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 Sistemas y Software 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 una relación de predecesor-sucesor o de primario-subordinado entre sí; ^[2] (2) la identificación y documentación de rutas de derivación (ascendentes) y rutas de asignación o flujo descendente (descendentes) de productos de trabajo en la jerarquía de productos de trabajo; ^[3] (3) el grado en el que cada elemento en 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 en dirección 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 trata sobre la comprensión de cómo los requisitos de alto nivel (objetivos, metas, objetivos, 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 las 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 en el desarrollo de sistemas críticos para la seguridad y, por lo tanto, está prescrita en las 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 a través de la trazabilidad. ^[8]

Rastreando hacia y más allá de los requisitos

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

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

Establecer la 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 enlaces se pueden establecer de varias maneras en varios alcances. Artefactos de verificación como los generados por pruebas internas o herramientas de verificación formal.

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

Uso de la información de trazabilidad

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

• Análisis del impacto de los cambios : si un requisito cambia, los vínculos de seguimiento informan sobre los artefactos relacionados y dependientes. Estos artefactos se pueden verificar fácilmente y, si es necesario, se pueden ajustar. 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 cumplimiento de los requisitos. Los requisitos sin vínculos o con una cadena de seguimiento incompleta (por ejemplo, requisitos con implementación pero sin pruebas) indican que es necesario seguir trabajando. Los vínculos faltantes muestran qué artefactos concretos faltan y deben implementarse.
• Reutilización de componentes de productos: es posible estructurar los requisitos y sus artefactos asociados en paquetes. Estos paquetes se pueden utilizar para diferentes productos.
• Relaciones persistentes: a menudo, el conocimiento de un proyecto o producto se encuentra en la cabeza de personas específicas. Mediante el uso de la trazabilidad, este conocimiento se guarda visualizando 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 del código fuente afectadas si las pruebas fallan. Además, se pueden identificar y eliminar los 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 las tareas con soporte de trazabilidad un 24 % más rápido y con un 50 % más de precisión. ^[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 de tamaño mediano y grande, 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 un menor número de defectos (también conocidos como errores). ^[14]
• Lograr una trazabilidad conforme a las normas es difícil: un análisis de las pruebas previas a la comercialización de software en dispositivos médicos en la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) en 2013 identificó brechas significativas entre la información de trazabilidad prescrita y la presentada. ^[8] La búsqueda de una trazabilidad conforme a las normas a menudo da como resultado una "gran congelación", ya que las empresas intentan evitar un mayor desarrollo porque la recertificación está asociada a 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 la cantidad y la complejidad de los vínculos de trazabilidad, se hacen necesarias técnicas de visualización de la trazabilidad. Una visualización puede incluir información sobre los artefactos (por ejemplo, tipo de artefacto, metadatos, atributos) y los vínculos (por ejemplo, tipo de vínculo, metadatos, fuerza del vínculo). ^[16]

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

• Matriz de trazabilidad : una matriz de trazabilidad es una representación en forma de 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 se llenan o un no rastro si se dejan vacías. ^[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 aristas, si existe un vínculo de rastreo entre los artefactos. Los gráficos son especialmente adecuados para tareas de desarrollo. Permiten obtener una visión general de los vínculos de manera exploratoria y se caracterizan por una alta tasa de comprensión de la información. ^[16] Al navegar por el gráfico, es fácil identificar los vínculos faltantes como una pista para crear los artefactos necesarios.
• Listas : las listas representan enlaces de trazabilidad en una sola entrada. Esta entrada puede incluir información sobre el artefacto de origen y destino y sus atributos. Son especialmente adecuadas cuando se deben ejecutar operaciones en masa para varios artefactos diferentes. Los filtros y mecanismos de ordenación permiten manejar la información mostrada. Sin embargo, en comparación con las visualizaciones descritas anteriormente, las listas son menos adecuadas para ejecutar tareas de gestión de proyectos, desarrollo y prueba. ^[16]
• Hipervínculos : los hipervínculos conectan artefactos vinculados y permiten “saltar” de un artefacto fuente a un artefacto vinculado. Esta visualización es adecuada si se necesita información detallada sobre un artefacto, ya que permite la navegación hacia los artefactos en su entorno nativo. ^[16] El uso exclusivo de hipervínculos tiene la desventaja de que se necesita mucho esfuerzo de navegación para obtener una descripción general del estado del vínculo, 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 la ayuda de herramientas, por ejemplo, en una hoja de cálculo de Microsoft Excel . Aunque se aplica ampliamente, este proceso es engorroso, propenso a errores y, a menudo, conduce a una información de trazabilidad de calidad insuficiente debido a las diversas herramientas de desarrollo involucradas y al número típicamente muy elevado de artefactos que deben rastrearse. ^[18]

Trazabilidad asistida por herramientas

La trazabilidad basada en herramientas requiere que la información de desarrollo que se distribuye a lo largo de toda una cadena de herramientas de desarrollo se homogeneice y agregue. Existen los siguientes enfoques para alcanzar este estado:

Homogeneización del entorno de herramientas de software mediante 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 un enfoque de lo mejor de su clase con gestión de tareas, gestión de código y numerosas herramientas de automatización de pruebas. Las empresas que eligen un enfoque de lo mejor de su clase 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 de su clase. Una única herramienta ALM que cubra los requisitos, el análisis de riesgos, el diseño del sistema, la gestión de tareas, los repositorios de código, la integración, las pruebas y más es una disyuntiva clásica entre las mejores capacidades de su clase frente a una plataforma común con características más limitadas.

Homogeneización de datos mediante 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, los organizan en un árbol de especificaciones que vincula cada requisito con su requisito principal en la especificación superior. Las funciones de análisis típicas basadas en la información de trazabilidad registrada son, por ejemplo, las comprobaciones de integridad, es decir, si todos los requisitos a nivel del sistema llegan hasta el nivel del equipo (con o sin modificaciones), la evaluación de las desviaciones de los requisitos en todos los niveles y la presentación del estado de calificación. Para garantizar la trazabilidad de los 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 rastreo 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 debe llevarse a cabo uno mismo.

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

• 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) 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.

Este enfoque combina las ventajas de los enfoques antes mencionados: abarca 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, las personas utilizan herramientas de oficina como hojas de cálculo para gestionar la trazabilidad. Estas herramientas son propensas a errores cuando se tienen cientos de requisitos y varios usuarios trabajando en un proyecto. Puede utilizar herramientas de trazabilidad especializadas para controlar eficazmente sus proyectos.

Véase también

• Análisis de requerimientos  – 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. pp. 1–418. doi :10.1109/IEEESTD.2010.5733835. ISBN 978-0-7381-6205-8.
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18. Kannenberg, Andrew; Saiedian, Hossein (2009). "Por qué la trazabilidad de los requisitos de software sigue siendo un desafío" (PDF) . CrossTalk Magazine - la revista de ingeniería de software de defensa .