馬 贊，王 鵬，崔明山

（1.中國(guó)民航大學(xué) 適航學(xué)院，天津 300300；2.北京暢研匯明科技有限公司，北京 100107）

功能需求（functional requirement）是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵輸入，但有效的獲取方法一直是需求分析的難點(diǎn)[1]。目前，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，功能需求越來越多，充分獲取功能需求也越來越困難。

對(duì)于獲取功能需求的具體要求，CMMI 中給出了明確的說明[2]，但并沒有給出如何獲取需求的具體方法。

實(shí)際工程應(yīng)用中，最常用的方法是“基于調(diào)研和訪談的需求分析方法”[3]、“基于知識(shí)的需求獲取方法”[4]和“基于場(chǎng)景的需求獲取方法”[5]。這3 種需求分析方法，都要求參與需求分析的人員具有非常豐富的系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，非常熟悉系統(tǒng)，如果經(jīng)驗(yàn)不足，很容易遺漏某些需求方面，從而造成需求識(shí)別不充分，在沒有其他技術(shù)手段保障的情況下，充分準(zhǔn)確的識(shí)別系統(tǒng)需求將越來越困難。

從實(shí)際工程中應(yīng)用的技術(shù)手段看，需求獲取的常用技術(shù)方法主要有“面向?qū)ο蟮男枨螳@取方法”[6]、“基于特征的需求分析法”[7]、“基于本體的需求獲取法”[8-9]、“基于質(zhì)量功能展開法”[10-11]等。這些方法重點(diǎn)關(guān)注的是采用“用例圖”“活動(dòng)圖”“順序圖”“狀態(tài)機(jī)”“質(zhì)量功能展開圖”等來表示需求，識(shí)別需求之間的依賴和關(guān)聯(lián)關(guān)系，沒有關(guān)注需求的獲取及功能需求完整性問題。

最新的需求獲取研究領(lǐng)域有2 個(gè)方面，一方面是“從需求文檔對(duì)需求建模，通過模型仿真來驗(yàn)證需求是否完整充分”[12-13]，另一方面是“基于用例的面向方面的需求建?！盵14]。前者屬于從需求文檔來驗(yàn)證需求完整性，有一定的意義，但難度很大，效果不明顯；后者從狀態(tài)空間角度進(jìn)行了系統(tǒng)劃分，但分類不完善，還有很大的改進(jìn)空間。

從檢索的文獻(xiàn)看，功能需求的獲取依然存在問題，主要?dú)w結(jié)為以下3 類。

（1）主觀性過強(qiáng)：文[3—5]的需求分析方法重點(diǎn)是靠“人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)”為主，由于人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)存在局限性，人本身也隨著情緒狀態(tài)的變化而不穩(wěn)定，因此，雖然方法簡(jiǎn)單，卻最容易造成主觀性過強(qiáng)，需求分析結(jié)果不完整或受到主觀影響而發(fā)生偏差。

（2）完整性不足：文[6—11]則重點(diǎn)是從需求的某個(gè)側(cè)面或某種表示形式上入手，例如，需求特征、需求本體、質(zhì)量功能展開、面向?qū)ο蠓椒?，雖然對(duì)特定的某些需求可能有效，但不能有效的獲取相對(duì)完整的功能需求。

（3）結(jié)構(gòu)化程度不高：文獻(xiàn)中所提到的功能需求分析方法，普遍結(jié)構(gòu)化程度不高，這就容易造成難以普及使用，實(shí)際工作中效率低的問題。

本文以EDFA 為基礎(chǔ)，建立一種“相對(duì)客觀”“關(guān)注完整性”“結(jié)構(gòu)化程度高”的功能需求獲取方法，能提高功能需求分析的快速性、準(zhǔn)確性和有效性。

1 本文方法

本文提出了一種擴(kuò)展確定有限自動(dòng)機(jī)（EDFA），并在此基礎(chǔ)上，提出了基于EDFA 的結(jié)構(gòu)化的功能需求分析方法和流程，并結(jié)合自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。與傳統(tǒng)的需求分析方法相比，本方法在充分研究系統(tǒng)狀態(tài)特征的基礎(chǔ)上，依托DFA 表征系統(tǒng)內(nèi)在特性的優(yōu)勢(shì)，從系統(tǒng)狀態(tài)空間、輸入空間、輸出空間完整劃分的角度出發(fā)，以結(jié)構(gòu)化的分析流程和方法為指引，對(duì)系統(tǒng)功能需求進(jìn)行充分分析，降低對(duì)需求分析人員經(jīng)驗(yàn)的依賴，提高系統(tǒng)需求分析的完整性。

1.1 確定有限自動(dòng)機(jī)DFA 基本概念

確定有限自動(dòng)機(jī)（determine finite automata，DFA）是具有離散輸入輸出系統(tǒng)的抽象數(shù)學(xué)模型，目前已經(jīng)被軟件開發(fā)人員所重視，用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)、編譯程序以及應(yīng)用軟件開發(fā)、自動(dòng)控制軟件開發(fā)等。

DFA 定義如下[15]：

其中：M 是確定有限自動(dòng)機(jī)；Σ是一個(gè)有窮字母表，它的每一個(gè)元素稱為一個(gè)輸入激勵(lì)；S 是一個(gè)有限狀態(tài)集合，它的每一個(gè)元素稱為一個(gè)狀態(tài)；f 是轉(zhuǎn)移函數(shù)，定義了從S×Σ→S 上的一個(gè)單值映射，即 f(p,a)=q ∈S，指明當(dāng)前的狀態(tài)為p，當(dāng)輸入激勵(lì)為a 時(shí)，則轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)q，q 稱為p 的后繼狀態(tài)；在狀態(tài)轉(zhuǎn)移的每一步，根據(jù)有限自動(dòng)機(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài)和所面臨的輸入激勵(lì)，便能唯一地確定有限自動(dòng)機(jī)的下一個(gè)狀態(tài)；0s ∈S 是一個(gè)唯一的初始狀態(tài)；Z ?S 是一個(gè)終止?fàn)顟B(tài)集。

1.2 EDFA

為了使用DFA 進(jìn)行系統(tǒng)需求識(shí)別分析，有必要對(duì)DFA 進(jìn)行擴(kuò)展。為了更好地說明有限自動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展原理，假設(shè)溫度控制系統(tǒng)可以用圖1 表示。

1.2.1 輸入-輸出關(guān)系擴(kuò)展

考慮到DFA 只是描述了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系，并沒有與系統(tǒng)輸入和輸出關(guān)聯(lián)起來，因此，無法直接通過DFA 識(shí)別系統(tǒng)的需求，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)DFA 進(jìn)行輸入、 輸出擴(kuò)展，以便與系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)聯(lián)起來。

圖1 溫度控制系統(tǒng)模型

圖1 可以看出，輸入激勵(lì)a 與輸入溫度T 有關(guān)，輸出H 和C 與當(dāng)前所處狀態(tài)p 和輸入激勵(lì)a 有關(guān)，因此，有如下映射關(guān)系：

其中：h 是當(dāng)前狀態(tài)p 下，在a 輸入激勵(lì)的作用下，對(duì)外部輸出H 的映射函數(shù)；c 是當(dāng)前狀態(tài)p 下，在a 輸入激勵(lì)的作用下，對(duì)外部輸出C 的映射函數(shù)。

考慮更一般的情況，有如下映射關(guān)系：其中：U 是系統(tǒng)的外部輸入（包含外部信號(hào)的輸入、時(shí)鐘的輸入等）；K 是從系統(tǒng)外部輸入U(xiǎn) 到Σ的映射函數(shù)（從單一輸入激勵(lì)a 推廣到Σ集合）；Y 是系統(tǒng)外部輸出集合；G 是系統(tǒng)在狀態(tài)S 下，在Σ輸入激勵(lì)下，對(duì)外部輸出的映射函數(shù)（從單一輸出H 和C 推廣到所有輸出Y 集合）。

經(jīng)過公式（3）的擴(kuò)展，EDFA 將系統(tǒng)的輸入U(xiǎn)、確定有限自動(dòng)機(jī)M、系統(tǒng)的輸出Y 有機(jī)結(jié)合起來。

1.2.2 系統(tǒng)外部輸入信號(hào)等價(jià)集合

對(duì)DFA，Σ是一個(gè)有窮字母表，而對(duì)于一般的系統(tǒng)來說，外部輸入U(xiǎn) 的每一個(gè)信號(hào)，都可能具有無窮多的數(shù)值，這些數(shù)值無法一一映射到Σ中的輸入符號(hào)，因此必須對(duì)外部輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以滿足Σ的條件要求。為此，引入外部輸入信號(hào)等價(jià)集合的定義。

系統(tǒng)外部輸入信號(hào)等價(jià)集合的定義：系統(tǒng)外部輸入信號(hào)的完整空間中，Σ中輸入激勵(lì)對(duì)DFA 中狀態(tài)的觸發(fā)效果一致的信號(hào)空間集合。

以上述溫度控制系統(tǒng)為例，則Σ={a1,a2,a3,a4}，其中：1a 代表大于-5℃，a2代表小于-10℃，3a 代表大于40℃，a4代表小于35℃。

如果T 的輸入范圍是[-100℃，+100℃]，那么，T ∈( -5,100]為外部輸入信號(hào)T 的一個(gè)等價(jià)集合，該范圍內(nèi)所有T 的數(shù)值對(duì)應(yīng)Σ中的輸入激勵(lì) a1，處于“加熱”狀態(tài)時(shí)是“等價(jià)”的。

T ∈[ -1 00,- 10)為外部輸入信號(hào)T 的一個(gè)等價(jià)集合，該范圍內(nèi)所有T 的數(shù)值對(duì)應(yīng)Σ中的輸入激勵(lì) a2，處于“不加熱不制冷”狀態(tài)時(shí)是“等價(jià)”的。

T ∈ (40,100]為外部輸入信號(hào)T 的一個(gè)等價(jià)集合，該范圍內(nèi)所有T 的數(shù)值對(duì)應(yīng)Σ中的輸入激勵(lì) a3，處于“不加熱不制冷”狀態(tài)時(shí)是“等價(jià)”的。

T ∈[ -1 00,35)為外部輸入信號(hào)T 的一個(gè)等價(jià)集合，該范圍內(nèi)所有T 的數(shù)值對(duì)應(yīng)Σ中的輸入激勵(lì) a4，處于“制冷”狀態(tài)時(shí)是“等價(jià)”的。

經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)外部輸入信號(hào)進(jìn)行等價(jià)集合的劃分，可以避免在識(shí)別系統(tǒng)需求時(shí)，因?yàn)闊o法窮舉所有外部輸入的數(shù)值，而無法充分識(shí)別系統(tǒng)輸入的所有組合。

1.2.3 輸入激勵(lì)集Σ劃分

系統(tǒng)需求分析過程中，由于系統(tǒng)復(fù)雜、系統(tǒng)的狀態(tài)較多，因此系統(tǒng)的輸入激勵(lì)集合Σ的元素很多，一次性識(shí)別系統(tǒng)輸入符號(hào)集合Σ有一定難度。

實(shí)際系統(tǒng)需求分析時(shí)，往往都是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)集合中的獨(dú)立狀態(tài)，逐個(gè)分析系統(tǒng)的需求，根據(jù)獨(dú)立狀態(tài)分別識(shí)別對(duì)應(yīng)的輸入激勵(lì)集合則相對(duì)容易。因此，引入符號(hào)標(biāo)記Σsi。

假設(shè)DFA 狀態(tài)集合S 中包含n 個(gè)狀態(tài)，分別為s1,s2,…,sn，那么，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸入激勵(lì)子集合標(biāo)記為Σsi，其中 i=1,2,…,n，并且

1.2.4 轉(zhuǎn)移函數(shù)f 劃分

由于系統(tǒng)一般都比較復(fù)雜，并且系統(tǒng)的狀態(tài)比較多，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)的數(shù)量也比較龐大。實(shí)際系統(tǒng)需求分析時(shí)，往往都是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)集合中的獨(dú)立狀態(tài)，逐個(gè)分析系統(tǒng)的需求，根據(jù)獨(dú)立狀態(tài)分別識(shí)別對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)則相對(duì)容易。因此，引入符號(hào)標(biāo)記fsi。

假設(shè)DFA 狀態(tài)集合S 中包含n 個(gè)狀態(tài)，分別為s1,s2,…,sn，那么，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)標(biāo)記為fsi，其中 i=1,2,…,n，并且

1.3 分析方法

功能需求即在不考慮物理約束的情況下，用戶希望系統(tǒng)所能夠執(zhí)行的活動(dòng)，這些活動(dòng)可以幫助用戶完成任務(wù)。功能需求主要表現(xiàn)為系統(tǒng)和環(huán)境之間的行為交互。實(shí)際上，功能需求主要指當(dāng)外界有輸入信息進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界的響應(yīng)和交互。

根據(jù)EDFA 的要求，基于EDFA 的功能需求分析過程，將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）DFA 系統(tǒng)狀態(tài)集S 的識(shí)別。

狀態(tài)集S 的識(shí)別是基于EDFA 分析法的關(guān)鍵步驟之一。 因?yàn)樽R(shí)別了狀態(tài)集S，就可以根據(jù)狀態(tài)集中的n 個(gè)狀態(tài)（ s1,s2,…,sn），分別識(shí)別不同狀態(tài)下系統(tǒng)在外界輸入的情況下，對(duì)外界的響應(yīng)和交互。

基于狀態(tài)集S 識(shí)別系統(tǒng)需求的優(yōu)勢(shì)有：

①對(duì)系統(tǒng)需求的全空間進(jìn)行劃分，按照狀態(tài)集S中的狀態(tài)依次識(shí)別不同狀態(tài)下的功能需求，縮小每次需求識(shí)別的空間大小和復(fù)雜度，減低了識(shí)別難度，有利于準(zhǔn)確、高效、盡可能完整的識(shí)別需求；

②由于DFA 的特點(diǎn)，狀態(tài)集S 中的所有狀態(tài)一般都是“獨(dú)立”的，因此，基于狀態(tài)集S 所識(shí)別的系統(tǒng)功能需求也是彼此獨(dú)立的，共同構(gòu)成系統(tǒng)需求。

（2）和外部系統(tǒng)信號(hào)接口（輸入/輸出）的識(shí)別。

系統(tǒng)輸入/輸出的識(shí)別，可以借助SysML/UML 中的用例圖識(shí)別，用例從外部參與者獲得的信號(hào)作為系統(tǒng)輸入信號(hào)，系統(tǒng)向外部參與者輸出的信號(hào)作為系統(tǒng)輸出信號(hào)。

一般的系統(tǒng)，輸入/輸出信號(hào)可能較多，考慮基于不同系統(tǒng)狀態(tài)逐個(gè)識(shí)別每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸入/輸出信號(hào)種類；也可以一次性識(shí)別系統(tǒng)的所有輸入/輸出信號(hào)種類；針對(duì)系統(tǒng)的所有輸入/輸出信號(hào)，不同信號(hào)的有效范圍是不同的，因此，需要針對(duì)每個(gè)信號(hào)獨(dú)立識(shí)別其有效范圍。

（3）DFA 輸入激勵(lì)集Σ的識(shí)別。

輸入激勵(lì)集Σ的識(shí)別，對(duì)于識(shí)別系統(tǒng)功能需求是非常重要的。輸入激勵(lì)集Σ是觸發(fā)當(dāng)前狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)的關(guān)鍵因素，而系統(tǒng)處于當(dāng)前狀態(tài)下，會(huì)完成基于當(dāng)前狀態(tài)下的系統(tǒng)功能，如果跳轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)，則開始完成下一狀態(tài)下的功能；因此，輸入激勵(lì)集Σ是完成“一類功能需求”切換到“另一類功能需求”的關(guān)鍵因素。

根據(jù)前述分析，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)DFA 來說，輸入激勵(lì)集Σ過于龐大，因此，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前所處的狀態(tài)is，識(shí)別對(duì)應(yīng)的輸入激勵(lì)集Σ的子集Σsi將會(huì)比較容易，而最終系統(tǒng)的輸入激勵(lì)集Σ是所有Σsi的并集

（4）DFA 轉(zhuǎn)移函數(shù)f 的識(shí)別。

轉(zhuǎn)移函數(shù)f 代表了在當(dāng)前狀態(tài)下，在輸入激勵(lì)集Σ激勵(lì)下，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的下一狀態(tài)。根據(jù)前述分析，由于整個(gè)功能需求是基于狀態(tài)集子狀態(tài)以此進(jìn)行識(shí)別的，因此，轉(zhuǎn)移函數(shù)也依照不同子狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別（is 狀態(tài)下的轉(zhuǎn)移函數(shù)記為fis），最后統(tǒng)一匯總稱為DFA 的轉(zhuǎn)移函數(shù)

（5）系統(tǒng)輸入U(xiǎn) 向輸入激勵(lì)集Σ的映射K 的識(shí)別。通過系統(tǒng)外部輸入信號(hào)等價(jià)集合來識(shí)別系統(tǒng)輸入信號(hào)與激勵(lì)集合Σ的映射關(guān)系。

由于系統(tǒng)輸入U(xiǎn) 在不同的信號(hào)范圍內(nèi)對(duì)激勵(lì)集Σ的映射可能是不同的，因此，需要識(shí)別不同的輸入信號(hào)范圍與激勵(lì)集中激勵(lì)信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般來說，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是基于不同的狀態(tài)is 得出的，因此，這里建議基于子狀態(tài)逐個(gè)識(shí)別輸入信號(hào)向激勵(lì)集Σ的映射關(guān)系Kis，最后統(tǒng)一合并為（類似輸入激勵(lì)集的劃分模式）。

（6）系統(tǒng)狀態(tài)S 和輸入激勵(lì)集Σ向系統(tǒng)輸出Y 的映射G 的識(shí)別。

系統(tǒng)狀態(tài)S 和輸入激勵(lì)集Σ向系統(tǒng)輸出Y 的映射G 實(shí)際上就是代表系統(tǒng)的功能需求（因?yàn)檫@里的Y 就是系統(tǒng)對(duì)外界的響應(yīng)）。

參照前述內(nèi)容，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)集S 中的每個(gè)狀態(tài) si，依次識(shí)別在輸入激勵(lì)集Σ（也可以是輸入激勵(lì)集Σ的子集Σsi）的激勵(lì)下，系統(tǒng)的輸出映射 Gsi，從而得到系統(tǒng)的輸出 Ysi，最后綜合系統(tǒng)的輸出映射 Gsi，得到系統(tǒng)的總映射G，綜合所有輸出 Ysi，得到系統(tǒng)的總輸出Y。

（7）DFA 初始狀態(tài) s0的識(shí)別。

初始狀態(tài) s0代表了系統(tǒng)初次運(yùn)行時(shí)所處的第一個(gè)狀態(tài)，一般根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，在狀態(tài)集S 中進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)行標(biāo)記。

（8）功能需求的整理模板。

經(jīng)過前面的分析初步獲得了分析結(jié)果，可以按照下面的模板整理功能需求。

＜當(dāng)前狀態(tài)＞下，當(dāng)＜系統(tǒng)輸入U(xiǎn) 向Σ映射K＞時(shí)，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到＜轉(zhuǎn)移函數(shù)f 的目標(biāo)狀態(tài)＞，同時(shí)，＜向系統(tǒng)輸出Y 的映射G＞。

（9）整理/補(bǔ)充系統(tǒng)功能需求。

按照（1）-（8）的步驟，逐個(gè)分析系統(tǒng)狀態(tài)，獲得所有狀態(tài)下的功能需求，然后，將所有的需求綜合整理，就得到了系統(tǒng)的完整的功能需求。

1.4 分析流程

系統(tǒng)功能需求分析方法流程參見圖2，將來可以考慮程序化處理。

圖2 基于EDFA 功能需求分析流程

1.5 基于EDFA 的功能需求分析的優(yōu)勢(shì)

（1）依托DFA，表征系統(tǒng)需求內(nèi)在特性：DFA 的狀態(tài)集合、輸入激勵(lì)、轉(zhuǎn)換函數(shù)，既體現(xiàn)了系統(tǒng)不同運(yùn)行模式，也體現(xiàn)不同模式之間的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件要求，從本質(zhì)上抓住了系統(tǒng)的關(guān)鍵特征要素，對(duì)提升功能需求分析的有效性和完整性非常重要。

（2）從系統(tǒng)狀態(tài)空間、輸入空間完整劃分的角度出發(fā)充分識(shí)別系統(tǒng)功能需求：狀態(tài)空間對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行模式和關(guān)鍵特征進(jìn)行了劃分，通過狀態(tài)空間確保系統(tǒng)的運(yùn)行模式可以識(shí)別完整；通過輸入空間的完整劃分，可以確保在不同的運(yùn)行模式下，對(duì)完整輸入空間的響應(yīng)是完全避免功能需求識(shí)別過程中，遺漏特殊輸入組合的情況。

（3）具有結(jié)構(gòu)化的分析流程和方法，易于自動(dòng)化處理。

（4）通過將輸入激勵(lì)集、轉(zhuǎn)移函數(shù)劃分，不但可以表示簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，也可以表示復(fù)雜的系統(tǒng)。

2 實(shí)例驗(yàn)證

2.1 實(shí)例分析

為簡(jiǎn)化起見，僅以自動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）的“跟車模式”狀態(tài)為例，驗(yàn)證EDFA 功能需求分析流程及適用性，分析步驟參見圖2。

（1）識(shí)別系統(tǒng)狀態(tài)。

根據(jù)ACC 系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)過分析ACC 系統(tǒng)一共有4 個(gè)狀態(tài)：

①速度控制模式（SpeedCtrl）：主要是維持當(dāng)前車速為設(shè)定的巡航速度不變，適用于前方?jīng)]有車輛的情況。

②跟車模式（FollowMode）：主要是前方有車并且車速低于設(shè)定的巡航速度時(shí)的控制策略。策略上，本車保持與前車車速一致，進(jìn)行跟隨。

③設(shè)置速度模式（SetSpeed）：在沒有啟動(dòng)巡航模式情況下，駕駛員設(shè)置巡航速度，并可以啟動(dòng)巡航。

④待機(jī)模式（Standby）：系統(tǒng)上電后，處在待機(jī)狀態(tài)，等待輸入指令。

因此，EDFA 的狀態(tài)集合為

（2）識(shí)別和外部系統(tǒng)的信號(hào)接口。

識(shí)別的外部相關(guān)對(duì)象一共有 4 個(gè)：駕駛員（Driver）、發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）、剎車系統(tǒng)（Brake）、雷達(dá)（Radar）。

系統(tǒng)用例圖參見圖3。

圖3 ACC 系統(tǒng)用例圖

識(shí)別在跟車模式FollowMode 下，外部的所有輸入/輸出信號(hào)接口，參見表1 和表2。

表1 跟車模式下所有輸入信號(hào)接口

表2 跟車模式下所有輸出信號(hào)接口

（3）識(shí)別輸入激勵(lì)集。

在跟車模式（FollowMode）下，識(shí)別輸入激勵(lì)集Σs1，參見表3。

（4）識(shí)別轉(zhuǎn)移函數(shù)f。

在系統(tǒng)的4 個(gè)狀態(tài)中，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求，可以在跟車模式和速度控制模式之間進(jìn)行切換，另外，當(dāng)退出跟車模式時(shí)會(huì)進(jìn)入到待機(jī)模式。

根據(jù)輸入激勵(lì)集以及當(dāng)前所處的跟車模式，識(shí)別在當(dāng)前狀態(tài)下EDFA 的轉(zhuǎn)移函數(shù)f1s，參見表4。

（5）識(shí)別“跟車模式”下輸入U(xiǎn) 向激勵(lì)集Σ的映射K。

根據(jù)ACC 系統(tǒng)特點(diǎn)，“跟車模式”下識(shí)別的輸入U(xiǎn) 對(duì)激勵(lì)Σ的映射關(guān)系K1s，參見表5（未提到的輸入信號(hào)表示無影響）。

表3 跟車模式下輸入激勵(lì)集Σs1

表4 跟車模式下轉(zhuǎn)移函數(shù)f1s

表5 跟車模式下輸入U(xiǎn) 與激勵(lì)集Σ的映射關(guān)系K1s

表6 跟車模式下識(shí)別向系統(tǒng)輸出Y 的映射G 關(guān)系

（6）識(shí)別向系統(tǒng)輸出Y 的映射G。

根據(jù)ACC 系統(tǒng)的特點(diǎn)，“跟車模式”下識(shí)別的向系統(tǒng)輸出Y 的映射G 關(guān)系參見表6。

（7）識(shí)別初始狀態(tài)s0。

根據(jù)ACC 系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)上電后處于Standby模式，因此，s0=Standby。

（8）定義當(dāng)前狀態(tài)下功能需求。

根據(jù)前述分析原理，參考“功能需求整理模板”（＜當(dāng)前狀態(tài)＞下，當(dāng)＜系統(tǒng)輸入U(xiǎn) 向Σ的映射K＞時(shí)，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到＜轉(zhuǎn)移函數(shù)f 的目標(biāo)狀態(tài)＞，同時(shí)，＜向系統(tǒng)輸出Y 的映射G＞），整理得到如下的“跟車模式”的功能需求：

①跟車模式下，當(dāng)本車車速在[25,120] km/h 之間，并且與前車距離大于100 m、沒有剎車、沒有加油、取消巡航按鈕沒有按下，系統(tǒng)進(jìn)入速度控制模式、本車車速大于前車車速時(shí)，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到速度控制模式；

②跟車模式下，當(dāng)剎車踏板踩下或者油門踏板踩下，或者收到結(jié)束巡航信號(hào)，或者車速大于120 km/h，或者車速小于25 km/h，系統(tǒng)退出跟車模式進(jìn)入Standby模式，同時(shí)向駕駛員提示警告信息；

③跟車模式下，當(dāng)前車速度小于本車速度，且本車車速大于25 km/h，小于120 km/h、前車距離本車小于100 m、取消按鈕沒有按下、沒有剎車、沒有加油，系統(tǒng)保持跟車模式。

（9）整理/補(bǔ)充系統(tǒng)功能需求。

前述基于狀態(tài)的需求分析過程中，已經(jīng)可以識(shí)別出若干系統(tǒng)總體的功能需求，補(bǔ)充如下。

①ACC 系統(tǒng)一共有4 種運(yùn)行模式：速度控制模式SpeedCtrl，跟車模式FollowMode，待機(jī)模式Standby和設(shè)置速度模式SetSpeed；

②ACC 系統(tǒng)上電后的初始狀態(tài)為待機(jī)模式Standby。

根據(jù)功能需求分析流程，逐個(gè)對(duì)其他3 個(gè)狀態(tài)的功能需求進(jìn)行分析，然后綜合所有狀態(tài)下的需求和系統(tǒng)的總體功能需求，就可以得到ACC 系統(tǒng)的功能需求。

2.2 實(shí)例總結(jié)

在上述分析中，只對(duì)“跟車模式”進(jìn)行了功能需求分析，從分析可以看出，通過狀態(tài)空間劃分，將系統(tǒng)分解為4 種獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)（減小分析空間的大?。缓竺糠N狀態(tài)獨(dú)立分析其功能需求，最后綜合稱為系統(tǒng)的整體功能需求。

每種狀態(tài)功能需求分析過程中，首先識(shí)別從該狀態(tài)向外部和自身狀態(tài)轉(zhuǎn)移的可能輸入激勵(lì)和轉(zhuǎn)移函數(shù)，這樣就可以從整體上識(shí)別4 種運(yùn)行狀態(tài)之間的工作模式切換（實(shí)際上是從整體上識(shí)別了系統(tǒng)的整體運(yùn)行需求）。

在獲得輸入激勵(lì)后，將系統(tǒng)的外部輸入映射到輸入激勵(lì)上，也就是說，外部輸入會(huì)直接影響系統(tǒng)內(nèi)部的輸入激勵(lì)，從而識(shí)別在不同的外部輸入下，哪些輸入組合條件會(huì)造成系統(tǒng)在不同的工作模式之間切換，從而將外部輸入信號(hào)組合與輸入激勵(lì)聯(lián)系起來。

根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)，識(shí)別在每次轉(zhuǎn)移的時(shí)候，在當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號(hào)組合情況下，所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)外部輸出信號(hào)要求，從而將系統(tǒng)狀態(tài)、輸入激勵(lì)、轉(zhuǎn)移函數(shù)、輸入信號(hào)組合與系統(tǒng)輸出關(guān)聯(lián)起來。

綜合來看，通過該結(jié)構(gòu)化方法可以按步驟、有條理地分析出系統(tǒng)的功能需求。在系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況下，通過識(shí)別系統(tǒng)的狀態(tài)集合，再按照不同的狀態(tài)分析系統(tǒng)功能需求，可以減小需求分析的復(fù)雜度和難度，同時(shí)，由于其分析過程的結(jié)構(gòu)化特性，更易于掌握并且流程化，有利于使用和推廣。

3 結(jié)束語

系統(tǒng)功能需求是后續(xù)設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)，具有重要作用。本文基于EFDA 提出了一種需求獲取的結(jié)構(gòu)化方法。

基于EFDA 的功能需求獲取法，從系統(tǒng)狀態(tài)入手，通過識(shí)別不同狀態(tài)下的輸入激勵(lì)集合、轉(zhuǎn)移函數(shù)、初始狀態(tài)、外部輸入信號(hào)與輸入激勵(lì)集合的關(guān)系、外部輸入信號(hào)與轉(zhuǎn)移函數(shù)和外部輸出信號(hào)之間的關(guān)系，分析得到對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的功能需求；通過綜合不同狀態(tài)下的功能需求，得到系統(tǒng)的整體功能需求。

基于EDFA 的功能需求分析法，具有結(jié)構(gòu)化、條理化等優(yōu)點(diǎn)，面向大型系統(tǒng)需求獲取時(shí)，可以通過分解狀態(tài)激勵(lì)、轉(zhuǎn)移函數(shù)、每個(gè)狀態(tài)下功能需求等幾個(gè)子部分進(jìn)行分析，從而簡(jiǎn)化大系統(tǒng)需求分析難度，降低分析復(fù)雜度，提升功能需求分析的完整性。