Continuous assessment of software traceability

Rempel, Patrick

Traceability is a critical element of any rigorous software development process. It is required by numerous software lifecycle activities such as, for example, safety analysis, change impact analysis, coverage analysis, and compliance verification. Safety guidelines such as ISO 61508 and its domain specific derivatives explicitly require the implementation of software traceability. Although the crucial importance of traceability is commonly acknowledged, software development projects rarely follow explicit traceability strategies. Traceability is rarely planned or systematically created but should rather be regarded as a desultory ad-hoc effort. In result, existing traces are potentially of dubious quality but serve as the foundation for high impact development decisions. To ensure that traceability is trustworthy, the fitness for purpose of a project’s traceability implementation must be thoroughly ascertained, especially within the context of safety-critical software. Assessing the fitness for purpose is an intricate problem for several reasons. Depending on the project specific traceability goals, different ways of traceability are applied within multiple projects. The development of safety-critical software is subject to different regulations with diverse provisions that need to be regarded. This thesis will present an approach to systematically assess the fitness for purpose of a project’s traceability implementation, comprising two parts. The first part supports the planning of purposed traceability, which is a prerequisite for the traceability assessment. Based on the planning results, the second part supports the actual assessments. It defines an analytical traceability assessment model. This model provides a comprehensive classification of possible traceability problems and defines assessment criteria to systematically detect these problems. The results of a traceability expert survey suggest that proposed traceability problem classification is complete and defines relevant assessment criteria. The proposed assessment approach was applied in two studies. The study results indicate that the proposed assessment provides support for multiple purposes. It can be used in order to determine the feasibility of important software lifecycle activities and the cost effectiveness of a project’s traceability implementation. Safety-critical software projects can be supported with their safety argument. The compliance of projects’ traceability implementations to safety guidelines can be determined.

Die Nachvollziehbarkeit von Anforderungen ist wichtiges Qualitätsmerkmal der Softwareentwicklung. Für eine Vielzahl von Softwareentwicklungsaktivitäten ist die Nachvollziehbarkeit von Anforderungen eine notwenige Voraussetzung. Dazu gehören unter anderem die Analyse funktionaler Sicherheit, die Einflussanalyse, die Analyse des Abdeckungsgrades oder die Compliance. Für die Entwicklung sicherheitskritischer Softwaresysteme ist dieses Qualitätsmerkmal von besonderer Bedeutung. Daher wird dieses von entsprechenden Richtlinien zur Entwicklung sicherheitskritischer Software explizit vorgeschrieben. Obwohl die Relevanz der Nachvollziehbarkeit in Softwareprojekten allgemein bekannt ist, findet nur in wenigen Fällen eine systematische Planung zur Erreichung dieses Qualitätsmerkmals Anwendung. Häufig wird Nachvollziehbarkeit erst nachträglich umgesetzt. Daraus resultieren oft unvollständige Implementierungen der Nachvollziehbarkeit, die trotzdem als Grundlage für schwerwiegende Entscheidungen herangezogen werden. Aus diesem Grunde sollten die entsprechenden Implementierungen einer eingehenden Prüfung unterzogen werden, besonders im Rahmen der Entwicklung sicherheitskritischer Systeme. Dazu ist jedoch eine Vielzahl von Herausforderungen zu meistern. Zum einen hängt die Nachvollziehbarkeit von den projektspezifischen Zielen ab. Bei sicherheitskritischen Systemen müssen oft Vorgaben aus Richtlinien erfüllt werden. Auch die Nutzung der Nachvollziehbarkeit ist sehr stark von den jeweiligen Zielen abhängig. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur systematischen Prüfung von Softwareprojekten im Hinblick auf deren Nachvollziehbarkeit der Anforderungen vorgeschlagen. Eine notwendige Voraussetzung für den Prüfansatz ist die präzise Planung und Definition der Nachvollziehbarkeit von Anforderungen in einem Softwareprojekt. Daher wird im Rahmen dieser Arbeit ein entsprechender Planungsansatz präsentiert. Weiterhin wird ein analytisches Modell zur systematischen Prüfung der Nachvollziehbarkeit in Softwareprojekten präsentiert. Dieses Modell umfasst eine vollständige Klassifikation möglicher Fehlertypen. Außerdem werden Kriterien zur systematischen Erkennung dieser Fehler vorgeschlagen. Die Ergebnisse einer Expertenbefragung bestätigen die Vollständigkeit des analytischen Prüfmodells. Zudem wurde der vorgeschlagene Ansatz zur systematischen Prüfung der Nachvollziehbarkeit von Anforderungen in zwei Studien evaluiert. Dabei konnte der Nutzen des Ansatzes für die Entwicklung von sicherheitskritischer und nicht sicherheitskritischer Software nachgewiesen werden.

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Rempel, Patrick: Continuous assessment of software traceability. Ilmenau 2016.

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