面向方面体系结构建模研究

面向方面体系结构建模是面向方面软件开发(AOSD)的重要组成部分,也是近些年面向方面领域研究的热点问题。传统的软件体系结构设计方法没有单独地考虑横切关注点。因此,在软件体系结构设计阶段,建模人员需要新的机制来描述这些横切关注点。本文首先提出一个以横切为中心的面向方面体系结构概念框架;然后通过在体系结构设计阶段引入该框架中的核心概念,提出一种在体系结构设计阶段建模横切关注点的方法,从而支持其在早期进行横切关注点的分离。     

一种软件体系结构关注点多维分离模型

传统方法设计出的体系结构中始终存在着一些横切现象,使得体系结构变得复杂、难以理解、难以演化和难以重用.基于关注点分离和面向方面软件开发的相关理论,探讨了体系结构中的关注点,提出一种体系结构层关注点多维分离模型.该模型通过形象地表示关注点之间的关系,识别那些在体系结构中可能产生横切的关注点,有效解决传统软件体系结构设计中存在的关注点横切问题,为软件体系结构的演化和重用提供了重要的指导作用.     

一种软件体系结构关注点分析方法

在体系结构的设计、演化和重用过程中涉及众多的关注点,而且它们之间存在着复杂的关系,然而目前还缺乏有效的对这些关注点及其关系进行描述和分析的方法.针对这一问题,在系统收集并显式标识各种体系结构关注点及其关系的基础上,文中提出一种软件体系结构关注点分析方法.该方法利用时段时序逻辑对关注点之间的横切关系进行形式化描述和分析,可以发现横切关注点之间的时序冲突,有助于提高面向方面软件体系结构的设计质量.最后结合案例给出了该方法的实施过程.     

面向方面软件体系结构建模研究

用面向方面编程思想研究软件体系结构,提取体系结构中的横切属性,并以方面连接件的形式对其进行建模,然后提出基于UML的面向方面体系结构元模型,最后通过图书管理系统实例说明具体建模过程,对传统体系结构模型和面向方面体系结构模型进行比较分析,结果表明了面向方面软件体系结构模型具有更高的实际应用价值.     

建模样式:一种评估软件体系结构非功能属性的方法

软件体系结构设计是软件过程中最为重要的环节之一.在设计阶段完成对软件体系结构非功能属性的评估,对于高质量软件产品的开发非常重要.通过对统一建模语言(UML)的扩展,提出了“建模样式”用于在软件设计阶段对软件体系结构非功能属性进行评估,并结合“可用性链”建模样式在分析软件体系结构“单消息分发-多消息处理”可用性中的应用,给出了建模样式的使用示例.同时,针对建模样式的应用,还提出了“建模知识库”用于管理和维护建模样式,提供各建模样式中标签的参考值.基于UML的建模样式以及建模知识库的使用,可以简化对软件体系结构非功能属性评估的复杂度和工作量,使其可以为软件开发人员所用,并融入到高质量软件开发过程中.     

面向方面的体系结构描述语言AC2-ADL

体系结构描述语言(ADL)是基于体系结构的软件开发的基础,传统的ADL由于缺乏对混杂与分散在软件体系结构多个单元中的各种设计决策的描述能力,导致软件体系结构设计方案难以理解、难以演化和难以重用.通过设计面向方面的软件体系结构描述语言AC2-ADL,使用方面组件明确地描述系统的横切关注点;并引入方面连接件以及抽象出软件体系结构语境中的注入点,呈现结构之间复杂的交互,以解决不同关注点的分散和交织等问题,试图为设计和描述面向方面的软件系统的软件体系结构提供一种有效的解决方案.研究结合电子商务领域的网上拍卖系统,讨论了该语言的主要应用过程,具有一定的参考作用.     

一种基于横切特征分析的软件体系结构自动重构方法

软件体系结构中的横切关注点增加了软件体系结构的复杂性,从而加剧了体系结构演化与维护的困难.这种设计问题可以通过体系结构层面的重构来进行改善.在已有的横切特征分析方法基础上,提出了一种面向横切特征分析的体系结构自动重构方法.该方法首先基于特征与构件之间的追踪关系分析横切特征,然后将与横切特征有直接追踪关系的构件从初始体系结构中提取出来,实现方面构件,完成体系结构重构.在面向方面体系结构描述语言AO-ADL基础上开发了相应的体系结构重构工具,并针对一个业务系统进行了体系结构重构实验.实验结果表明,该方法能有效地实现体系结构横切特征的自动化重构.     

基于AOP的时空Petri网的CPS建模

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)作为一系列物理过程和计算过程的紧密集成,体现为物理世界和信息世界的交互与融合。针对CPS的时空及非功能属性,提出一种面向方面的时空Petri网建模方法,在保证时空一致性的前提下,分离系统中的核心关注点和横切关注点,将横切关注点单独作为方面进行分析,并将构建规则方面重新织入系统。该方法在系统设计阶段可以对不同的非功能属性进行形式化分析,提高了系统的可靠性和可维护性。最后通过实例说明了该方法的可行性。     

管理领域面向方面软件体系结构及软件过程

软件体系结构设计是构建大型管理领域系统的关键步骤，同时面向方面的软件开发已成为解决软件复杂性的有效方法。该文基于面向方面软件开发方法提出了管理领域系统建设的“4+1”关注点视图，针对“4+1”关注点视图提出了面向管理领域、基于服务实现的面向方面软件体系结构。基于该软件体系结构开发的管理业务支持平台及其支持下的软件开发过程可以缩短软件开发周期，改善软件一致性和可维护性，使软件具有更好的演化能力。     

基于编档的体系结构视图冲突检测方法

软件体系结构由不同的视图组成,每个视图包含不同的体系结构关注点.在软件工程领域中,如何对这些视图进行比对和合并是一项非常重要的研究工作.然而,目前视图比对的主要研究都着眼于视图元素之间的比对,因而并不能有效地发现视图之间的隐含冲突.主要原因是由于不同视图背后隐含着不同的关注点,而关注点之间的冲突并不能显式地在视图中表现出来,因此仅作视图元素比对不能发现这种隐含冲突.针对该问题,提出了一种基于编档的体系结构视图隐含冲突检测方法.在该方法中,通过对设计方法进行建模来捕获体系结构关注点和视图之间的关联关系;以软件体系结构文档作为通用平台,通过4个连续的活动来检测关注点之间的隐含关系;为了支持方法的自动化,就其中出现的关系给出了一套数学定义.     

Toward automated feature model configuration with optimizing non-functional requirements

ContextA software product line is a family of software systems that share some common features but also have significant variabilities. A feature model is a variability modeling artifact, which represents differences among software products with respect to the variability relationships among their features. Having a feature model along with a reference model developed in the domain engineering lifecycle, a concrete product of the family is derived by binding the variation points in the feature model (called configuration process) and by instantiating the reference model.ObjectiveIn this work we address the feature model configuration problem and propose a framework to automatically select suitable features that satisfy both the functional and non-functional preferences and constraints of stakeholders. Additionally, interdependencies between various non-functional properties are taken into account in the framework.MethodThe proposed framework combines Analytical Hierarchy Process (AHP) and Fuzzy Cognitive Maps (FCM) to compute the non-functional properties weights based on stakeholders’ preferences and interdependencies between non-functional properties. Afterwards, Hierarchical Task Network (HTN) planning is applied to find the optimal feature model configuration.ResultOur approach improves state-of-art of feature model configuration by considering positive or negative impacts of the features on non-functional properties, the stakeholders’ preferences, and non-functional interdependencies. The approach presented in this paper extends earlier work presented in [1] from several distinct perspectives including mechanisms handling interdependencies between non-functional properties, proposing a novel tooling architecture, and offering visualization and interaction techniques for representing functional and non-functional aspects of feature models.Conclusionour experiments show the scalability of our configuration approach when considering both functional and non-functional requirements of stakeholders.     

面向嵌入式PLC领域的构件模型的研究与实现

嵌入式PLC以其软硬件可裁剪性,可以根据用户的个性化需求进行定制,节约成本等特点逐渐发展成为当前PLC开发的一种主流模式。而嵌入式PLC系统的开发面临着软件复用率低及非功能属性难以量化的挑战。以嵌入式PLC系统的构件化开发方法为出发点,采用高扩展性语言XML作为构件的描述语言,提出一种嵌入式PLC构件模型EPCM,它支持对非功能属性的分析与评估。通过构建一个嵌入式PLC控制算法的生成平台及基于该平台之上的案例分析,表明该构件模型不仅能提高软件的复用水平,而且对非功能属性的分析和验证的支持也是可行的。     

Formal specification of non-functional properties of component-based software systems

Component-based software engineering (CBSE) is viewed as an opportunity to deal with the increasing complexity of modern-day software. Along with CBSE comes the notion of component markets, where more or less generic pieces of software are traded, to be combined into applications by third-party application developers. For such a component market to work successfully, all relevant properties of components must be precisely and formally described. This is especially true for non-functional properties, such as performance, memory foot print, or security. While the specification of functional properties is well understood, non-functional properties are only beginning to become a research focus. This paper discusses semantic concepts for the specification of non-functional properties, taking into account the specific needs of a component market. Based on these semantic concepts, we present a new specification language QML/CS that can be used to model non-functional product properties of components and component-based software systems.     

Model-based verification of quantitative non-functional properties for software product lines

Evaluating quality attributes of a design model in the early stages of development can significantly reduce the cost and risks of developing a low quality product. To make this possible, software designers should be able to predict quality attributes by reasoning on a model of the system under development. Although there exists a variety of quality-driven analysis techniques for software systems, only a few work address software product lines. This paper describes how probabilistic model checking techniques and tools can be used to verify non-functional properties of different configurations of a software product line. We propose a model-based approach that enables software engineers to assess their design solutions for software product lines in the early stages of development. Furthermore, we discuss how the analysis time can be surprisingly reduced by applying parametric model checking instead of classic model checking. The results show that the parametric approach is able to substantially alleviate the verification time and effort required to analyze non-functional properties of software product lines.     

Trading between quality and non-functional properties of median filter in embedded systems

Genetic improvement has been used to improve functional and non-functional properties of software. In this paper, we propose a new approach that applies a genetic programming (GP)-based genetic improvement to trade between functional and non-functional properties of existing software. The paper investigates possibilities and opportunities for improving non-functional parameters such as execution time, code size, or power consumption of median functions implemented using comparator networks. In general, it is impossible to improve non-functional parameters of the median function without accepting occasional errors in results because optimal implementations are available. In order to address this issue, we proposed a method providing suitable compromises between accuracy, execution time and power consumption. Traditionally, a randomly generated set of test vectors is employed so as to assess the quality of GP individuals. We demonstrated that such an approach may produce biased solutions if the test vectors are generated inappropriately. In order to measure the accuracy of determining a median value and avoid such a bias, we propose and formally analyze new quality metrics which are based on the positional error calculated using the permutation principle introduced in this paper. It is shown that the proposed method enables the discovery of solutions which show a significant improvement in execution time, power consumption, or size with respect to the accurate median function while keeping errors at a moderate level. Non-functional properties of the discovered solutions are estimated using data sets and validated by physical measurements on physical microcontrollers. The benefits of the evolved implementations are demonstrated on two real-world problems—sensor data processing and image processing. It is concluded that data processing software modules offer a great opportunity for genetic improvement. The results revealed that it is not even necessary to determine the median value exactly in many cases which helps to reduce power consumption or increase performance. The discovered implementations of accurate, as well as approximate median functions, are available as C functions for download and can be employed in a custom application (http://www.fit.vutbr.cz/research/groups/ehw/median).     

一种带非功能特性权值描述的构件模型

如何准确简洁地描述软件构件模型是面向构件的软件开发的一个重要问题。提出一种非功能特性权值描述的构件模型,强化了构件模型非功能特性方面的描述。首先给出了构件模型的定义;然后分析了其性质和优点,并指出了该模型在构件查找匹配中的应用价值;最后指出了下一步的研究方向。     

软件非功能需求权衡代价

软件非功能需求的实现涉及软件质量这一重要问题,非功能需求的满足程度,直接影响软件质量的满足程度.针对一直以来对软件质量的一贯重视以及软件非功能需求权衡的重要性,借鉴微观经济学领域的生产理论、替代弹性原理和线性规划方法,提出了软件非功能需求权衡代价分析方法并开发了辅助工具.首先,对项目组前期完成的可信软件非功能需求可满足性分析方法进行改进,提出了利益相关者通过协商获取非功能需求评估数据的方法,建立了非功能需求本体概念并构建本体知识库;针对实现非功能需求的策略,使用前期已完成的策略推理方法,对推理产生矛盾的策略提出权衡代价分析方法;通过分析策略实施代价,为软件开发及演化提供具有实际可操作的权衡决策依据,从更加符合产业化需要的角度解决软件非功能需求权衡问题;最后,基于可信第三方认证中心软件案例的维护及演化需要,对推理出矛盾的策略进行权衡代价分析,并给予决策建议,说明所提出方法的可行性.     

可信软件非功能需求形式化表示与可满足分析

可信软件的可信性由其功能需求和非功能需求共同来体现,其中,非功能需求的实现是可信软件获得用户对其行为实现预期目标能力的信任程度的客观依据.针对可信软件的重要性以及对可信软件的迫切需求,在可信软件的早期需求工程阶段,提出可信软件非功能需求驱动的过程策略选取方法.首先,对可信软件需求进行定义,提出由功能需求和非功能需求中的可信关注点构成可信需求,非可信关注点的非功能需求则定义为软目标,用于表达质量需求,基于模糊集合论和信息熵对可信软件非功能需求进行排序并获取可信关注点和软目标.在此基础上,提出可信软件非功能需求驱动的过程策略选取方法.传统的软件早期需求工程阶段的目标是为了获取满足需求的技术及设计决策,与此不同,本文对可信软件非功能需求进行分析的目标是获取过程策略,从过程角度解决可信软件生产问题.由于非功能需求间复杂的相关关系,尤其是因为存在冲突关系,故提出了基于可满足性问题求解方法推理过程策略的方法,选取满足可信软件非功能需求的过程策略.最后,通过第三方可信认证中心软件的案例,说明所提出方法的可行性.     

面向方面的软件非功能特性研究

软件非功能特性的处理一直以来都是困扰着研究人员和开发人员的难题。将面向方面的编程思想运用于软件非功能性的研究打破了传统的软件设计过程,这种研究方法在软件需求分析的初期分离出系统的非功能特性并将这些非功能特性做一个整体的处理,加快了软件开发的进度,提高了生产效率。文中基于面向方面思想,利用著名的非功能特性描述框架NFR对软件非功能特性进行描述,解决了软件关注点组合时产生的冲突问题,为软件非功能特性的处理提供了很好的解决办法。     

基于特征组合的软件需求建模

需求建模在需求工程中起着重要的作用。为了提高软件需求建模的效率和质量,提出一种基于特征组合的软件需求建模方法。首先,将特征分为功能性特征和非功能性特征;其次,形式化定义功能性特征的各个部件,包括原子功能性特征和复合功能性特征;第三,把功能性特征之间的特征组合抽象为特征运算,并提出了23条特征运算的公理;第四,形式化定义非功能性特征并通过其作用域把功能性特征和非功能性特征统一为软件需求模型;最后,给出了基于特征组合的软件需求建模过程。