Comprendere i Sistemi di Sistemi nell'Ingegneria del Software

I sistemi di oggi sono davvero complessi. Hanno bisogno di diversi tipi di hardware e software, e passano attraverso tanti processi come monitoraggio e comunicazione. Questi sistemi spesso lavorano insieme ad altri sistemi, il che li rende ancora più complicati. Qui entrano in gioco i sistemi di sistemi (SoS). Un SoS è composto da diversi sistemi indipendenti che collaborano per fornire capacità che i singoli sistemi non possono raggiungere da soli. Esempi di SoS si possono vedere in settori come la difesa, il monitoraggio ambientale, la sanità e le città intelligenti.

#Caratteristiche dei Sistemi di Sistemi

Per considerare una raccolta di sistemi come un SoS, devono avere alcune caratteristiche specifiche:

• Indipendenza Operativa: Ogni sistema all'interno del SoS opera autonomamente per svolgere il proprio scopo. Questo significa che possono funzionare indipendentemente senza dipendere dagli altri sistemi.

• Indipendenza Manageriale: Ogni sistema è gestito separatamente e può cambiare in modo indipendente dagli altri. Questo permette a ciascun sistema di evolversi in modi che non erano stati pianificati quando sono stati uniti.

• Distribuzione Geografica: I componenti del SoS non sono fisicamente connessi. Possono trovarsi in posti diversi, comunicando solo attraverso informazioni condivise.

• Sviluppo Evolutivo: Poiché ogni sistema può cambiare indipendentemente, anche i SoS evolvono nel tempo per adattarsi a nuove sfide o requisiti. Questo significa che a volte i dettagli di uno o più sistemi potrebbero non essere completamente noti durante la progettazione.

• Comportamenti Emergenti: Possono sorgere nuovi comportamenti quando i sistemi interagiscono, che non possono essere previsti osservando qualsiasi sistema da solo. Questi comportamenti possono durare poco, dato che i sistemi possono cambiare ed evolversi autonomamente.

#Crescita della Ricerca sui Sistemi di Sistemi

Anche se gli SoS sono stati studiati nell'ingegneria dei sistemi per molto tempo, gli SoS intensivi di software sono un focus di ricerca più recente. Con il software che diventa sempre più fondamentale negli SoS, ciò indica un cambiamento in cui l'aspetto software sta diventando più complesso.

Le caratteristiche uniche degli SoS portano anche molte sfide per l'ingegneria del software. Tradizionalmente, gli ingegneri del software progettano sistemi che possono essere centralizzati o distribuiti, ma gestire gli SoS aggiunge nuovi strati di complessità. Molti ingegneri non comprendono appieno concetti come il comportamento emergente, il che complica il processo di progettazione di questi sistemi.

#Sfide nella Progettazione dei Sistemi di Sistemi

Progettare e sviluppare un SoS richiede di affrontare complessità che sono difficili da afferrare. La maggior parte degli ingegneri può analizzare un sistema scomponendolo nelle sue parti. Tuttavia, con gli SoS, il comportamento complessivo non è semplicemente la somma delle sue parti. Le interazioni tra i sistemi possono portare a risultati che non sono prevedibili studiando ciascuno di essi singolarmente.

Poiché gli SoS sono in continua evoluzione, devono essere costruiti in modo da consentire cambiamenti mantenendo le loro funzioni previste. I sistemi devono anche essere progettati per avere successo in ambienti che non sono del tutto prevedibili all'inizio del processo di design.

Per affrontare queste problematiche, è fondamentale sviluppare nuove teorie, metodi e strumenti che aiutino a progettare, operare ed evolvere questi SoS ricchi di software. A differenza dei sistemi chiusi tradizionali, i sistemi open-world operano su vari dispositivi e reti, offrendo servizi complessi che devono essere scoperti e utilizzati dinamicamente.

#La Necessità di Forum Specializzati

Con l'aumento della ricerca sugli SoS, ricercatori e professionisti hanno bisogno di opportunità per condividere idee ed esperienze. I metodi esistenti nell'ingegneria dei sistemi e nell'ingegneria del software non si adattano completamente agli SoS. Pertanto, c'era bisogno di forum specificamente mirati all'ingegneria del software per gli SoS.

Un evento chiave che è emerso è la Conferenza annuale sull'Ingegneria dei Sistemi di Sistemi (SoSE), che è stata essenziale per discutere teorie e pratiche relative agli SoS. Nonostante i contributi preziosi sull'ingegneria del software per gli SoS, non si è concentrata specificamente su quest'area.

In risposta a questa lacuna, nel 2013 è iniziato il Workshop Internazionale sull'Ingegneria del Software per i Sistemi di Sistemi (SESoS). SESoS si concentra su come i principi dell'ingegneria del software possano essere impiegati per costruire SoS intensivi di software. Questo workshop è diventato un luogo di incontro critico per ricercatori e professionisti, attirando contributi da varie location globali.

#Storia del Workshop SESoS

Il workshop SESoS è stato lanciato per fornire uno spazio per discutere idee e sfide nell'ingegneria del software per gli SoS. La sua prima edizione si è tenuta nel 2013 a Montpellier, Francia. Il workshop chiama a presentare articoli che forniscono contributi sostanziali o lezioni apprese da progetti relativi agli SoS.

Ogni workshop presenta tipicamente discorsi di apertura e sessioni tecniche, dove i partecipanti possono presentare i loro articoli. Le aree di interesse includono la progettazione, costruzione ed evoluzione di SoS intensivi di software, insieme a discussioni su sfide e direzioni future per la ricerca.

Il workshop SESoS è cresciuto nel corso degli anni, espandendo il suo focus per includere il pensiero sistemico e la complessità negli SoS e negli ecosistemi software. Questa evoluzione ha permesso al workshop di riconoscere come diversi aspetti come tecnologia, organizzazione e società influiscano su questi sistemi.

Sin dalla sua nascita, SESoS ha prodotto una notevole quantità di materiali scientifici, fornendo approfondimenti sulla natura, l'impatto e le aree di ricerca nell'ingegneria del software per gli SoS.

#Panoramica della Metodologia di Ricerca

Per comprendere la ricerca passata e presente sull'ingegneria del software per gli SoS, è stato condotto uno studio. Questo ha comportato la categorizzazione e l'analisi di 57 articoli provenienti dagli atti di SESoS pubblicati tra il 2013 e il 2023.

La ricerca ha impiegato due metodi principali: una revisione di scoping e un'analisi scientometrica. La revisione di scoping ha aiutato a categorizzare la ricerca esistente nell'ingegneria del software per gli SoS, mentre l'analisi scientometrica ha valutato le performance della ricerca, la collaborazione internazionale e l'impatto scientifico.

Lo studio ha posto diverse domande di ricerca:

1. Dove viene condotta la ricerca sull'ingegneria del software per gli SoS?

2. Quali sono gli argomenti più comuni negli articoli?

3. Come si intersecano questi articoli con altri campi dell'ingegneria del software?

4. Quali tipi di ricerca sono rappresentati?

5. In quali domini applicativi si stanno svolgendo questi studi?

6. Qual è l'impatto degli articoli SESoS?

#Risultati dagli Articoli SESoS

#Distribuzione degli Studi

L'analisi ha rivelato che la ricerca sull'ingegneria del software per gli SoS è concentrata principalmente in Brasile e in vari paesi europei, in particolare Francia, Spagna, Germania e Corea del Sud. Sebbene la maggior parte degli autori provenga da istituti accademici o di ricerca, ci sono casi di collaborazione con l'industria.

#Argomenti di Interesse

Gli argomenti più comuni trattati negli articoli SESoS includono analisi e architettura, che si concentrano sulla progettazione e valutazione delle architetture software degli SoS. C'è stato un notevole interesse per gli attributi di qualità, in particolare l'interoperabilità, che è cruciale per il funzionamento degli SoS.

Altre aree frequenti di discussione includono la verifica, validazione e testing degli SoS. Questi argomenti sono rilevanti perché i sistemi operano spesso in ambiti critici, necessitando di tecniche affidabili per garantire un corretto funzionamento.

Ci sono anche articoli che trattano sfide e prospettive future nell'ingegneria del software per gli SoS. Queste discussioni si allineano agli obiettivi del workshop di facilitare lo scambio di idee e identificare lacune nel campo.

Tuttavia, il numero di articoli focalizzati sull'ingegneria guidata da modelli, che coinvolge l'uso di tecniche di modellazione per gestire la complessità del software, rimane basso, indicando un potenziale area per ulteriori ricerche.

#Analisi del Tipo di Ricerca

Per quanto riguarda i tipi di ricerca rappresentati, molti articoli rientrano in discussioni filosofiche che esplorano le sfide attuali negli SoS. Le proposte di soluzione costituiscono una parte notevole, presentando idee senza validarle completamente. Una parte minore consiste in studi secondari, che sono utili per identificare lacune esistenti nella letteratura.

#Domini di Applicazione

Nonostante la maggior parte degli articoli tratti contributi generici che non sono legati a domini specifici, alcuni studi si concentrano su aree come l'automazione industriale, applicazioni militari e gestione dei disastri. Questo suggerisce che, sebbene la ricerca nell'ingegneria del software per gli SoS sia ancora in fase di sviluppo, c'è un crescente interesse ad applicarla a scenari del mondo reale.

#Impatto della Ricerca

In termini di impatto, il numero di citazioni serve come un semplice indicatore per valutare l'influenza scientifica. Gli articoli più citati tendono a concentrarsi sulle architetture software degli SoS e sugli attributi di qualità, il che evidenzia l'importanza di queste aree nella ricerca in corso.

#Direzioni Future nell'Ingegneria del Software per i Sistemi di Sistemi

Le caratteristiche uniche degli SoS portano a varie sfide di ricerca che devono essere affrontate da una prospettiva di ingegneria del software. Queste sfide includono lo sviluppo di architetture che possano adattarsi rapidamente ai cambiamenti e garantire adattamenti efficaci in ambienti imprevedibili.

In generale, la comunità ha riconosciuto la necessità di una migliore integrazione della ricerca esistente per lavorare verso un approccio olistico. Questo potrebbe comportare un focus sull'intero ciclo di vita degli SoS e l'utilizzo di tecniche guidate dai modelli per gestire le complessità intrinseche.

Con l'interesse crescente per i gemelli digitali e i sistemi cibernetico-fisici, è cruciale allineare le future ricerche con gli standard e assicurarsi che le pratiche proposte possano essere integrate nel contesto industriale.

#Conclusione

L'evoluzione della ricerca sull'ingegneria del software per gli SoS è stata evidente negli ultimi dieci anni, con un numero crescente di pubblicazioni che si concentrano su architetture software, questioni di qualità e processi di validazione. Il workshop SESoS ha svolto un ruolo vitale nel promuovere discussioni e identificare lacune di ricerca in quest'area.

Andando avanti, affrontare le sfide associate allo sviluppo degli SoS è cruciale per migliorare la capacità di progettare e mantenere questi sistemi. Gli sforzi in corso devono concentrarsi sullo sviluppo di approcci complessivi che tengano conto della natura dinamica e complessa degli SoS e dei loro sistemi costituenti.