Spezifikation von Kommunikationssystemen

Transkript

1 1 / 50 Spezifikation von Kommunikationssystemen 11. Unified Modeling Language (UML) Prof. Jochen Seitz Fachgebiet Kommunikationsnetze Sommersemester 2018

2 2 / 50 Übersicht 1 Modellierung 2 Grundlagen 3 Strukturdiagramme 4 Verhaltensdiagramme 5 Interaktionsdiagramme

3 Exkurs: Modellierung Modell Vereinfachung der Realität Ziel Komplexes System besser verstehen Spezifkation Konstruktion Modell Visualisierung Dokumentation 3 / 50

4 Abbildung: * 4 / 50 Objekt-orientierte Modellierung Analyse Design 1 Konkretisierung 2 Forward Engineering 3 Backward Engineering 4 Roundtrip Engineering Code

5 5 / 50 OO Modellierungssichten Begriffe Funktionalität Leistung Skalierbarkeit Durchsatz Entwurf Interaktion Anwendungsfall Implementierung Deployment Konfigurationsmanagement Systembestandteile Verhalten Topologie Verteilung Installation

6 Grundregeln Modellauswahl Beeinflusst von Herangehensweise und Lösungsansätzen Präzisionsebenen Unterschiedliche Detaillierungsgrade Bezug zur Realität Vereinfachung ohne Ausschluss wichtiger Aspekte Mehrere Modelle Unterschiedliche Sichtweisen 6 / 50

7 7 / 50 Einführung in UML Standardsprache zur Modellierung von Begriffen und entsprechenden Beziehungen Building Blocks Regeln Grundlegende Mechanismen mit graphischer Notation Definiert, wie Modelle erzeugt werden, NICHT welche Modelle benötigt werden! Kein Vorgehensmodell bzw. Entwicklungsprozess

8 8 / 50 Geschichte

9 9 / 50 Building Blocks Dinge Beziehungen Diagramme Struktur Verhalten Gruppierung Anmerkungen Abhängigkeiten Umsetzung Generalisierung Assoziationen

10 10 / 50 Diagrammübersicht statische Aspekte Struktur Klassendiagramm Objektdiagramm Komponentendiagramm Kompositionsstrukturdiagramm Paketdiagramm Verteilungsdiagramm Profildiagramm dynamische Aspekte Verhalten / Funktion Anwendungsfalldiagramm Zustandsdiagramm Aktivitätsdiagramm Interaktionen Sequenzdiagramm Kommunikationsdiagramm Zeitverlaufsdiagramm Interaktionsübersichtsdiagramm

11 11 / 50 Klassendiagramm Anwendung Modellierung von Begriffen und Beziehungen zwischen diesen Begriffen Statische Analyse- oder Designsicht Enthält alle relevanten strukturellen Zusammenhänge und Datentypen

12 12 / 50 Klassendiagramm Notation: Klasse Name Sichtbarkeiten: Attribute private protected package public Methoden / Operationen Point - xcoord - xcoord : Double - xcoord : Double = 0 # origin + setx( ) ~ setx( x Double ) + getx( ) : Double Typ Initalisierung Klassenvariable Parameter Rückgabewert

13 13 / 50 Klassendiagramm Vererbung Notation RoutingProtocol - RoutingTable Randbedingung Vererbung + findpath() {incomplete} OLSR AODV - HelloInterval - RouteTimeout + sendhello() + sendrreq() + sendtc() + sendrrep() Oberklasse als allgemeiner Typ und Unterklasse als spezieller Typ, der die Oberklasse erweitert Eine Ist-Ein-Beziehung Objekt der Oberklasse ist durch Objekte der Unterklasse ersetzbar + sendrerr()

14 14 / 50 Klassendiagramm Assoziation Notation Dienstanbieter Rolle Nutzer WebServer Session 1..* * Browser Leserichtung Name der Assoziation Session - password + login() Multiplizität Assoziationsklasse Logische Beziehungen zwischen Klassen Beziehungen gelten für alle Objekte einer Klasse Von Assoziation abhängige Attribute und Operationen

15 15 / 50 Klassendiagramm Komposition/Aggregation Notation Stack 1..* 1 Protocol Komposition 1..* Aggregation Multiplizität immer 1 Spezielle Assoziationen Objekt ist Bestandteil eines anderen Aggregation und Komposition sind: - transitiv - asymmetrisch ProtocolDataUnit

16 16 / 50 Klassendiagramm Notation: Spezialfälle Stereotyp datatype Point xcoord: Double ycoord: Double interface Connection connect() abstract Router findpath() Anbieter Nutzer Router findpath()

17 17 / 50 Klassendiagramm Unterscheidung Schnittstelle Abstrakte Klasse Sichtweise Außenschnittstelle mit Innenansicht mit Zugriffsmöglichkeiten gemeinsamem Kern aller Unterklassen Implementierung Kein Code möglich Defaultimplementierung Reine Definition der Überschreiben in Schnittstelle Unterklasse möglich Erweiterungen Müssen in jeder Durch Default- Unterklasse einzeln implementierung in allen ergänzt werden Unterklassen verfügbar

18 18 / 50 Objektdiagramm Anwendung Dokumentiert die innere Struktur des Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Laufzeit Zeigt konkrete Objekte und Attributbelegungen Beispielhafte Darstellung zur Veranschaulichung Herleitung von Mengenverhältnissen Dokumentation der Realisierung von abstrakten Klassen / bestimmten Assoziationen Spezifikation von Testdaten Überprüfung des Modells

19 19 / 50 Objektdiagramm Unterschied zu Klassendiagrammen Gleicher Detailierungsgrad Aber: Ergebnis der Vererbung Konkrete Links, die aus Assoziationen entstehen Konkrete Werte Unvollständiges Beispiel

20 20 / 50 Objektdiagramm Notation yukon : Webserver : Stack benanntes Objekt Link aktives Objekt : HTTP : TCP [connected] : IP : WLAN anonymes Objekt bestimmter Zustand : Frame seqno = "123" bestimmter Wert

21 21 / 50 Komponenten- und Kompositionsstrukturdiagramm Definition Komponenten modulare Systemteile, die ihren Inhalt kapseln eigenständige Anwendungen mit definierten Schnittstellen bestehen aus enthaltenen Klassen oder anderen Komponenten

22 22 / 50 Komponenten- und Kompositionsstrukturdiagramm Verwendung Grobentwurf eines Systems Struktur des Systems physikalische Bestandteile Zuständigkeiten, Beziehungen und Schnittstellen von Teilen weitere Ziele wiederverwendbare SW-Komponenten Zuordnung von Klassen zu Quellcode-Dateien

23 23 / 50 Komponenten- und Kompositionsstrukturdiagramm Unterschiede Kompositionsstrukturdiagramm Wie sieht das Innenleben einer Klasse, einer Komponente, eines Systemteils aus? Zeigt Teile eines Gesamtelements und deren Mengenverhältnisse Ermöglicht präzise Modellierung der Teile Komponentendiagramm Wie werden meine Klassen zu Komponenten zusammengefasst und wie stehen diese in Beziehung? Zeigt Organisation und Abhängigkeiten einzelner technischer Komponenten

24 24 / 50 Komponentendiagramm Notation Komponentensymbol Komponente Schnittstellenverbindung Port TCPIPStack Teil WebBrowser INetwork TCP direkte Verbindung IP delegierte Verbindung Komponentendefinition NetworkInterface Portname

25 25 / 50 Kompositionsstrukturdiagramm Notation Komponente Middleware ServiceBroker Teil Externe Schnittstelle sucht Dienst registriert Dienst Dienst ServiceUser nutzt Dienst ServiceProvider

26 26 / 50 Paketdiagramm Anwendung Wie kann ich mein Modell so aufteilen, dass es übersichtlich bleibt? ein großes System in Arbeitspakete aufteilen die Pakete und deren Beziehungen untereinander beschreiben gruppieren der Modellelemente nach Themen (funktional, logisch oder in Schichten) Anmerkungen Ein Modellelement darf nur zu einem Paket gehören Ein Paket definiert einen Namensraum und eine Sichtbarkeit Pakete können verschachtelt sein

27 27 / 50 Paketdiagramm Notation Network einfache Namen ProtocolStack umgebendes Paket import Paketinhalt Paket Interfaces::Ethernet qualifizierter Name

28 28 / 50 Verteilungsdiagramm Anwendung Wie sieht das Einsatzumfeld des Systems aus? Hardware, Server, Datenbanken usw. Wo befinden sich die Komponenten des Systems zur Laufzeit? greifbare Systemteile Anmerkungen hohes Abstraktionsniveau wenige Notationselemente

29 29 / 50 Verteilungsdiagramm Notation PC Printer PC Verbindungen LAN Access Point Router Internet Knoten Mobiles Endgerät

30 30 / 50 Profildiagramm Anwendung Darstellung von verwendeten UML-Profilen Wie wurde die UML für dieses Projekt angepasst? neue Stereotypen Anmerkungen Erfordert Verständnis des UML Meta-Modells Erst seit UML 2.2 vorhanden

31 31 / 50 Anwendungsfalldiagramm Anwendung Zentraler Aspekt: Welche Funktionen bietet mein System nach außen? Black-Box-Ansicht mit Aktoren (Nutzern, Stakeholdern und Nachbarsystemen) Verwendung für Modellierung einzelner Abläufe inkl. Varianten Kontextabgrenzung Funktionale Anforderungen Anmerkungen: Verbale, textuelle Beschreibung oder graphische Darstellung hohes Abstraktionsniveau einfache Notationsmittel

32 32 / 50 Anwendungsfall Template Use Case Name Primary Actor Further Actors Stakeholders and Interests Success Guarantees Minimal Guarantees Trigger Basic Course Alternate Course 2a Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 2a Step 2a1

33 33 / 50 Anwendungsfalldiagramm Notation System Realisierung Aktor UseCase extend include Systemgrenze Generalisierung

34 34 / 50 Zustandsdiagramm Anwendung Modellieren von Zustandsautomaten Zustände, Übergänge und Ereignisse inkl. Bedingungen, Ein- und Austrittsaktionen System als White-Box zustandsbasierte Abläufe Algorithmen Alternative Beschreibung möglich verbal Aktivitätsdigrammen (für einzelne Abläufe)

35 35 / 50 Zustandsdiagramm Notation Quelle: Von Stkl - Redrawn in SVG, original PNG Statemachine-6.png by Gubaer, CC BY-SA 4.0,

36 36 / 50 Aktivitätsdiagramm - Anwendung Modellierung von Abläufen und deren Steuerung Bedingungen, Schleifen, Verzweigungen Parallelisierung und Synchronisation Darstellung von flussorientierten Prozessen einzelne Schritte einer Aktivität inkl. Reihenfolge Verantwortungsbereiche ( swim lanes )

37 37 / 50 Aktivitätsdiagramm Notation Punkte addieren [Punkte < 100] [Punkte >= 100] Klausur verfehlt Klausur bestanden Note ermitteln Note veröffentlichen Schein ausstellen Quelle: Wikipedia (2015a)

38 38 / 50 Sequenzdiagramm Anwendung Modellierung des zeitlichen Ablaufs eines Einzelfalls Objekte und Methodenaufrufe Informationsaustausch zwischen Kommunikationspartnern präziser zeitlicher Ablauf mit Nebenläufigkeiten konkretisiert häufig einen Anwendungsfall Konventionen Leserichtung links rechts, oben unten möglichst keine Überkreuzungen von Aufrufen (in der Darstellung)

39 39 / 50 Sequenzdiagramm Unterschied zu Weg-Zeit-Diagrammen Beide stellen zeitliche Abläufe dar Aber: im Sequenzdiagramm: Methodenaufrufe zwischen Objekten im Weg-Zeit-Diagramm: Signale und Reaktionen darauf (PDUs, weitere Signale)

40 40 / 50 Sequenzdiagramm Notation Quelle: Wikipedia (2015d)

41 41 / 50 Kommunikationsdiagramm Anwendung Modellierung der Zusammenarbeit zwischen Kommunikationspartnern im Überblick Beziehungen zwischen den Objekten und die Nachrichten, die übertragen werden Reihenfolge, in der die Nachrichten gesendet werden Anmerkungen viele interagierende Teile möglichst einfach darstellen grundsätzliches Verständnis des Ablaufs und der Verantwortlichkeiten keine exakte zeitliche Abfolge

42 42 / 50 Kommunikationsdiagramm Unterschied zu Sequenzdiagrammen Kommunikationsdiagramm Anordnung der Objekte in Fläche Sequenz der Nachrichten durch Nummerierung viele Objekte, die wenige Nachrichten austauschen Sequenzdiagrammen Objekte in einer Linie Sequenz der Nachrichten graphisch auf Zeitachse wenige Objekte, die viele Nachrichten austauschen

43 43 / 50 Kommunikationsdiagramm Notation Quelle: Wikipedia (2015c)

44 44 / 50 Zeitverlaufsdiagramm Anwendung Visualisiert das exakte zeitliche Verhalten Fragestellungen Zusammenspiel von Zuständen verschiedener Systeme Abläufe, bei denen Ereignisse zum richtigen Zeitpunkt eintreten sollen Nachrichtenaustausch

45 45 / 50 Zeitverlaufsdiagramm Notation Rot Verkehrsampel Gelb Grün Quelle: Wikipedia (2015e)

46 46 / 50 Interaktionsübersichtsdiagramm Anwendung Wann läuft welche Interaktion ab? Verbindet Interaktionsdiagramme (Sequenz-, Kommunikations- und Zeitverlaufsdiagramme) Anmerkungen Top-Level-Ebene hohes Abstraktionsniveau

47 Interaktionsübersichtsdiagramm Notation Quelle: Wikipedia (2015b) 47 / 50

48 48 / 50 Zusammenfassung Wann verwende ich welches Diagramm? verschiedene Diagramme, um ähnliche Sachverhalte darzustellen Sequenzdiagramm vs. Kommunikationsdiagramm Diagramme in verschiedenen Entwicklungsphasen verwendbar Beispiel: Klassendiagramm in der Analyse und im Design aber unterschiedliche Art des Einsatzes Pro Diagramm nur ein spezieller Ausschnitt des Systems Diagrammauswahl ist projektabhängig Die Anzahl der zu erstellenden Diagramme abhängig von Komplexität Kommunikationsbedarf Diagramme entstehen nach Bedarf Festlegung erlaubter Diagrammtypen erfolgt im Projekt

49 49 / 50 Literatur I Booch, G., J. Rumbaugh und I. Jacobson (2005). The Unified Modelling Language User Guide. 2nd Edition. Addison-Wesley. ISBN: Erler, T. und M. Ricken (2005). UML 2 Ge-Packt. Mitp-Verlag. ISBN: Hahn, R. und W. Weber (2014). Objektorientierte Analyse und Design. Hochschule Darmstadt. Fachbereich Informatik. Rupp, C., S. Queins und die Sophisten (2012). UML glasklar. Carl-Hanser-Verlag. ISBN: Wikipedia (2015a). Aktivitätsdiagramm. URL: https: //de.wikipedia.org/wiki/aktivit%c3%a4tsdiagramm. Wikipedia (2015b). Interaktionsübersichtsdiagramm. URL: BCbersichtsdiagramm.

50 50 / 50 Literatur II Wikipedia (2015c). Kommunikationsdiagramm. URL: Kommunikationsdiagramm_%28UML%29. Wikipedia (2015d). Sequenzdiagramm. URL: Wikipedia (2015e). Zeitverlaufsdiagramm. URL: Wikipedia (2015f). Zustandsdiagramm. URL: https: //de.wikipedia.org/wiki/zustandsdiagramm_%28uml%29.