Petite introduction au langage SysML pour la STI2D

15/01/2016
Publication 3EI 3EI 2016-83
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2016-83:14879
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Petite introduction au langage SysML pour la STI2D

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Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 29 Petite introduction au langage SysML pour la STI2D RENAUD COSTADOAT**, FRANCK LE GALL* **Lycée Dorian Paris, Costadoat@crans.org *Lycée Jules Ferry Versailles, Franck.le-gall@ac-versailles.fr 1. Qu'est que le SysML ? 1.1. Introduction Le Systems Modeling Language (SysML) est un langage de modélisation spécifique du domaine de l'ingénierie des systèmes. Il permet une approche plus globale que celle obtenue à l'aide des outils de description (Grafcet, Fast, SADT, etc) précédemment utilisés dans les formations technologiques des établissements scolaires du second degré. SysML est une évolution de l'UML (Unified Modeling Language) qui est un langage centré sur le monde des logiciels. Le SysML garde la souplesse de l'UML tout en proposant des outils permettant de spécifier, d'analyser, de concevoir et de valider les systèmes technologiques étudiés. Il permet en particulier :  de partager les spécifications d'un système complexe entre tous les corps de métiers.  d'identifier les risques et de créer une base d'analyse commune à tous les participants d'un projet.  de faciliter la gestion de projets complexes, l'évolutivité et la maintenabilité des systèmes complexes.  de documenter et de capitaliser le savoir de tous les corps de métiers dans un projet. 1.2. Organisation SysML utilise neuf diagrammes permettant de structurer la démarche. Parmi ceux-ci, six ont été retenus par le référentiel des formations STI2D :  diagramme des exigences (requirement diagram),  diagramme des cas d’utilisation (use case diagram),  diagramme de séquence (sequence diagram),  diagramme d’état (state diagram),  diagramme de définition de blocs (definition block diagram),  diagramme de blocs internes (internal block diagram). Figure 1 : Les 9 diagrammes SysML Ces diagrammes peuvent être principalement regroupés en trois catégories : les diagrammes d'exigences, les diagrammes de structure et les diagrammes comportementaux. 1.3. Diagramme d'exigences Le diagramme des exigences (req : requirement diagram) permet de spécifier les caractéristiques ou qualités attendues, de les hiérarchiser et de les documenter (éléments auxquels elles s'appliquent, traçabilité, ...). Figure 2 : exemple de diagramme des exigences Dans l'exemple choisi qui est celui d'un véhicule automobile, on distingue les exigences exprimées (ici, la capacité d'accélération) des exigences non exprimées d'un caractère plus global (ici, les performances du véhicule). Ces exigences sont reliées entre elles et avec les cas d'utilisation. Résumé : Dans cet article nous proposons une première introduction au langage SysML qui s'adresse à des lecteurs n'ayant jamais étudié ce langage. Après une première approche sur les principes généraux, nous illustrons cette méthode par l'exemple de l'étude de la Freebox. T e introduct Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 30 1.4. Diagrammes structurels En SysML, les composants sont modélisés par des objets (modèles particularisés de composants) issus de classes (modèles génériques de composants). Dans notre exemple du véhicule, les composants seront par exemple, le véhicule, les roues ... On peut définir ces composants à l'aide des blocs suivants : • diagramme de définition des blocs (dd : block definition diagram). Le bloc est caractérisé par ses paramètres, ses sous-blocs et ses ports. Figure 3 : exemple de diagramme de définition de blocs Les relations entre blocs sont soit des appartenances, soit des spécialisations. La relation d’appartenance permet de distinguer les instances que le bloc possède. Elle peut être multiple si plusieurs instances ont le même rôle. Dans notre exemple le bloc véhicule possède 4 blocs roue qui ont le même rôle. Il sert à définir les flux de matière, d’énergie et d’information. • diagramme de bloc interne (ibd : internal block diagram). Il représente pour chaque bloc, ses composants (parts), leurs interfaces, et éventuellement celles du bloc (ports), les relations entre ces interfaces ...en accord avec sa définition (bdd) Le bloc peut alors être vu du point de vue externe (figure 4) et interne (figure 5). Suivant le point de vue externe, notre exemple (figure 4) est envisagé suivant ses liens avec l'extérieur (usagés, environnement ...). En revanche, le point de vue interne (figure 5) permet de spécifier les interactions entre les composants du véhicule (chassis, train, frein...) Figure 4 : point de vue externe du bloc "Automobile" pris en exemple. Figure 5 : point de vue interne du bloc "Automobile" pris en exemple. 1.5. Diagrammes comportementaux • diagramme des cas d’utilisation (uc : use case diagram). Son objectif est de décrire des actions réalisées en utilisant le système et des acteurs extérieurs au système qui réalisent et/ou subissent ces actions, ainsi que leurs relations. Les acteurs interagissent avec le système, ils se « rendent compte » de son effet. Figure 6 : exemple de diagramme des cas d'utilisation Dans l'exemple de la figure 6, le système est le véhicule, le cas d'utilisation est la conduite par un acteur : le conducteur. Le système étant défini, il est alors possible de modéliser les comportements du système compatibles avec les contraintes. Ils peuvent être décomposés en diagramme d'état ou de séquence. • diagramme d’états (stm : state machine diagram). Il permet de modéliser un comportement par des états et des transitions activées par des évènements. Figure 7 : exemple de diagramme d'états Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 31 • diagramme de séquence (sd : sequence diagram). Il permet de décrire les communications entre composants dans l'ordre chronologique, par des messages (appel d'un comportement chez le destinataire) et sans détailler les comportements individuels. Figure 8 : exemple de diagramme de séquence L'appel d’un comportement chez le destinataire peut être de trois types : • synchrone : l’expéditeur attend une réponse • asynchrone : l’expéditeur n’attend pas • réponses 1.6. Relations entre diagrammes Les différents diagrammes présentés peuvent être reliés par trois grands mécanismes.  La réutilisation par nom Figure 9 : exemple de relation par réutilisation par nom Dans l'exemple de la figure 9, les sous-blocs définis dans le bloc "Véhicule" du bloc definition diagram sont reliés aux blocs portants les mêmes noms dans l'internal bloc diagram.  Le couplage des comportements Figure 10 : exemple de couplage des comportements  les allocations. Figure 11 : exemple d'allocations Dans l'exemple de la figure 11, on alloue aux blocs "Groupe moto-propulseur", "Différentiel"...les activités "Générer et amplifier un couple", "Distribuer le couple"... 2. Exemple d'application La boite à outils disponible dans le langage SysML, permet de traiter un grand nombre de cas différents. A titre d'exemple, nous proposons de détailler ici l'étude d'une Freebox (exemple extrait des documents de cours-TD-TP de M. Costadoat du lycée Dorian de Paris). Cette étude peut être décomposée en deux grandes parties. Dans la première, l'auteur présente le contexte général et le produit FreeBox. Dans la seconde, l'analyse des services proposés par le produit est faite à l'aide de SysML. 2.1. Contexte économique des FAI français Un fournisseur d’accès à Internet (FAI), est un organisme (généralement une entreprise mais parfois aussi une association) offrant une connexion à Internet, un réseau informatique mondial. Le terme en anglais désignant un FAI est Internet Service Provider (ISP) ou Internet Access Provider (IAP). Figure 12 : Nombre d’abonnés à une offre Haut Débit en France Les FAI sont les seuls à pouvoir fournir un accès à internet pour les particuliers. Depuis l’introduction de leurs services, le nombre d’abonnés aux offres de Haut Débit (HD) en France n’a pas cessé d’augmenter, comme le montre la courbe de la figure 12 . Ce marché est géré par plusieurs acteurs que sont T e introduct Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 32 – Orange, – Free, – SFR, – Bouygues, – ... La répartition des abonnés entre ces acteurs, au premier trimestre 2014, est présentée sur la figure 13. Figure 13 : Répartition HD début 2014 Question 1 : A partir de ces données, calculer le nombre d’abonnés Haut Débit chez l’opérateur Free au premier trimestre 2014 ? La figure 14 donne l’évolution du nombre d’abonnés chez cet opérateur. Question 2 : Cette figure vous permet-elle de valider le résultat de la question précédente. Que pouvez-vous dire concernant cette évolution ? Figure 14 : Nombre d’abonnés Free 2.2. La stratégie de communication chez Free Les adresses des sites web des principaux FAI en France sont données ci-dessous : - www.orange.fr/ - www.free.fr/ - www.sfr.fr/ - www.bouyguestelecom.fr/ Question 3 : Après avoir consulté les sites web des différents FAI, vous donnerez pour chacun les choix marketing qui ont été fait afin de convaincre les clients de choisir leur offre. Notamment concernant les sujets suivants : – Le service (vitesse,...), – La garantie (grand réseau, service client,...), – Le nombre d’abonnés, – Les services en ligne (vidéo, abonnements tv, jeux,...), – La box (design, caractéristiques,...), – Autres (téléphone,...) – ... La publicité du FAI Free dont une image est présente sur la figure 15 a été diffusée à la télévision. Figure 15 : Publicité internet Free Question 4 : Sur quels aspects des services fournis par Free celle-ci insiste-t-elle ? Est-ce en accord avec ce qui est présenté sur le site web ? Nous allons dans la suite nous intéresser au produit « Freebox » qui fait partie des services proposés par l’opérateur Free. 2.3. Présentation du produit La Freebox est un appareil électronique fourni par le fournisseur d’accès à Internet français Free à ses abonnés haut débit. La Freebox a connu six versions différentes depuis son premier lancement (avec des sous-versions apportant des changements plus ou moins importants). Elle se compose d’un boîtier permettant la connexion avec le réseau téléphonique et un second appareil permettant la diffusion de média sur divers éléments Hi-Fi (télévision, chaîne Stéréo,...). Figure 16 : Freebox 2.4. Les services proposés par le produit Cet appareil sert principalement de modem ADSL ou FTTH, mais il est défini par la société Free comme « un appareil électronique servant d’interface entre l’équipement informatique et/ou audiovisuel de l’usager et le réseau de Free ». En ce sens, il ne sert pas Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 33 seulement d’interface entre un ordinateur et l’Internet, mais permet aussi à Free de proposer des services ajoutés utilisant le réseau, comme la télévision sur IP ou la téléphonie sur IP, trio que l’on connait sous l’appellation triple play. La Freebox peut également faire office de routeur et de point d’accès sans fil Wi- Fi. La Freebox est définie comme l’équipement terminal du réseau ; elle demeure la propriété de Free, et n’est que prêtée aux abonnés. Elle est livrée avec une télécommande et des accessoires (câbles, filtre). Figure 17 : Téléphonie et télévision Free Après avoir recherché dans le document de cours la définition d’un « acteur ». Question 5 : Déterminer en justifiant quels sont le(s) acteur(s) principal(aux) et le(s) acteur(s) secondaire(s) de ce système. Eléments de correction : L’acteur principal est l’utilisateur, l’ordinateur est un acteur secondaire. Free (ou le réseau) peut être vu comme un acteur secondaire. Sachant qui sont les acteurs liés à ce système, il est maintenant possible de déterminer sa fonction « A quoi va-t-il servir ? ». Dans cette optique, la figure 18 présente une partie des cas d’utilisation de la Freebox. Figure 18 : Diagramme des Cas d’Utilisation Question 6 : Pensez-vous que ce diagramme soit complet ? Si cela est nécessaire, le compléter. Eléments de correction : On peut ajouter des cas d'utilisation comme, par exemple, le stockage de données. On peut aussi ajouter un smartphone en tant qu'acteur. Des exigences ont-été déduites du diagramme des cas d’utilisation précédent. Une partie de ces exigences sont présentées sur le diagramme des exigences de la figure 19. Certaines exigences du cahier des charges viennent des cas d’utilisation (implicites) d’autres sont imposées par diverses contraintes. Figure 19 – Diagramme des Exigences Question 7 : Retrouvez à chaque fois que c’est possible à quel cas d’utilisation correspond chaque exigence. Question 8 : Vous donnerez à chacune des exigences présentes sur ce diagramme une note qui caractériser sont niveau (1 : Indispensable, 2 : Très importante, 3 : Importante, 4 : Peu importante) Eléments de correction : Pour le cas d’utilisation : « Accéder à des chaînes numériques », il faut les exigences 1, 1.2, 2, 2.1 et les éléments externes sont : le réseau électrique, le réseau téléphonique, la télévision, utilisateur, la chaîne stéréo. Pour le cas d’utilisation : « Diffuser des contenus multimédias », il faut les exigences 2, 2.1, 4, 4.1 et les éléments externes sont : le réseau électrique, le réseau téléphonique, la télévision, utilisateur, la chaîne stéréo, le PC. Pour le cas d’utilisation : « Passer des appels téléphoniques », il faut les exigences 1, 1.1, 2, 2.1 et les éléments externes sont : le réseau électrique, le réseau téléphonique, le téléphone. 2.5. Les acteurs du système Une fois le besoin clairement identifié, il est nécessaire de préciser l’ensemble des Éléments du Milieu Environnant/Extérieur (EME) qui interagissent avec le produit. Ainsi, la totalité des Fonctions de Service que devra remplir le produit pour garantir un bon fonctionnement dans toutes les conditions d’utilisation pourront être déterminées. Question 9 : Énumérez les phases de vie du système Freebox. T e introduct Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 34 Eléments de correction : Fabrication transport stockage vente Utilisation maintenance recyclage .... Données supplémentaires : Le diagramme de contexte de la figure 20 introduit les éléments du milieu extérieur au système. Figure 20 – Diagramme de Contexte Description des Éléments du Milieu Environnant : Éléments Description et hypothèse sur toutes les caractéristiques de l’élément Réseau électrique Source d’énergie classique, disponible dans une habitation, soit énergie électrique de nature EDF (220v 50 Hz) Réseau téléphonique (et internet) Réseau téléphonique classique, adaptateur pour une prise F-010 (prise en T, norme CEI 60603-7 (RJ45)) Utilisateur Toute personne en âge de faire fonctionner ces appareils (7 ans) Télévision Poste équipé de prises HDMI et péritel Téléphone Téléphone à connecteur sur le réseau téléphonique classique Ordinateur Ordinateur possédant une carte réseau (Wi-Fi et/ou RJ45) + logiciels Chaîne Stéréo Chaîne stéréo possédant des connections RCA, jack et/ou numérique Figure 21 : Liste des Éléments du Milieu Extérieur Les éléments qui apparaissent dans un diagramme de contexte ne sont pas forcément tous nécessaires au fonctionnement du système. Question 10 : Donner l’ensemble des éléments nécessaires au bon fonctionnement de la freebox. Eléments de correction : Réseau électrique, réseau téléphonique, utilisateur Question 11 : Donner l’ensemble des éléments capable de « constater » le fonctionnement du système. Ce sont les acteurs du système. Votre réponse correspond-elle au diagramme des cas d’utilisation de la figure 18 ? Eléments de correction : L'ordinateur et l'utilisateur. Étude détaillée d’un cas d’utilisation Un des cas d’utilisation du système était : « Diffuser des contenus multimédias». Ce cas d’utilisation correspond à une séquence d’échange entre plusieurs acteurs dont une description est faite à la figure 22. Figure 22 : Diagramme de Séquence Question 12 : D’après la figue 22 quels sont le ou les acteur(s) impliqué(s) dans cette séquence ? Eléments de correction : Les acteurs impliqués sont l’utilisateur et l’ordinateur. Quels sont les éléments du milieu extérieur concernés ? Cela correspond-il à ce qui est indiqué sur le diagramme des cas d’utilisation de la figure 18 ? Eléments de correction : Les éléments du milieu extérieurs sont les acteurs auxquels s’ajoutent la télévision ou la chaine hifi, nécessaires à la diffusion du support multimédia. Nous allons nous placer du point de vue de l’utilisateur pour répondre à la question suivante. Il souhaite regarder une vidéo présente sur son PC et suit la séquence indiquée à la figure 22. La séquence se déroule normalement, cependant, lorsque l’utilisateur presse le bouton bleu à l’étape 5, même en Petite introduction au langage SysML pour la STI2D La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Thème 35 attendant un long moment, la diffusion du contenu média n’arrive pas. Question 13 : Quel est le composant le plus susceptible de ne pas fonctionner ? Fait-il partie du système ? Eléments de correction : La télécommande a été utilisée à l’étape 3 et la freebox a marché jusqu’à présent. Le programme a été lancé sur l’ordinateur au départ et cela a été confirmé, donc le problème le plus probable serait un problème de communication entre le PC et la freebox. L’ordinateur est un élément du milieu extérieur, il ne fait donc pas partie du système. 3. Conclusion Dans cet article, nous avons proposé une première approche du langage SysML puis son application au cas concret de l'étude de la FreeBox. Cet exemple a permet de mettre en évidence la puissance de l'outil SysML pour l'analyse d'un système complexe et ainsi de bien le concevoir pour faire face à tous les cas d'utilisations et aux contraintes imposées. 4. Références  Systems Modeling Language, Lionel Gendre et Jean-Marie Virely, ENS Cachan  Cours CPGE SysML, Renaud Costadoat, Lycée Dorian Paris  SysML : les diagrammes, Didier Fagnon, Stéphane Gaston, Technologie n°179, avril 2012.