Zur Qualitätssicherung von Architekturbeschreibungen, z.B. Komponentenoder Schnittstellenbeschreibungen, ist eine Konsistenzprüfung gegen die gegebenen Anforderungen sinnvoll. Gerade wenn neue oder geänderte Anforderungen die Änderung bestehender Architekturbeschreibungen zur Folge haben, sollte die Konsistenz zu den Anforderungen bewahrt bleiben. Wir präsentieren eine Methode, basierend auf linguistischer Analyse, um eine solche Konsistenzprüfung zu unterstützen. Wir demonstrieren unsere Methode anhand eines industriellen Fallbeispiels.
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Schritt 1) Extraktion von Begriffen aus Anforderungen und Architekturbeschreibungen: Die wesentlichen Begriffe werden aus den jeweiligen Artefakten mit Hilfe von linguistischen Methoden extrahiert. Hierzu werden NLP-Tools für Partof-Speech Tagging und Lemmatisierung benutzt [Sch94]. Die extrahierten Begriffe stehen in einer Beziehung zueinander, wenn sie innerhalb eines Artefakts gemeinsam genutzt werden. Bei natürlichsprachlichen Anforderungen wird hierzu die lexikalische Struktur des Textes mit einbezogen. Zum Beispiel stehen zwei Begriffe in Beziehung zueinander, wenn sie innerhalb einer Aufzählung gemeinsam verwendet werden. Bei Architekturbeschreibungen, z.B. in einem UML Diagramm, entstehen Beziehungen durch Hierarchie- und Geschwisterbeziehungen der Klassen und Attribute.
Domänenspezifische Begriffe, die untereinander in Beziehung stehen, bilden sogenannte Konzeptgraphen [Sow76]. Hierbei werden Begriffe als Knoten, und Beziehungen zwischen Begriffen als Kanten abgebildet.
Schritt 2) Vergleich der extrahierten Begriffe: Im Rahmen unserer Arbeit sind zwei Artefakte zueinander konsistent, wenn sie Begriffe in gleicher Art und Weise verwenden. Das bedeutet, dass verwendete Begriffe, und deren Beziehungen zueinander, aus den Anforderungen mit den Begriffen, und deren Beziehungen zueinander, aus der Architekturbeschreibung übereinstimmen müssen. Es wird nicht geprüft, ob alle Begriffe und Beziehungen aus den Anforderungen auch tatsächlich verwendet werden. Zur Prüfung der Konsistenz werden hierzu die aus den Anforderungen und der Architekturbeschreibung erstellten Konzeptgraphen automatisch miteinander verglichen [Bun00]. Passen die Begriffe in den Knoten, unter Einbeziehung der Struktur des Graphen, semantisch nicht zueinander oder sind die Knoten unterschiedlich miteinander verbunden, so liegt eine Inkonsistenz vor. Das heißt, dass die verwendeten Begriffswelten voneinander abweichen. Aus dem Ergebnis des Vergleichs können somit Rückschlüsse auf die Konsistenz der jeweiligen Artefakte gezogen und Empfehlungen zur Korrektur abgeleitet werden.
Der Ansatz kann zur Entwicklungszeit zwischen der Anforderungs- und Entwurfsphase angewendet werden. Er eignet sich insbesondere für die Wartung langlebiger Systeme, da geänderte Anforderungen kontinuierlich gegen die Architekturbeschreibungen geprüft werden können.
Durch die Verwendung linguistischer Methoden kann unserer Ansatz auf schwach strukturierte Anforderungen in natürlicher Sprache, ohne manuelle Vorverarbeitung, automatisiert angewendet werden. Vorteile sind somit die Ausnutzung bestehender Anforderungen im industriellen Umfeld und die Unterstützung verschiedener Projektgrößen. Die Methode wird nur durch die Qualität der Artefakte und Leistungsfähigkeit verwendeter linguistischer Methoden beschränkt. Zum Beispiel wird die sinnvolle Anwendung des Ansatzes erschwert, wenn innerhalb der Anforderungen Begriffe nicht einheitlich verwendet werden. 3
Das folgende Beispiel demonstriert den Einsatz der vorgeschlagenen Methode anhand eines industriellen Fallbeispiels. Im Kontext einer serviceorientierten Architektur (SOA) soll die Konsistenz einer Service-Schnittstellenbeschreibung gegen die zugrundeliegenden Anforderungen geprüft werden. Services werden zur Integration von Anwendungen und (Teil-) Systemen genutzt. Sie werden mit Hilfe einer unternehmensinternen, domänenspezifischen Sprache beschrieben und sind zentrale, langlebige Architekturbeschreibungen. Aus den formalen Beschreibungen werden später Code und Dokumentation zur Umsetzung von Services generiert. Die natürlichsprachlichen Anforderungen liegen als schwach strukturiertes Fachkonzept vor, welches zwischen Fachbereich und IT abgestimmt wurde. Es beinhaltet keine spezifische Servicebeschreibung, sondern beschreibt nur Funktionalitäten aus fachlicher Sicht.
In Abbildung 1 sind Ausschnitte der extrahierten Konzeptgraphen dargestellt: Ga (Anforderungen) und Gb (Schnittstellenbeschreibung). Zu erkennen ist die Übereinstimmung der markierten Knoten und Kanten in Ga und Gb. Der verwendete Begriff „Produktkategorie“ aus Gb ist jedoch nicht in Ga vorhanden und wird somit auch nicht als Begriff in den Anforderungen verwendet. Dies stellt eine Inkonsistenz zu Ga dar. In Ga finden wir jedoch andere Begriffe an entsprechender Stelle im Graphen, z.B. „Zuordnung“ oder „Spezifizierung“. Zur Herstellung der Konsistenz zwischen Anforderung und Schnittstellenbeschreibung können dem Entwickler diese Alternativen vorgeschlagen werden. Dieser kann dann einen zum Kontext passenden Begriff für die Schnittstellenbeschreibung auswählen. [CG01] [Kim08]
Abbildung 1: Ausschnitte aus Konzeptgraphen von Anforderungen und Schnittstellenbeschreibung Horst Bunke. Graph Matching: Theoretical Foundations, Algorithms, and Applications. In International Conference on Vision Interface, Seiten 82–84, Mai 2000.
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