Automated goal operationalisation based on interpolation and SAT solving

Goal oriented methods have been successfully employed for eliciting and elaborating software requirements. When goals are assigned to an agent, they have to be operationalised: the agent’s operations have to be refined, by equipping them with appropriate enabling and triggering conditions, so that the goals are fulfilled. Goal operationalisation generally demands a significant effort of the engineer. Although there exist approaches that tackle this problem, they are either in-formal or at most semi automated, requiring the engineer to assist in the process. In this paper, we present an approach for goal operationalisation that automatically computes required preconditions and required triggering conditions for operations, so that the resulting operations establish the goals. The process is iterative, is able to deal with safety goals and particular kinds of liveness goals, and is based on the use of interpolation and SAT solving

Satisfying Requirements for Pervasive Service Compositions

International audiencePervasive environments are characterised by highly heterogeneous services and mobile devices with dynamic availability. Approaches such as that proposed by the Connect project provide means to enable such systems to be discovered and composed, through mediation where necessary. As services appear and disappear, the set of feasible compositions changes. In such a pervasive environment, a designer encounters two related challenges: what goals it is reasonable to pursue in the current context and how to use the services presently available to achieve his goals. This paper proposes an approach to design service compositions, facilitating an interactive process to find the trade-off between the possible and the desirable. Following our approach, the system finds at runtime, where possible, compositions related to the developer's requirements. This process can realise the intent the developer specifies at design time, taking into account the services available at runtime, without a prohibitive level of pre-specification, inappropriate for such dynamic environments

Goal-oriented business process engineering

Service-orientierte Architekturen haben sich als Architekturstil für die Entwicklung von Geschäftsanwendungen etabliert. Dementsprechend spielen Geschäftsprozessmodelle eine zentrale Rolle sowohl für die Beschreibung fachlicher Anforderungen als auch für die Spezifikation der erforderlichen Service-Kompositionen. Die modellierten Geschäftsprozesse dienen in der Regel keinem Selbstzweck, sondern der Erreichung eines strategischen Geschäftsziels. Um die Angemessenheit der Geschäftsprozessmodelle, zum Beispiel hinsichtlich ihrer Vollständigkeit und Relevanz, zu bewerten, müssen ihre Beziehungen und Abhängigkeiten zu den Unternehmensziele berücksichtigt werden.In bestehenden Arbeiten gibt es keine integrierte und durchgängige Spezifikationsmethode, die die zielorientierte Spezifikation, die systematische Ableitung von Geschäftsprozessmodellen und die Sicherstellung der Qualität ausreichend berücksichtigt. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur zielorientierten Spezifikation von Geschäftsprozessen vorgestellt, der Modellierungstechniken und Qualitätsanalysefunktionen beinhaltet. Basierend auf einer vorhandenen Ziebeschreibungssprache wird ein erweiterter Modellierungsansatz vorgestellt, der die Beschreibung von Abhängigkeiten zwischen Geschäftszielen und relevanten Elementen im Geschäftskontext sowie die Identifikation von komponierbaren Aktionen unterstützt. In einem systematischen Ableitungsverfahren wird beschrieben, wie diese Informationen bei der Komposition eines Geschäftsprozesses berücksichtigt werden können. Die Qualität der Spezifikation wird durch verschiedene Analyseverfahren sichergestellt.Service-oriented architectures have emerged as an architectural style for the design of business applications. Accordingly, business process models play a central role in the description of business requirements as well as in the specification of required service compositions.The modeling of business processes is not pursued for its own sake, but contributes to the achievement of strategic concerns represented by business goals. In order to evaluate the suitability of business process models, e.g. with respect to completeness and relevance, their relations to business goals need to be considered. This comprises the initial specification of business goals and business processes as well as the preservation of consistency between evolving models.In previous work, several goal-oriented requirements engineering approaches and business process modeling techniques have been proposed. Nonetheless, there is no integrated specification method that supports the goal-oriented specification, the systematic derivation of business process models and the assurance of quality in a sufficient manner.In this thesis, we present an approach for goal-oriented business process engineering that provides modeling techniques and analysis capabilities to assure the overall specification quality. Based on an existing goal-modeling notation, we introduce an extended modeling approach that supports the expression of goal dependencies, relevant business context elements and the identification of composable actions. Further, we describe a systematic derivation method to ensure the consideration of this information in the business process composition. To ensure a valid and consistent specification, a quality analysis and assurance framework is introduced.Tag der Verteidigung: 04.05.2015Paderborn, Univ., Diss., 201

Técnicas automáticas para la elaboración, validación y verificación de requisitos de Software

Tesis (Doctor en Cs. de la Computación)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2015.Es ampliamente aceptado que los errores son más fáciles (y menos costosos) de corregir si se capturan lo más temprano posible en el proceso de desarrollo. Luego, obtener una especificación de requisitos de buena calidad, es de fundamental importancia práctica y económica en la mayoría de las metodologías de desarrollo de software modernas. Esto motivó a que las notaciones formales para la especificación de requisitos adquirieran mayor atención en las últimas décadas. En este trabajo, se presentan dos técnicas automáticas que brindan soporte al proceso de elaboración y validación de requisitos de software. En breve, éstas se basan en manipulaciones de formulas lógicas, explotando la eficiencia de varios mecanismos de análisis provenientes de los métodos formales, como SAT solving, model checking e interpolación

Domain- and Quality-aware Requirements Engineering for Law-compliant Systems

Titel in deutscher Übersetzung: Domänen- und qualitätsgetriebene Anforderungserhebung für gesetzeskonforme Systeme Der bekannte Leitsatz in der Anforderungserhebung und -analyse besagt, dass es schwierig ist, das richtige System zu bauen, wenn man nicht weiß, was das 'Richtige' eigentlich ist. Es existieren überzeugende Belege, dass dieser Leitsatz die Notwendigkeit der Anforderungserhebung und -analyse exakt definiert und beschreibt. Zum Beispiel ergaben Studien, dass das Beheben von Defekten in einer Software, die bereits produktiv genutzt wird, bis zu 80 mal so teuer ist wie das frühzeitige Beheben der korrespondierenden Defekte in den Anforderungen. Generell hat es sich gezeigt, dass das Durchführen einer angemessenen Anforderungserhebung und -analyse ein wichtiger Erfolgsfaktor für Softwareentwicklungsprojekte ist. Während der Progression von den initialen Wünschen der beteiligten Interessensvertretern für ein zu entwickelndes System zu einer Spezifikation für eben dieses Systems müssen Anforderungsanalysten einen komplexen Entscheidungsprozess durchlaufen, der die initialen Wünsche in die Spezifikation überführt. Tatsächlich wird das Treffen von Entscheidungen als integraler Bestandteil der Anforderungsanalyse gesehen. In dieser Arbeit werden wir versuchen zu verstehen welche Aktivitäten und Information von Nöten sind, um eine fundierte Auswahl von Anforderungen vorzunehmen, welche Herausforderungen damit verbunden sind, wie eine ideale Lösung zur Anforderungswahl aussehen könnte und in welchen Bereichen der aktuelle Stand der Technik in Bezug auf diese ideale Lösung lückenhaft ist. Innerhalb dieser Arbeit werden wir die Informationen, die notwendig für eine fundierte Anforderungsauswahl sind, identifizieren, einen Prozess präsentieren, um diese notwendigen Informationen zu sammeln, die Herausforderungen herausstellen, die durch diesen Prozess und die damit verbundenen Aktivitäten adressiert werden und eine Auswahl von Methoden diskutieren, mit deren Hilfe man die Aktivitäten des Prozesses umsetzen kann. Die gesammelten Informationen werden dann für eine automatisierte Anforderungsauswahl verwendet. Für die Auswahl kommt ein Optimierungsmodell, das Teil des Beitrags dieser Arbeit ist, zum Einsatz. Da wir während der Erstellung dieser Arbeit zwei große Lücken im Stand der Technik bezüglich unseres Prozesses und der damit verbundenen Aktivitäten identifiziert haben, präsentieren wir darüber hinaus zwei neuartige Methoden für die Kontexterhebung und die Erhebung von rechtlichen Anforderungen, um diese Lücken zu schließen. Diese Methoden sind Teil des Hauptbeitrags dieser Arbeit. Unsere Lösung für der Erhebung des Kontext für ein zu entwickelndes System ermöglicht das Etablieren eines domänenspezifischen Kontextes unter Zuhilfenahme von Mustern für verschiedene Domänen. Diese Kontextmuster erlauben eine strukturierte Erhebung und Dokumentation aller relevanten Interessensvertreter und technischen Entitäten für ein zu entwickelndes System. Sowohl die Dokumentation in Form von grafischen Musterinstanzen und textuellen Vorlageninstanzen als auch die Methode zum Sammeln der notwendigen Informationen sind expliziter Bestandteil jedes Kontextmusters. Zusätzlich stellen wir auch Hilfsmittel für die Erstellung neuer Kontextmuster und das Erweitern der in dieser Arbeit präsentierten Kontextmustersprache zur Verfügung. Unsere Lösung für die Erhebung von rechtlichen Anforderungen basiert auch auf Mustern und stellt eine Methode bereit, welche es einem erlaubt, die relevanten Gesetze für ein zu erstellendes System, welches in Form der funktionalen Anforderungen bereits beschrieben sein muss, zu identifizieren und welche die bestehenden funktionalen Anforderungen mit den rechtlichen Anforderungen verknüpft. Diese Methode beruht auf der Zusammenarbeit zwischen Anforderungsanalysten und Rechtsexperten und schließt die Verständnislücke zwischen ihren verschiedenartigen Welten. Wir veranschaulichen unseren Prozess unter der Zuhilfenahme eines durchgehenden Beispiels aus dem Bereich der service-orientierten Architekturen. Zusätzlich präsentieren wir sowohl die Ergebnisse der Anwendung unseres Prozesses (bzw. Teilen davon) auf zwei reale Fälle aus den Bereichen von Smart Grids und Wahlsystemen, als auch alle anderen Ergebnisse der wissenschaftlichen Methoden, die wir genutzt haben, um unsere Lösung zu fundieren und validieren.The long known credo of requirements engineering states that it is challenging to build the right system if you do not know what right is. There is strong evidence that this credo exactly defines and describes the necessity of requirements engineering. Fixing a defect when it is already fielded is reported to be up to eighty times more expensive than fixing the corresponding requirements defects early on. In general, conducting sufficient requirements engineering has shown to be a crucial success factor for software development projects. Throughout the progression from initial stakeholders' wishes regarding the system-to-be to a specification for the system-to-be requirements engineers have to undergo a complex decision process for forming the actual plan connecting stakeholder wishes and the final specification. Indeed, decision making is considered to be an inherent part of requirements engineering. In this thesis, we try to understand which activities and information are needed for selecting requirements, which the challenges are, how an ideal solution for selecting requirements would look like, and where the current state of the art is deficient regarding the ideal solution. Within this thesis we identify the information necessary for an informed requirements selection, present a process in which one collects all the necessary information, highlight the challenges to be addressed by this process and its activities, and a selection of methods to conduct the activities of the process. All the collected information is then used for an automated requirements selection using an optimization model which is also part of the contribution of this thesis. As we identified two major gaps in the state of the art considering the proposed process and its activities, we also present two novel methods for context elicitation and for legal compliance requirements elicitation to fill the gaps as part of the main contribution. Our solution for context elicitation enables a domain-specific context establishment based on patterns for different domains. The context patterns allow a structured elicitation and documentation of relevant stakeholders and technical entities for a system-to-be. Both, the documentation in means of graphical pattern instances and textual template instances as well as the method for collecting the necessary information are explicitly given in each context pattern. Additionally, we also provide the means which are necessary to derive new context patterns and extend our context patterns language which is part of this thesis. Our solution for legal compliance requirements elicitation is a pattern-based and guided method which lets one identify the relevant laws for a system-to-be, which is described in means of functional requirements, and which intertwines the functional requirements with the according legal requirements. This method relies on the collaboration of requirements engineers and legal experts, and bridges the gap between their distinct worlds. Our process is exemplified using a running example in the domain of service oriented architectures. Additionally, the results of applying (parts of) the process to real life cases from the smart grid domain and voting system domain are presented, as well as all other results from the scientific means we took to ground and validate the proposed solutions