[論文レビュー] The Importance Analysis of Use Case Map with Markov Chains

Yaping Feng, Lee Sub Lee|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Software Reliability and Analysis Research参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、大規模ソフトウェアにおける使用事例マップ（UCM）の重要度分析手法を、マルコフ連鎖に基づいて提案する。UCMをマルコフ連鎖としてモデル化することにより、コスト効率の高い的確なテストと設計最適化が可能となり、頻繁に使用される要素や重要なコンponentsの優先順位付けを通じて、品質保証コストを著しく削減するとともに、信頼性を向上させる。

ABSTRACT

UCMs (Use Case Maps) model describes functional requirements and high-level designs with causal paths superimposed on a structure of components. It could provide useful resources for software acceptance testing. However until now statistical testing technologies for large scale software is not considered yet in UCMs model. Thus if one applies UCMs model to a large scale software using traditional coverage based exhaustive tasting, then it requires too much costs for the quality assurance. Therefore this paper proposes an importance analysis of UCMs model with Markov chains. With this approach not only highly frequently used usage scenarios but also important objects such as components, responsibilities, stubs and plugins can also be identified from UCMs specifications. Therefore careful analysis, design, implementation and efficient testing could be possible with the importance of scenarios and objects during the full software life cycle. Consequently product reliability can be obtained with low costs. This paper includes an importance analysis method that identifies important scenarios and objects and a case study to illustrate the applicability of the proposed approach.

研究の動機と目的

• 従来のカバレッジベースの手法に依存する大規模ソフトウェアシステムにおける包括的テストの高コストを解消すること。
• 使用事例マップ（UCM）における頻繁に使用されるおよび重要なコンponents（例：責任、スタブ、プラグイン）を特定し、効率的なテストと設計を実現すること。
• ソフトウェア品質保証コストを、ソフトウェアライフサイクル全体にわたり高インパクトのシナリオとオブジェクトを優先することで削減すること。
• 包括的なテストケース生成を必要とせず、UCMモデルに適用可能なスケーラブルで統計的なテストアプローチを提供すること。

提案手法

• システムの状態とコンponents間の遷移を表すために、UCMを連続時間のマルコフ連鎖としてモデル化する。
• UCM仕様における使用頻度と因果的依存関係に基づき、遷移確率を割り当てる。
• 定常状態確率を計算することで、UCM内各状態およびコンponentsの長期的重みを特定する。
• 定常分布の値に基づき、シナリオおよびコンponentsを順位付けし、高インパクト要因を特定する。
• 重要度スコアをテストおよび設計フェーズに統合し、リソース配分を支援する。
• 実世界のソフトウェアシステムを対象とした事例研究を通じて、手法の有効性を検証する。実用的応用性が示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルコフ連鎖は、使用事例マップにおける使用シナリオの重要度分析にどのように効果的に適用可能か？
• RQ2 UCMにおけるどのコンポーネント（例：責任、スタブ、プラグイン）がシステムの信頼性とテストにおいて最も重要か？
• RQ3 マルコフベースの重要度分析は、大規模システムにおけるソフトウェア品質保証コストを削減できるか？
• RQ4 本手法は、従来の包括的テストに比べ、カバレッジと効率性の観点でどのように差を示すか？

主な発見

• マルコフ連鎖モデルは、数量化可能な重要度スコアを用いて、UCM内での高頻度使用シナリオおよび重要なコンポーネントを的確に同定した。
• マルコフモデルにおける高い定常確率を示すコンポーネントは、より頻繁にアクセスされ、したがってシステム信頼性にとってより重要であることが判明した。
• 本手法により、高重要度のシナリオに限定したテストが可能となり、カバレッジを損なわず、必要なテストケース数を削減できた。
• 事例研究により、本手法が実世界のソフトウェアシステムに実用的かつ適用可能であり、効率的な設計とテストを支援することが実証された。