非功能需求交互的語(yǔ)義建模和自動(dòng)化推理.pdf

1、非功能需求是說(shuō)明軟件系統(tǒng)或組件必須要達(dá)到的質(zhì)量、運(yùn)行能力等方面的需求，是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要關(guān)注的關(guān)鍵要素。由于具有主觀性、相對(duì)性、多樣性和交互性等特性，非功能需求的研究已成為需求工程業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。本課題源于國(guó)家863項(xiàng)目和重慶市自然基金項(xiàng)目，重點(diǎn)研究非功能需求之間的交互問(wèn)題，該問(wèn)題也可表述為非功能屬性之間的相容和失配。
　　 在方法論層面，非功能需求框架中的柔目標(biāo)依存圖是專(zhuān)門(mén)用于處理非功能需求交互的結(jié)構(gòu)化、圖形化建模語(yǔ)言，可對(duì)

2、非功能需求的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行可視化建模和過(guò)程化支持，為設(shè)計(jì)決策提供支持。但它在形式化、自動(dòng)化方面的能力有限，實(shí)例數(shù)據(jù)模型不具有語(yǔ)法和語(yǔ)義互操作性，難以用于機(jī)器理解和自動(dòng)化推理。
　　 在問(wèn)題域方面，非功能需求交互問(wèn)題是系統(tǒng)復(fù)雜性和涌現(xiàn)性的體現(xiàn)。須在全局范圍內(nèi)來(lái)考察非功能需求，了解它們之間產(chǎn)生的相容和失配關(guān)系和機(jī)理，進(jìn)而檢測(cè)出失配關(guān)系，為需求權(quán)衡和設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)。非功能需求的實(shí)現(xiàn)將會(huì)橫切多個(gè)基本功能組件，使得非功能需求和功能需求之間

3、產(chǎn)生復(fù)雜的依賴(lài)關(guān)系。功能需求之間產(chǎn)生的交互也會(huì)為非功能需求的可滿足性和關(guān)聯(lián)帶來(lái)錯(cuò)綜復(fù)雜的影響。分析非功能需求的交互和作用機(jī)理，還需要結(jié)合對(duì)功能需求交互的機(jī)理分析來(lái)展開(kāi)。
　　 本文通過(guò)本體論和語(yǔ)義萬(wàn)維網(wǎng)技術(shù)擴(kuò)展非功能需求框架和柔目標(biāo)依存圖在非功能需求建模和分析方面的能力，探尋本體模型中的公理化和規(guī)則化相協(xié)同的語(yǔ)義建模方法；實(shí)現(xiàn)非功能需求知識(shí)表示、語(yǔ)義互操作、實(shí)例模型的共享與重用。采用本體化的方法對(duì)非功能需求交互關(guān)系、相容失配的機(jī)

4、理進(jìn)行建模和規(guī)約，通過(guò)規(guī)則的推理實(shí)現(xiàn)非功能需求的自動(dòng)化分析和驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性成果包括以下五個(gè)方面：
　　 ①研究非功能需求交互的形式化本體建模方法，構(gòu)建出使用語(yǔ)義萬(wàn)維網(wǎng)本體語(yǔ)言(OWL)描述的非功能需求形式化本體。主要工作包括：以非功能需求框架和柔目標(biāo)依存圖為需求建模的參考模型進(jìn)行形式化建模，論述了用于非功能需求交互的概念層次模型、屬性關(guān)系、依存關(guān)系建模模式、本體公理化等本體建模的技術(shù)和方法，構(gòu)建出非功能需求的核心本體

5、模型。為非功能需求概念建模和語(yǔ)義表示提供完整的方法論支持，奠定了形式化規(guī)約的基礎(chǔ)。
　　 ②研究柔目標(biāo)依存圖的語(yǔ)義表示方法、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)法特性和語(yǔ)義互操作性，提出了語(yǔ)法一致性檢驗(yàn)規(guī)則和度量指標(biāo)。主要工作是論述了基于知識(shí)管理的非功能需求語(yǔ)義表示框架；提出柔目標(biāo)依存圖符合嚴(yán)格無(wú)回路有向圖的約束條件，依次對(duì)柔目標(biāo)依存圖中非功能需求的分解、關(guān)聯(lián)等依存關(guān)系的結(jié)構(gòu)化特性進(jìn)行分析，建立了語(yǔ)法一致性檢驗(yàn)規(guī)則；對(duì)實(shí)例模型的度量指標(biāo)進(jìn)行了分析，并定義了

6、判定規(guī)則；通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了語(yǔ)義規(guī)則的正確性。
　　 ③研究柔目標(biāo)依存圖中因非功能需求之間的依存關(guān)系而產(chǎn)生相容、失配的交互機(jī)理，提出形式化和規(guī)則化的表示方法。主要工作是對(duì)非功能需求可滿足性評(píng)估過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)評(píng)估準(zhǔn)則進(jìn)行語(yǔ)義建模；進(jìn)而提出基于領(lǐng)域知識(shí)的隱式關(guān)聯(lián)規(guī)則表示方法、基于波動(dòng)影響評(píng)估的間接語(yǔ)義路徑關(guān)聯(lián)規(guī)則和失配模式，實(shí)現(xiàn)了形式化表示方法和自動(dòng)化檢測(cè)規(guī)則，可用于分析和檢測(cè)柔目標(biāo)依存圖實(shí)例數(shù)據(jù)模型中潛在的失配關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)案

7、例研究驗(yàn)證了語(yǔ)義規(guī)則的正確性和方法的有效性。
　　 ④研究功能需求與非功能需求的依存關(guān)系和形式化語(yǔ)義表示方法，提出用于分析功能需求的交互所引發(fā)非功能需求隱式關(guān)聯(lián)和失配關(guān)系的分析方法。主要工作包括：基于特征-柔目標(biāo)依存圖的語(yǔ)法，建立了功能需求和非功能需求依存關(guān)系表示的語(yǔ)義表示模型；對(duì)功能需求交互的模式和機(jī)理進(jìn)行了形式化的分析；提出了基于語(yǔ)義萬(wàn)維網(wǎng)技術(shù)的功能需求交互的自動(dòng)化檢測(cè)方法，分析并定義了由功能需求交互引發(fā)的非功能需求交互的隱