[논문 리뷰] Detecting Requirements Defects Utilizing A Mathematical Framework for Behavior Engineering

Kushal Ahmed, Toby Myers외 2명|Griffith Research Online (Griffith University, Queensland, Australia)|2014. 01. 21.

Advanced Software Engineering Methodologies참고 문헌 26인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 행동 공학(Behavior Engineering, BE)의 요구사항을 행동 트리(Behavior Trees, BTs)에 통합하는 데 수학적 프레임워크를 제안하여 요구사항 결함의 준자동화 감지를 가능하게 한다. 행동 트리(BT)의 구조, 통합 관계, 행동 모델링 프로세스(Behavior Modeling Process, BMP)를 수학적으로 정의함으로써 엄밀한 사양 유도, 결함 탐지, 향후 변경 관리 및 왕복 엔지니어링과 같은 확장 기능을 지원한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현재 비형식적이고 수시적인 방법에 의존하고 있는 행동 공학(Behavior Engineering, BE)의 요구사항을 행동 트리(Behavior Trees, BTs)에 통합하는 데에 대한 형식화 부족을 해결한다.
• 행동 트리(BTs)와 그 통합 관계에 대한 수학적 기초를 제공하여 모델링 및 사양 구축 시 모호성을 제거한다.
• 행동 모델링 프로세스(Behavior Modeling Process, BMP)를 형식화하고 결함 처리 메커니즘을 통해 요구사항 결함의 체계적인 탐지를 가능하게 한다.
• 변경 관리, 왕복 엔지니어링, 검증과 같은 형식적 기법을 활용한 BE의 확장 기반을 마련한다.
• 엄밀하고 수학적으로 기반을 둔 프레임워크를 통해 자연어 요구사항과 형식적 소프트웨어 사양 간 격차를 메운다.

제안 방법

• 집합론적 및 관계 기반 수학적 도구를 사용하여 행동 트리(Behavior Trees, BTs)의 그래픽적 구조를 수학적으로 정의한다.
• 개별 요구사항 BT 간의 통합 관계를 수학적 관계로 형식화하여, 개별 요구사항 모델이 어떻게 통합된 시스템 모델로 조합되는지를 명확히 한다.
• 행동 모델링 프로세스(Behavior Modeling Process, BMP)를 BT에 대한 형식적 변환의 연속으로 모델링하여 일관성과 정확성을 보장한다.
• 형식적 프레임워크를 활용해 체계적인 수정을 통해 사양 BT를 도출함으로써 검증 및 검증을 가능하게 한다.
• 형식화된 BT에서의 모순, 모호성, 불일치를 분석하여 준자동화된 결함 탐지 기법을 개발한다.
• 변경 관리 및 요구사항과 모델 간의 왕복 엔지니어링과 같은 향후 작업을 위한 형식적 기반을 제공함으로써 확장성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 행동 모델링 프로세스(Behavior Modeling Process, BMP)에서 행동 트리(Behavior Trees, BTs)의 비형식적 통합을 수학적 구조를 사용해 어떻게 형식화할 수 있는가?
• RQ2 개별 요구사항 BT가 통합된 시스템 모델로 통합될 때 정확히 표현할 수 있는 수학적 관계는 무엇인가?
• RQ3 형식적 프레임워크는 일관성, 모호성, 모순 등의 요구사항 결함을 어떻게 탐지하는 데 지원할 수 있는가?
• RQ4 형식화된 BMP는 변경 관리 및 왕복 엔지니어링를 지원하기 위해 어떤 방식으로 확장될 수 있는가?
• RQ5 수학적 프레임워크는 자연어 요구사항에서 도출된 소프트웨어 사양에 대한 자동 검증 및 검증을 위한 기초로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 수학적 프레임워크는 집합론적 및 관계 기반 정의를 사용하여 행동 트리(Behavior Trees, BTs)의 구조를 성공적으로 형식화하여 정확한 모델링을 가능하게 한다.
• BT 간의 통합 관계가 형식적으로 정의되어 있어 개별 요구사항 모델이 통합된 시스템 모델로 조합되는 방식에 대한 모호성이 해소된다.
• 형식화된 분석을 통해 BT의 구조적 및 논리적 불일치를 분석함으로써 요구사항 결함의 준자동화 탐지가 가능해진다.
• 행동 모델링 프로세스(Behavior Modeling Process, BMP)의 확장 기반을 마련하기 위해 엄밀한 기초를 제공한다. 변경 관리 및 왕복 엔지니어링와 같은 형식적 기법이 포함된다.
• 개별 요구사항 BT의 체계적이고 수학적으로 정의된 변환을 통해 형식적 사양 BT를 도출할 수 있다.
• 행동 중심 요구사항 엔지니어링의 향후 자동화 및 도구 개발 기반을 마련하여 신뢰성과 추적 가능성을 향상시킨다.