[논문 리뷰] The SysML/KAOS Domain Modeling Approach

Steve Tueno, Régine Laleau외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 02.

Service-Oriented Architecture and Web Services참고 문헌 11인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 안전이 중요한 시스템 요구사항의 일관성과 추적 가능성을 보장하기 위해 OWL 기반 온톨로지와 Event-B 형식적 의미론을 통합한 SysML/KAOS 도메인 모델링 방법을 제안한다. 재사용 가능한 계층적 온톨로지로 도메인 지식을 모델링하고 이를 SysML/KAOS 목표 모델에 연결함으로써, Event-B 사양을 통한 요구사항의 형식적 검증이 가능해지며, 이는 Cycab 자율 주행차 위치 추정 사례 연구를 통해 입증되었다.

ABSTRACT

A means of building safe critical systems consists of formally modeling the requirements formulated by stakeholders and ensuring their consistency with respect to application domain properties. This paper proposes a metamodel for an ontology modeling formalism based on OWL and PLIB. This modeling formalism is part of a method for modeling the domain of systems whose requirements are captured through SysML/KAOS. The formal semantics of SysML/KAOS goals are represented using Event-B specifications. Goals provide the set of events, while domain models will provide the structure of the system state of the Event-B specification. Our proposal is illustrated through a case study dealing with a Cycab localization component specification. The case study deals with the specification of a localization software component that uses GPS,Wi-Fi and sensor technologies for the realtime localization of the Cycab vehicle, an autonomous ground transportation system designed to be robust and completely independent.

연구 동기 및 목표

• 안전이 중요한 시스템에 대한 SysML/KAOS의 형식적 의미론과 추적 가능성 부족 문제를 해결한다.
• 온톨로지와 SysML/KAOS 목표 모델을 통합하여 일관성 있고 재사용 가능하며 형식적으로 검증 가능한 도메인 모델링을 가능하게 한다.
• 부모-자식 온톨로지 관계를 통해 도메인 모델의 계층적 정교화를 지원하여 모듈성과 재사용성을 향상시킨다.
• 도메인 모델을 Event-B 사양에 연결하여 비형식적 요구사항 모델링과 형식적 검증 사이의 격차를 메운다.
• 접합 불변식과 형식적 술어를 통해 SysML/KAOS에 명시적인 의미론과 증명 의무를 제공하는 메커니즘을 마련한다.

제안 방법

• 도메인 지식을 SysML/KAOS에서 표현하기 위한 OWL 기반 온톨로지 형식론의 메타모델을 정의한다.
• 시스템 상태 구조를 도메인 모델에서 유도하여, SysML/KAOS 목표의 형식적 의미를 Event-B로 명시한다.
• 정교화 과정에서 추상 변수와 구체적 변수 간의 관계를 포착하기 위해 접합 불변식을 도입하여 증명 의무를 지원한다.
• 부모-자식 온톨로지 관계를 통해 계층적 도메인 모델링을 구현하여 재사용과 모듈식 확장을 가능하게 한다.
• GPS, Wi-Fi, 센서 등의 도메인 개념과 차량-하위구성요소, 검증 등의 관계를 OWL 기반 개념과 관계로 표현한다.
• 재사용된 요소에 부모 도메인 모델 이름을 주석으로 추가하여 다양한 추상 수준 간의 추적 가능성과 모듈성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SysML/KAOS의 도메인 지식은 어떻게 형식적으로 모델링되어야 하며, 안전이 중요한 시스템에서 일관성과 추적 가능성을 보장할 수 있는가?
• RQ2 Event-B를 사용하여 SysML/KAOS 목표 모델과 형식적 의미론을 통합하기 위한 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 SysML/KAOS에서 추상 수준 간에 연결된 계층적이고 재사용 가능한 도메인 온톨로지는 어떻게 구성하고 연결할 수 있는가?
• RQ4 접합 불변식은 도메인 모델과 목표 모델의 정교화 과정에서 일관성을 유지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 형식적 술어와 제약 조건은 온톨로지에서 도메인 특화된 관계와 종속성을 어떻게 표현할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 SysML/KAOS 도메인 모델링 방법은 OWL 기반 온톨로지와 형식적 Event-B 사양을 성공적으로 통합하여 요구사항에서 형식 모델로의 추적 가능성을 보장한다.
• 계층적 도메인 모델은 정교화 수준 간에 효과적으로 재사용되며, 자식 모델이 부모 모델의 개념을 상속하고 확장함을 확인할 수 있었으며, 이는 Cycab 위치 추정 사례 연구에서 입증되었다.
• 접합 불변식을 통해 정교화 과정에서 추상 변수와 구체적 변수 간의 관계를 형식적으로 포착하여 증명 의무의 표현을 지원했다.
• 이 방법은 도메인 모델에서 유도된 시스템 상태 구조를 기반으로 하여 SysML/KAOS 목표의 형식적 의미론을 도출할 수 있다.
• 사례 연구를 통해 센서 검증 및 위치 계산과 같은 도메인 지식이 OWL 구조를 사용하여 정확하게 모델링되고 목표 정교화에 연결됨을 확인할 수 있었다.
• 이 방법은 각 정교화된 목표에 해당 도메인 모델을 연결함으로써 복잡한 목표 모델을 분할하여 수준 간의 일관성을 보장한다.