[論文レビュー] Detecting Requirements Defects Utilizing A Mathematical Framework for Behavior Engineering

Kushal Ahmed, Toby Myers+2 more|Griffith Research Online (Griffith University, Queensland, Australia)|Jan 21, 2014

Advanced Software Engineering Methodologies参考文献 26被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、要件を行動ツリー（BTs）に統合する行動工学（BE）の形式的枠組みを提示する。これにより、要件の欠陥を半自動的に検出可能となる。BT構造、統合関係、および行動モデリングプロセス（BMP）を数学的に定義することで、厳密な仕様の導出、欠陥検出、および将来的な拡張（変更管理やラウンドトリップ工学など）を支援する。

ABSTRACT

Behavior Engineering (BE) provides a rigorous way to derive a formal specification of a software system from the requirements written in natural language. Its graphical specification language, Behavior Tree (BT), has been used with success in industry to systematically translate large, complex, and often erroneous requirements into an integrated model of the software system. BE's process, the Behavior Modeling Process (BMP), allows requirements to be translated into individual requirement BTs one at a time, which are then integrated to form a holistic view of the system. The integrated BT then goes through a series of modifications to construct a specification BT, which is used for validation and verification. The BMP also addresses different types of defects in the requirements throughout its process. However, BT itself is a graphical modeling notation, and the types of integration relations, how they correspond to particular issues, how they should be integrated and how to get formal specification have not been clearly defined. As a result, the BMP is informal, and provides guidelines to perform all these tasks on an ad-hoc basis. In this paper, we first introduce a mathematical framework which defines the graphical form of BTs which we use to define the integration relationships of BTs and to formalize the integration strategy of the BMP. We then formulate semi-automated requirements defects detection techniques by utilizing this underlying mathematical framework, which may be extended to formalize the BMP, develop change management framework for it, build techniques for round-trip engineering and so on.

研究の動機と目的

• 現在、行動工学（BE）における要件の行動ツリー（BTs）への統合が非形式的・直感的な手法に依存していることによる形式化の欠如に対処する。
• BTおよびその統合関係の数学的基盤を提供し、モデリングと仕様構築における曖昧さを排除する。
• 行動モデリングプロセス（BMP）を形式化し、その欠陥処理メカニズムを活用することで、要件欠陥の体系的検出を可能にする。
• 変更管理、ラウンドトリップ工学、検証などの形式的技法を用いたBEの拡張の基盤を築く。
• 自然言語による要件と形式的ソフトウェア仕様との間のギャップを、数学的に根拠を持つ厳密な枠組みで埋める。

提案手法

• 集合論的および関係的構成要素を用いて、行動ツリー（BTs）の図式的構造を数学的に定義する枠組みを構築する。
• 個々の要件BT間の統合関係を数学的関係として形式化し、それらがどのように統合的システムモデルに組み合わされるかを明確に定義する。
• 行動モデリングプロセス（BMP）をBT上の形式的変換の系列としてモデル化し、一貫性と正しさを保証する。
• 形式的枠組みを活用して、体系的な修正を経て仕様BTを導出する。これにより検証と検証が可能になる。
• 形式化されたBTにおける不整合、曖昧さ、矛盾を分析することで、半自動的な欠陥検出技術を開発する。
• 変更管理や要件とモデル間のラウンドトリップ工学といった将来的な作業を可能にするための形式的基盤を提供することで、拡張性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 行動モデリングプロセス（BMP）における行動ツリー（BTs）の非形式的統合を、数学的構成要素を用いてどのように形式化できるか。
• RQ2 個々の要件BTが統合的システムモデルに統合されるのを正確に表現できる数学的関係は何か。
• RQ3 形式的枠組みは、不整合、曖昧さ、矛盾といった要件欠陥の検出をどのように支援できるか。
• RQ4 形式化されたBMPは、変更管理やラウンドトリップ工学をサポートするために、どのような方法で拡張可能か。
• RQ5 数学的枠組みは、自然言語要件から導出されたソフトウェア仕様の自動検証と検証の基盤として機能できるか。

主な発見

• 提示された数学的枠組みは、集合論的および関係的定義を用いて、行動ツリー（BTs）の構造を成功裏に形式化し、正確なモデリングを可能にした。
• BT間の統合関係が形式的に定義され、個々の要件モデルが統合的システムモデルにどのように組み合わされるかの曖昧さが解消された。
• 形式化された枠組みにより、BT内の構造的・論理的不整合を分析することで、要件欠陥の半自動検出が可能になった。
• 行動モデリングプロセス（BMP）に変更管理やラウンドトリップ工学といった形式的技法を拡張するための厳密な基盤が提供された。
• 個々の要件BTを数学的に定義された変換を経て体系的に変更することで、形式的仕様BTの導出が可能になった。
• 行動駆動要件工学における将来的な自動化とツール開発の基盤が確立され、信頼性とトレーサビリティが向上した。