DIPLOMHAUPTPRÜFUNG FÜR ELEKTROINGENIEURE. Softwaretechnik I WS 09/10

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1 DIPLOMHAUPTPRÜFUNG FÜR ELEKTROINGENIEURE Softwaretechnik I WS 09/10 Name: Matrikelnummer: Note: Prüfungstag: Prüfungsdauer: 120 Minuten Prüfungsumfang: 4 Aufgaben (10 Seiten) Hilfsmittel: alle, außer programmierbare elektronische Hilfsmittel und Kommunikationsgeräte Hinweise: 1.) Verlangt sind alle Aufgaben. 2.) Bitte verwenden Sie keinen Rotstift / Bleistift. 3.) Bitte tragen Sie in den Kasten Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein. 4.) Verwenden Sie für jede Aufgabe ein separates Lösungsblatt. 5.) Verweise auf Skriptseiten oder Übungsaufgaben werden nicht gewertet. 6.) Geben Sie dieses Deckblatt zusammen mit Ihren Lösungsblättern ab. 7.) Schreiben Sie auf alle Lösungsblätter Ihren Namen und Matrikelnummer Nicht vom Studierenden auszufüllen

2 Aufgabe 1: Basistechniken und Test (ca. 30 min) Sie arbeiten bei der Firma Avionic Automation, die sich auf die Software für Flugzeugautopiloten spezialisiert hat. In ihrem nächsten Projekt sollen Sie die Entwicklung des Autopiloten für das in Abbildung 1 dargestellte Flugzeug übernehmen. GPS Radar Geschwindigkeitsmesser Höhenmesser Turbine Abbildung 1: Steuerung eines Flugzeugs (Quelle: André Huppertz, 2005) Das Flugzeug verfügt über drei Ruder. Mit dem Höhen- und Querruder wird die Höhe des Flugzeugs korrigiert. Mit dem Seiten- und Querruder wird die Neigung und damit der Kurs des Flugzeugs korrigiert. Über die Turbinen kann die Geschwindigkeit des Flugzeugs gesteuert werden. Das Flugzeug verfügt über einen Geschwindigkeits- und einen Höhenmesser zur Feststellung der aktuellen Höhe (zu hoch, ok, zu niedrig) und Geschwindigkeit (zu schnell, ok, zu langsam). Außerdem hat das Flugzeug ein Radar, das andere Flugkörper auf Kollisionskurs detektiert und eine Kollisionswarnung (false, true) ausgibt. Der aktuelle Kurs (zu weit rechts, ok, zu weit links) des Flugzeugs wird über ein GPS(Global Positioning System)-Modul ermittelt. 2

3 Frage 1.1: Entscheidungstabelle a) Sie sollen für den Autopiloten des oben beschriebenen Flugzeugs eine Entscheidungstabelle entwickeln, damit er das Flugzeug nach den folgenden Regeln steuert: 1) Höhenkorrektur: Wenn das Flugzeug zu hoch oder zu niedrig fliegt, wird die Stellung von Höhenruder und Querruder angepasst. 2) Kurskorrektur: Wenn das Flugzeug vom Kurs abweicht, wird die Stellung von Seitenruder und Querruder angepasst. 3) Geschwindigkeitskorrektur: Wenn die Geschwindigkeit vom Soll abweicht, wird die Turbinenleistung angepasst. 4) Alarm: Wenn eine Kollisionswarnung ausgegeben wird, wird ein Notfallprogramm gestartet, das Priorität vor allen anderen Aktionen hat. Da unnötige mechanische Spannungen im Flugzeugrumpf vermieden werden müssen, dürfen die Korrekturen nie gleichzeitig stattfinden. Es soll immer zuerst die Höhe, dann der Kurs und zuletzt die Geschwindigkeit korrigiert werden. Hinweis: Die aktuelle Stellung der Ruder bzw. der Turbinenleistung sind bei der Auswertung der Regeln nicht relevant. b) Ist die Tabelle vollständig und frei von Redundanzen? Wenn nicht, dann geben Sie eine weitere Regel an, die Ihre Tabelle vervollständigt und redundanzfrei macht. Welche Funktion des Autopiloten spiegelt diese Regel wider? In einem weiteren Schritt sollen Sie die Kernfunktion des Notfallprogramms testen. Die Funktion ist in Listing 1 dargestellt. Die Funktion collisiondetected() dient zur Abfrage des Kollisionswarnsignals. Die Funktion getdistance() gibt den Abstand zu dem anderen Flugkörper an. Die Parameter strategy und direction können nur die im Listing verwendeten Konstanten annehmen. void avoidcollision(strategy, direction) { while (collisiondetected()) { } if (strategy == HEIGHT_CORRECTION) { if (direction == UP_OR_RIGHT) up(); else if (direction == DOWN_OR_LEFT) down(); } if (strategy == PATH_CORRECTION) { if (direction == UP_OR_RIGHT) right(); else if (direction == DOWN_OR_LEFT) left(); } if (getdistance() < 5000) slowdown(); } ne Listing 1: Die Funktion avoidcollision 3 ns n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 n13

4 Frage 1.2: Kontrollflussgraph Zeichnen Sie einen Kontrollflussgraphen für die im Listing 1 angegebene Funktion avoidcollision. Frage 1.3: Test Stellen sie Testfälle auf mit denen sie die Funktion avoidcollision aus Listing 1 auf 100%-C0- Überdeckung überprüfen können. Nutzen Sie dazu die Funktionsparameter und Dummy-Funktionen für collisiondetected() und getdistance(). Geben Sie an, welchen Wert die Dummy-Funktion in dem jeweiligen Testfall zurückgibt. Ist eine 100%-C1-Überdeckung möglich? 4

5 Aufgabe 2: Analyse und Entwurf (ca. 35 min) Für die Fußball-WM soll ein Ticketverkaufsportal entwickelt werden. Ihre Kollegen haben in einem ersten Gespräch mit dem Veranstalter die Anforderungen ermittelt und eine grobe Prinzipskizze erstellt. Benutzungsschnittstelle Mitarbeiter- Client Geschäftslogik Ticketshop auf Webserver Internet Kunden- Client Datenhaltung Datenbank Abbildung 2: Prinzipskizze Wie in der Prinzipskizze in Abbildung 2 dargestellt, soll die Anwendung auf einem Webserver laufen und zum Verkauf von Tickets für jeden Nutzer über das Internet zugänglich sein. Zusätzlich sollen die Mitarbeiter des Veranstalters, über spezielle Mitarbeiter-Client-Anwendungen, auf geschützte Daten zugreifen können. Zur Datenhaltung wird eine zentrale Datenbank genutzt, die ebenfalls zum entwickelnden System gehört. Ein Kaufvorgang soll folgendermaßen ablaufen: 1) Der Kunde gibt seine Kundendaten ein. 2) Es wird ein temporärer Warenkorb in der Datenbank für den Kunden eingerichtet. 3) Für die weiteren Interaktionen (Veränderung und Bestellung des Warenkorbs) wird eine Warenkorbkennung an die Clientanwendung des Kunden zurückgegeben. 4) Der Kunden-Client ruft die aktuellen Spieldaten ab. 5) Der Kunde wählt aus den verfügbaren Spielen und fügt das ausgewählte Spiel seinem Warenkorb hinzu. 6) Der Kunde bestellt den Inhalt seines Warenkorbs. 7) Der Warenkorbinhalt wird aus der Datenbank ausgelesen und pro Spiel jeweils eine zugehörige Ticketkennung erzeugt, die der Kunde für spätere Anfragen mitgeteilt bekommt. 8) Der Warenkorb wird gelöscht. 9) Die Ticketdaten (Ticketkennung, Kundendaten, Spiel) werden in der Datenbank gespeichert. Sie sollen nun die Analyse und den Entwurf für die Software durchführen. 5

6 Frage 2.1: Architekturmuster Welche aus der Vorlesung und den Übungen bekannte Architekturmuster können Sie in der Prinzipskizze identifizieren? Frage 2.2: Strukturierte Analyse und Strukturierter Entwurf Zunächst führen Sie die Analyse und den Entwurf strukturiert durch und erhalten das folgende Datenflussdiagramm der Ebene 0. Spiel Ticketkennung Kundendaten Kundendaten.1 Ticketdaten verwalten Ticketdaten.2 Ticketkauf abwickeln Warenkorbkennung Ticketkennung Ticketdaten Spieldaten Abbildung 3: Datenflussdiagramm der Ebene 0 Mit der Teilfunktion Ticketdaten verwalten können Ticketdaten geladen, gespeichert, gelöscht und die mit einem Ticket assoziierten Kundendaten aktualisiert werden. Zum Laden, Speichern und Löschen wird jeweils die Ticketkennung benötigt. Beim Aktualisieren der Kundendaten werden die passenden Ticketdaten ebenfalls über die Ticketkennung geladen, aktualisiert und wieder gespeichert. Die Teilfunktion Ticketkauf abwickeln gliedert sich in die Warenkorbverwaltung, den Abruf der aktuellen Spieldaten und die Erzeugung der Tickets und läuft gemäß der Beschreibung des Kaufvorgangs ab. a) Verfeinern Sie die Teilfunktionen Ticketdaten verwalten und Ticketkauf abwickeln jeweils in einem Datenflussdiagramm der Ebene 1. b) Erstellen Sie das SD-Diagramm für die Teilfunktion Ticketkauf abwickeln. Hinweise: Modellieren Sie die Speicher so, dass daraus ersichtlich wird, welche der Daten aus der Datenbank benötigt werden. 6

7 Frage 2.3: Objektorientierte Analyse und Objektorientierter Entwurf Da die bisherigen Ergebnisse für die Betrachtung nicht ausreichen, sollen Sie Analyse und Entwurf objektorientiert durchführen. Es wurde schon das folgende Klassendiagramm entwickelt. Database Access Ticketshop Customer Client GameData getgamedata() CartID createcart(clientdata) Cart get(cartid) void add(cartid, Game) void delete(cartid) GameData getgamedata() CartID createcart(clientdata) void addtocart(cartid, Game) TicketID[] buycartcontent(cartid) * Abbildung 4: Klassendiagramm Nehmen Sie an, dass der Nutzer nur ein Ticket für das Spiel Deutschland Frankreich kauft und erstellen Sie das Sequenzdiagramm für den Anwendungsfall Ticketkauf abwickeln. Hinweise: Verwenden Sie nur die Funktionen, die im Klassendiagramm modelliert sind. Modellieren Sie die Rückgabe des Kontrollflusses nur, wenn eine Methode einen Rückgabewert hat. Modellieren Sie nur den angegebenen Anwendungsfall. Frage 2.4: Vergleich der Entwicklungsmethoden a) Vergleichen Sie die beiden zur Analyse eingesetzten Diagramme (Datenflussdiagramm, Sequenzdiagramm). Was ist der zentrale Unterschied bezüglich der modellierten Inhalte? Geben Sie pro Diagrammtyp jeweils einen Vorteil bezüglich der Verständlichkeit an. b) Erläutern Sie den Begriff Strukturbruch anhand der Ergebnisse aus den Fragen 2.1 und 2.2. oder anhand eines anderen passenden Beispiels. Warum kommt es zu einem Strukturbruch? 7

8 Aufgabe 3: Projektmanagement (ca. 30 min) Sie arbeiten als Projektleiter in einem Softwareunternehmen. Ihr Unternehmen will eine neue Online- Kommunikationsplattform namens Tweeter auf den Markt bringen. Sie sind mit der Projektplanung und -durchführung betraut. Bei einer ersten Projektleitersitzung wurden die in Tabelle 1 dargestellten Arbeitspakete (AP) identifiziert. AP Beschreibung Dauer (M) Vorgänger A Durchführen einer Marktanalyse 5 - B Analyse der Anforderungen an die IT-Infrastruktur 3 A C Analyse der Anforderungen an die Benutzerverwaltung 5 A D Entwurf von des Serverkonzepts 4 B E Entwurf der Nutzerclients 4 C F Anschaffung und Einrichtung der Infrastruktur 3 D G Implementierung der Betaversion 6 E H Durchführung des Betatests 4 F, G I Durchführung der internen Modultests 6 F, G J Implementierung der Korrekturen, Debugging 5 I, H K Aufstockung der Infrastruktur 2 J L Vorbereitungen Releasetermin 4 H M Integration des Gesamtsystems 3 K, L N Abnahmeprüfung 4 M Tabelle 1: Arbeitspakete Ihr Unternehmen dokumentiert seine Projekte vorbildlich und hat daher sehr genaue Abschätzungen zur Aufwandsverteilung, die in Tabelle 2 dargestellt sind. Tätigkeit (APs) Recherche, Analyse und Organisation (A, B, C, L) Phase Analyse 20% Entwurf 20% Implementierung 40% Integration und Test 50% 10% 30% Konzepte und Architektur entwerfen (D, E) 30% 10% 10% Umsetzung und Programmierung (F, G, J, K) 20% 50% 20% Testplanung und durchführung (H, I, M, N) 10% 20% 30% Tabelle 2: Aufwandsverteilungsmatrix Hinweis: Der Umfang des Projekts wurde in der Sitzung auf insgesamt Zeilen Code geschätzt. 8

9 Frage 3.1: Netzplan Zeichen Sie einen Netzplan in Vorgangspfeiltechnik (Critical Path Method, CPM) für die in Tabelle 1 angegebenen Arbeitspakete, Arbeitspaketdauern und Vorgängerbeziehungen und geben Sie den kritischen Pfad an. Verwenden Sie Scheinvorgänge nur dann, wenn diese zwingend erforderlich sind. Frage 3.2: Aufwandsabschätzung a) Berechnen Sie nach dem COCOMO I Verfahren den Gesamtaufwand in Personenmonaten. b) Berechnen Sie mit den Angaben aus Tabelle 2 die Mindestanzahl an Personen, die jeweils für die einzelnen Arbeitspakete erforderlich ist, damit diese in der vorgesehenen Zeit abgeschlossen werden können. Vervollständigen Sie dazu zunächst die Angaben in Tabelle 2 und berechnen Sie die Verteilung des Gesamtaufwands auf die einzelnen Phasen. Bestimmen Sie dann den Aufwandsanteil der einzelnen Tätigkeiten über alle Phasen und teilen Sie diesen auf die in der Tätigkeit enthaltenen Arbeitspakete auf. Hinweise: Nehmen Sie an, dass aufgrund der Standardisierung der Schnittstellen des Systems zum Internet ein durchschnittlicher Integrationsaufwand erforderlich ist. Der Aufwand für eine Tätigkeit verteilt sich gleichmäßig auf alle enthaltenen APs. Es wird vereinfachend angenommen, dass die über die Phasen verteilten Aufwandsanteile vollständig in den bei den einzelnen Tätigkeiten angegebenen APs bearbeitet werden können. Geben sie sinnvoll gerundete Anzahlen für Personen und Personenmonate an. Frage 3.3: Personalplanung a) Wie viele Personen können Sie in AP B einsparen, wenn Sie den freien Puffer möglichst voll ausnutzen? b) Um welchen Zeitraum verschiebt sich der Projektendtermin, wenn bei Arbeitspaket K die Hälfte der Mitarbeiter für die komplette Bearbeitungszeit ausfällt? Hinweise: Geben Sie sinnvoll gerundete Ergebnisse an und begründen Sie ihre Antwort. 9

10 Aufgabe 4: Verständnisfragen (ca. 25 min) Frage 4.1: Äquivalenzklassen und Grenzwertanalyse Sie sollen den Test einer Anwendung zur Warenverwaltung durchführen. Die Anwendung kann bis zu Artikel verwalten. Eine Bestellung kann zwischen 0 und 100 Positionen enthalten. Die Artikelnummer ist eine 6-stellige Zahl. Dabei darf die erste Ziffer der Zahl aus programmtechnischen Gründen keine Null sein. Geben Sie für die Artikel, die Positionen, und die Artikelnummer jeweils die Äquivalenzklassen für eine Grenzwertanalyse an. Was ist die Annahme, die bei der Äquivalenzklassenbildung und der Grenzwertanalyse zugrunde liegt? Frage 4.2: Projektmanagement Nennen Sie zwei Hauptaufgaben des Projektmanagements und erklären Sie jeweils anhand eines Beispiels, in dem die Aufgabe nicht sorgfältig bearbeitet wurde, warum diese so wichtig sind. Frage 4.3: Entwurfsmuster und Implementierung Erklären Sie das aus den Übungen bekannte Muster für die objektorientierte Modellierung von Zustandsautomaten (State-Pattern) und zeichnen Sie das zugehörige Klassendiagramm in UML. Gehen Sie von einem Zustandsautomaten in einer Klasse Baseclass mit den Zuständen A, B und C aus. Attribute und Methoden der Klassen müssen nicht modelliert werden. Wie wird das unterschiedliche Verhalten in den Zuständen realisiert? Wie läuft der Zustandswechsel ab? Frage 4.4: Vorgehensmodelle Erläutern Sie welche Vor- und Nachteile das Wasserfallmodell, das evolutionäre Modell und das inkrementelle Modell bezüglich Kundennähe und Kundenzufriedenheit haben. Geben Sie mindestens eine Eigenschaften der Modelle und deren Auswirkung auf die Kriterien an. Frage 4.5: Aufwandsabschätzung Nennen Sie zwei Gründe für die Weiterentwicklung der COCOMO-Methode zur COCOMO II- Methode? 10