DIPLOMHAUPTPRÜFUNG FÜR ELEKTROINGENIEURE SOFTWARETECHNIK II

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1 Universität Stuttgart Institut für Automatisierungsund Softwaretechnik Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner DIPLOMHAUPTPRÜFUNG FÜR ELEKTROINGENIEURE SOFTWARETECHNIK II Name: Matrikel-Nr:. Note: Prüfungstag: Prüfungsdauer: Prüfungsumfang: Hilfsmittel: Hinweise: 120 Minuten 5 Aufgaben (13 Seiten) alle, außer programmierbare elektronische Hilfsmittel und Kommunikationsgeräte 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 Teilaufgabe ein separates Lösungsblatt 5.) Geben Sie dieses Deckblatt zusammen mit Ihren Lösungsblättern ab 6.) Schreiben Sie auf alle Lösungsblätter unbedingt Ihren Namen und Matrikelnummer. 1

2 Aufgabe 1: Datenbankentwicklung (ca. 30 min) Die Firma Easy-Logistik AG betreibt Binnenschifffahrt am Rhein und besitzt verschiedene Typen von Schiffen zum Gütertransport auf dem Wasser. Sie werden beauftragt, eine relationale Datenbank für die Verwaltung des Gütertransports zu entwickeln. Sie erhalten ein Lastenheft, in dem der Prozess wie folgt beschrieben wurde: Jedes Schiff hat einen eindeutigen Namen, ein Baujahr und eine Typenbezeichnung. Zu jedem Schiff gehört ein Kapitän. Er hat eine eindeutige Personalnummer, einen Namen und ein Geburtsdatum. Die Schiffe fahren auf definierte Transportstrecken. Eine Transportstrecke hat eine eindeutige Nummer und eine Entfernung. Für manche Transportstrecken brauchen die Schiffe mehrere Tage. Auftraggeber beauftragen die Firma zum Gütertransport durch ihre Aufträge. Ein Auftraggeber hat eine eindeutige Nummer, einen Namen, ein Geburtsdatum und eine Anschrift. Ein Auftrag hat eine eindeutige Nummer, ein Datum, ein Gewicht, einen Startort und einen Zielort und wird einer Transportstrecke zugeordnet. Die Transportgüter haben einen eindeutigen Namen und eine Gefahrenklasse. Ein Transportgut ist als eine Einheit zu betrachten, die einem einzelnen Auftrag zugeordnet wird. Ein Kapitän plant je nach Entfernung und Dauer der Fahrt seine Route selbst (wie lange er am Stück fährt, wann er eine Pause einlegt, etc.). Eine Route hat eine eindeutige Nummer, eine Entfernung, eine Startzeit und eine Endzeit. Die Transportgüter können zwischen verschiedenen Verladehäfen transportiert werden. Ein Verladehafen hat eine Identifikationsnummer, einen Namen und eine Port-Nummer. Frage 1.1: ER-Diagramm Erstellen Sie für die beschriebene Anwendung ein Datenmodell in Form eines ER-Diagramms. Beachten Sie dabei folgende Punkte: Erstellen Sie kein übergeordnetes Objekt Easy-Logistik AG oder Ähnliches. Achten Sie auf eine eindeutige Identifizierung von Objekten. Jede Relation zwischen den Objekten muss bezeichnet werden. Geben Sie die Kardinalitäten zwischen den Objekten an. Frage 1.2: Transformation von ER-Diagrammen in Tabellen Überführen Sie das erstellte ER-Diagramm in geeignete Tabellen. Unterstreichen Sie die Schlüsselattribute. Frage 1.3: SQL-Abfrage Erstellen Sie für folgende Fragen eine entsprechende SQL-Anweisung: a) Erstellen Sie eine SQL-Anweisung, die der Datenbank die Tabelle Route aus Frage 1.2 mit ihren zugehörigen Spalten hinzufügt. 2

3 b) Erstellen Sie eine SQL-Anweisung, um alle Schiffsnamen mit dazugehören Baujahren und Typen herauszufinden. Die Daten sollen nach Baujahr aufsteigend sortiert werden. c) Erstellen Sie eine SQL-Anweisung, die den Namen und die Anschrift aller Auftraggeber, die einen Auftrag zwischen dem und getätigt haben, ausgibt. d) Erstellen Sie eine SQL-Anweisung, um alle identischen Namen der Kapitäne und Auftraggeber auszugeben. Ausgeschlossen werden sollen die Kapitäne, die vor dem und die Auftraggeber, die vor dem geboren wurden. e) Ermitteln Sie mittels einer SQL-Anweisung für jeden Kapitän die Anzahl der gefahrenen Transportstrecken sowie die gesamte Anzahl der zurückgelegten Seemeilen. Die SQL- Anweisung soll zusätzlich den Namen des Kapitäns ausgeben. 3

4 Aufgabe 2: Agentenorientierte Softwareentwicklung (ca. 35 min) Am IAS wird zurzeit das Projekt DAVID durchgeführt, mit dem Ziel eine voll automatisierte Ballschussmaschine zu bauen. Das Gerät wird in der Lage sein, Fußbälle mit einer Geschwindigkeit von bis zu 126 Km/h in Richtung Tor abzuschießen. Abbildung 2.1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise. DAVID Abbildung 2.1: Prinzipielle Funktionsweise Die Ballschussmaschine besteht aus den folgenden 7 Einheiten: 1. Distance Laser Sensor (DLS) Beim Einschalten des Gerätes wird der Distance Laser Sensor aktiviert und bestimmt die genaue Position der Ballschussmaschine relativ zum Tor. Der Sensor übermittelt die berechnete Position an alle intelligenten Einheiten weiter. 2. Touchscreen Der Benutzer legt die Flugbahn mittels des Touchscreen grafisch fest. Die Software berechnet dann die Abschussparameter für die vorgegebene Flugbahn und übermittelt diese an die zentrale Steuerung. 3. Zentrale Einheit Die zentrale Einheit empfängt die Abschussparameter vom Touchscreen und berechnet daraus die Steuerbefehle, mit deren Hilfe sie dann die entsprechenden Elektromotoren steuert. 4. Ausrichtungssystem Ausrichtungssystem kann sich mittels drei Elektromotoren in X-, Y- und Z-Richtung bewegen, um die genaue Raumposition für den Abschuss zu erreichen. Diese Elektromotoren werden von der zentralen Steuerung gesteuert. 5. Abschusssystem Das Abschusssystem besteht u. a. aus zwei leistungsfähigen Elektromotoren und zwei parallel laufenden Bändern, die den Ball erfassen und beschleunigen. Durch unterschiedliche Bandgeschwindigkeiten kann eine Rotation des Balls erzeugt werden. 6. Sicherheitssystem Das Sicherheitssystem besteht aus einem Sicherheits-Laserscanner und schützt Personen vor Verletzungen durch die Ballschussmaschine. Das Sicherheitssystem wird beim Einschalten des Systems aktiviert und überwacht ständig den Raum vor der Ballschussmaschine. Am Sicherheits- Laserscanner können Schutz- und Warn-Bereiche per Software definiert werden. Sobald der Schutzbereich betreten wird, wird die Ballschussmaschine sofort gestoppt. 4

5 7. Schaltschrank Der Schaltschrank versorgt alle Einheiten mit Strom. Dort sind auch die Mikrokontroller platziert. Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau der Ballschussmaschine: Abschusssystem Touchscreen Schaltschrank Zentrale Einheit Ausrichtungssystem Sicherheits-Laserscanner Distance Laser Sensor Abbildung 2.2: Systemaufbau Der Ablauf sieht folgendermaßen aus: Beim Einschalten der Ballschussmaschine wird der Sicherheits-Laserscanner aktiviert. Danach wird die Position der Maschine in Relation zum Tor genau bestimmt. Diese wird allen intelligenten Einheiten mitgeteilt. Die zentrale Einheit überprüft die einwandfreie Funktion aller Einheiten und gibt anschließend das grüne Licht für den Anwender. Der Anwender bestimmt am Touchscreen seine Treffposition am Tor und evtl., ob eine krumme Bahn umgesetzt werden soll. Der Touchscreen übergibt die berechneten Abschussparameter an die zentrale Einheit. Diese steuert zunächst das Ausrichtungssystem mittels drei Elektromotoren. Anschließend steuert sie die zwei Elektromotoren des Abschusssystems an. Der Ball wird dann mittels zweier Bänder beschleunigt und abgeschossen. Die eingesetzten Bussysteme werden für diese Aufgabe nicht berücksichtigt. Frage 2.1: Ablaufbeschreibung Beschreiben Sie zunächst den Ablauf in dieser automatisierten Ballschussmaschine kurz und präzise. Definieren Sie dabei die intelligenten Einheiten. 5

6 Frage 2.2: Rollen Nennen Sie alle Rollen im System. Begründen Sie kurz und präzise Ihre Entscheidung. Spezifizieren Sie die identifizierten Rollen mit Hilfe der GAIA-Rollen-Templates. Verwenden Sie hierzu die Vorlagen auf dem Arbeitsblatt 1. Frage 2.3: Interaktionsmodell Beschreiben Sie die Abhängigkeiten und Beziehungen der einzelnen Rollen in einem Interaktionsmodell für das gesamte System. Definieren Sie dabei die Kommunikationspfade. Frage 2.4: Agentenmodell Welche Einheiten werden Sie als Agent modellieren? Bestehen hierbei Freiheitsgrade? Begründen Sie Ihre Aussage. Erstellen Sie ein geeignetes Agentenmodell. 6

7 Aufgabe 3: Normalform (ca. 15 min) Die Universität Stuttgart beauftragt Sie eine von einer Fremdfirma entwickelte Datenbank zur Reisekostenabrechnung zu prüfen. Sie betrachten folgende Tabelle: Rech. Datum Vorname Name Tel.- E- Str. Haus- PLZ Ort Kosten Anza Einzelvergütung -Nr. Nr. Mail Nr. -art hl Jens Abel 321 Rot S- Disk 2 25 Frage 3.1: Primärschlüssel Bestimmen Sie den Primärschlüssel für diese Tabelle. Begründen Sie Ihre Entscheidung. Frage 3.2: 1. Normalform Befindet sich die vorhandene Relation in der 1. Normalform? Falls nein, bringen Sie sie in die 1. Normalform. Begründen Sie Ihre Aussage in beiden Fällen. Frage 3.3: 2. Normalform Ist die Tabelle in der 2. Normalform? Falls nein, bringen Sie die Tabelle in die 2. Normalform. Begründen Sie Ihre Aussage in beiden Fällen. Frage 3.4: 3. Normalform Ist die Tabelle in der 3. Normalform? Falls nein, bringen Sie die Tabelle in die 3. Normalform. Begründen Sie Ihre Aussage in beiden Fällen. Frage 3.5: Beziehung zwischen Tabellen Beschreiben Sie die Beziehungen (Kardinalitäten) zwischen den Tabellen in der 3. Normalform. 7

8 Aufgabe 4: Sichere Software (ca. 25 min) Gegeben sei der nachfolgende Zustandsautomat mit dem Startzustand S0. S8 q S0 S1 S2 S3 S5 S7 r p, q q r p, q, r q, r S4 p, q q, r S6 Abbildung 4.1: Zustandsautomat Frage 4.1: Prüfen von CTL-Anforderungen Die unten beschriebenen Anforderungen beziehen sich auf den Zustandsautomaten in Abbildung 4.1. Erläutern Sie zunächst die Aussagen kurz und präzise. Überprüfen Sie anschließend die Gültigkeit der Anforderungen bezüglich des abgebildeten Zustandsautomaten anhand eines Beispiels bzw. Gegenbeispiels. a. AG p b. AG (p q) c. AG (p & q) d. AG r AX q e. AG [p EG (q & r)] f. AG p AX [!q EG EF r] g. AG q AX [!p AG EF r] Frage 4.2: Erstellen von CTL-Anforderungen Formulieren Sie die nachfolgenden Anforderungen in CTL: a. Irgendwann nach oder ab jedem Zeitpunkt, zu dem a gültig ist, muss b permanent gelten. b. Nur zu Systembeginn darf p gültig sein. c. Nur von dem Zeitpunkt an, zu dem a gültig ist, darf von nun an b wahr sein. Sonst darf b nie gültig sein. d. Ab dem Zeitpunkt, zu dem a gültig ist, darf b nur noch wahr sein, wenn es ab jetzt oder ab einem späteren Zeitpunkt permanent gilt. e. Strikt nach dem Zeitpunkt, zu dem a gültig ist, darf b nur noch wahr sein, wenn es vom Zeitpunkt exakt nach a an permanent gilt. 8

9 Frage 4.3: CTL- Bedeutung Beschreiben Sie die Bedeutung der nachfolgenden CTL-Ausdrücke kurz und präzise: a. EF(Start!Ready) b. AG(Request AF Acknowledge) c. AG( AF DeviceEnabled) d. AG(EF Restart) e. AG (A [!q U p]) 9

10 Aufgabe 5: Kurzfragen (ca. 15 min) Frage 5.1: In einem Projekt wurde der Verlauf der Entwicklungsleistung N E (t) wie folgt dargestellt: N E (t) t/jahr Bestimmen Sie die Entwicklungsarbeit A E (t) Frage 5.2: Womit kann man die Phasenübergänge bei der Softwareentwicklung verifizieren? Frage 5.3: Ist Ihrer Meinung nach eine formale Verifikation mit Petrinetzen möglich? Begründen Sie Ihre Aussage. Frage 5.4: Mit welchen Maßen können Sie die Qualität von Software sichern? Beschreiben Sie die Maßen kurz und präzise. 10

11 Arbeitsblatt 1 zur Aufgabe 2 / Teilaufgabe 2.2: Name: Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Matr.-Nr.: 11

12 Arbeitsblatt 1 zur Aufgabe 2 / Teilaufgabe 2.2: Name: Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Matr.-Nr.: 12

13 Arbeitsblatt 1 zur Aufgabe 2 / Teilaufgabe 2.2: Name: Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Matr.-Nr.: 13