网构软件

1 网构软件1.1 背景1.2 网构软件特征2 网构软件研究方向2.1 基于Agent的网构软件模型与方法2.2面向构件的网构软件开发方法学网构软件简介及其研究内容1、网构软件网构软件从软件形态的角度考察开放、动态、多变的Internet环境对软件理论、方法和技术，是传统软件结构的自然延伸, 网构软件具有自主性、演化性、协同性、多态性和反应性等特征。

从网构软件的角度来看传统的软件工程方法学体系其本质上是一种静态和封闭的框架体系, 难以支持由开放、动态、多变的Internet环境衍生的网构软件的开发。

1.1背景Internet作为不同于传统计算机的硬件平台，具有如下基本特征：无统一控制的“真”分布性节点的高度自治性节点链接的开放性和动态性人、设备和软件的多重异构性实体行为的不可预测性运行环境的潜在不安全性使用方式的个性化和灵活性网络连接环境的多样性由于软件系统所基于的计算机硬件平台正经历从集中封闭的计算平台向开放的Internet平台的转变，软件系统作为计算机系统的灵魂，随着其运行环境的演变也经历了一系列的变革。

目前，面向网络的计算环境正由Client/Server发展为Client/Cluster，并正朝着Client /Network和Client/Virtual Environment的方向发展。

从技术的角度看，以软件构件等技术支持的软件实体将以开放、自主的方式存在于Internet的各个节点之上，任何一个软件实体可在开放的环境下通过某种方式加以发布，并以各种协同方式与其它软件实体进行跨网络的互连、互通、协作和联盟，从而形成一种与当前的信息Web类似的Software Web。

Software Web不再仅仅是信息的提供者，而是各种服务（功能）的提供者。

由于网络环境的开放与动态性，以及用户使用方式的个性化要求，从而决定了这样一种 Software Web并不能够像传统软件那样一蹴而就，它应能感知外部网络环境的动态变化，并随着这种变化按照功能指标、性能指标和可信性指标等进行静态的调整和动态的演化，以使系统具有尽可能高的用户满意度。

我们将这样一种新的软件形态称为网构软件（Internetware）。

1.2 特征网构软件区别于传统软件形态的独有特征网构软件是在Internet开放、动态和多变环境下软件系统基本形态的一种抽象，它既是传统软件结构的自然延伸，又具有区别于在集中封闭环境下发展起来的传统软件形态的独有的基本特征：自主性指网构软件系统中的软件实体具有相对独立性、主动性和自适应性。

自主性使其区别于传统软件系统中软件实体的依赖性和被动性。

协同性指网构软件系统中软件实体与软件实体之间可按多种静态连接和动态合作方式在开放的网络环境下加以互连、互通、协作和联盟。

协同性使其区别于传统软件系统在封闭集中环境下单一静态的连接模式。

反应性指网构软件具有感知外部运行和使用环境并对系统演化提供有用信息的能力；反应性使网构软件系统具备了适应Internet开放、动态和多变环境的感知能力。

演化性指网构软件结构可根据应用需求和网络环境变化而发生动态演化，主要表现在其实体元素数目的可变性，结构关系的可调节性和结构形态的动态可配置性；演化性使网构软件系统具备了适应Internet开放、动态和多变环境的应变能力。

多态性指网构软件系统的效果体现出相容的多目标性。

它可根据某些基本协同原则，在动态变化的网络环境下，满足多种相容的目标形态。

多态性使网构软件系统在网络环境下具备了一定的柔性和满足个性化需求的能力。

2 、网构软件的研究内容网构软件的主要研究内容包括：基于Internet的开放软件模型及其性质、网构软件模型的形式化体系、基于Agent的网构软件模型与方法、面向构件的网构软件开发方法学、网构软件中间件平台基准模型、网构软件可信性理论及其度量评估体系，以及网构软件平台技术规范标准体系。

下面简单介绍下基于Agent的网构软件模型与方法和面向构件的网构软件开发方法学研究2.1 基于Agent的网构软件模型与方法网构软件技术的研究面临着许多挑战性的课题:(1) 如何表示网构软件中的构件模型,这种模型应该具有显式的环境描述和实体的自主性,实体可以主动地观察环境,作出合理的规划,以实现系统的设计目标;(2) 如何描述网构软件中构件的自适应演化能力,在不同的情景下展现出不同的行为,以适应环境的变化;(3) 如何提供相应的软件开发包和运行平台来支持网构软件系统的开发,并能有效支持与主流技术以及遗留系统之间的集成.下面分别对这3个问题进行阐述.（1）我们将网构软件的构件实体抽象和物化为具有EBDI(electronic business document exchange)结构的软件Agent,这主要是因为软件Agent及其技术能够有效满足网构软件中构件主体化和环境显式化的要求.这样,构件就能够感知环境并且自主地实施规划以完成目标,从而可以自然地描述复杂系统的分布控制.（2）我们利用动态绑定关系及其思想自然而直观地解释、描述和分析网构软件中构件的自适应和动态演化特征,并通过一种严格且形式化的方法将这一机制及其运行机理表述清楚.利用动态绑定关系,Agent能够根据感知到的环境变化,在其生命周期中动态地加入或者退出某些行为规约,并可以将行为规约置于活跃或者不活跃状态,从而在变化的环境中展示出不同的行为.（3）我们在面向Agent开发平台的基础上作进一步的扩展和包装,基于EBDI结构和动态绑定关系,为构件提供了自主和自适应行为,从而支持网构软件的开发、部署和运行.下面介绍网构软件中的构件模型,分别描述构件的EBDI结构、动态绑定关系和自适应演化行为.网构软件中的构件模型DAgent(dynamic Agent)是一类特殊的Agent,除了具有一般Agent的自主性以外,它还可以通过动态调整其内部的行为规约,在变化的环境中展现出自适应行为.因此,DAgent是实施自主行为和自适应行为的基本单元,我们将DAgent作为网构软件中的构件形式.Role内部采用EBDI结构,可以视为系统中对自主行为规约和实现的模块单元.EBDI结构是对BDI结构的扩展,增加了环境的定义.Dagent含有一个自适应策略Strategy,表示DAgent在其生命周期内可以采取的一系列自适应行为规则,每个规则是对DAgent自适应演化的描述.这样,DAgent实例通过感知外部的环境,并根据当前的运行状态,利用对Role的动态绑定操作调整自身的EBDI 结构.该模型的特点及三者之间的关系如图所示,EBDI结构BDI结构中包括信念、期望和意图这3个认知部件.信念定义了Agent对自身的理解和认知,是Agent进行动作决策的基础;期望反映了Agent可能试图实现的任务和目标,体现了Agent的某种意向;意图是对未来动作的合理选择,它将影响和约束Agent的行为决策和实施,是Agent 动作的起因. 环境E能够通过感知外部事件获取其他实体执行动作和变化信息.环境是外部可见的,并影响实体的内部状态;同样,实体动作的执行也会对环境产生影响,并通过发出事件改变环境.Role中的EBDI结构及各部分之间的关系如图2所示,其中Deliberation是决策部件动态绑定关系动态绑定关系是指DAgent实例在其生命周期内可以动态地绑定或者释放某个Role,所绑定的Role可以处于激活(active)状态也可以处于非激活(inactive)状态,一个DAgent实例在某一时刻可以同时绑定多个Role.因此,通过动态绑定操作,DAgent实例可以改变自身的EBDI 结构 .图中描述了DAgent与Role之间的动态绑定关系,其中圆圈表示DAgent所绑定的Role的状态,有向箭头表示Role的操作.在运行过程中,DAgent所绑定的Role具有以下两种不同状态:(1) active状态:DAgent实例绑定某个Role期间的一种状态,DAgent实例可以响应该Role的外部事件,有其信念和期望,根据Role的信念和期望选择合理的意图.(2) inactive状态:DAgent实例绑定某个Role期间的一种状态,DAgent实例无法响应该Role的外部事件,其信念和期望不会影响DAgent实例对意图中动作的选取.为了支持DAgent实例动态绑定Role以及Role状态的变迁,我们引入了4个基本操作: •join:DAgent实例对某个Role进行实例化,同时有该Role具体的外部事件、信念、期望和意图,并使得该Role处于active状态的操作.•quit:DAgent实例在某个Role处于active状态时,释放该Role的外部事件、信念、期望和意图的操作.•activate:DAgent实例使得某个Role由inactive状态变成active状态的操作.•deactivate:DAgent实例使得某个Role由active状态变成inactive状态的操作.自适应演化行为自适应演化策略带有一组关于DAgent演化行为的规则,每个规则说明了DAgent在什么样的条件下应该执行哪些动态绑定操作.因此,具体语法定义为[When environment expressions] [Where belief expressions] [If desire expressions] Then op*,其中op 是4个动态绑定操作之一,其形式化描述为γ∧β∧κ|→{join(r),quit(r),activate(r),deactivate(r)|r∈Role};*,其中γ∈Er ,β∈Br,κ∈Dr.为了理解动态绑定关系和演化规则,我们通过网上交易系统加以说明.该系统包含两个Role:Buyer和Seller.DAgent实例在演化的过程中,可以根据自身需要对Role进行动态绑定操作.•加入和退出某个角色:Alex当前是Buyer用户,他在买到某物品之后,又加入了Seller想将该物品卖掉,即B(isActive(Buyer))∧D(wantSell(goods))|→quit(Buyer);join(Seller).2.2 面向构件的网构软件开发方法学研究（1）面向构件软件开发的一般过程构件化软件开发的过程模型所谓构件化, 是指软件体系结构可重组以及软件成份可重用的系统开发方法. 这种方法的基本内涵是: 应用需求领域化, 软件结构框架化, 软件元素构件化, 应用原型实例化. 这一思想可以概括为四个阶段、三个层次和两大过程, 如图所示从工程化与过程管理的角度讲, 整个软件系统的开发过程可定义为四个阶段: 分析, 设计, 实现, 评价. 但这并不是单纯的串行式瀑布模型, 而是过程并行与增量迭代等多种方法相结合的工作流模型. 多年来, 人们往往把系统阶段控制方法与软件建模抽象方法混为一谈; 最典型的是把生命周期法和原型法与面向过程和面向对象的方法混为一谈. 信息系统是一种具有生命周期的开放系统, 这是毋庸置疑的. 因此, 从工程管理及大的阶段控制过程看, 构件化方法与结构化方法和对象化方法一样, 仍然应该遵循软件生命周期规律; 差别在于, 前者的阶段论观点是弱化的历递归和过程重构特征. 换句话说, 在构件化方法中, 可以引入并行工程思想和能力成熟度模型(CMM ) 来进行局部过程改造, 以提高系统开发效率和持续优化效果; 可以引入领域工程思想和面向对象方法来改善建模机制, 以提高系统实施过程的可操作性. 这就是面向构件方法论的主要过程特征. 从模型化与内容抽象的角度讲, 构件化软件开发过程可按三个层次展开: 概念层, 逻辑层, 物理层. 这与UML 描述、数据库设计模式和元建模技术等多种方法是一致的, 差别只在术语不同. 例如, 在基于UML 形式描述的面向对象建模中, 上述三个层次称概念层、说明层和实现层; 而在元建模中, 则称元知识层、结构知识层和算法知识层.整个建模层次展开过程是: 首先从特定应用需求出发, 通过领域分析进行共性需求识别、领域对象抽象和领域知识获取, 以建立概念级的领域模型. 进而通过领域设计为领域需求寻求软件解决方案, 包括构架级和构件级的设计模型; 这种模型体现了初步设计和详细设计成果, 体现了框架结构和部件结构的组成原理可行性, 因而是一种逻辑模型. 由问题域的领域模型转化为解域的构架模型和构件模型, 是一个知识提取(正向) 和分析精化(逆向) 的迭代式增量开发过程. 第三, 根据领域应用开发或直接重用需要, 进行领域实现; 包括领域构件的识别、设计、编码和测试等局部过程集成, 系统构件的分类、检索、引用和构件库维护, 领域构件与系统构件的演化、例化、组合和应用原型的动态生成等领域框架整体集成, 从而建立符合领域应用的各种物理模型. 第四, 通过运行模拟(正向)和设计优化(逆向)等措施, 对领域化软件原型进行可用性评价和可重构验证, 并对符合确认测试条件的应用系统进行全局封装和使用规范生成; 最终获得一个真正构件化的目标系统, 这是一个经过版本逐次寻优的实用软件系统.整个过程模型充分体现重构工程思想, 并把面向构件的软件开发分离为正向工程和逆向工程两大过程. 正向工程侧重体现自顶向下与过程并行特征, 解决软件构架和构件的可用性问题; 逆向工程侧重体现自底向上与增量迭代特征, 解决构架及构件的可重构性问题. 过程重构的基本内涵是, 概念重定义, 结构重说明, 算法重用, 系统重生成.（2）面向构件的建模支持机制常用的构件化建模方法如, 面向对象方法及UML 描述,框架、实例及其规则描述, 巴科斯范式、谓词逻辑和体系结构描述语言(ADL )等形式化描述, Petri 网和导航图等可视化描述. 支持上述建模方法的典型机制如, 抽象类型, 元模式, 模板, 分布对象, 协作代理, 参数化框架, 导航图标, 软件总线, 以及设计词汇表. UML 描述提供了静态和动态两种建模机制. 在静态建模过程中, 可通过用例图来描述反映功能需求的领域模型, 通过类图、对象图和包图来描述面向对象的结构模型, 通过构件图和配置图来描述软件系统的实现模型. 在动态建模过程中, 可通过交互图、状态图和活动图来描述软件系统的行为模型;包括对象间的交互与协作, 对象的生命周期及状态转换, 事务处理及过程同步控制等.框架—规则—实例(称 FR I)描述是智能建模方法的推广应用. 框架(Framework)是描述结构性问题的基本骨架, 是一组实体、关联和约束的集合. 规则(Rule)可用于定义实体与实例之间的结构组装或集成方法, 是结构中各类元素交互与连接映射的集合. 实例(Instance)是描述问题解决方案的例化模板, 是一组特定的结构类型和元素类型即表示值的集合. FR I描述特别适用于软件构架设计及动态生成. 其它建模机制的作用如, 巴科斯范式可用于概念模型的规范化描述, 谓词逻辑可用于说明构架和构件的约束条件,ADL 语言可定义软件体系结构的风格, Petri 网可描述工作流和事务处理的动态特性, 导航图可用于构件库的组织与管理. 设计词汇表可用于定义构件和连接件的类型; 使得领域概念元素化, 功能分解原子化, 构件聚合结构化.。