需求追蹤矩陣在軟件工程中的研究與實(shí)現(xiàn)

宮會(huì)杰

【摘 要】軟件工程就是用工程化的方法和理念來管理軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)，軟件工程分為需求、設(shè)計(jì)、編碼、測試四個(gè)環(huán)節(jié)。通過建立和維護(hù)軟件需求跟蹤矩陣，可以在四個(gè)環(huán)節(jié)之間找到對應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證從需求一直到測試之間的一致性與完整性，并且在發(fā)生變更時(shí)，可以通過正反向跟蹤矩陣確定變更影響域。結(jié)合軟件工程的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的需求跟蹤矩陣基礎(chǔ)上，增加用戶需求和軟件需求、概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)之間的追蹤關(guān)系，使得建立的追蹤關(guān)系更加精確。

【關(guān)鍵詞】軟件生存周期；軟件工程；需求跟蹤矩陣

0 引言

軟件工程是指運(yùn)用工程化的理念、方法和技術(shù)來管理軟件開發(fā)過程，通過規(guī)范的過程控制，實(shí)現(xiàn)提高軟件開發(fā)過程質(zhì)量、軟件產(chǎn)品質(zhì)量，縮短軟件開發(fā)周期的目的。軟件工程從實(shí)現(xiàn)的角度上可以分為四個(gè)環(huán)節(jié)：需求、設(shè)計(jì)、編碼、測試，這四個(gè)環(huán)節(jié)之間是有聯(lián)系的，需求跟蹤矩陣就是聯(lián)系這四個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)。

需求跟蹤矩陣的目的是為了建立與維護(hù)“需求-設(shè)計(jì)-編碼-測試”之間的一致性，確保最終的產(chǎn)品滿足需求。軟件工程中的軟件生存周期是指從軟件的產(chǎn)生直到報(bào)廢的生命周期，而需求追蹤矩陣存在于整個(gè)軟件生存周期內(nèi)，從正向和反向兩個(gè)方面進(jìn)行需求追蹤。需求追蹤矩陣中的數(shù)據(jù)元素有：需求項(xiàng)、設(shè)計(jì)元素、代碼、測試用例，從需求開始到測試結(jié)束，形成完整的閉環(huán)，無論是哪一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了變更，都可以迅速準(zhǔn)確的判斷變更的影響域。[1]本文結(jié)合軟件工程的特點(diǎn)，改進(jìn)了傳統(tǒng)的需求跟蹤矩陣建立過程，增加了用戶需求和軟件需求的追蹤，概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的追蹤，這樣建立的追蹤關(guān)系更加精確。

1 實(shí)現(xiàn)過程

軟件工程是指導(dǎo)軟件開發(fā)和維護(hù)的工程學(xué)科，需求是源頭，設(shè)計(jì)和編碼是實(shí)現(xiàn)，測試是保障，需求跟蹤矩陣則是一條無形的線將這些點(diǎn)連接起來。正向需求跟蹤矩陣以用戶需求為出發(fā)點(diǎn)，檢查在后續(xù)的軟件需求、設(shè)計(jì)、編碼、測試中找到對應(yīng)點(diǎn)，反向需求追蹤矩陣能檢查設(shè)計(jì)、代碼、測試用例等工作成果是否都能在需求找到出處，其中反向需求追蹤矩陣可以理解為正向需求追蹤矩陣的逆序，所以本文將主要介紹正向跟蹤矩陣的建立過程。

1.1 需求中建立需求跟蹤矩陣

需求是軟件工程中的一個(gè)必須環(huán)節(jié)，是整個(gè)軟件工程中的源頭，分為用戶需求和軟件需求。

用戶需求是指未經(jīng)分析和分解的原始需求，它可以來源于技術(shù)協(xié)議，也可以來源于任務(wù)書。接收到用戶需求后，將用戶需求進(jìn)行分類和標(biāo)識(shí)，按照分類建立需求跟蹤矩陣的根節(jié)點(diǎn)，將其寫入表1中的左列。[2]標(biāo)識(shí)是指需求、設(shè)計(jì)、編碼、測試相關(guān)元素的唯一標(biāo)識(shí)。

軟件需求是指需求分析人員分析和分解用戶需求，深入的描述軟件的功能和性能，指明軟件和其他系統(tǒng)元素的接口。軟件需求過程的輸入是技術(shù)協(xié)議或任務(wù)書，輸出是軟件需求規(guī)格說明。需求分析人員將分析和分解后的軟件需求，寫入軟件需求規(guī)格說明文檔中。將軟件需求寫入表1中的右列，即建立了用戶需求和軟件需求之間的需求追蹤矩陣。在建立用戶需求和軟件需求間的需求跟蹤矩陣過程中，可以發(fā)現(xiàn)是否所有的用戶需求都被分析和分解。這個(gè)過程中應(yīng)注意，軟件需求的變更一定不能影響到用戶需求，只能是用戶需求的變更影響到軟件需求。

1.2 設(shè)計(jì)中建立需求跟蹤矩陣

軟件設(shè)計(jì)是軟件工程過程中的技術(shù)核心，是軟件需求的實(shí)現(xiàn)，也是后續(xù)編碼和測試過程的基礎(chǔ)。軟件設(shè)計(jì)過程就是把軟件需求分解或者實(shí)現(xiàn)成軟件功能模型、數(shù)據(jù)模型以及行為模型的過程。軟件設(shè)計(jì)過程分為概要設(shè)計(jì)過程和詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。[3]

概要設(shè)計(jì)過程就是將軟件需求轉(zhuǎn)化為功能部件、接口部件等，整個(gè)過程輸入為軟件需求規(guī)格說明，過程輸出為軟件概要設(shè)計(jì)說明。將軟件概要設(shè)計(jì)說明中得到的功能部件、接口部件等寫入到類似于表1的表格中，其中部件要與軟件需求對應(yīng)，即建立了軟件需求和概要設(shè)計(jì)之間的需求追蹤矩陣。在這個(gè)過程中可以發(fā)現(xiàn)是否所有的軟件需求都在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了。

詳細(xì)設(shè)計(jì)過程就是將概要設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化，得到功能單元、接口單元等，整個(gè)過程輸入為軟件概要設(shè)計(jì)說明，過程輸出為軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)說明。將軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)說明中得到的功能單元、接口單元等寫入到類似于表1的表格中，其中單元要與部件對應(yīng)，即建立了概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)之間的需求追蹤矩陣。在這個(gè)過程中可以發(fā)現(xiàn)是否所有的概要設(shè)計(jì)都在詳細(xì)設(shè)計(jì)中細(xì)化了。

1.3 編碼中建立需求跟蹤矩陣

編碼過程就是選擇某種語言，按照詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過程輸入為軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)說明，過程輸出為程序代碼。將程序代碼函數(shù)名稱同詳細(xì)設(shè)計(jì)中的單元建立對應(yīng)關(guān)系，寫入到類似于表1的表格中，即建立了程序代碼和軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)之間的對應(yīng)關(guān)系。在這個(gè)過程中可以發(fā)現(xiàn)是否所有的詳細(xì)設(shè)計(jì)都在編碼過程中實(shí)現(xiàn)了，也能發(fā)現(xiàn)是否存在某些無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)。

1.4 測試中建立需求跟蹤矩陣

軟件測試過程就是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程，需要測試人員編寫并測試用例，整個(gè)過程輸入為程序代碼，過程輸出為測試用例。將測試用例同程序代碼函數(shù)名稱建立對應(yīng)關(guān)系，寫入到類似于表1的表格中，即建立了測試用例和程序代碼之間的對應(yīng)關(guān)系。在這個(gè)過程中可以發(fā)現(xiàn)是否測試覆蓋了所有的程序代碼功能。

2 需求跟蹤矩陣展示

在軟件生存周期中，根據(jù)各階段的進(jìn)展，建立和維護(hù)需求跟蹤矩陣，可以將各個(gè)階段的產(chǎn)品關(guān)系串聯(lián)起來，最終形成的需求跟蹤矩陣如圖1。

由圖1可以看出，整個(gè)矩陣成扇形發(fā)散結(jié)構(gòu)，中間的需求追蹤是不能間斷的。需求跟蹤矩陣建立后，可以迅速的判斷需求是否得到了實(shí)現(xiàn)，并且在需求變更、設(shè)計(jì)變更、代碼變更、測試用例變更時(shí)，通過該矩陣可以很清楚的判斷出變更影響域。[4]

3 綜述

在軟件工程中，建立六個(gè)軟件產(chǎn)品之間的需求跟蹤矩陣，可以更快的檢測并驗(yàn)證用戶需求開始到測試用例之間的一致性與完整性，確保所有的實(shí)現(xiàn)是以用戶需求為基礎(chǔ)；當(dāng)發(fā)生變更時(shí)，通過檢索需求跟蹤矩陣發(fā)現(xiàn)需要修改的需求、設(shè)計(jì)、代碼及測試用例等。需求、設(shè)計(jì)、編碼、測試用例，每一項(xiàng)都含有很多元素，建立和維護(hù)需求追蹤矩陣比較繁瑣，工作量也比較大，目前建立和維護(hù)需求追蹤矩陣的專業(yè)工具比較少，后續(xù)的研究應(yīng)注重此類工具的開發(fā)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳曉星.電信CRM軟件項(xiàng)目需求管理研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2011.

[2]劉宇柯.基于CMMI的軟件開發(fā)項(xiàng)目管理研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2015.

[3]肖丁，吳建林.軟件工程模型與方法[M].北京：北京有點(diǎn)大學(xué)出版社，2008.

[4]吳燕.需求管理中的雙向跟蹤矩陣方法研究[J].北京：軟件信息和服務(wù)，2011，3：60-61.

[責(zé)任編輯：田吉捷]