[논문 리뷰] System- and Software-level Architecting Harmonization Practices for Systems-of-Systems -- An exploratory case study on a long-running large-scale scientific instrument

Héctor Cadavid, Vasilios Andrikopoulos외 2명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2021. 01. 29.

Systems Engineering Methodologies and Applications참고 문헌 50인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 ASTRON의 장기적인 대규모 과학 기기인 LOFAR 및 LOFAR2.0 라디오 천체망원경을 대상으로 한 탐색적 사례 연구를 통해 시스템 수준 및 소프트웨어 수준의 아키텍처 조율 실천을 규명하고 특성화한다. 분석 결과, 초기 소프트웨어 아키텍트의 참여, 요구사항의 명확한 번역, 표준화된 인터페이스 문서화(ICD), 그리고 소프트웨어의 유연성에 과도하게 의존하지 않는 것이 통합 비용을 줄이고 시스템-오브-시스템(SoS) 시스템 품질을 향상시키는 데 핵심적임을 밝혀냈다.

ABSTRACT

The problems caused by the gap between system- and software-level architecting practices, especially in the context of Systems of Systems where the two disciplines inexorably meet, is a well known issue with a disappointingly low amount of works in the literature dedicated to it. At the same time, organizations working on Systems of Systems have been developing solutions for closing this gap for many years now. This work aims to extract such knowledge from practitioners by studying the case of a large-scale scientific instrument, a geographically distributed radio telescope to be more specific, developed as a sequence of projects during the last two decades. As the means for collecting data for this study we combine online interviews with a virtual focus group of practitioners from the organization responsible for building the instrument. Through this process, we identify persisting problems and the best practices that have been developed to deal with them, together with the perceived benefits and drawbacks of applying the latter in practice. Some of our major findings include the need to avoid over-reliance on the flexibility of software to compensate for incomplete requirements, hidden assumptions, as well as late involvement of system architecting, and to facilitate the cooperation between the involved disciplines through dedicated architecting roles and the adoption of unifying practices and standards.

연구 동기 및 목표

• 대규모 과학 기기에서 특히 지속적인 시스템 공학(SE)과 소프트웨어 공학(SWE) 아키텍처 실천 간 격차를 해결한다.
• 실제로 장기적으로 운영되는 SoS 프로젝트(LOFAR 및 LOFAR2.0)의 실무자들이 상호 전문 분야 간 불일치를 극복하기 위해 개발하고 적용한 조율 실천 방식을 조사한다.
• 이러한 실천 방식의 최선의 실천법, 인식된 이점 및 단점들을 특정하여 향후 SoS 아키텍처 프로세스 개선에 기여한다.
• 복잡하고 분산된 SoS 프로젝트에서 통합 향상, 비용 절감, 시스템 품질 향상에 실질적인 통찰을 제공한다.

제안 방법

• 네덜란드 전파천문학연구소(ASTRON)에서 실시한 탐색적 사례 연구로, LOFAR 및 LOFAR2.0 프로젝트에 대해 총 20년 이상의 개발 경험을 기반으로 한다.
• 라디오 천체망원경의 아키텍처 및 개발에 참여한 실무자들을 대상으로 온라인 인터뷰와 가상 포커스 그룹을 통해 데이터를 수집한다.
• 실무자 경험을 분석하여 시스템 수준 및 소프트웨어 수준 아키텍처에서 반복적으로 나타나는 문제, 최선의 실천법, 인식된 상충 관계를 도출한다.
• 인터뷰 녹취록과 포커스 그룹 토론을 주제 분석하여 핵심 조율 실천 방식을 규명한다.
• 문서화된 프로젝트 자료 및 표준과의 정합성 검증을 통해 반복 피드백과 다중 방법적 검증을 실시한다.
• 인터뷰 및 포커스 그룹의 질적 데이터와 함께 인터페이스 제어 문서(ICD) 및 시스템 요구사항 분석을 융합한 혼합 방법 접근법을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 SoS에서 시스템 공학과 소프트웨어 공학 실천 간 불일치로 인해 발생하는 지속적인 시스템 수준 및 소프트웨어 수준 아키텍처 문제는 무엇인가?
• RQ2 장기적인 과학 기기 프로젝트에서 실무자들이 이러한 문제를 해결하기 위해 개발하고 적용한 조율 실천 방식은 무엇인가?
• RQ3 실제 적용 시 이러한 조율 실천 방식의 인식된 이점과 단점은 무엇인가?
• RQ4 초기 소프트웨어 아키텍트의 참여와 표준화된 인터페이스 문서(ICD)가 시스템 통합 및 개발 비용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 신규 표준 및 디지털 트윈 기술이 SoS 아키텍처에서 조기에 통합 및 인터페이스 통합을 지원하는 데 어느 정도 기여하는가?

주요 결과

• 불완전하거나 모호한 요구사항을 보완하기 위해 소프트웨어의 유연성에 과도하게 의존할 경우 개발 비용과 통합 과제가 증가한다.
• 시스템 수준의 요구사항은 충분히 상세해야 하지만, 너무 낮은 수준의 사양은 소프트웨어 설계의 유연성을 제한하므로 사양 수립 시 신중한 균형이 필요하다.
• 소프트웨어 아키텍트가 하드웨어 설계 단계에서 조기에 참여할 경우 하드웨어-소프트웨어 통합 품질이 향상되고, 후속 소프트웨어 적응 비용이 감소한다.
• 제어 및 모니터링 포인트를 포함한 표준화되고 통일된 인터페이스 제어 문서(ICD)는 분산된 구성 요소 간의 통합 및 상호운용성을 향상시킨다. 일반적으로 하드웨어 엔지니어가 생략하는 요소이지만 중요하다.
• 과학적 요구사항을 시스템 요구사항 및 소프트웨어 요구사항으로 번역하는 전담 전문가의 역할은 다학제 간 일치를 유지하는 데 핵심적이다.
• 신규 커뮤니케이션 표준과 마이크로컨트롤러 기반 디지털 트윈은 인터페이스 통합 및 SoS 개발 초기 단계에서의 테스트 및 통합을 가능하게 하며 잠재력을 지닌다.