Softwareanforderungsanalyse

Transkript

1 Softwareanforderungsanalyse Ziele und das Zielemodell Burkhardt Renz THM, Fachbereich MNI Wintersemester 2018/19

2 Übersicht Ziele Ziele und Anforderungen Klassifikationen von Zielen Zielorientierter Ansatz zur Anforderungsanalyse Zielemodell Exkurs zu Zielemodell & Problem Frames

3 Was sind Ziele? Definition (Akteur agent) Ein Akteur ist eine aktive Komponente eines Systems, z.b. Softwarekomponenten, Geräte (Sensoren, Aktoren), Anwender Definition (Ziel goal) Ein Ziel ist eine präskriptive Aussage, welche Effekte ein System durch die Kooperation seiner Akteure im Anwendungsgebiet erreichen soll.

4 Beispiele von Zielen Beispiel (Bibliotheksverwaltung) Studenten sollen Bücher des eigenen Fachbereichs und von anderen Bibliotheken bestellen können. Beispiel (Zugsteuerung) Das System soll sicheren Transport der Passagiere garantieren. Beispiel (Terminvereinbarungen) Terminvereinbarungen sollen so gelegt werden, dass möglichst viele Teilnehmer anwesend sein können.

5 Ziele und Eigenschaften des Anwendungsgebiets Ziel ist präskriptiv Eigenschaft ist deskriptiv, also im Indikativ Unterschied ist wesentlich: Ziele kann man diskutieren, verhandeln, verändern Eigenschaften sind i.a. gegeben, etwa durch physikalische Gesetze, Regeln einer Organisation etc In der Anforderungsanalyse werden beide Arten von Aussagen benötigt, wichtig sie zu unterscheiden

6 Granularität von Zielen Höhere Ebene strategische Ziele z.b. 50% Steigerung der Transportkapazität der Züge Niedrigere Ebene detaillierte, technischer z.b. Wenn das Signal auf frei wechselt, soll der Zug möglichst schnell in das nächste Segment fahren Je niedriger die Ebene ist, desto weniger Akteure sind an der Erreichung des Ziels beteiligt

7 Ziele, Anforderungen, Erwartungen, Eigenschaften Ziel = gewünschstes/gefordertes Verhalten für dessen Erreichung mehrere Akteure verantwortlich sind (Software)anforderung = Ziel, für das ein einzelner Akteur in der zu konstruierenden Software verantwortlich ist doorstate = closed solange measuredspeed > 0 verantwortlich die Zugsteuerung Erwartung = Ziel, für das ein einzelner Akteur im Anwendungsgebiet verantwortlich ist Passagiere steigen aus, wenn der Zug sein Ziel erreicht hat verantwortlich die Passagiere Eigenschaft = deskriptive Aussage über das Anwendungsgebiet, die unabhängig von dem zu konstruierenden System gilt Ein Zug bewegt sich, wenn seine Geschwindigkeit v 0 ist physikalische Tatsache

8 Arten von Aussagen Aussage präskriptiv/im Optativ deskriptiv/im Indikativ Ziel mit mehreren Akteuren Ziel mit einem Akteur Eigenschaft des Anwendungsgebiets Annahme über das Anwendungsgebiet Anforderung Erwartung

9 Typen von Zielen Weiches Ziel (soft goal) = Präferenz unter Alternativen des Verhaltens des Systems z.b. Für die Vereinbarung der Termine sollen möglichst wenig Interaktionsschritte notwendig sein Improve Increase, Reduce Maximize, Minimize Verhaltensziel (behavioural goal) = deklarative Beschreibung des Verhaltens des Systems z.b. Achieve[BookRequestSatisfied]: Wenn ein Buch bestellt wird, wird ein Exemplar früher oder später für die Ausleihe verfügbar sein Achieve bzw. Cease wird irgendwann erreicht oder (dual) nicht mehr gültig sein Maintain bzw. Avoid ist immer so oder (dual) niemals so

10 Kategorien von Zielen funktionale Ziele intendierte Dienste, die das System erfüllen soll nicht-funktionale Ziele, die die Anwender betreffen Qualitätsmerkmale der zur Verfügung gestellten Funktionen nicht-funktionale Ziele, die die Entwicklung betreffen Qualitätsmerkmale der Entwicklung

11 Übersicht Ziele Zielorientierter Ansatz zur Anforderungsanalyse Zielemodell Exkurs zu Zielemodell & Problem Frames

12 Vorgehen zielorientiert = die Warum-Dimension! modellbasiert = abstrakte Repräsentation des (zu konstruierenden) Systems mehrere Sichten KAOS Beispiel für das Vorgehen KAOS = Knowledge Acquisition in automated Specification KAOS = Keep All Objectives Satisfied

13 Sichten/Modelle Sicht auf... Intentionen: Zielemodell und Risikoanalyse im Hindernismodell Struktur: Objektmodell Verantwortlichkeit: Akteure und ihre Verantwortlichkeiten Funktionalität: Modell der Operationen Verhalten: Modell des Verhaltens

14 Übersicht über die Modelle und ihre Beziehungen Goal model SafeTransportation Obstacle model NoStopAtSignal SpeedLimited NoCollision DoorsClosed WhileMoving Obstruction Train At Concern On 0..1 Object model Platform Block Responsibility Coverage Tracking System Speed, Position Agent model Operationalization Train Controller Tracking System Compute Acceleration Send Acceleration Operation model TrainController Controller Train Passenger Stop Opening entrance Closing Start... Doors State Closed opening [AtPlatform] [TimeOut] Open Movement State start [doorsclosed] Stopped Moving Behavior model Quelle: Lamsweerde, S. 291

15 Übersicht Ziele Zielorientierter Ansatz zur Anforderungsanalyse Zielemodell Spezifikation von Zielen Verfeinerung von Zielen Alternative Möglichkeiten Regeln für die Entwicklung von Zielemodellen Muster der Verfeinerung von Zielen Exkurs zu Zielemodell & Problem Frames

16 Ziele und Zielemodell Definition (Zielemodell) Das Zielemodell zeigt, wie die funktionalen und nicht-funktionalen Ziele durch Verfeinerung bis hin zu Softwareanforderungen und Erwartungen an Akteure der Umgebung gegliedert sind. Eigenschaften des Zielemodells Spezifikation von Ziele Zielediagramm Erfüllbarkeitsargument

17 Spezifikation von Zielen Jedes Ziel wird im Modell durch Eigenschaften annotiert: Name eindeutige Bezeichnung Def präzise textuelle Beschreibung optional: Type z.b. Achieve... Category z.b. Safety... Source Herkunft des Ziels Priority Stability FitCriterion wie stellt man fest, ob erfüllt? FormalSpec formale Spezifikation Issue Fragen, Probleme

18 Beispiele Achieve [CopyDueSoonForCheckOut If Not Available] goal annotation feature Maintain [WorstCaseStoppingDistance] Name CopyDueSoonForCheckOut If Not Available Def In case a requested book has no copy available for check out, a copy of that book should be made available within 2 weeks for check out by the requesting patron. Type Achieve Category Satisfaction Source Library staff interview 12/12/06. Priority Medium Issue Shouldn't this be differentiated (staff vs. student patron)? Name WorstCaseStoppingDistance : Def A train shall never get so close to a train in front that if the latter stops suddenly the following train would hit it. Type Maintain Category Safety Source BART preliminary study report p.27. Priority Highest FormalSpec tr1, tr2: Train Following (tr2, tr1) Dist (tr2, tr1) > WCS-Dist (tr2) Quelle: Lamsweerde S.295

19 AND-Verfeinerung Ziele werden in Subziele aufgegliedert Die Subziele verfeinern ein Ziel Ein Ziel wird erreicht, wenn alle Subziele erreicht werden (Konjunktion) AND-Verfeinerung sollten sein vollständig konsistent minimal Blätter sind Anforderungen oder Erwartungen und können einem Akteur zugeordnet werden

20 Beispiel AND-Verfeinerung domain property Maintain [DoorsClosedWhileMoving] Moving Iff NonZeroSpeed expectation Maintain [DoorsClosedWhileNonZeroSpeed] requirement MeasuredSpeed = PhysicalSpeed Maintain [DoorsStateClosed If NonZeroMeasuredSpeed] DoorsClosed Iff DoorsStateClosed responsibility assignment environment agent SpeedSensor TrainController software agent DoorsActuator Quelle: Lamsweerde S.299

21 Beispiel mit potentiellen Konflikten EffectivePassengersTransportation RapidTransportation SafeTransportation FastJourney Evacuation WhenAlarm DoorsClosed BetweenStations Avoid [TrainCollisions] SpeedBelow BlockLimit FastRunToNextBlock If GoSignal SignalPromptly SetToGo DoorsOpenWhen Alarm&Stopped Avoid [TrainsOn SameBlock] potential conflict SignalSafely KeptToStop TrainStoppedAtBlockEntry If StopSignal Quelle: Lamsweerde S.302

22 Alternative Möglichkeiten (OR) Ziele können mehrere Verfeinerungen haben Das Ziel kann dann durch alle Subziele jeweils einer der Alternativen erreicht werden Mehrfache Verfeinerungen bedeuten verschiedene Systeme, die dasselbe Ziel erreichen Folglich können auch jeweils unterschiedliche Akteure verantwortlich sein

23 Beispiel (Terminplaner) ConstraintsKnownFromRequest alternative refinements Constraints Requested Constraints Transmitted Communication Working ConstraintsObtained FromE-agenda E-agenda UpToDate E-agenda Accessible Quelle: Lamsweerde S.8.8

24 Annotationen in Zielediagrammen Tactic Guard introduction FastRunToNextBlock If GoSignal TrainDriver FastJourney SignalPromptly SetToGo TrainController Name DriverlessStart SysRef SystemToBe SysRef SystemAsIs TrainWaiting Unless OnNextBlock Avoid [TrainsOn SameBlock] Avoid [TrainCollisions] Name AccelerationControl SysRef SystemToBe Maintain [WorstCase StoppingDistance] Quelle: Lamsweerde S. 308

25 Heuristische Regeln für Zielemodelle, 1 Ziele und Probleme vorhandener Systeme untersuchen Begriffe, die auf Ziele hindeuten in Dokumenten suchen Kategorien von Zielen als Basis der Ermittlung nehmen Wie-Fragen Verfeinerung von Zielen Warum-Fragen Allgemeinere Ziele finden Verantwortlichkeiten aufteilen Verfeinerung von Zielen Weiche Ziele finden durch die Analyse von Pro und Contra bei Alternativen

26 Heuristische Regeln für Zielemodelle, 2 Wünsche von Akteuren ermitteln Umkehrung eines Achieve-Ziels prüfen Komplementären Fall eines bedingten Achieve-Ziels prüfen Verfeinerung bis die Zuordnung zu einem Akteur möglich ist Umgekehrt: Verallgemeinerung von Zielen bis zur Systemgrenze Ziele nicht mit Operationen/Funktionen verwechseln AND- und OR-Verfeinerungen nicht verwechseln

27 Verfeinerung durch Teilschritte Idee Zerlege ein Ziel in Teilziele, die sukzessive zum Erreichen des Ziels führen Beispiel Achieve[Target Condition FromCurrentCondition] Instantiation: TargetCondition / ConvenientMeetingScheduled MilestoneCondition / ConstraintsKnown CurrentCondition / Requesting Achieve[ConvenientMeeting ScheduledFromRequest] Achieve[MilestoneCondition From CurrentCondition] Achieve[TargetCondition From MilestoneCondition] Achieve[Constraints KnownFromRequest] Achieve[ConvenientMeeting ScheduledFromConstraints] Quelle: Lamsweerde S.320

28 Verfeinerung durch Fallunterscheidung Idee Zerlege ein Ziel in verschiedene Fälle, die zusammen zum Erreichen des Ziels führen Beispiel Achieve[TargetCondition] Achieve[TargetCondition1 If Case1] Achieve[TargetCondition2 If Case2] If TargetCondition1 or TargetCondition2 then TargetCondition Case1 or Case2 not (Case1 and Case2) ConvenientMeeting ScheduledFromConstraints ConvenientMeetingScheduled If Not ConflictingConstraints ConvenientMeetingScheduled If ConflictingConstraints Quelle: Lamsweerde S.323

29 Verfeinerung durch Einführen einer Wächterbedingung Idee Führe zu einem Ziel vom Typ Achieve eine Wächterbedingung ein, deren Erreichen für das Erreichen des Ziels erforderlich ist Beispiel Achieve[Target Condition If CurrentCondition] Achieve[TargetCondition If CurrentCondition And Guard] Achieve[Guard If CurrentCondition] Maintain[CurrentCondition] Unless TargetCondition Quelle: Lamsweerde S. 324

30 Verfeinerung durch Teile und herrsche Idee Ein Ziel vom Typ Maintain wird erreicht, indem man Teilziele erreicht, die zusammen des Ziel ergeben Beispiel Maintain[GoodCondition1 And GoodCondition2] unless EndCondition Maintain[ReminderSent And FineIncreased] unless CopyReturned Maintain[GoodCondition1] unless EndCondition Maintain[GoodCondition2] unless EndCondition Maintain[ReminderSent] unless CopyReturned Maintain[FineIncreased] unless CopyReturned Quelle: Lamsweerde S. 324

31 Verfeinerung durch Einführen einer beobachtbaren Bedingung Idee Ist ein Ziel abhängig von einer Bedingung, die ein Akteur nicht beobachten kann, führt man eine beobachtbare Bedingung ein, die indirekt zum Erreichen des Ziels führt Beispiel GoalOn UnMonitorableCondition Maintain[DoorsClosedWhileNonZeroSpeed] GoalOn MonitorableCondition MonitorableCondition Iff UnMonitorableCondition Maintain[DoorsClosedWhile NonZeroMeasured Speed] NonZeroMeasuredSpeed Iff NonZeroSpeed Quelle: Lamsweerde S. 325

32 Verfeinerung durch Einführen einer steuerbaren Bedingung Idee Ist ein Ziel abhängig von einer Bedingung, die ein Akteur nicht kontrollieren kann, führt man eine steuerbare Bedingung ein, die indirekt zum Erreichen des Ziels führt Beispiel GoalOn UnControllableCondition Maintain[DoorsClosedWhileNonZeroSpeed] GoalOn ControllableCondition ControllableCondition Iff UnControllableCondition Maintain[DoorsStateClosed WhileNonZeroSpeed] DoorsStateClosed Iff DoorsClose d Quelle: Lamsweerde S. 326

33 Übersicht Ziele Zielorientierter Ansatz zur Anforderungsanalyse Zielemodell Exkurs zu Zielemodell & Problem Frames

34 Das Problem Frame: Anzeige von Information (Information Display) Ein Problem Frame aus dem Buch von Michael Jackson Problem Frames: Analysing and Structuring Software Development Problems Problemstellung Es gibt einen Teil der wirklichen Welt, über dessen Zustände und Verhalten fortlaufend gewisse Informationen gebraucht werden. Das Problem ist, eine Maschine zu bauen, die diese Informationen ermittelt und am verlangten Ort und in der verlangten Form darstellt. Beispiel Tachometer und Kilometerzähler

35 Problem Frame Anzeige von Information Wirkliche Welt C Informations- Maschine Zeige wirkliche Welt Anzeigegerät C

36 Zielemodell zu diesem (einfachen) Problem Zeige wirkliche Welt WirklicheWerte ~ GemesseneWerte Achieve[GemesseneWerteZu AnzeigeWerte Transformiert] AnzeigeWerte ~ Angezeigte Werte Sensor Informations-Maschine Ausgabegerät Beschreibung des Sensors Spezifikation der Maschine Beschreibung des Geräts

37 Argumentation bei der Informationsanzeige 2 3 wird die Maschine dieses feststellen (Spezifikation) und weil sich die Instrumente, die das messen diese Eigenschaften haben (Beschreibung) 1 Wenn der Zustand der Welt so und so ist (Anforderung) Wirkliche Welt C Informations- Maschine Zeige wirkliche Welt 4 und Ereignisse erzeugen (Spezifikation) Anzeigegerät C dass der Zustand der Welt in der gewünschten Form dargestellt wird. 5 die das Anzeigegerät so beeinflussen, (Beschreibung) (Anforderung) 6