Certificación Software Ambientes Virtuales

Metodologías Emergentes en
Ingeniería de Software

Certificación de Software

Certificación de Software ©2001 Carlos Tondreau C. 1

Introducción
• Compañías aumentan su software comprado
externamente: "adquirir y pegar"
• Sin embargo, hay diferencias de
granularidad en los paquetes de software
• Aplicaciones
• Librerías
• Etc.


Ventajas
• No es necesario reinventar la rueda cada
vez que se la va a usar
• Se pueden crear sistemas de mayor
complejidad
• El desarrollo es más rápido
• El desarrollo es más barato


Desventajas
• Aumenta el costo de integración y pruebas
• Errores en módulos usados en más de un
subsistema producen daños de amplia
cobertura
• Aumento en el costo de mantenimiento


COTS
• Esta tendencia de adquirir software y pegarlo no
es nada nueva ya que se utiliza a diario en los
lenguajes de programación: bibliotecas de
funciones.
• La diferencia es que las bibliotecas de funciones
están a nivel de los lenguajes de programación y
los COTS son módulos de mayor tamaño con
varias funcionalidades internamente, actuando
como una sola unidad. (ver presentación anterior)


• Los errores comunes en el uso de las bibliotecas están a
nivel de código, en cambio en los COTS la actividad de
ensamblaje se aísla bastante de la codificación.

• En los COTS, los errores son mucho más perjudiciales:
– defectos de códigos en los módulos
– efectos secundarios (alcance de variables, etc.)
– comportamiento anómalo (que no haga lo que debe hacer)
– y lo peor es que no podemos hacer debugging de los módulos
como lo podríamos hacer con código hecho en casa.


Con todo esto, las aplicaciones hechas en
base a COTS pueden tener tantos o más
errores que las realizadas desde cero.

QUE HORROR!!!


Si el trabajo en base a COTS es tan costoso
y genera el mismo nivel de errores que la
programación tradicional, ¿cómo hacemos
para producir aplicaciones cada vez más
complejas y tener éxito en los mercados
(tiempo y costo)?


Partiremos de la premisa obvia:
"No todos los módulos son de igual calidad”

• ¿De qué depende la calidad?
• Del autor del código
• Del proceso de producción

• Entonces, podemos pensar en un organismo
certificador de software en base a estándares
conocidos, prácticas comúnmente exitosas y
evaluación continua del personal.

Certificación
Es el proceso mediante el cual una autoridad
certificadora determina si un postulante
provee suficiente evidencia sobre los medios
de producción que utilizó en la elaboración
del producto candidato y las características de
éste de tal manera que cumplan con los
requerimientos establecidos por la autoridad
certificadora

• Para Jeffrey Voas, la falta de interés de la
industria en organizar un sistema de
certificación autónomo va a obligar a los
gobiernos a producir su propia entidad de
certificación y, según él, las consecuencias
son desastrosas. ¿?


Certificación en base a
Ambientes de Inmersión Virtual
• La realidad virtual ha servido en los últimos
años para simular sistemas tales como
– diseño de automóviles
– simulación de vuelos
– rescate de emergencia
– entrenamiento en cirugías remotas


Certificación en base a
Ambientes de Inmersión Virtual

• Hoy en día podemos afirmar que esta
tecnología ha madurado lo suficiente para
ser usada en la certificación de los sistemas
que simula.


Definición
• Un ambiente virtual es un ambiente generado por
un computador que genera una experiencia
interactiva de inmersión, multisensorial y centrada
en el observador.
• Este ambiente integra al usuario con el mundo
virtual a través de la visualización en interfaces
humano-computador tales como pantallas,
sistemas de monitoreo y especializados
dispositivos de entrada y salida


Tecnologías usadas
• En un comienzo, la Realidad Virtual se basaba en
lentes estereoscópicos alrededor de la cabeza del
individuo
• Hoy en día, los sistemas son más amplios y
existen sistemas como el CAVE que consiste en
un cuarto con el piso y 3 paredes utilizadas de
pantallas de proyección
• Aún cuando el control sigue estando al mando de
sólo una persona, otros integrantes pueden
participar en la experiencia

Tecnologías usadas

• Dispositivos de interacción
– guantes de datos
– paneles de control
– joysticks
• Sistemas de sonido envolvente


Categorías de certificación con
ambientes virtuales
1.- Certificación de ambientes virtuales como
herramientas de diseño de sistemas críticos
– el sistema modelado debe respetar las
características y restricciones propias del
sistema real
– por ejemplo, que los cálculos realizados estén
de acuerdo al comportamiento apropiado de los
objetos reales


Categorías de certificación con
ambientes virtuales

• En este caso, el método de certificación
debe ser guiado por la calificación de
herramientas y los procesos de certificación
aplicados a otras herramientas de diseño
para aplicaciones críticas


2.- Certificación de sistemas con software
embebido
• Consiste en la certificación de sistemas reales que
se planean construir, pero que las pruebas pueden
ser muy costosas una vez producidas las unidades:

• diseño y pruebas de automóviles
• nuevos paneles de las cabinas de avión
• validación de protocolos de red


Casos Exitosos
• BMW utiliza sistemas de simulación virtual
para analizar el comportamiento de los
sistemas de los automóviles durante las
colisiones
• Se logró reducir los costos de utilizar
vehículos reales en los choques. En las
pruebas de un nuevo modelo de automóvil,
se realizaron 91 colisiones virtuales y sólo 2
colisiones físicas!!

Casos Exitosos
• Deere & Co. Utilizó sistemas virtuales para
realizar el diseño de un nuevo tractor
• Como consecuencia de haber empleado estas
técnicas de simulación virtuales se percataron
tempranamente que un foco del tractor obstruía la
visión del conductor, disminuyendo notablemente
una de las características de rendimiento
esenciales de un tractor: la visibilidad hacia
adelante y hacia atrás


Casos Exitosos
• La industria aeronáutica ha utilizado los ambientes
virtuales para evaluar los nuevos paneles de las
cabinas de avión.
• Dada la complejidad de los instrumentos dentro de
una cabina y la diversidad de dispositivos que se
encuentran en ella, la actividad de evaluación
incluye numerosos diseños distintos en una
inmensidad de situaciones diferentes. El ahorro es
evidente.


Casos Exitosos
• También se han utilizado para la validación de los
protocolos de red.
• Si consideramos que cada vez más los protocolos de redes
se vuelven más complejos y diversos existe una
innumerable cantidad de situaciones especiales que sólo se
pueden observar cuando los sistemas están en
funcionamiento.
• Los ambientes virtuales se han utilizado para simular el
comportamiento de las redes bajo condiciones críticas tales
como falla de algún Router, sobrecarga de tráfico, cierre
de rutas y el cambio de varios otros parámetros.


Utilidad de los ambientes virtuales en la
certificación de software
• Limitar el rango de pruebas requeridas para
certificar un sistema existente
• Demostrar el cumplimiento de los requerimientos
de seguridad de un sistema
• Demostrar que un sistema responde
apropiadamente en la prevención o el control de
los peligros
• Ayudar a certificar los límites de una operación
segura

Requerimientos de los ambientes virtuales
para la certificación de software
Se deben considerar factores tales como:
• el tipo de aplicación a probar
• de seguridad crítica
• de exploración de datos
• de entretenimiento
• el nivel de experiencia de los usuarios
• el nivel de inmersión que permite el sistema virtual
(depende de las pantallas gráficas)
• la cantidad de tiempo que el usuario va a gastar en la
simulación virtual

Requerimientos de los ambientes virtuales
para la certificación de software

• Los dispositivos de interacción del sistema
• el rango de tolerancia del sistema en cuanto a:
• latencia
• ruido
• otros factores dependientes de la tecnología
• la autoridad independiente que ha evaluado
previamente el ambiente virtual propiamente tal


4 Consideraciones Claves Para Evaluar Un
Ambiente Virtual

• Identificar las variables ambientales que el sistema
debe incluir y las que no debe incluir
• Confirmar la precisión de la representación de
factores ambientales
• Confirmar la precisión y resolución de los cálculos
de cada variable ambiental
• Confirmar si son adecuadas las consideraciones de
tiempo

Certificación de Seguridad de
Software
• Existe cierto tipo de software en que es vital
que sea seguro para la integridad de las
personas
• Por ejemplo, el software del sistema de
navegación global satelital


• Cuando un sistema de estas características
se pone en operación se debe realizar una
certificación de seguridad.
• Actualmente, tales certificaciones están a
cargo de autoridades de certificación
nacionales que consideran:
– información histórica de la confiabilidad de los
diferentes subsistemas
– requerimientos operacionales específicos del
dominio que son bien conocidos
– datos históricos de accidentes

• Numerosos sistemas nuevos están
compuestos por subsistemas que provienen
de diferentes dominios de aplicación y
algunos son usados internacionalmente
• La falla de estos sistemas puede poner en
grave riesgo la vida de muchas personas
• Lo peor de todo es que la definición de
seguridad de estos sistemas y sus procesos
son absolutamente nuevos y se van
definiendo mientras el sistema es construido


Problema
• Entonces: ¿Cómo certificar seguridad si los
sistemas están construidos de una mezcla de
subsistemas de diferentes dominios de
aplicación?
• ¿Cómo certificar seguridad si algunos
subsistemas ya están en operación y las
nuevas regulaciones que necesitamos no se
podrán aplicar a ellos?

Aspectos legales
• Pueden existir certificaciones
independientes para cada subsistema
utilizado, pero ¿qué pasa cuando el sistema
es tratado como un todo?
• Si el sistema es utilizado
internacionalmente se debe certificar en
cada localidad. ¿Cómo realizar el
reconocimiento en otro país de una
certificación Certificación de Software ©2001 Carlos Tondreau C.
extranjera? 32

Aspectos Técnicos
• La certificación de seguridad clásica ha consistido
en certificar cada una de las etapas del proceso de
desarrollo y por lo tanto, se lleva a cabo
simultáneamente al desarrollo del sistema
• Sin embargo, ¿Cómo certificamos un sistema que
se desarrolla en base a componentes ya creadas
que no han sido construidas tomando en cuenta la
seguridad?


Aspectos Técnicos
• Generalmente, la certificación de seguridad de
sistemas desarrollados en base a COTS se ha
aplicado al final del proceso de desarrollo de
software
• Consiste en un chequeo de la implementación de
cada uno de los requerimientos y restricciones de
seguridad tal como fueron definidos en las
primeras etapas del desarrollo


Análisis de los sistemas
• El proceso de certificación de seguridad de
software debe partir en el análisis de los
peligros potenciales, su probabilidad de
ocurrencia y la severidad de sus
consecuencias.
• Esto es lo que comúnmente llamamos
“Análisis de Riesgos”


Análisis de Riesgos
Actividades principales
• Identificar y evaluar sistemáticamente todas
las causas de riesgos y sus consecuencias
antes de definir e implementar una decisión
de aceptar, monitorear o tomar una acción
• Definir, implementar, controlar y verificar
sistemáticamente las acciones para eliminar
los riesgos o reducirlos a un nivel aceptable

Requerimientos de Software
• Los requerimientos de software que se deducen de
los requerimientos de seguridad pueden ser
aplicados en cualquier fase del proceso de
desarrollo
• Sin embargo, lo difícil es traducir los
requerimientos de seguridad en requerimientos de
software ya que los métodos actualmente
utilizados son muy inmaduros


Restricciones de Diseño e
Implementación
• Diseñar con:
– mecanismos de tolerancia a fallas
– redundancias
– diversificación
– manipulación de excepciones
– recuperación de errores
• Implementar con:
– estándares de programación conocidos


Métodos de Verificación
• Métodos de verificación formal de
algoritmos
• Análisis de cobertura
• Análisis de árboles de fallas


Conclusiones
• La certificación es cada día más importante ya que el
desarrollo de software va encaminado a la reutilización de
subsistemas existentes.
• Los ambientes de realidad virtual nos pueden ayudar a
certificar software mediante procesos de modelación
• La seguridad de los sistemas debe ser integrada en el
proceso de desarrollo desde las primeras etapas
• La seguridad de los sistemas en base a COTS y
subsistemas existentes nos mantendrá preocupados por
bastante tiempo más


Bibliografía
• Certification: Reducing the Hidden Costs of Poor
Quality, Jeffrey Voas 1999
• Using Immersive Virtual Environments for Certification,
Carolina Cruz-Neira, Robyn R. Lutz 1999
• Software Safety Certification: A Multidomain Problem,
Patricia Rodríguez-Dapena


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