Interaction on human-centric communication platforms
Modelling and analysis using algebraic high-level nets and processes
Gabriel, Karsten
Kommunikationsplattformen, die auf die Bedürfnisse von Menschen ausgerichtet sind, wie die sozialen Netzwerke Facebook und Twitter, Weblogs, Wiki-Systeme oder Apache Wave, sind Systeme, die Menschen dabei unterstützen, zu kommunizieren, interaktiv zusammenzuarbeiten und Inhalte auszutauschen. In den letzten Jahren haben sich die Kommunikationssysteme stetig dahingehend weiter entwickelt, neue interaktivere Methoden der Kommunikation zu unterstützen. Dabei ist es oft möglich, dass mehrere Teilnehmer gleichzeitig etwas zur Kommunikation beitragen. Diese nicht-sequentiellen Arten der Kommunikation von Benutzern auf Kommunikationsplattformen führen zu neuen Anforderungen bei der Modellierung und Analyse der interaktiven Kommunikation zwischen Nutzern der Plattformen. Hierbei reicht es nicht, nur die Kommunikationsplattform selbst zu modellieren, sondern es ist erforderlich auch Szenarien von Interaktionen und die Kommunikationsverläufe auf den Plattformen zu modellieren. Bisher gibt es noch keine geeigneten Techniken für die formale Modellierung dieser Arten von Kommunikationsplattformen und der Benutzerinteraktionen auf den Plattformen, die als Basis für deren formaler Analyse dienen könnten.
Um diese Lücke zu schließen, stellen wir in dieser Dissertation ein Modellierungsframework für Kommunikationsplattformen und Szenarien vor, welches durch die Verknüpfung von Petrinetzen, algebraischen Datentypen, Prozessen und Graphtransformation entsteht. Innerhalb dieses Frameworks erhalten wir konzeptuelle Resultate für Kommunikationsplattformen und Interaktionsszenarien, welche auf technischen Resultaten der Modellierung und Evolution von algebraischen High-Level-Netzen und -Prozessen aufbauen. Basierend auf der formalen Modellierung von Kommunikationsplattformen und Szenarien in unserem integrierten Framework erhalten wir die folgenden Analyse-Resultate:
Unter Verwendung allgemeiner Resultate des kategoriellen Frameworks der M-adhäsiven Kategorien sind wir in der Lage, die Unabhängigkeit verschiedenener Evolutionen von Kommunikationsplattformen zu analysieren, sowie parallele und nebenläufige Plattformevolutionen zu analysieren und zu synthetisieren. Basierend auf diesen Hauptresultaten für die Analyse von Kommunikationsplattformen entwickeln wir entsprechende technische Resultate, die auf konzeptueller Ebene die Analyse der Evolutionen von Szenarien und die Untersuchung von Benutzerinteraktionen auf Kommunikationsplattformen erlauben. Dank unseres integrierten Frameworks sind wir zudem in der Lage, die Kompatibilität von Szenario- und Plattformevolutionen zu analysieren. Desweiteren stellen wir ein umfangreiches Konzept verschiedener Abstraktionsebenen von Szenarien vor, welches es erlaubt, eine Sammlung übereinstimmender Szenarien zugleich zu untersuchen, und wir zeigen, dass es möglich ist, alle konkreten Realisierungen eines abstrakten Szenarios als Lösungen eines Termgleichungssystems zu berechnen. Die Implementierung unseres Algebraischen High-Level-Netz- und Prozess-Editors (APE) befindet sich in Arbeit. Dieser wird die Modellierung und Analyse von Kommunikationsplattformen und Szenarien unter Verwendung der Modellierungs- und Analyseergebnisse in dieser Arbeit unterstützen.
Die praktische Anwendung aller Modellierungs- und Analyseergebnisse für Kommunikationsplattformen und Szenarien wird im Rahmen der Kommunikationsplattform Apache Wave veranschaulicht, welche uns durch die gesamte Arbeit hindurch als Beispiel dient.
Human-centric communication platforms, like social networks such as Facebook or Twitter, weblogs, Wiki-systems or Apache Wave, are systems that support humans to communicate, collaborate interactively, and exchange content. Over the last years, modern communication systems have evolved to provide different more interactive ways of communication, where several users have the possibility to concurrently contribute to the communication at the same time. These non-sequential ways of communication lead to new requirements for the modelling and analysis of the interactive communication of users on communication platforms, where it does not suffice to model the communication platform itself, but it is also necessary to be able to model scenarios and histories of interactions on a platform. Up to now there are no adequate techniques for the formal modelling of these kinds of communication platforms and the interactions of users on these platforms that could serve as a basis for their formal analysis.
In this thesis, in order to close this gap, we present a modelling framework for communication platforms and scenarios that is an integration of Petri net, algebraic data type, process and graph transformation techniques. Within this framework, we obtain main conceptual results concerning communication platforms and scenarios of interactions that rely on technical results concerning the modelling and evolution of algebraic high-level nets and -processes. Based on the formal modelling of communication platforms and scenarios in our integrated framework, we obtain the following main analysis results:
Employing general results from the categorical framework of M-adhesive categories, we are able to analyse the independence of different evolutions of communication platforms, and to analyse and synthesise parallel as well as concurrent evolutions of platforms. Based on these main results for the analysis of communication platforms, we develop corresponding technical results that on the conceptual layer allow also the analysis of scenario evolutions, and the investigation of user interactions on communication platforms. Due to our integrated framework, we are also able to analyse the compatibility of scenario and platform evolutions. Further, a comprehensive concept of different levels of abstraction of scenarios allows to investigate a whole set of coinciding scenarios at once, and we show that all concrete realisations of an abstract scenario can be obtained as solutions of a term equation system. The implementation of our algebraic high-level net and process editor (APE) is in progress and will support the modelling and analysis of communication platforms and scenarios using the modelling and analysis results in this thesis.
The practical application of all results concerning the modelling and analysis of communication platforms and scenarios are exemplified in the context of the communication platform Apache Wave which serves as a running example throughout the thesis.
