软件体系结构自适应模型及其智能化研究

论文摘要

随着面向对象技术、构件技术的发展,软件系统的复杂度和规模日益剧增,同时随着Internet的发展,软件系统处在了更加开放和动态变化的环境中,软件系统变得更加难以管理和维护。为了降低软件管理和维护的成本,并且从高级抽象层次上对其进行控制,关于软件体系结构的自适应性研究应运而生。利用软件体系结构作为外部模型驱动自适应的过程,体系结构模型可以从系统全局的角度刻画当前配置状态,有利于对系统级特征属性进行监控,而且对关键约束是否得到遵守也便于检查,也就是说,运行时刻体系结构相关信息的改变可用来触发、驱动系统的自适应行为。另一方面,对系统的自适应动作可以在体系结构的抽象层面上得以表达,而且可以充分利用在体系结构研究方面已有的研究成果。软件体系结构的风格对自适应性实现难易程度具有较大影响,使用了软件体系结构风格自适应的评估框架BASE对管道过滤器风格、C2风格等体系结构风格进行了考察。在自适应过程中的规划阶段利用强化学习理论和SARSA算法来实现决策的过程,构建可以从环境中学习,在线规划的自适应系统。提出包含用户层、适应层和系统层的自适应框架模型,并针对规划阶段提出了基于强化学习的五元决策模型,充分考虑到状态、目标、行动、权重和选择策略。提出基于SARSA的在线规划的软件体系结构自适应方法,用来解决由于环境内在固有的不确定性、复杂性和不可预见性而产生的离线规划的局限性。详细阐述了在线规划方法的关键要素和过程策略。使用自适应的场景、适应度和算子等关键实现要素,提出了自适应在线规划的策略。最后用robocode的坦克实例SARSABot与FireBot坦克进行战斗,证明基于SARSA在线规划软件体系结构自适应的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相关研究现状
• 1.3 发展趋势
• 1.4 本论文工作
• 2 软件自适应体系结构风格BASE评估框架
• 2.1 BASE评估框架
• 2.2 让自适应更加容易的风格
• 2.2.1 管道过滤器风格和编织
• 2.2.2 基于事件的隐式调用风格:Field和Publish-Subscribe
• 2.2.3 C2风格
• 2.2.4 Map-Reduce
• 2.2.5 Client/Server风格
• 2.2.6 黑板风格
• 2.3 本章小结
• 3 软件体系结构自适应框架和规划阶段过程模型
• 3.1 软件体系结构自适应三层框架
• 3.1.1 用户层
• 3.1.2 适应层
• 3.1.3 系统层
• 3.2 规划阶段的过程模型
• 3.3 基于强化学习的规划决策模型
• 3.3.1 五元决策模型
• 3.3.2 元组内关系
• 3.3.3 Client/Server风格实例
• 3.4 强化学习决策算法
• 3.4.1 应用强化学习的可行性分析
• 3.4.2 SARSA算法
• 3.4.3 基于SARSA算法的规划模型
• 3.5 本章小结
• 4 基于SARSA的在线规划的软件体系结构自适应
• 4.1 Robocode可适应体系结构
• 4.2 关键的三要素
• 4.2.1 基于场景的体系结构状态和行动表述
• 4.2.2 行动的适应度
• 4.2.3 可受理行动集合
• 4.3 在线学习自适应过程
• 4.3.1 实验说明
• 4.3.2 实验结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢