[論文レビュー] The SysML/KAOS Domain Modeling Approach

Steve Tueno, Régine Laleau+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2017

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 11被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、安全関連システムの要件における一貫性とトレーサビリティを保証するために、OWLベースのオントロジーとEvent-Bの形式的意味論を統合したSysML/KAOSドメインモデリング手法を提案する。再利用可能で階層的なオントロジーを通じてドメイン知識をモデル化し、それらをSysML/KAOSの目標モデルに関連付けることで、Event-B仕様による要件の形式的検証が可能となる。Cycab自動走行車のロケーション設定に関する事例研究でその有効性が示された。

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.

研究の動機と目的

• 安全関連システムにおけるSysML/KAOSの形式的意味論とトレーサビリティの欠如に対処する。
• オントロジーとSysML/KAOSの目標モデルを統合することで、一貫性があり再利用可能で形式的に検証可能なドメインモデリングを可能にする。
• 親子オントロジー関係を通じたドメインモデルの階層的精錬を支援することで、モジュラリティと再利用性を向上させる。
• ドメインモデルとEvent-B仕様をリンクさせることで、非形式的要件モデリングと形式的検証のギャップを埋める。
• グリューピング不変条件と形式的述語を用いて、SysML/KAOSにおける明示的な意味論と証明義務を提供する。

提案手法

• ドメイン知識をSysML/KAOSで表現するためのOWLベースのオントロジー形式のメタモデルを定義する。
• Event-Bを用いてSysML/KAOSの目標の意味論を形式的に仕様化し、システムの状態構造をドメインモデルから導出する。
• 精錬過程で抽象変数と具象変数の関係を捉えるためにグリューピング不変条件を導入し、証明義務のサポートを実現する。
• 親子オントロジー関係を用いて階層的ドメインモデリングを実装し、再利用とモジュラー拡張を可能にする。
• GPS、Wi-Fi、センサなどドメイン概念と、車両-サブコンponent関係、検証関係など関係を、OWLベースの概念と関係で表現する。
• 再利用要素に親ドメインモデル名をアノテートすることで、抽象レベル間でのトレーサビリティとモジュラリティを確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SysML/KAOSにおけるドメイン知識を、安全関連システムの文脈で一貫性とトレーサビリティを確保するために、どのように形式的にモデリングできるか？
• RQ2 Event-Bを用いた形式的意味論との統合を実現するためのメカニズムは何か？
• RQ3 SysML/KAOSにおける抽象レベル間で、階層的かつ再利用可能なドメインオントロジーをどのように構築・リンクできるか？
• RQ4 グリューピング不変条件は、ドメインモデルおよび目標モデルの精錬過程での一貫性維持に果たす役割は何か？
• RQ5 形式的述語と制約を用いて、オントロジー内でのドメイン固有の関係や依存関係をどのように表現できるか？

主な発見

• 提案されたSysML/KAOSドメインモデリング手法は、OWLベースのオントロジーと形式的Event-B仕様を統合し、要件から形式的モデルへのトレーサビリティを実現した。
• 階層的ドメインモデルは、精錬レベル間で効果的に再利用され、子モデルが親モデルの概念を継承・拡張することが、Cycabロケーション事例研究で実証された。
• グリューピング不変条件は、精錬過程で抽象変数と具象変数の関係を形式的に捉えるために用いられ、証明義務の表現を支援した。
• 本手法により、SysML/KAOSの目標の形式的意味論がドメインモデルから導出可能であり、システムの状態構造がオントロジーの概念および関係定義によって定義された。
• 事例研究により、センサの検証やロケーション計算といったドメイン知識が、OWLの構成要素を用いて正確にモデル化され、目標の精錬とリンク可能であることが示された。
• 本手法により、各精錬された目標が対応するドメインモデルに関連付けられるため、複雑な目標モデルの分割が可能となり、レベル間での一貫性が保証された。