Trazabilidad de requisitos

La trazabilidad de requisitos es una subdisciplina de la gestión de requisitos dentro del desarrollo de software y la ingeniería de sistemas . La trazabilidad como término general se define en el Vocabulario de Ingeniería de Software y Sistemas del IEEE ^[1] como (1) el grado en el que se puede establecer una relación entre dos o más productos del proceso de desarrollo, especialmente productos que tienen un predecesor-sucesor o primario. -relación de subordinación entre sí; ^[2] (2) la identificación y documentación de rutas de derivación (hacia arriba) y rutas de asignación o flujo descendente (hacia abajo) de productos de trabajo en la jerarquía de productos de trabajo; ^[3] (3) el grado en que cada elemento de un producto de desarrollo de software establece su razón de existir; y (4) asociación discernible entre dos o más entidades lógicas, como requisitos, elementos del sistema, verificaciones o tareas.

La trazabilidad de requisitos en particular, se define como "la capacidad de describir y seguir la vida de un requisito tanto hacia adelante como hacia atrás (es decir, desde sus orígenes, a través de su desarrollo y especificación, hasta su posterior implementación y uso, y a través de períodos). de refinamiento e iteración continuos en cualquiera de estas fases)". ^{[4] [5]} En el campo de la ingeniería de requisitos, la trazabilidad consiste en comprender cómo los requisitos de alto nivel (objetivos, metas, aspiraciones, expectativas, necesidades comerciales) se transforman en requisitos de bajo nivel listos para el desarrollo. Por lo tanto, se ocupa principalmente de satisfacer las relaciones entre capas de información (también conocidas como artefactos). ^[6] Sin embargo, la trazabilidad puede documentar relaciones entre muchos tipos de artefactos de desarrollo, como requisitos, declaraciones de especificaciones, diseños, pruebas, modelos y componentes desarrollados. ^[7] Por ejemplo, es una práctica común capturar relaciones de verificación para demostrar que un requisito es verificado por un determinado artefacto de prueba.

La trazabilidad es especialmente relevante cuando se desarrollan sistemas críticos para la seguridad y, por lo tanto, está prescrita por directrices de seguridad , como DO178C , ISO 26262 e IEC61508 . Un requisito común de estas directrices es que los requisitos críticos deben verificarse y que esta verificación debe demostrarse mediante la trazabilidad. ^[8]

Seguimiento hacia y más allá de los requisitos

Trazabilidad de requisitos previos . ^[4] Los requisitos provienen de diferentes fuentes, como la persona de negocios que solicita el producto, el gerente de marketing y el usuario real. Todas estas personas tienen diferentes requisitos del producto. Al utilizar la trazabilidad de requisitos, se puede rastrear una característica implementada hasta la persona o grupo que la deseaba durante la obtención de requisitos . Esto se puede utilizar durante el proceso de desarrollo para priorizar el requisito y determinar qué tan valioso es el requisito para un usuario específico. También se puede utilizar después de la implementación para ver por qué ciertas funciones no utilizadas encontradas durante los estudios de usuarios fueron necesarias en primer lugar.

Trazabilidad post-requisitos . ^[4] No sólo se deben rastrear los requisitos en sí, sino también la relación de los requisitos con todos los artefactos asociados con ellos, como modelos, resultados de análisis, casos de prueba, procedimientos de prueba, resultados de pruebas y documentación de todo tipo. Incluso se debe poder rastrear a las personas y grupos de usuarios asociados con los requisitos. Los requisitos se materializan en artefactos de diseño, implementación y, finalmente, se verifican. Los artefactos vinculados a las últimas etapas también deben rastrearse hasta los requisitos. Esto normalmente se hace a través de una matriz de trazabilidad de requisitos .

Establecer una trazabilidad más allá de los requisitos en los artefactos de diseño, implementación y verificación puede resultar difícil. ^[9] Al implementar requisitos de software, por ejemplo, los requisitos pueden estar en una herramienta de gestión de requisitos , mientras que los artefactos de diseño pueden estar en una herramienta de diseño. Además, los artefactos de implementación probablemente estarán en forma de archivos fuente, cuyos vínculos se pueden establecer de diversas maneras en distintos ámbitos. Artefactos de verificación como los generados por pruebas internas o herramientas de verificación formales.

La integración de repositorios o pilas de herramientas puede presentar un desafío importante para mantener la trazabilidad en un sistema dinámico.

Uso de información de trazabilidad

El uso de la trazabilidad, especialmente cuando se rastrea más allá de los requisitos hasta todos los artefactos ubicados en la cadena de herramientas, puede traer varios beneficios: ^{[10] [11]}

• Análisis de impacto de cambios : si un requisito cambia, los enlaces de seguimiento informan sobre artefactos relacionados y dependientes. Estos artefactos pueden verificarse fácilmente y, si es necesario, ajustarse. Se reduce la probabilidad de pasar por alto artefactos relacionados.
• Análisis de cobertura: la trazabilidad garantiza que no se pase por alto ningún requisito. Especialmente cuando se certifican productos críticos para la seguridad, es necesario demostrar que se cumplen todos los requisitos.
• Análisis del estado del proyecto: es posible realizar un seguimiento del estado del proyecto: el análisis de los datos de trazabilidad permite ver el estado de finalización de los requisitos. Los requisitos sin enlaces o con una cadena de seguimiento incompleta (por ejemplo, requisitos con implementación pero sin pruebas) indican que es necesario seguir trabajando. Los eslabones que faltan muestran qué artefactos concretos faltan y deben realizarse.
• Reutilización de componentes del producto: es posible estructurar los requisitos y sus artefactos vinculados en paquetes. Estos paquetes se pueden utilizar para diferentes productos.
• Relaciones persistentes: a menudo el conocimiento de un proyecto o producto está en la cabeza de personas específicas. Mediante el uso de la trazabilidad, este conocimiento se guarda al visualizar la relación entre los diferentes artefactos. Este conocimiento permanece incluso si una persona abandona el proyecto.
• Optimización de pruebas: al vincular los requisitos, el código fuente , los casos de prueba y los resultados de las pruebas, es fácil identificar las partes afectadas del código fuente si las pruebas fallan. Además, se pueden identificar y eliminar casos de prueba redundantes.

^{En [12]} se ofrece una descripción más completa de las actividades de desarrollo respaldadas por la trazabilidad y su relevancia.

Uso práctico de la información de trazabilidad.

Amplios estudios documentan la eficacia, pero también las dificultades, de capturar información de trazabilidad:

• La trazabilidad acelera y mejora las actividades de desarrollo: un estudio con 71 sujetos que realizaron cambios en el código fuente con y sin soporte de trazabilidad mostró los beneficios de la trazabilidad. Los desarrolladores completaron tareas con soporte de trazabilidad un 24 % más rápido y un 50 % más correcto. ^[13]
• Una trazabilidad más completa ayuda a evitar defectos de software: en un análisis de los datos de desarrollo de 24 proyectos de código abierto medianos y grandes, se encontró una relación estadísticamente significativa entre la integridad de la información de trazabilidad capturada y la tasa de defectos del código fuente desarrollado. Los componentes con una trazabilidad más completa mostraron una menor cantidad de defectos (también conocidos como errores). ^[14]
• Lograr una trazabilidad que cumpla con las normas es difícil: un análisis de las pruebas previas a la comercialización de software en dispositivos médicos realizado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) en 2013 identificó brechas significativas entre la información de trazabilidad prescrita y archivada. ^[8] La búsqueda de una trazabilidad conforme a las normas a menudo resulta en una "gran congelación". Gran congelación, ya que las empresas pretenden evitar un mayor desarrollo porque la recertificación implica un enorme esfuerzo. ^[15]

Visualización de información de trazabilidad.

Uno de los objetivos de la trazabilidad es visualizar la relación entre los artefactos. A medida que aumenta el número y la complejidad de los enlaces de seguimiento, se necesitan técnicas para la visualización de la trazabilidad. Una visualización puede incluir información sobre los artefactos (por ejemplo, tipo de artefacto, metadatos, atributos) y enlaces (por ejemplo, tipo de enlace, metadatos, intensidad del enlace). ^[dieciséis]

Las visualizaciones comunes para la información de trazabilidad son matrices , gráficos , listas e hipervínculos .

• Matriz de trazabilidad : una matriz de trazabilidad es una representación similar a una tabla que asigna artefactos de un tipo (por ejemplo, requisitos) representados en columnas a artefactos de otro tipo (por ejemplo, código fuente) representados en filas. Las celdas visualizan un rastro entre dos artefactos si están llenos o un no rastro si se dejan vacíos. ^[16] La ventaja de las matrices de trazabilidad es que todos los vínculos entre artefactos son visibles de un vistazo. Los filtros ayudan a reducir la cantidad de información mostrada. Las matrices de trazabilidad son adecuadas para tareas de gestión. ^[16] Sin embargo, en la industria, los proyectos a menudo constan de miles de artefactos: las tablas pueden volverse muy grandes y confusas. ^[17]
• Gráfico de trazabilidad : en un gráfico de trazabilidad, los artefactos se representan como nodos. Los nodos están conectados por bordes, si existe un vínculo de seguimiento entre los artefactos. Los gráficos son especialmente adecuados para tareas de desarrollo. Permiten obtener una visión general de los enlaces de forma exploratoria y se caracterizan por un alto índice de comprensión de la información. ^[16] Al navegar por el gráfico, es fácil identificar los enlaces faltantes como una pista para crear los artefactos necesarios.
• Lista : las listas representan enlaces de trazabilidad en una entrada. Esta entrada podría incluir información sobre los artefactos y atributos de origen y destino. Son especialmente adecuados cuando se deben ejecutar operaciones masivas para varios artefactos diferentes. Los filtros y mecanismos de clasificación permiten manejar la información mostrada. Sin embargo, en comparación con las visualizaciones descritas anteriormente, las listas son menos adecuadas para ejecutar tareas de gestión, desarrollo y prueba de proyectos. ^[dieciséis]
• Hipervínculo : los hipervínculos conectan artefactos vinculados y permiten "saltar" de un artefacto de origen a un artefacto vinculado. Esta visualización es adecuada si se necesita información detallada sobre un artefacto, ya que permite la navegación a los artefactos en su entorno nativo. ^[16] El uso de hipervínculos únicamente tiene la desventaja de que es necesario un gran esfuerzo de navegación para obtener una visión general del estado del enlace, ya que los artefactos vinculados no se visualizan de forma compacta.

Las visualizaciones se pueden combinar para superar sus limitaciones específicas.

Realización técnica

Trazabilidad manual

La trazabilidad se logra mediante la captura de rastros, ya sea de forma totalmente manual o con herramientas, por ejemplo, como una hoja de cálculo en Microsoft Excel . Aunque se aplica ampliamente, este proceso es engorroso, propenso a errores y, a menudo, conduce a información de trazabilidad de calidad insuficiente debido a las diversas herramientas de desarrollo involucradas y al número típicamente muy alto de artefactos que deben rastrearse. ^[18]

Trazabilidad asistida por herramientas

La trazabilidad respaldada por herramientas requiere que la información de desarrollo que se distribuye a lo largo de toda una cadena de herramientas de desarrollo esté homogeneizada y agregada. Existen los siguientes enfoques para alcanzar este estado:

Homogeneización del entorno de herramientas de software a través de una herramienta ALM : las cadenas de herramientas ALM cubren el ciclo de vida del desarrollo de software y gestionan todos los artefactos del proceso de desarrollo de software. Muchas empresas han elegido el mejor enfoque con gestión de tareas, gestión de códigos y numerosas herramientas de automatización de pruebas. Las empresas que eligen el mejor enfoque resuelven el desafío de la trazabilidad con herramientas de gestión de requisitos (RM) que proporcionan un modelo de trazabilidad completo e integraciones para las mejores herramientas. Una única herramienta ALM que cubra requisitos, análisis de riesgos, diseño de sistemas, gestión de tareas, repositorios de código, integración, pruebas y más es un equilibrio clásico entre las mejores capacidades y una plataforma común con funciones más limitadas.

Homogeneización de datos a través de requisitos sustitutos : las herramientas de gestión de requisitos (RM) permiten almacenar, organizar y gestionar todos los requisitos de las especificaciones de un sistema y, por lo general, organizarlos en un árbol de especificaciones que vincula cada requisito con su requisito principal en la especificación superior. Las funciones de análisis típicas basadas en información de trazabilidad registrada son, por ejemplo, comprobaciones de integridad, es decir, si todos los requisitos del nivel del sistema bajan al nivel del equipo (con o sin modificación), evaluación de las desviaciones de los requisitos en todos los niveles y presentación del estado de calificación. Para garantizar la trazabilidad de tipos de artefactos más allá de los requisitos, las herramientas de RM a menudo permiten importar otros artefactos como requisitos sustitutos que luego se pueden rastrear con los métodos de seguimiento de requisitos de la herramienta. La desventaja de este enfoque es que se necesitan diferentes adaptadores o convertidores para los diferentes tipos de artefactos que deben tener una versión y un formato de datos consistentes. A diferencia de las herramientas ALM, esta coherencia la debe realizar uno mismo.

Homogeneización de datos a través de una herramienta de trazabilidad dedicada : el concepto básico de herramientas de trazabilidad dedicadas consta de tres pasos esenciales:

• La definición de un modelo de datos, también conocido como modelo de información de trazabilidad (TIM). Este modelo especifica qué tipos de artefactos (por ejemplo, requisitos de las partes interesadas, requisitos de software, pruebas de integración, elementos del modelo del sistema) y cómo están vinculados.
• La definición de asignaciones de todos los datos relevantes de todas las herramientas que forman parte de su cadena de herramientas de desarrollo y cómo estos datos se asignan al TIM.
• Las métricas y las funciones de análisis se definen en el TIM, no en los datos que residen en una herramienta específica.

El enfoque reúne las ventajas de los enfoques antes mencionados: cubre todas las herramientas y artefactos en un enfoque holístico, homogeneiza los datos y evita el riesgo de inconsistencias causadas por sustitutos obsoletos. La desventaja es que este enfoque implica la extensión de una cadena de herramientas mediante otra herramienta (de trazabilidad).

Herramientas de trazabilidad

En muchos proyectos, la gente utiliza herramientas ofimáticas como hojas de cálculo para gestionar la trazabilidad. Estas herramientas son propensas a errores cuando tienes cientos de requisitos y varios usuarios trabajando en un proyecto. Podrás utilizar herramientas de trazabilidad especializadas para un control efectivo de tus proyectos.

Ver también

• Análisis de requisitos  – Proceso de ingeniería
• Lista de herramientas de ingeniería de requisitos

Referencias

1. Ingeniería de sistemas y software - Vocabulario . ISO/IEC/IEEE 24765:2010(E). 2010-12-01. págs. 1–418. doi :10.1109/IEEESTD.2010.5733835. ISBN 978-0-7381-6205-8.
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