Validierung von System- Architekturen

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1 Validierung von System- Architekturen Westsächsische Hochschule Zwickau, Fachgruppe Informatik André Pflüger, Christian Poßögel

2 Motivation Schwierigkeit: Entwicklung schreitet stetig voran Ergebnisse sind nach immer kürzerer Zeit veraltet Vorgehen bei der Entwicklung muss dies berücksichtigen 2

3 Motivation Architektur als Fundament des Systems beeinflusst durch die Anforderungen hoher Einfluss auf Entwicklungskosten und -zeit steigende Kosten durch Änderungen in Abhängigkeit von der Projektphase 3

4 Motivation Gegensätze in der Entwicklung von (eingebetteten) Systemen frühe und möglichst genaue Abschätzung von Entwicklungszeit und -kosten lange Entwicklungszeit steigende Komplexität hohe Flexibilität sich häufig ändernde Anforderungen stabile System- Architektur 4

5 Motivation System-Architektur gegenüber System-Analyse validieren Analyse Design Implementierung Test t Analyse Design Architekt muss Ergebnisse der Phasen vergleichen (Validierung) Validierung nach jeder Änderung notwendig Validierung oftmals durch Methode des scharfen Hinsehens Unterstützung für Architekt notwendig 5

6 Validierung von System-Architekturen Kernidee architekturspezifischer Aspekt Testwert(e) von zugeordneten Anforderungen prüft ein Validierungsziel Validierungsziel Validierungszielprozess verbunden mit (nichtfunktionalen) Anforderungen ergeben zusammen Validierung der System- Architektur Trennung von Entwicklungs- und Validierungsdaten Validierungsmodell Datenquelle für Validierungszielprozesse basiert auf UML, erweitert durch UML-Profilmechanismus 6

7 Validierung von System-Architekturen Validierungsprozess act v alidate system architectures validate system architectures modifications [new or deleted] requirements change transfer memorized modifications to development model [successful] determine validation targets from system requirements [comparative value changed] define validation processes add missing information to validation model run system architecture validation create validation target specific notations requirements freeze adjust system architecture modifications [failed] «datastore» modifications 7

8 Validierung von System-Architekturen Unterstützung des System-Architekten Modell-zu-Modell- Transformationen Verwaltung von Validierungszielen automatisierbare, modellgetriebene Validierungszielprozesse UML Profile, Daten ergänzen durch Modelltransformation, aus Datenbanken oder manuell 8

9 Beispiel: Radar System Anforderungen und Validierungsziele control Synthesizer Transmitter Receiver AD converter MByte/s radar processor: Filter amplify targets + - display suppress disturbances architekturspezifische Anforderungen Das System muss aus den digitalisierten Radarsignale in maximal 3500ms Tracks ermitteln. Das System muss aus den digitalisierten Radarsignale in durchschnittlich 3000ms Tracks ermitteln. Das System muss einen maximalen mittleren Energieverbrauch von 345W/h einhalten. Die maximale mittlere Betriebstemperatur von Verarbeitungseinheiten muss 81 C betragen. 9

10 Beispiel: Radar System Anforderungen und Validierungsziele Das System muss aus den digitalisierten Radarsignale in maximal 3500ms Tracks ermitteln. Das System muss aus den digitalisierten Radarsignale in durchschnittlich 3000ms Tracks ermitteln. Das System muss einen maximalen mittleren Energieverbrauch von 345W/h einhalten. Die maximale mittlere Betriebstemperatur von Verarbeitungseinheiten muss 81 C betragen. VZ1: Gesamtverarbeitungszeit VZ2: Energieverbrauch VZ3: Temperatur 10

11 Beispiel: Radar System Entwicklungsmodell: Software-Sicht 11

12 Beispiel: Radar System Entwicklungsmodell: System Deployment-Sicht Board 3 12

13 Beispiel: Radar System Validierungszielspezifische Notation Gesamtverarbeitungszeit für eine Software- Komponente Energieverbrauch Temperatur 13

14 Beispiel: Radar System Vom Entwicklungsmodell. 14

15 Beispiel: Radar System zum Validierungsmodell: Board 3 15

16 Beispiel: Radar System Vorführung mit entwickelten Werkzeugen Verwaltung Validierungsziele Bachelorarbeit 2011: Samuel Weigelt Model-zu-Model-Transformation HiWi 2011: Tommy Hartmann Generische modellgetriebene Simulation Masterthesis 2012: Christian Poßögel 16

17 Verwaltung Validierungsziele Architekturspezifische Sicht auf Anforderungen 17

18 Validierung durch Simulation Modellgetriebene Simulation UML-Tool Konfiguration der Simulation durch UML-Modellinformationen EMF UML Simulation Eingangsdaten der Simulation aus Modellinformationen Unabhängigkeit von Modellierungswerkzeugen durch EMF UML 18

19 Validierung durch Simulation Dynamische Validierung vs. Formale Validierung Dynamische Validierung Eigenentwicklung Zwischenergebnisse verfügbar Unterschiedliche Abstraktionsstufen Geringer Einarbeitungsaufwand Formale Validierung Validierung auf mathematischer Basis Werkzeuge verfügbar Hauptsächlich für Ja/Nein- Entscheidungen Hoher Einarbeitungsaufwand Experte hilfreich 19

20 Fazit Prozess für die (automatisierbare) Validierung von System-Architekturen UML für Dokumentation, Entwicklung und als Datenquelle act v alidate system architectures validate system architectures Nachvollziehbarkeit von Design-Entscheidungen determine validation targets from system requirements define validation processes create validation target specific notations [new or deleted] add missing information to validation model requirements freeze requirements change [comparative value changed] adjust system architecture modifications modifications transfer memorized modifications to development model run system architecture validation [failed] «datastore» modifications [successful] Trennung von Validierungs- und Entwicklungsdaten unterstützt den Architekten bei der Impact-Analyse unterstützt den Architekten bei Abschätzungen 20

21 Fragen und Antworten Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen und Folien: 21