中科院需求工程 需求工程(第五講)面向角色和意圖的方法_

1、金芝中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院概述建模元素建模過程案例進一步發(fā)展i* 廣義上說,任何能夠感知環(huán)境變化,并對環(huán)境進行作用的實體均可看作主體 軟件主體是一段自含的程序模塊,它能夠根據(jù)環(huán)境監(jiān)測的結(jié)果,控制自身的決策和動作,以追求某種目標 具有一定程度的獨立性和自主性,具有自己的目標和愿望,以及目標實現(xiàn)的知識 是對象技術(shù)的發(fā)展和延伸 在環(huán)境變化時,能夠表現(xiàn)出一定的靈活性、自主性和適應(yīng)性，能夠?qū)嵤┓磻?yīng)性和預(yù)動性的行為 主體受自身的目標驅(qū)動，對象受外部的消息驅(qū)動 可以因如涉及如合作、競爭、協(xié)商等較高抽象層次的概念，以便分析 具有知識、信念、期望、意圖等表達主觀意識的內(nèi)涵 背景： 90年代前期，“怎么樣

2、”和“為什么”的問題 方法提出的動機為詢問為什么型的問題提供線索和結(jié)構(gòu)對信息系統(tǒng)組織層次的上下文關(guān)系建模以表示“有目的的參與者Actor”為基礎(chǔ)提供事提供事故信息故信息通知保通知保險公司險公司對照索對照索賠政策賠政策確定確定責(zé)任方責(zé)任方確定解確定解決開銷決開銷支付支付賠償金賠償金提供傷提供傷亡信息亡信息鑒定損鑒定損壞程度壞程度政策條款政策條款 車主想要自己的車被修好 保險公司想要索賠支付最少 車主想要公平地鑒定車需要修理的情況 保險代理想要維持好的客戶關(guān)系 車主車主想要自己的車被修好 保險公司保險公司想要索賠支付最少 車主車主希望公平地鑒定車需要修理的情況 保險代理保險代理想要維持好的客戶關(guān)系

3、 參與者意圖自治性參與者之間的關(guān)系 帶策略和意圖的參與者 策略參與者包括人和機器 為他們之間的復(fù)雜關(guān)系建模 通過分析這些關(guān)系，最后得出他們的真正意圖 他們關(guān)注什么？ 我想要什么? 我怎樣實現(xiàn)我想要的? 我依靠誰來實現(xiàn)我所想要的? 我依靠什么來實現(xiàn)我所想要的? 有目標、信念、能力、承諾 相互依賴 為了實現(xiàn)目標、執(zhí)行任務(wù)、或者豐富資源 半自治的 不是全部可知和可控的 自由采取行為,但受到與他人的關(guān)系的約束 擁有指導(dǎo)行動的知識,但僅有部分知識是顯式的行為者行為者AI want 行為者行為者BI can DD 車被修理車被修理 一個參與者想要其他參與者實現(xiàn)什么目標？ 一個參與者想要其他參與者執(zhí)行什么任

4、務(wù)？ 一個參與者想要其他參與者提供什么資源？ 目標依賴：一個參與者依賴另一個參與者以達到一個目標軟目標是沒有明確定義的目標 資源依賴：一個參與者依賴另一個參與者以獲得資源 任務(wù)依賴：一個參與者依賴另一個參與者以執(zhí)行一個任務(wù) 對依賴的建模 依賴者（Depender） 被依賴者（Dependee） 依賴物（Dependum） 依賴的類型 目標依賴：依賴者要依靠被依賴者去使能某種狀態(tài)，被依賴者可以自由選擇怎么做 任務(wù)依賴：依賴者依靠被依賴者執(zhí)行某個活動，明確規(guī)定任務(wù)如何進行，而不告之為什么 資源依賴：依賴者依靠被依賴者提供一個實體，使之可用。通過建立資源依賴，依賴者獲得將此實體作為資源的能力 軟目標

5、依賴：對目標依賴是否滿足無法事先給出明確定義 依賴的強度及其意義 強度的意義 依賴者的角度：依賴程度越強則依賴者越弱，需要采用有效的方法來減輕這種脆弱性帶來的風(fēng)險 被依賴者的角度：越強的依賴意味著被依賴者要付出越多的努力來提供依賴物 強度的級別 開放級：依賴不成功，在一定程度上影響依賴者的目標， 承諾級：依賴不成功，依賴者的目標會受很大影響。如果依賴物無法實現(xiàn)會使一些計劃動作失敗 關(guān)鍵級：依賴不成功，依賴者的目標會被嚴重影響。如果依賴物無法實現(xiàn)，可能使依賴者的所有動作失敗 分析 誰依賴誰 為什么依賴 是直接依賴還是間接依賴 通過依賴模型，探究每個參與者與其它參與者形成依賴網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)自身期望的機

6、會 通過追蹤依賴關(guān)系鏈分析社交網(wǎng)絡(luò)中的薄弱環(huán)節(jié) Strategic Rationale Model 建模關(guān)注點： 參與者內(nèi)部的各實體之間的結(jié)構(gòu) 分析關(guān)注點： 在策略和意圖層次上，對可能的候選方案進行分析 結(jié)構(gòu)：有向圖 四類節(jié)點：目標、任務(wù)、資源、軟目標 三類鏈接關(guān)系： 手段-目標：鏈接目標和實現(xiàn)該目標的任務(wù) 任務(wù)分解：鏈接任務(wù)與該任務(wù)的子節(jié)點（可以是目標、任務(wù)、資源和軟目標） 貢獻：指向軟目標的鏈接 每個參與者有自己的策略推理結(jié)構(gòu) 當推理超出參與者自身的能力范圍時，這些內(nèi)部鏈接延伸為策略依賴模型中的依賴關(guān)系 基于意圖關(guān)系對組織環(huán)境進行建模，與多數(shù)現(xiàn)有基于實體和活動的建?？蚣芟啾?，提供了更豐富的

7、環(huán)境建模機制。 策略依賴模型不僅能表示參與者不同的自由度，還可以表示策略及意圖層次上的不同關(guān)注點。 對參與者內(nèi)部決策推理結(jié)構(gòu)的分析和建模有助于理解為什么系統(tǒng)以某種方式嵌入在一個組織中。 支持分析預(yù)期系統(tǒng)和與參與者策略相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)。通過分析參與者（包括系統(tǒng)）之間的相互依賴關(guān)系，可以分析參與者成功機會和脆弱性。問題領(lǐng)域涉及到誰?這些參與者之間如何關(guān)聯(lián)起來?為什么涉及到這個參與者?他的目標和任務(wù)是什么?識別參與者識別依賴關(guān)系識別替代方案目標/任務(wù)求精，識別策略推理關(guān)系組織進化存在其它方案嗎? 人、組織、某種軟件、等等。 特征： 具有信念、目標（想要的東西）、意圖 存在的、自治的、靈活的（可變通的）

8、、社會的 大致上的分類： 人或者組織不能被規(guī)定的，只能被部分描述的 軟件是可以完全說明的 根本原因： 人和組織的目標導(dǎo)致了軟件需求， 同時也會影響軟件系統(tǒng)的設(shè)計 其它方法中目標的作用： OOA中人和組織參與者的作用用例 KAOS方法中參與者的作用提供事故信息通知保險公司對照索賠政策確定責(zé)任方確定解決開銷支付賠償金提供傷亡信息鑒定損壞程度政策條款提供事故信息通知保險公司對照索賠政策確定責(zé)任方確定解決開銷支付賠償金提供傷亡信息鑒定損壞程度索賠人保險代理保險公司醫(yī)生傷亡方鑒定人政策條款提供事故信息通知保險公司對照索賠政策確定責(zé)任方確定解決開銷支付賠償金提供傷亡信息鑒定損壞程度政策條款提供事故信息通知

9、保險公司對照索賠政策確定責(zé)任方確定解決開銷支付賠償金提供傷亡信息鑒定損壞程度政策條款 索賠者： 我想得到應(yīng)有的賠償 我希望我的車能被修好 我希望有公正的評估 . 汽車修理廠 我能修好車 我希望能維持好的業(yè)務(wù)關(guān)系 我希望得到應(yīng)有的報酬 保險公司信念、目標、意圖現(xiàn)有的方案 依據(jù)現(xiàn)有的SR模型，分析參與者是否勝任 是否存在更好的更可行的任務(wù)、目標、資源等的分配方式 重新分配目標、任務(wù)和資源 導(dǎo)致新的策略依賴模型 初始化：識別參與者和各自的目標 步驟：對每個目標 采納它 將它代理給一個存在的參與者 將它代理給一個新的參與者 將它分解為新的子目標 否定這個目標 終止條件：所有初始目標都已經(jīng)被實現(xiàn)(假設(shè)所

10、有的參與者都能夠保證完成自己的承諾). 目標求精擴展了功能分解技術(shù),它開發(fā)了不同的選擇 參與者依賴圖擴展了對象交互圖,因為依賴是意圖上,需要被監(jiān)控的,可能會被拋棄的,能在設(shè)計時或者運行時建立的 一般情況下,參與者的結(jié)構(gòu)是開放和動態(tài)的,可以通過協(xié)商、中介等機制來進化的 設(shè)計時和運行時的區(qū)分比較模糊，同樣系統(tǒng)和環(huán)境的區(qū)分也是如此 傳統(tǒng)的方法，目標和軟目標要在需求工程后期之前操作化。 這意味著對一個目標的解決方案要早于軟件設(shè)計被凍結(jié)，設(shè)計者必須在這個解決方案的約束下進行開發(fā)工作 這種情況不利于系統(tǒng)的操作環(huán)境包括涉眾總在變化的情況 也不適合于軟件需要滿足很多不同文化、不同教育背景、或者具有特殊需要的用

11、戶案例一：軟件開發(fā)過程Why問題可以導(dǎo)出各個參與者的動機、目標和所關(guān)心的事情案例二：課程考試安排基于i*的安全需求工程初探Actor IdentificationGoal / Task IdentificationDependency IdentificationAttacker IdentificationMalicious Intent IdentificationVulnerability AnalysisAttacking Measure IdentificationCountermeasure Identificationnormal requirements analysis pr

12、ocess with i*Security requirements analysis process with i*Actor Identification Goal / Task IdentificationDependency IdentificationOuter boundary (e.g. Internet)Inner boundary (e.g. a department of organization)Trust EveryoneSuspect EveryoneActors are assumed guilty until proven innocentAny one of t

13、he actors identified can be a potential attackerThe attacker inherits the intention, capabilities and social relations of the corresponding legitimate actorExternal attackers can also be considered Use high efficient network Daily refresh medical instruction Auto-recover mechanism Transmit in encryp

14、ted format Require use authorization information passing User authentification mechanism從I*到形式化Tropos I*模型重寫為一種形式化的規(guī)格說明：Formal Tropos, Alloy 采用形式化的驗證技術(shù)（模型驗證、定理證明），驗證特定的性質(zhì)是否滿足，比如： 最少特權(quán) 責(zé)任分離 具有堅實精確數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的規(guī)格說明語言 多方面的自動分析平臺 模型驗證 一致性/完整性檢查 模型模擬 測試數(shù)據(jù)生成 定理證明 輔助系統(tǒng)分析員抽取需求 通過展示： 不一致的理解、錯誤和丟失信息。 這些事情在非形式的方法中不是很明顯 提高需求規(guī)格說明形式的表達能力 可以在更豐富的本體中捕獲領(lǐng)域和需求模型： 主體、目標、信念、依賴、優(yōu)先級、 但