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Theses Year : 2021

Seamless development of complex systems : a multirequirements approach

Développement sans rupture de systèmes complexes : une approche basée multi-exigences

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Abstract

Proving that a system satisfies its requirements is an important challenge of Requirements Engineering. On the one hand, formal approaches provide a way to express requirements mathematically and prove that a system satisfies its requirements. However, if formalization offers additional possibilities such as verification, or even validation, it often proves to be too difficult to use in practice by the stakeholders involved in the development of systems. On the other hand, in most cases, requirements are written and sometimes traced in Natural Language for communication and mutual understanding purposes. Moreover, this remains during the whole development process. Thus, it is necessary to consider the need to address all these stakeholders during the development process. The main objective of this thesis is to provide a seamless methodology that allows benefiting from the formalization of requirements while being understandable by all stakeholders. We propose an approach that considers requirements as parts of the system's code, which, as such, contributes to improving quality assessment. In addition, integrating the requirements into the code guarantees a seamless development. The contributions target three main benefits. First, there is no need to switch from one tool or environment to another: a single framework supports the development from analysis to implementation. Second, changes and reversibility become a regular occurrence, directly supported by the method, language, and tools, facilitating round-trips. Third, the different levels of abstraction remain inside the object-oriented paradigm. We apply this vision to the development process itself with the same expected advantages. The development life-cycle can then benefit from this strong integration of requirements into the code. These artifacts help in software development by providing support and guidelines for analysis or decision support and reinforcing the software quality. Besides, reusability, evolutivity, and maintainability are enhanced. Traceability between requirements and code allows an easy impact analysis when any of these artifacts evolve. However, if this paradigm is familiar to developers and even if we put an effort in providing expressivity, they are not addressed to other stakeholders that used to work with several tools. Since we also want non-experts to use our approach to validate systems in the early stage of their development, we propose a Domain-Specific Language: (i) close to natural language and (ii) based on formal semantics. Using Model-Driven Engineering techniques, this language bridges the gap between the several stakeholders involved in a project (considering their different backgrounds) and between the requirements and the code. We finally put a research effort into defining relationships between requirements. We provide their formal definitions and properties on the propagation of the satisfaction state. These definitions can help engineers verify requirements (by checking the validity of the semantics of the relationships between two requirements) and verify the system compliance (thanks to satisfaction propagation). This work is a step towards introducing formal semantics into traceability, making it possible to automatically analyze requirements and use their relationships to verify the corresponding implementation of the system.
Prouver qu'un système satisfait à ses exigences est un défi important de l'ingénierie des exigences. D'une part, les approches formelles fournissent un moyen d'exprimer les exigences mathématiquement et de prouver qu'un système satisfait ses exigences. Cependant, si la formalisation offre des possibilités supplémentaires telles que la vérification, voire la validation, elle s'avère souvent trop difficile à utiliser en pratique par les acteurs impliqués dans le développement des systèmes. D'autre part, dans la plupart des cas, les exigences sont écrites et parfois tracées en langage naturel à des fins de communication et de compréhension mutuelle. De plus, cela reste le cas tout au long du processus de développement. Ainsi, il est nécessaire de considérer le besoin de s'adresser à toutes ces parties prenantes pendant le processus de développement. L'objectif principal de cette thèse est de fournir une méthodologie sans rupture qui permet de bénéficier de la formalisation des exigences tout en étant compréhensible par toutes les parties prenantes. Nous proposons une approche qui considère les exigences comme des parties du code du système, ce qui, en tant que tel, contribue à améliorer l'évaluation de la qualité. De plus, l'intégration des exigences dans le code garantit un développement sans rupture. Ces contributions visent trois avantages principaux. Premièrement, il n'est pas nécessaire de passer d'un outil ou d'un environnement à un autre : un cadre unique prend en charge le développement de l'analyse à la mise en œuvre. Deuxièmement, les changements et la réversibilité deviennent un phénomène régulier, directement pris en charge par la méthode, le langage et les outils, ce qui facilite les allers-retours. Enfin, les différents niveaux d'abstraction restent dans le cadre du paradigme orienté objet. Nous appliquons cette vision au processus de développement lui-même avec les mêmes avantages attendus. Le cycle de vie du développement peut alors bénéficier de cette forte intégration des exigences dans le code. Ces artefacts aident au développement du logiciel en fournissant un support et des lignes directrices pour l'analyse ou l'aide à la décision et en renforçant la qualité du logiciel. En outre, la réutilisabilité, l'évolutivité et la maintenabilité sont améliorées. La traçabilité entre les exigences et le code permet une analyse d'impact facile lorsque l'un de ces artefacts évolue. Cependant, si ce paradigme est familier aux développeurs et même si nous faisons un effort d'expressivité, il ne s'adresse pas aux autres parties prenantes qui ont l'habitude de travailler avec d'autres outils. Puisque nous souhaitons également que des non-experts utilisent notre approche pour valider des systèmes dans la première phase de leur développement, nous proposons un langage spécifique au domaine : (i) proche du langage naturel et (ii) basé sur une sémantique formelle. En utilisant les techniques de l'ingénierie dirigée par les modèles, ce langage permet de combler le fossé entre les différents acteurs impliqués dans un projet (compte tenu de leurs différentes expériences) et entre les exigences et le code. Nous avons enfin consacré un effort de recherche à la définition des relations entre les exigences. Nous fournissons leurs définitions formelles et leurs propriétés sur la propagation de l'état de satisfaction. Ces définitions peuvent aider les ingénieurs à vérifier les exigences (en vérifiant la validité de la sémantique des relations entre deux exigences) et à vérifier la conformité du système (grâce à la propagation de la satisfaction). Ce travail est une étape vers l'introduction de la sémantique formelle dans la traçabilité, permettant d'analyser automatiquement les exigences et d'utiliser leurs relations pour vérifier l'implémentation correspondante du système.
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Dates and versions

tel-03599456 , version 1 (07-03-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03599456 , version 1

Cite

Florian Galinier. Seamless development of complex systems : a multirequirements approach. Software Engineering [cs.SE]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2021. English. ⟨NNT : 2021TOU30130⟩. ⟨tel-03599456⟩
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