中科院需求工程 需求工程(第四讲)面向目标的方法_

– 要实现“快的帐户响应时间”这个软目标，可以“采 用索引技术”，“采用索引技术”就是一个可操作的 目标。
可操作目标的表示
• NFR框架：图形表示为边界加重的云形图案 • KAOS：圆角的矩形 • i*和Tropos：表示为任务
目标间的关联
• 目标间的关联： – 自顶向下的分解关系 – 自底向上的贡献关系 – 横向的副作用关系
目标类型和层次
满足请求的目标
满足型目标 功能目标 目标 非功能目标 信息型目标 精确性目标 性能目标 安全性目标 完整性目标 实现型目标（停止型目标） 目标 维护型目标（避免型目标） 优化型目标
限制行为要求目 标特性在将来永 久保持（拒绝）
提供信息的目标
响应时间 吞吐量
可满足性还 不明确
目标
软目标 ‘硬’目标
• 一种略微结构化的软目标表示方法是：“软目标类型[软 目标主题]”，例如，
– 用“响应时间短[账户]”来表示软目标“账户的响应时间”。
• 软目标可以有多于一个主题，例如，
– 界面灵活性[普通客户，金卡账户]。
目标的操作化
• 可操作的目标是对目标与软目标进行分解和求精 的结果。 • 可操作的目标是目标分解树中靠近底层叶节点的 目标，用于表示满足高层目标的具体设计方案。 例如：
为什么需要目标
• 避免无关需求（最小性）
– 目标是需求相关性的精确评判标准 – 需求相对于一组关于所涉及领域的目标是恰当 或相关的， 如果 其规格说明至少被用来证明一个目标 若sS， g G ，D，s |= g => S相对于G是 最小相关的
为什么需要目标
• 向需求相关者解释需求
– 目标给出了需求的说明 对应于设计过程中的设计目标 – 出现一个需求是因为有一个目标作为它的基础 – 目标求精树提供了从高层策略目的到低层技术 需求的可跟踪链 – 对业务系统来说，目标将未来软件和组织和业 务上下文关联起来
方法主线
• 建模主线：系统的目标层次结构。 • 围绕目标的伸展关联：
– 目标操作化为“约束”， – 约束由“活动”和活动所操作的“对象”来保证， – 对象被区分为“事件”、“实体”、“关系”和“主 体”四类， – 约束由主体负责完成， – 主体执行活动并具有活动的能力， – 事件可以触发或者终止活动，等等
什么是目标
• 不同层次的目标
策略性的、粗粒度 的、作用于组织范 围的抽象目标 技术性的、细粒度 的、作用于系统设 计层面的具体目标
高层策略 型目标
运送更多旅客
低层技术 型目标
及时发出加速指令 3次密码错误则不退卡
提供随处可用的提现服务
什么是目标
• 不同类型的目标
– 功能性目标：要实现的服务，是需求相关者期望发生 的所有场景的集合。 – 非功能性目标：与提供服务的质量关联，如良好的保 密性，较高的安全性，较强的准确性，较好的易用性 等 ，或者对开发过程质量的期望，例如良好的适应性， 较强的互操作性，较高的可重用性等
•
– 只有采用全局的俯瞰的视角才能有效地分析 和解决这类目标。
为什么需要目标
• 保证需求的完整性
– 目标是需求足够完整的精确评判标准 – 规格说明相对于一组目标是完整的， 如果 可以证明所有目标（G）是能实现的 由 规格说明 （S）和 所涉及的领域的特性（D） D，S |= G => S相对于G是完备的
目标模式
• 完成型目标（Achieve）：要求系统最终满 足某性质； • 终止型目标（Cease）：要求系统最终不再 满足某性质； • 维持型目标（Maintain）：要求系统始终 满足某性质； • 避免型目标（Avoid）：要求系统从不满足 某性质。
目标模式的规约
• 完成型目标(Achieve)：P Q 语义：如果P成立，则将来某个时候Q成立 • 维持型目标(Maintain) ：P • Q 语义： 如果P成立，则将来Q总成立 PPWQ 语义：维持P成立直到Q成立 • 终止型目标(Cease)：P Q 语义： 如果P成立，则将来某个时候Q不成立 • 避免型目标(Avoid)：P • Q 语义： 如果P成立，则将来Q总是不成立
• 可以通过在目标树上添加标记来表示目标间的正 向和负向的强弱影响。
目标的表示
• 目标名：每个目标都有名字 • 简短描述：自然语言陈述句描述 • 例如：
– 用户提出“要为核电站设计安全的制冷系统”。 则“安全的核电站制冷系统”将作为一个高层 抽象目标的描述被抽取出来。 – 会议调度系统要满足的目标之一是“每个会议 都将在所有预期与会人参加的情况下召开。”
软目标的组成
• 非功能性软目标通常由两部分组成：类型和主题。例如，
– 软目标“账户的准确性”中，“准确性”是类型，“账户”是主 题。 – 如果类型改变为“响应时间”则软目标“账户响应时间”的含义 也随之改变。
• 当主题发生改变，软目标的含义也随之改变。
– “账户的准确性”与“账户的响应时间”，或与“存款机的响应 时间”是完全不同的。
为什么需要目标
• 目标精化过程，为复杂需求文档的结构化 提供直观自然的机制，增加其可理解性 • 目标精化过程中的选择，具有恰当的抽象 程度
为什么需要目标
• 目标便于表达和处理冲突需求。
– 目标的冲突是多视点冲突的根源， – 目标的不同满足标准有助于帮助开发人员对 采用哪种方式处理冲突进行决策。
为什么需要目标
目标从何而来？
• 显式的
– 系统的需求相关者（Stakeholders） – 需求工程师掌握的初步材料
目标从何而来？
• 隐式的：需要进行目标抽取
– 分析当前的系统，发现问题和不足（精确构型 并列举出来），对其取否，导致未来系统要实 现的目标集 – 从初步文档中寻找一些与意图相关的关键词发 现目标 – 对目标进行精化和抽象获得 – 归结目标冲突或障碍导致新的目标
可满足性可 以验证
比较行为，偏 向更好保证软 目标特性行为
产生行为使得目 标特性在将来总 要被满足（拒绝）
为什么需要目标
• 目标分析提供一种关于系统的全局的视角
– 目标的满足由整个系统及环境主体共同完成。 例如：
• 铁路运输系统的安全性目标是由火车司机、轨道 管理系统、车站管理系统、通讯设备、乘客等共 同参与完成的； ATM系统保持用户合法性的目标是由ATM控制软 件、感应器、效应器、用户等共同协作完成的。
目标的形式化表示
• KAOS语言，NFR建模框架以及i*/Tropos语言： 特定的语法 • 一阶时序逻辑断言算子：
– – – – – – – P P P P P P P 表示“在当前状态下，性质P成立”； 表示“在下一个状态，性质P成立”； 表示“在当前或未来某一状态，性质P成立”； 在当前以及未来所有状态，性质P成立； 在前一个状态，性质P成立； 在当前或以前某一状态，性质P成立； 在当前和以前所有状态，性质P成立；
– 贡献的影响和贡献的程度。 – 贡献的影响可以是正向、负向或未知； – 贡献的程度可以是完全的、部分的或程度未知。
目标的副作用关系
• 副作用包括贡献副作用和冲突副作用。例 如：
– “提高性能”会导致“成本提高”，是横向副 作用关系，表明一种冲突。即一个目标被满足 会阻止另一个目标的满足。 – “信息的保密性”会提高“信息的安全性”， 也是横向副作用，表明一种贡献。即一个目标 被满足会帮助另一个目标的满足。
– 一般目标的满足性标准是客观的，能够清楚定义和表 达的。 – 软目标的满足标准则是主观的、相对的、依评价者的 个人判断而定，是满意度（Satisficing）而非满足性 （Satisfying）的问题。
软目标的表示
• NFR框架：软目标的图形化表示为一 个云形（ ） • i*和Tropos方法：软目标图形化表示为 一个不规则的花生形（ ）。
需 求 工 程
金芝 中国科学院数学与系统科学研究院 zhijin@
第四讲：面向目标的方法
• • • • 方法概述 建模原语 基于目标的建模和分析 应用情况
面向目标的方法
What You Get Is What You Want (WYGIWYW)
什么是目标
• 什么是目标?
– A goal is an objective that the system under consideration should achieve – Goal formulations refer to intended properties to ensured – They are optative statements as opposed to indicative ones, and bounded by the subject matter
目标分类
• 满足性目标（Satisfaction Goals）：是满 足各主体愿望的完成型目标； • 信息目标（Information Goals）：是将环境 状态信息通报给主体的完成型目标； • 安全目标（Security Goals）：是避免灾难 状态/恶意攻击发生的持续型目标； • 精确性目标(Accuracy Goals)：是促使主体 对环境的信念保持精确的持续型目标。
• 目标相对比较稳定，利于需求演化
– 实现目标的需求比目标演化的要快，它很容易 被另一个实现相同目标的需求替代 – 越高层的目标越稳定，不同版本的系统常常具 有相同的高层目标
为什么需要目标
• 目标能够表达和分析非功能性需求。
– 非功能性需求是工程研究中的重点和难点， 目前大多采用非形式化的方法来描述， – 常用的建模工具UML也存在着难以为非功能 性需求建模的缺陷。 – 在面向目标的需求分析中，非功能性需求用 软目标来表示，软目标可以逐步分解为子目 标
建模原语：目标与/或树
建模原语：其它关联
• 目标与其它需求建模元素的关联
– 目标与操作：操作的前提条件、后置条件、触 发条件，保证目标目标的可满足性 – 目标与情景：互补