DIPLOMPRÜFUNG FÜR ELEKTROINGENIEURE. Softwaretechnik I

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1 Universität Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner DIPLOMPRÜFUNG FÜR ELEKTROINGENIEURE Softwaretechnik I Name: Matrikelnummer: Note: Prüfungstag: Prüfungsdauer: 120 Minuten Prüfungsumfang: 4 Aufgaben (9 Seiten) Hilfsmittel: alle, außer programmierbaren elektronischen Hilfsmitteln und Kommunikationsgeräten 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.) Geben Sie dieses Deckblatt zusammen mit Ihren Lösungsblättern ab. 6.) Schreiben Sie auf alle Lösungsblätter unbedingt Ihren Namen und Matrikelnummer. Ich stimme der Veröffentlichung meines Prüfungsergebnisses auf der Homepage des Instituts für Automatisierungs- und Softwaretechnik ( zu. Das Prüfungsergebnis wird anonym unter der Nummer 6H07«Zahlen» ohne Angabe der Matrikelnummer veröffentlicht. Die Mitteilung der Nummer erfolgt einmalig auf diesem Prüfungsbogen. Datum: Unterschrift: Nicht vom Studierenden auszufüllen

2 Aufgabe 1: Strukturierte Analyse (ca. 25 min) Sie arbeiten als Softwarearchitekt in einem Unternehmen, das automatische Gepäckscanner für sicherheitskritische Bereiche, wie z. B. Flughäfen anbietet. Das neueste Produkt ihres Unternehmens verwendet einen Röntgendetektor, einen Infrarot-, einen Sprengstoff- und einen Drogendetektor. Dadurch können metallische Gegenstände, geschmuggelte Tiere, Sprengstoffe und Drogen entdeckt werden. Abbildung 1 stellt den neuartigen Gepäckscanner dar. Videokamera Röntgendetektor Infrarotdetektor Sprengstoffdetektor X IR Ex Dr Drogendetektor Gepäckscanner Gepäcksensor Gepäckstück Laufband Laufbandsensor Laufbandmotor Abbildung 1:Gepäckscanner Der Gepäckscanner ist mit einem Multifunktionsdisplay verbunden. Das Multifunktionsdisplay stellt jeweils eines der 4 Bilder, die von den Detektoren erzeugt werden, dar. Zusätzlich zu dem Bild zeigt das Multifunktionsdisplay auch eine Detektionswahrscheinlichkeit an. Die Detektionswahrscheinlichkeit gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit der ausgewählte Detektor momentan etwas Verbotenes erkennt. Für jeden Detektor existiert ein Grenzwert, der an dem Multifunktionsdisplay eingestellt werden kann. Das Multifunktionsdisplay kann außerdem die Videodaten einer Videokamera anzeigen, die an dem Gepäckscanner befestigt ist. Ein Scanvorgang läuft folgendermaßen ab: Wenn ein Gepäckstück durch den Gepäcksensor erkannt wird und der vorhergehende Scanvorgang abgeschlossen ist, wird das Laufband mithilfe einer Regelung durch den Laufbandmotor um eine fest einprogrammierte Wegstrecke bewegt. Ein Laufbandsensor übermittelt der Regelung die Geschwindigkeit des Bands. Befindet sich das Gepäckstück im Scanner, wird es mit den Detektoren abgetastet. Die Detektoren senden jeweils ein (Röntgen-, Infrarot-, ) Bild an den Gepäckscanner, der diese Bilder untersucht und Wahrscheinlichkeiten für die Detektion eines verbotenen Objekts ermittelt. Eine Vergleichsfunktionalität vergleicht dann die ermittelten Wahrscheinlichkeiten mit den gespeicherten Grenzwerten. Liegen alle Wahrscheinlichkeiten unter den zugehörigen, gespeicherten Grenzwerten, wird das Gepäckstück wieder aus dem Scanner heraustransportiert. Befindet sich der Wert einer oder mehrerer Detektionswahrscheinlichkeiten über dem jeweils festgelegten Grenzwert, wird eine - 2 -

3 Alarmmeldung an das Multifunktionsdisplay gesendet. Die Alarmmeldung enthält die Detektortypen und die zugehörigen Grenzwerte und Detektionswahrscheinlichkeiten. Frage 1.1: Kontextdiagramm Erstellen Sie das Kontextdiagramm für das beschriebene System. Beachten Sie dabei Folgendes: Berücksichtigen Sie alle erforderlichen Informationen aus dem Text. Verwenden Sie die technischen Elemente als Terminatoren (nicht einen Bediener etc.). Frage 1.2: Datenflussdiagramm Ebene 0 Erstellen Sie das Datenflussdiagramm der Ebene 0 für das beschriebene System. Speichern Sie alle zu speichernden Daten auf dieser Ebene. Stellen Sie das Datenflussdiagramm so detailliert dar, dass mindestens 5 Prozesse enthalten sind. Frage 1.3: Data Dictionary Erstellen Sie das Datenlexikon (Data Dictionary) für das beschriebene System

4 Aufgabe 2: Projektmanagement (ca. 30 min) Aufgrund von verschärften Sicherheitsvorschriften sollen die von Ihnen entwickelten Gepäckscanner nun zum ersten Mal im Luftverkehr eingesetzt werden. Sie haben die Aufgabe, den Aufbau der Scanner als Pilotprojekt auf einem Flughafen zu planen und durchzuführen. Nach den ersten Besprechungen mit den Auftraggebern wurde die folgende Liste von Arbeitspaketen einschließlich deren Dauern und jeweiligen Vorgängern erstellt (Tabelle 1). Tabelle 1: Arbeitspakete AP Beschreibung Dauer (M) Vorgänger A Erstellung und Annahme des Angebots 4 - B Untersuchung der Anforderungen 3 - C Untersuchung des Flughafengebäudes 2 - D Umbau des Flughafenterminals 5 A E Umbau des Kontrollraums am Flughafen 5 A, C F Anpassung der Scannersoftware 7 A, B G Aufstellung der Scanner im Terminal 2 D H Verkabelung des Kontrollraums mit dem Terminal 5 D, E I Test der Verkabelung 2 H J Test der Scanner 3 F, G K Anbindung Scanner an die Verkabelung 2 H, J L Abnahme des Projekts 1 I, K Das Arbeitspaket F (Anpassung der Scannersoftware) soll als komplexestes Arbeitspaket mit einem geschätzten Aufwand von 50 PM noch einmal detaillierter im Projektplan dargestellt werden, um genauere Aussagen zu den damit verbundenen Kosten tätigen zu können. Es werden folgende Unterarbeitspakete identifiziert: AP F1 (Analyse), AP F2 (Entwurf), AP F3 (Implementierung) und AP F4 (Test). Tabelle 2 stellt die Aufwände der einzelnen Unterarbeitspakete und die Tätigkeiten, die in den Unterarbeitspakete durchgeführt werden sollen, dar. Tätigkeiten Tabelle 2: Verteilmatrix: Unterarbeitspakete - Tätigkeiten Unterarbeitspakete AP F1 AP F2 AP F3 AP F4 15 % 25 % 50 % 10 % Anforderungen analysieren 75 % 10 % 2,5 % 5 % Software entwerfen 15 % 70 % 10 % 15 % Programmieren 10 % 10 % 80 % 20 % Testen 0 % 10 % 7,5 % 60 % Die Kosten und die Anzahl der verfügbaren Mitarbeiter sind in Tabelle 3 dargestellt

5 Tabelle 3: Auflistung der verfügbaren Mitarbeiter für die verschiedenen Tätigkeiten Tätigkeiten Kosten pro PM Anzahl verfügbarer Mitarbeiter Anforderungen analysieren Software entwerfen Programmieren Testen Frage 2.1: Netzplan Zeichnen Sie einen Netzplan nach Vorgangspfeiltechnik (Critical Path Method) und stellen Sie die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Arbeitspaketen dar. Verwenden Sie Scheinvorgänge nur dann, wenn diese zwingend erforderlich sind. Bestimmen Sie den kritischen Pfad. Betrachten Sie AP F als ein einziges Arbeitspaket. Es ist keine Untergliederung in die Unterarbeitspakete F1-F4 erforderlich. Frage 2.2: Aufwands- und Kostenbestimmung Bestimmen Sie den Aufwand sowie die Kosten für die einzelnen Unterarbeitspakete AP F1, AP F2, AP F3, AP F4. Berechnen Sie außerdem die Gesamtkosten für die Anpassung der Scannersoftware (AP F). Frage 2.3: Arbeitspaketdauer Berechnen Sie die Dauer für die Unterarbeitspakete Anpassung der Scannersoftware (AP F1 AP F4) mit Hilfe der zuvor berechneten Werte für den Aufwand. Berücksichtigen Sie hierbei die Anzahl der verfügbaren Mitarbeiter für die einzelnen Tätigkeiten. Wie lange dauert also das gesamte AP F mit der momentan gegebenen Mitarbeiterverteilung? Gehen Sie davon aus, dass vor dem Beginn jedes Unterarbeitspakets F x das Unter- Arbeitspaket F x-1 abgeschlossen sein muss (z. B. muss AP F2 abgeschlossen sein, bevor AP F3 beginnen kann). Die einzelnen Tätigkeiten innerhalb der Unterarbeitspakete werden parallel durchgeführt. Die einzelnen Mitarbeiter sind immer ohne Verzögerung verfügbar und erbringen stets 100% Arbeitsleistung

6 Aufgabe 3: Entscheidungstabelle (ca. 40 min) Sie arbeiten als Security-Engineer in einer Firma, die Firewall-Systeme produziert und haben die Aufgabe, die Funktionalität einer neuen Firewall zu spezifizieren. Die zu entwickelnde Firewall verfügt über zwei Anschlüsse von Ethernet-Kabeln, einen für das zu schützende, interne Netz und einen für das äußere Netz (das Internet). Die Aufgabe der zu entwickelnden Firewall-Software ist die Überwachung und Filterung von Nachrichten, die aus dem inneren in das äußere Netz (und umgekehrt) verschickt werden. Bei den betrachteten Nachrichten handelt es sich um Nachrichten, die folgende, hier berücksichtigte Informationen enthalten: IP-Adresse (identifiziert einen Rechner im Netz) und Port (identifiziert einen Dienst innerhalb eines Rechners). Zur logischen Unterscheidung zwischen dem inneren und dem äußeren Netz werden den Rechnern des inneren Netzes IP-Adressen aus einem Bereich zugeordnet, der der Firewall als interner IP-Adressbereich bekannt ist. Alle anderen IP-Adressen betrachtet die Firewall als externe IP-Adressen. Die Firewall arbeitet zustandsorientiert, d. h. sie kann Nachrichten anhand logischer Verbindungen betrachten und entsprechend behandeln. Nachrichten können daher ein Close-Flag enthalten, mit dem das Ende einer Verbindung angezeigt werden kann. Abbildung 2 stellt die Firewall mit ihren Anschlüssen und den betrachteten IP-Adressbereichen dar. Externer IP- Adressbereich Interner IP- Adressbereich Äußeres Netz Firewall Internes Netz Anschluss außen Anschluss innen Abbildung 2: Firewall Das Verhalten der Firewall wird durch eine Spezifikation wie folgt beschrieben: Wenn eine Nachricht am inneren Anschluss eintrifft und eine interne IP-Adresse aber kein Close-Flag aufweist und für diese Nachricht keine Verbindung existiert, soll eine Verbindung in der Firewall erstellt werden und die Nachricht weitergeleitet werden. Wenn eine Nachricht ohne Close-Flag bei der Firewall eintrifft und für diese Nachricht eine Verbindung existiert, soll die Nachricht weitergeleitet werden. Wenn eine Nachricht mit Close-Flag bei der Firewall eintrifft und für diese Nachricht eine Verbindung existiert, soll die Nachricht weitergeleitet werden und die Verbindung geschlossen werden. Wenn eine Nachricht am äußeren Anschluss mit einer externen IP-Adresse, an Port 80 ohne Close-Flag eintrifft und für diese Nachricht keine Verbindung existiert, soll eine Verbindung erstellt und die Nachricht weitergeleitet werden. Wenn eine Nachricht am äußeren Anschluss mit einer externen IP-Adresse und einem Port eintrifft, der ungleich 80 ist, kein Close-Flag gesetzt ist und für diese Nachricht keine Verbindung existiert, soll die Nachricht von der Firewall blockiert werden

7 Wenn eine Nachricht von außen mit einer internen IP-Adresse eintrifft, soll diese blockiert werden und ein Eintrag in das Firewall-Log vorgenommen werden. Dasselbe gilt für Nachrichten, die von innen mit einer externen IP-Adresse eintreffen. Frage 3.1: Entscheidungstabelle Erstellen Sie eine Entscheidungstabelle, mit der das oben spezifizierte Verhalten (und nur dieses) modelliert wird. Verwenden Sie das Lösungsblatt im Anhang. Frage 3.2: Vollständigkeit Bestimmen Sie, ob durch die gegebene Spezifikation alle möglichen Fälle berücksichtigt sind oder nicht. Begründen Sie Ihre Aussage durch eine Rechnung. Welche Schlussfolgerung ziehen Sie aus dem Ergebnis? Frage 3.3: Redundanz Treten Fälle von Redundanz in der gegebenen Spezifikation auf? Falls Redundanz auftritt, geben Sie an, an welchen Stellen. Beseitigen Sie dann die Redundanzen. Begründen Sie Ihre Antworten. Falls Sie Redundanzen beseitigen müssen, überarbeiten Sie die Entscheidungstabelle so, dass erkenntlich ist, welche Lösungsteile zur Frage 3.3 gehören (beispielsweise durch eine andere Farbe). Frage 3.4: Überarbeitung der Spezifikation Überprüfen Sie die Spezifikation erneut auf Vollständigkeit. Ist diese nun gegeben? Falls nicht, identifizieren Sie alle Fälle, die von der Spezifikation noch nicht abgedeckt werden und definieren Sie sinnvolle Aktionen für diese Fälle. Begründen Sie Ihre Antworten. Falls Sie die Entscheidungstabelle ändern, machen Sie die Überarbeitungen so kenntlich (z. B. durch eine andere Farbe), dass ersichtlich ist, welche Teile der Tabelle zu Frage 3.1 und welche zu Frage 3.4 gehören. Verwenden Sie nicht die ELSE-Regel

8 Aufgabe 4: Verständnisfragen (ca. 25 min) Frage 4.1: Softwarefehler a) Warum sind Softwarefehler, die in späteren Phasen der Entwicklung gefunden werden, teurer als solche, die bereits frühzeitig entdeckt werden? b) Während der Testphase eines Softwareproduktes stellen Sie fest, dass nach einer gewissen Zeit die Anzahl der gefunden Fehler rapide abnimmt. Welche Folgerungen können daraus gezogen werden? Geben Sie zwei unterschiedliche Folgerungen an. Frage 4.2: Strukturierte Programmierung Ein Grundsatz der strukturierten Programmierung ist, dass jeder Funktionsblock nur einen Eingang und einen Ausgang hat. Nennen Sie einen Fall, bei dem mehr als nur ein Ausgang dennoch sinnvoll ist. Begründen Sie Ihre Antwort. Frage 4.3: Requirements-Tracing Nennen Sie drei Gründe warum Requirements-Tracing für Softwareprojekte notwendig ist. Geben Sie jeweils ein kurzes Beispiel. Frage 4.4: Projektfortschritt Nennen Sie drei verschiedene Ansätze zum Messen des Fortschritts bei Softwareentwicklungsprojekten. Welchen Ansatz würden Sie als Projektmanager einführen und warum? Frage 4.5: Ursachen-Wirkungsdiagramm Nennen Sie das Fortbewegungsmittel (z. B. Kraftfahrzeug, Fahrrad, Reittier, ) mit dem Sie die morgens den Weg zur Universität zurücklegen. Betrachten Sie den Fall, dass Ihr Fortbewegungsmittel versagt. Erstellen Sie zur Fehleridentifikation ein Ursachen- Wirkungsdiagramm mit drei Hauptursachen und jeweils zwei Nebenursachen für dieses Problem

9 Anhang Lösungsblatt zu Frage 3.1 und Frage 3.4: