mesmo no caso de modelos extensos. Adicionalmente, um experimento com estudantes de engenharia de software indica que a adoção do framework por não-especialistas não é apenas possível como também é benéfica