[論文レビュー] Concurrent Development of Model and Implementation

Andrew M. Gravell, Yvonne Howard+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2011

Distributed systems and fault tolerance参考文献 18被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、迅速プロトタイピング、チーム連携、モデルベースのトレースチェックを活用して、進化する実装と整合性を保つ形式的数学的モデルを維持する共進化的アプローチを提案する。eビジネスアプリケーションにおける事例研究では、設計の探求と一貫性の向上が実証されたが、既存の非相互運用性を持つツールが存在するものの、ツールの限界が産業的採用を妨げている。

ABSTRACT

This paper considers how a formal mathematically-based model can be used in support of evolutionary software development, and in particular how such a model can be kept consistent with the implementation as it changes to meet new requirements. A number of techniques are listed can make use of such a model to enhance the development process, and also ways to keep model and implementation consistent. The effectiveness of these techniques is investigated through two case studies concerning the development of small e-business applications, a travel agent and a mortgage broker. Some successes are reported, notably in the use of rapid throwaway modelling to investigate design alternatives, and also in the use of close team working and modelbased trace-checking to maintain synchronisation between model and implementation throughout the development. The main areas of weakness were seen to derive from deficiencies in tool support. Recommendations are therefore made for future improvements to tools supporting formal models which would, in principle, make this co-evolutionary approach attractive to industrial software developers. It is claimed that in fact tools already exist that provide the desired facilities, but these are not necessarily production-quality, and do not all support the same notations, and hence cannot be used together.

研究の動機と目的

• 反復的開発の過程で形式的ソフトウェアモデルと進化する実装との一貫性を維持する課題に対処すること。
• 変化する要件を伴う実世界のeビジネスアプリケーションにおけるモデル駆動開発を支援する技術を調査すること。
• モデルベースのトレースチェックとチーム連携が、モデルとコードの同期化にどの程度効果的であるかを評価すること。
• 現在の形式的モデル用ツールの限界を特定し、産業的利用に適した改善を提案すること。
• アジャイルに近い環境において、形式的モデルを用いた迅速な設計の探求と実装の検証が実現可能であることを示すこと。

提案手法

• 開発ライフサイクルの初期段階で、迅速かつ一時的なモデル化（throwaway modeling）を活用して設計の代替案を検討する。
• モデル作成者と実装者との密接なチーム連携を実施し、モデルとコードが同時に進化するようにする。
• モデルベースのトレースチェックを適用して、実装の変更が形式的モデルと整合しているかを検証する。
• 形式的数学的モデルを開発プロセスに統合し、実装意思決定をガイドおよび検証する。
• 実際の適用を評価するために、旅行手配者およびモーゲージブローカーのアプリケーションの2つの事例研究を用いる。
• 既存の形式的モデリングツールを活用するが、それらが相互運用性に欠け、プロダクション環境での使用に適さない点に注意を払う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 形式的数学的モデルを実務的に進化型ソフトウェア開発に効果的に活用する方法は何か？
• RQ2 ソフトウェアモデルが進化する実装と一貫性を保つためにどのような技術が必要か？
• RQ3 迅速な一時的モデル化は、eビジネスアプリケーションにおける設計の探求をどの程度向上できるか？
• RQ4 開発過程におけるモデル-実装一貫性の維持に、モデルベースのトレースチェックはどの程度効果的か？
• RQ5 現在の形式的モデル用ツール支援は、産業的ソフトウェア開発においてどのような主な制限要因を有するか？

主な発見

• 迅速な一時的モデル化は、開発初期段階での設計代替案の検討と検証に有効であることが実証された。
• モデル作成者と実装者との密接なチーム連携は、モデルと実装の一貫性を顕著に向上させた。
• モデルベースのトレースチェックは、不整合の検出とモデルとコードの整合性の確保に成功した。
• 成功した成果にもかかわらず、主な制限要因は不十分なツール支援であり、既存のツールは相互運用性に欠け、プロダクション品質に達していない。
• 著者らは、必要なツールは存在するが、広範な産業的採用に十分に成熟・標準化されていないと結論づけた。
• 本研究は、強固な連携とツール支援が整えば、形式的モデルが実世界のソフトウェア開発において実用的に有用であることを示した。