集成FRs与QRs的需求获取和描述方法研究

摘要

软件系统的需求既包含系统应具备的各项功能，即功能需求(FunctionalRequirements，简称FRs)，也包含施加在系统功能上的约束，即非功能需求，又称质量需求(QualityRequirements，简称QRs)。获取和描述这两类需求是软件开发过程中的一个关键阶段，直接关系到整个开发项目的成败。需求获取和描述阶段面临着用户与开发者之间的知识鸿沟、用户缺乏综合概括需求知识的能力、以及需求知识的混乱、无结构性这些困难。目前的需求获取与描述方法在面对上述困难时，仍然存在一些挑战:1）功能需求和质量需求在获取与描述过程中被长期分离开来，并不符合这两类需求之间紧密关联的自然规律，目前对于如何集成这两类需求的研究并不够广泛;2）虽然存在少数研究关注于功能需求与质量需求的集成建模，但仅止于在模型层面进行形式上的集成，并未在元模型层面真正从概念上实现这两类需求的有机结合;3）对于需求获取的研究，现有的方法或是仅针对功能需求知识的获取，如基于过程的方法，或是对功能需求和质量需求分开进行建模来分别获取这两类需求知识，如面向目标的方法，目前仍然缺乏一种能够实现功能需求知识与质量需求知识获取在同一模型中进行的方法;4）需求描述长期以来并不考虑用户和开发者的不同知识背景，都采用同种需求描述来面向用户和开发者，直到问题框架方法提出将需求分为面向用户的需求描述和面向开发者的规格说明两种形式，更利于用户和开发者理解需求，然而该方法目前仅面向功能需求且缺乏可行的方案来指导如何将混乱的需求知识转化为这两类描述。
　　针对上述挑战，本文着重研究如何集成获取与描述功能需求和质量需求，结合业务目标、业务过程和问题框架这三种常见的需求模型，建立起一个系统化的功能需求与质量需求集成建模体系，以求突破现有需求建模研究中功能需求与质量需求集成建模方法匮乏的研究困境，主要工作和贡献如下:
　　1)提出一种系统化的功能需求与质量需求集成建模语言，在元模型层定义了这两类需求分别在业务目标、业务过程和问题框架这三种模型中实现集成的相关概念，为这两类需求在模型层实现有机集成奠定了基础，克服了现有的功能需求和质量需求集成研究中缺乏元模型定义支持的缺点;
　　2)基于业务目标和业务过程，提出一种集成获取功能需求和质量需求的方法，完整的获取功能需求知识、质量需求知识以及两者之间的关联，克服了传统业务目标模型和业务过程模型在需求获取方面的缺点，也为这两类需求的集成描述作了初步准备;
　　3)基于问题框架建模，提出一种集成描述功能需求和质量需求的方法，将所获取的需求知识转化为面向用户的需求描述（包括功能需求描述和质量需求描述）和面向开发者的规格说明（包括功能规格说明和质量规格说明），克服了传统问题框架仅面向FRs以及难以将混乱需求知识转化为需求描述和规格说明的缺点。
　　本文将上述方法应用到某股票交易系统案例的需求获取与描述中，并在该案例的基础上，对集成FRs和QRs的系统化获取与描述方法分别开展有效性和可行性的评估，证实了本文研究成果对于需求获取与描述的重要价值，解决了现有方法面临的一些关键问题。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 软件需求

1．2 软件需求工程

1．3 软件需求获取与描述

1．3．1 软件需求获取与描述的根本任务

1．3．2 模型驱动的软件需求获取与描述

1．3．3 软件需求获取与描述的困难和不足

1．4 本文工作

1．4．1 主要研究点

1．4．2 创新点

1．4．3 组织架构

第2章 相关工作

2．1 FRs获取与描述的研究现状

2．1．1 单模型驱动的方法

2．1．2 多模型驱动的方法

2．2 QRs获取与描述的研究现状

2．2．1 面向特定QR的方法

2．2．2 面向多种QRs的通用方法

2．3 FRs和QRs集成获取与描述的研究现状

2．4 本章小结

第3章 集成FRs与QRs的元建模

3．1 元建模研究的相关工作

3．2 集成FRs与QRs元建模的核心概念

3．3 集成FRs和QRs的业务目标元模型

3．4 集成FRs和QRs的业务过程元模型

3．4．1 层次化的业务过程

3．4．2 集成FRs与QRs的业务过程

3．5 集成FRs和QRs的问题框架元模型

3．5．1 问题上下文

3．5．2 集成FRs与QRs的问题模型

3．5．3 问题框架

3．6 集成FRs与QRs的元模型评估

3．6．1 Zachman框架简介

3．6．2 基于Zachman框架的元模型评估

3．7 本章小结

第4章 基于业务目标建模和业务过程建模的FRs与QRs集成获取

4．1 业务目标建模和业务过程建模研究的相关工作

4．2 集成FRs与QRs的业务目标建模

4．3 面向FRs的层次化业务过程建模

4．3．1 第1步：构建业务过程层

4．3．2 第2步：构建业务任务层

4．3．3 第3步：构建业务事务层

4．3．4 分析讨论

4．4 集成FRs与QRs的需求组件构建

4．4．1 第1步：获取质量因素和质量指标

4．4．2 第2步：构建微观层面的需求组件

4．4．3 第3步：构建宏观层面的需求组件

4．4．4 分析讨论

4．5 本章小结

第5章 基于问题框架建模的FRs与QRs集成描述

5．1 问题框架建模研究的相关工作

5．2 基本问题框架概述

5．3 基于问题框架的FRs与QRs集成建模

5．3．1 第1步：分解复杂问题

5．3．2 第2步：构建对象分析模型

5．3．3 第3步：构建问题图模型

5．3．4 第4步：匹配和重用基本问题框架

5．4 本章小结

第6章 综合案例研究与方法评估

6．1 股票交易系统的FRs与QRs集成获取

6．1．1 股票交易系统的业务目标模型

6．1．2 股票交易系统的层次化业务过程模型

6．1．3 股票交易系统的需求组件

6．2 股票交易系统的FRs与QRs集成描述

6．2．1 股票交易系统的对象分析模型

6．2．2 股票交易系统的问题图模型

6．2．3 股票交易系统的结构化需求描述

6．3 FRs与QRs集成建模方法的有效性评估

6．4 FRs与QRs集成建模方法的可行性评估

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

攻读博士学位期间主要的研究成果

致谢

作者简历