● 摘要
以网络为基础的信息系统应用与服务已成为国民经济可持续发展、社会生活与国家安全保障的重要支柱，同时随着网络的快速发展，部署在网络上的软件系统也被广泛地应用在各个领域，例如民用的电子银行、电子政务、ERP类软件以及军用的C4I类软件等。软件网络化的趋势使网络作为全局性的资源，以网络为媒介向用户提供各种信息资源服务，同时，软件的计算模式、产品形态等都发生了很大的变化。在使用网络式软件系统中，用户不仅仅关心其可靠性，更关心其是否具有完成规定业务的能力。因此使用可用性这个度量指标对其能力进行刻画，因为可用性指标更加针对用户，同时也更加面向软件系统的业务能力，在更高层次上反映了网络式软件系统的服务质量。本文将网络式软件系统看作一类复杂系统，针对网络式软件系统的可用性进行了研究，具体的研究内容和取得的成果包括：1) 提出了网络式软件系统的可用性概念以及其度量模型。针对现有的网络式软件系统定义不同的问题，分析了相关概念的研究范围，提出了网络式软件系统的定义。并在借鉴复杂系统特点的基础上，分析了网络式软件系统的特点。之后，分析了现有可用性定义对描述网络式软件系统特性的不足，提出了网络式软件系统的可用性概念，总结了网络式软件系统的可用性特点。最后，针对现有的网络式软件系统规模庞大、内部功能交互复杂、状态空间几何数量级增长的问题，利用软件服务进行度量，提出了网络式软件系统的可用性度量模型。2) 基于复杂系统理论，首次提出了基于多Agent的建模与仿真的网络式软件系统可用性研究。网络式软件系统是由多个子系统构成，同时各个子系统的组成元素之间相互调用以完成用户所需要的软件任务，进而对外从整体上涌现出软件系统的可用性等特征。本文借鉴面向服务的软件体系结构分析方法，将整个网络式软件系统的静态组成利用分层模式、面向服务模式和事件驱动模式混合描述，提出了基于网络的网络式软件系统可用性建模方法。在此基础上，把服务和连接件抽象成不同结构类型的Agent进行表示，采用真实的串联、并联、协商和协作等关系来组装这些个体Agent，从而建立整个多Agent系统模型。利用该方法，可以很好地描述个体与环境的相互影响和相互作用以及有利于引入各种随机因素的作用，进而将宏观涌现现象与微观演化有机地联系起来，从而更符合网络式软件系统的真实运行情形。随后对网络式软件系统仿真的构建、设计与实现进行研究，并基于Netlogo仿真平台，建立了网络式软件系统的可用性仿真实现方法。实例分析的结果表明，利用基于多Agent的建模与仿真方法对网络式软件系统进行可用性度量是有效和可行的。同时利用仿真数据，提出了网络式软件系统的可维护策略和软件服务组合优化策略。3) 提出了考虑相关失效的网络式软件系统可用性研究途径。网络式软件系统中的软件服务失效不是完全独立的，这些失效会存在着一定的关联关系，会影响软件系统的可用性。本文提出了网络式软件系统的相关失效概念，并分析了其特点与相关失效过程。之后从软件故障传播方面分析了相关失效现象，对考虑相关失效的网络式软件系统进行了初步的探索性研究。实例分析表明，降低故障传播概率、提高修复能力可以有效地抵御故障传播的发生；同时降低关键服务节点的出度以及关键服务之间的连接数目可以大幅度降低故障传播的发生，提高软件系统的可用性。这样就为网络式软件系统的可用性预计和结构设计提供了理论依据。