基于控制论的软件系统适应性需求的捕获与建模方法研究

With the operational environments becoming increasingly open and dynamic, more and more software systems are required to have the ability to adapt to the potential uncertainties. To develop such systems, we need to first elicit and model the adaptive requirements before the development, to help the developers obtain an adequate knowledge on the potential uncertainties and the required adaptation behaviors. However, there still lacks of an effective approach for that. Based on Cybernetics, this project intends to model the software-intensive systems which are composed by the adaptive software systems and their environments as the control systems, and elicit and model the adaptive requirements through identifying and modeling the feedback loops of the control systems. Following such idea, this project will study the approach to identify the required feedback loops of the control systems, to model each required feedback loop, and to find and solve the conflicts between the identified feedback loops, and finally take an example to validate the approach and show its application. This project aims to provide a systematic approach for eliciting and modeling the adaptive requirements of the software systems under the open and dynamic environments.

随着软件系统的运行环境变得日益开放与动态，越来越多的软件系统需要具有自适应能力以应对运行时所可能面临的各种不确定性。而建立具有自适应能力的软件系统，首先需要捕获和建模软件系统的适应性需求,以在系统开发之前明确软件系统所可能面临的不确定性和系统应对不确定性的适应性行为。但是，软件系统适应性需求的捕获和建模目前仍然缺乏有效的方法。针对该问题，本项目拟基于控制论，将具有自适应能力的软件系统与其运行环境所构成的软件加强型系统建模为一个控制系统，通过对该软件加强型系统反馈回路的识别与建模来实现对软件系统适应性需求的捕获与建模。基于该思路，本项目主要研究软件系统与其运行环境所构成的软件加强型系统反馈回路的识别与建模方法、以及不同反馈回路之间潜在冲突的分析方法，最后，结合具体案例展开实例验证与应用研究。本项目预期为开放动态环境下软件系统适应性需求的捕获与建模提供一种系统性的指导方法。

随着软件系统的运行环境变得日益开放与动态，越来越多的软件系统需要具有自适应能力以应对潜在的各种不确定性。而建立具有自适应能力的软件系统，首先需要捕获和建模软件系统的适应性需求,以帮助开发人员在系统开发之前充分认识软件系统所面临的不确定性和系统应对不确定性所需要的适应性行为。本项目基于控制论，将具有自适应能力的软件系统与其运行环境所构成的软件加强型系统建模为一个控制系统，通过对该控制系统反馈回路的识别与建模实现对软件系统适应性需求的捕获与建模。基于该思路，本项目主要研究该控制系统反馈回路的识别方法、建模方法，以及该控制系统不同反馈回路间潜在冲突的分析方法。.结合具体实例，本项目设计和提出了识别分析、建模反馈回路以及反馈回路间冲突分析的一般方法。该方法融合应对环境变化的直接和间接两种方式，提出自适应软件系统应具有两种反馈回路：环境感知回路和需求感知回路。两种反馈回路分别应对反映环境真实变迁的环境变化和反映用户需求不满足的环境变化，相互弥补对方的不足。由于无法应对潜在所有的环境变化，该方法还提出了考虑环境变化的可观测性和可控性，以识别需要监控的环境变化。进一步，该方法基于问题框架方法提出了适应性框架，以作为一个模式来帮助分析人员分析建模反馈回路。基于适应性框架，反馈回路分析建模的基本过程就是识别环境变化，分析环境变化的可观测性和可控性，然后实例化适应性框架的过程。最后，反馈回路之间的冲突可以在合并各个实例化适应性框架所得到的问题图过程中，应用问题框架方法的冲突分析和消除方法得以消解。在此研究的基础上，本项目还进一步针对“信息物理融合系统”这一特定系统的适应性需求的分析和建模以及反映适应性的业务流程移动化分析展开研究，并取得了初步成果。.本项目不仅基本完成了拟定的研究计划，还沿着项目方向进一步展开了深入研究，所提出的方法将帮助软件分析人员更好的分析建模开放动态环境下的软件系统的适应性需求。