一种面向多目标的适应性设计规约方法

自适应软件越来越多地被应用于不同的领域,如各种分布式信息系统、安全攸关的抗毁系统、防病毒防入侵系统等.正确理解系统的适应性需求,是正确开发自适应系统的前提.将面向目标的规约语言(KAOS)进行扩展,增加了策略模型,建立支持面向多目标的基于动态策略的适应性需求规约方法.     

一种面向动态软件体系结构的在线演化方法

为适应计算环境和用户需求在系统运行期间的变化,满足软件系统进行动态演化的需求,提出面向动态软件体系结构的在线演化方法,设计并实现了一种运行时刻的软件体系结构元模型,将原先运行时刻不可见的体系结构设计信息具体化为显式的体系结构实体,并与系统实现及系统规约之间保持因果关联.元模型的演化可通过反射实现对运行系统的修改和对规约的更新,所有演化行为都在良定义的体系结构元模型的指导下规范地进行,保证了演化前后系统的一致性、完整性和演化的可追溯性.基于该方法开发了可视化支撑平台Artemis-ARC系统,支持构件和服务的设计、开发、集成及动态演化,并通过简单的应用实例展示了在线演化的效果.     

一种面向软件行为和多视点的需求模型验证方法

软件需求分析是软件开发生命周期中最重要的步骤之一.模型驱动的需求分析方法将需求模型作为需求规格说明的补充,从一个或多个角度对非形式化的需求信息进行正确性验证以发现需求规格中的不一致和不完整性等.本文在一种新型的,基于软件行为和多视点的需求建模方法基础上,依据其构造特点,提出需求模型的分析以及验证方法.该方法主要通过构造模型待验证性质的行为时序逻辑规约,以需求模型对应的有穷状态迁移系统为基础,结合On-The-Fly的方法验证性质规约是否语义满足该状态迁移系统.此外,从命题抽象的角度对该验证方法进行优化.针对该方法实现了模型验证工具原型.     

基于Tropos~+需求模型的软件自适应方法

在模型驱动的软件自适应控制过程中,监测、分析、决策和执行等活动均基于共享的知识模型。为便于知识重用和运行时维护,常采用抽象级别较高的需求模型来表示知识。为建模软件的适应性需求,针对传统的Tropos及其扩展方法不能用于软件对异常事件适应性需求建模问题,对Tropos进行上下文和异常条件扩展,记为Tropos+。在此基础上,提出一种由Tropos+需求模型驱动的软件自适应方法,该方法能够用于软件运行环境和异常事件监测以及软件对环境变化和异常事件的自适应处理。最后通过一个案例说明了软件自适应过程。     

基于并行搜索优化的指控系统自适应决策方法

指挥控制信息系统(指控系统)运行在动态变化的复杂环境中且任务需求时刻变更, 亟需一种自适应决策方法以动态产生调整系统的最优策略, 从而适应环境或任务变化, 确保系统长期稳定运行. 随着指控系统自身及其运行环境的持续复杂化, 自适应决策方法需具备应对多个非预期变化的在线权衡决策能力, 以避免造成冲突的调整后果或无法及时响...     

一种面向对象替换的灵活在线演化框架

在面临动态、复杂多变的运行环境以及用户灵活多变的需求时,软件要能及时调整其结构和行为,以适应环境以及需求的变更,达到延长软件系统生命周期的目标,即具有在线演化的特性.在线演化是当前软件体系结构中研究的热点,本文在研究自适应演化的过程中,基于面向对象程序模型,利用动态对象替换的机制,提出一种灵活的在线演化框架.通过具体的实例验证,该机制简单灵活,适合软件的在线调整,满足软件运行时变更的需求.     

基于CORBA的自适应系统实现

针对自适应系统在运行过程中的状态一致性问题,基于公共对象请求代理体系结构(CORBA)规范,提出一种总线消息型的自适应系统实现方法。该方法以构件组装模型为核心,利用总线对运行时的构件进行状态侦测及重配置操作,使用事务处理机制解决CORBA系统的状态一致性问题,使系统可在运行时修改自身行为。在Java/C++复合构件组装工具上的实现结果验证该方法的正确性,并表明其具备较好的稳定性和自适应能力。     

自适应重配置软件系统的运行时监控方法研究

运行时监控技术作为实现自适应软件的一个重要研究内容,现已成为当前很多软件工程方法中用来提高软件产品可信性的一个重要设计原则。针对现有的很多软件监控方法常常将系统的监控逻辑与业务功能逻辑混杂在一起的问题,提出了一个需求模型驱动的、自适应重配置软件的运行时监控方法。以软件系统的目标模型及属性规约为基础,介绍了如何构建系统的监控模型、生成和编织监控代码,以及进行运行时诊断分析和自适应重配置调整。该方法通过采用独立于应用程序的外部单元来实现对运行时系统的监控、诊断和自适应重配置处理。这更利于系统的维护和管理,也更符合软件复用的思想。     

一种基于反射机制的OWL-S需求规约演化方法

软件系统面临用户需求、软件资源和系统上下文环境等方面变化的挑战,软件需求不可避免地要求持续的演化。反射目前被用于软件系统的运行时管理和动态演化等方面,但还没有用于软件需求规约的演化。提出了一种基于反射机制的OWL-S需求规约演化方法,通过描述支持OWL-S需求规约演化的元信息,并以合理的方式使用这些元信息,实现OWL-S需求规约的演化。利用这种方法,需求分析人员可以有效地管理需求变更,以一种可控、有序的方式完成需求规约的演化任务。     

锂电池SOC和SOH的自适应联合在线估算方法

为了准确和快速地估算电动汽车运行过程中汽车电池的荷电状态(State of Charge, SOC)和健康状态(State of Health, SOH),提出一种基于遗忘因子最小二乘和可变时间尺度扩展卡尔曼滤波器的自适应联合估算算法。为了提高算法的效率和准确度，引入自适应遗忘因子递归最小二乘(Adaptive Forgetting Factor Recursive Least Square, AFFRLS)方法来识别电池模型中的参数，并采用可变时间尺度扩展卡尔曼滤波器(Variable Time Scale Extended Kalman Filter, VEKF)来指示SOC和SOH,以满足对电池动态状况进行在线快速估算的需求。应用动态应力测试(Dynamic Stress Test, DST)数据库验证了该方法的有效性，实验结果表明，该联合估算方法可以获取准确的电池模型，并实现在线状态估算。     

A formal approach to adaptive software: continuous assurance of non-functional requirements

Modern software systems are increasingly requested to be adaptive to changes in the environment in which they are embedded. Moreover, adaptation often needs to be performed automatically, through self-managed reactions enacted by the application at run time. Off-line, human-driven changes should be requested only if self-adaptation cannot be achieved successfully. To support this kind of autonomic behavior, software systems must be empowered by a rich run-time support that can monitor the relevant phenomena of the surrounding environment to detect changes, analyze the data collected to understand the possible consequences of changes, reason about the ability of the application to continue to provide the required service, and finally react if an adaptation is needed. This paper focuses on non-functional requirements, which constitute an essential component of the quality that modern software systems need to exhibit. Although the proposed approach is quite general, it is mainly exemplified in the paper in the context of service-oriented systems, where the quality of service (QoS) is regulated by contractual obligations between the application provider and its clients. We analyze the case where an application, exported as a service, is built as a composition of other services. Non-functional requirements—such as reliability and performance—heavily depend on the environment in which the application is embedded. Thus changes in the environment may ultimately adversely affect QoS satisfaction. We illustrate an approach and support tools that enable a holistic view of the design and run-time management of adaptive software systems. The approach is based on formal (probabilistic) models that are used at design time to reason about dependability of the application in quantitative terms. Models continue to exist at run time to enable continuous verification and detection of changes that require adaptation.     

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.     

Automated classification of non-functional requirements

This paper describes a technique for automating the detection and classification of non-functional requirements related to properties such as security, performance, and usability. Early detection of non-functional requirements enables them to be incorporated into the initial architectural design instead of being refactored in at a later date. The approach is used to detect and classify stakeholders’ quality concerns across requirements specifications containing scattered and non-categorized requirements, and also across freeform documents such as meeting minutes, interview notes, and memos. This paper first describes the classification algorithm and then evaluates its effectiveness through reporting a series of experiments based on 30 requirements specifications developed as term projects by MS students at DePaul University. A new and iterative approach is then introduced for training or retraining a classifier to detect and classify non-functional requirements (NFR) in datasets dissimilar to the initial training sets. This approach is evaluated against a large free-form requirements document obtained from Siemens Logistics and Automotive Organization. Although to the NFR classifier is unable to detect all of the NFRs, it is useful for supporting an analyst in the error-prone task of manually discovering NFRs, and furthermore can be used to quickly analyse large and complex documents in order to search for NFRs.     

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.     

可信软件非功能需求可满足性经济学方法分析

针对软件可信性的重要性以及非功能需求的策略选取对软件可信性的影响,提出了一种在早期需求工程阶段将用于辅助决策的经济学和需求工程相结合的方法,并提出了可信软件非功能需求可满足性的策略选取框架,以辅助策略选取。首先,对功能需求及经济学方法概念进行了定义和转换,例如,将软件开发过程中的非功能需求看作经济学生产过程中的生产要素、软件的利益相关者看作生产过程中的生产者等;并定义了非功能需求分解模型。在此基础上,基于模糊集合论和信息熵对软件非功能需求进行模糊排序从而获取利益相关者的关键非功能需求,并利用经济学中生产过程的相关方法计算使用策略的可信性效益,辅助策略的选取。以移动基础维护管理平台为例,使用提出的方法,说明了所提方法的可行性。     

Automated fault tolerance augmentation in model-driven engineering for CPS

Cyber-Physical Systems are usually subject to dependability requirements such as safety and reliability constraints. Over the last 50 years, a body of efficient fault-tolerance mechanisms has been devised to handle faults occurring at run-time. However, properly implementing those mechanisms is a time-consuming task that requires a great deal of know-how. In this paper, we propose a general framework which allows system designers to decouple functional and non-functional concerns, and express non-functional properties at design time using domain-specific languages. In the spirit of generative programming, functional models are then automatically “augmented” with dependability mechanisms. Importantly, the real-time behavior of the initial models in terms of sampling times and meeting deadlines is preserved. The practicality of the approach is demonstrated with the automated implementation of one prominent software fault-tolerance pattern, namely N-Version Programming, in the CPAL model-driven engineering workflow.     

中文非功能需求描述的识别与分类方法研究

非功能需求描述系统质量相关的属性,是软件设计决策的重要依据和评估标准.与功能需求的描述相比,非功能需求描述通常比较分散,且往往是隐含的.当采集到的需求原始描述内容较多时,逐一进行人工判别和整理需要耗费大量的时间和精力.针对中文自然语言描述的需求文本,提出了自动化的非功能需求识别和分类方法.其中,识别过程旨在从文本中提取出可能包含非功能需求的语句,尽可能地缩小人工检查的范围.分类过程则进一步将包含非功能需求的语句划分到性能、可靠性、可用性、安全性、可维护性这五大类非功能需求类型之中.分类训练和实验测试基于课题组工作项目整理的实验数据集进行,最终,基于一个工业界的实际应用案例数据,验证了方法的有效性.     

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。     

基于反馈控制的软件适应性需求的识别与分析

适应性需求的识别与分析是开发自适应软件系统的基础,它将明确软件系统在运行过程中所可能面临的环境变化以及应对这些变化系统应采取的措施.但是,当前的适应性需求识别与分析方法一方面缺乏对环境的分析导致无法系统性地识别环境变化,另一方面也缺乏有效的框架来同时考虑如何应对已知的环境变化和未知的环境变化.针对这些问题,提出了基于反馈控制的适应性需求识别与分析方法.该方法将自适应软件与其作用的环境看作为一个自适应控制系统,将适应性需求的识别与分析转化为对该控制系统所应具有的反馈回路的识别与分析.通过将环境看作软件的控制对象,它不仅突出了软件的环境,同时还可以通过确定环境感知反馈回路和需求感知反馈回路来分别应对已知的环境变化和未知的环境变化.最后,用一个实例说明所提出方法的可行性.