基于過設(shè)計與欠設(shè)計約束的服務(wù)質(zhì)量控制方法＊

段玉聰，高洪皓，唐朝勝，杜文才，萬世想，盧俊星

（1.海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，海南 海口570288；2.上海大學(xué)計算中心，上海200444）

1 引言

面向服務(wù)的計算模式能夠無縫地把各種商業(yè)應(yīng)用服務(wù)組合起來，以形成新的增值服務(wù)?；赪eb模式的應(yīng)用發(fā)展迅速，Web服務(wù)成為電子商務(wù)的有效解決方案。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)形式趨于多樣化（Internet、3G、WSN 等），服務(wù)模式和類型不斷豐富，滿足相同需求的服務(wù)越來越多，使得在選擇服務(wù)時不僅要考慮功能性需求，還要考慮諸如服務(wù)響應(yīng)時間（Response Time）、費用（Cost）、安全性（Safety）等非功能性需求?；ヂ?lián)網(wǎng)具有開放性、分布性、多變性和不確定性，如何在具有不同QoS 屬性值的服務(wù)組合中，給出一種有效的、動態(tài)的服務(wù)策略滿足用戶QoS 需求的服務(wù)，已成為限制Web服務(wù)發(fā)展的難題之一［1］。

1.1 軟件開發(fā)生命周期

從工程角度看，傳統(tǒng)軟件工程開發(fā)生命周期包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、編碼、測試、交付和運維等階段。從價值工程角度看，Boehm B W 等人［2］提出了軟件經(jīng)濟(jì)的概念，并論述了軟件開發(fā)過程應(yīng)當(dāng)是一個價值創(chuàng)造的過程。理想情況下在整個軟件開發(fā)階段，過程質(zhì)量必須服從于整體經(jīng)濟(jì)目標(biāo)［3］。軟件開發(fā)的最終目的是為用戶提供價值，并獲取自身經(jīng)濟(jì)利益。然而，由于缺乏有效的技術(shù)和商業(yè)一體化建?；蛘呒煞椒ê图夹g(shù)，當(dāng)前在一個軟件開發(fā)生命周期中，開發(fā)人員的技術(shù)決策目標(biāo)和項目最終是為用戶創(chuàng)造價值的目標(biāo)兩者之間存在著信息流通的間隙。這在用戶需求不斷變化的情形下更是一個挑戰(zhàn)。當(dāng)前實際中過程質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量仍欠缺相關(guān)性［4］，軟件經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點［2］以價值為媒介為將二者互相關(guān)聯(lián)提供了質(zhì)量指標(biāo)。

1.2 傳統(tǒng)軟件工程與面向服務(wù)軟件工程開發(fā)對比

軟件經(jīng)濟(jì)概念的落實要求在軟件開發(fā)全過程可以無縫地實時進(jìn)行對于商業(yè)建模的技術(shù)實現(xiàn)狀況的價值層面的評價和度量，并根據(jù)評價和度量結(jié)果進(jìn)行實時反饋調(diào)整。這要求評價操作實施者即涉眾（Stakeholders）均能全程理解并參與軟件開發(fā)的全過程。然而，通常的軟件開發(fā)過程中，受利用相關(guān)者知識和經(jīng)驗的限制，開發(fā)者全程參與開發(fā)，用戶限于信息則只能參與需求分析和交付驗收兩個階段。同時，現(xiàn)實中用戶需求往往還具有多變性［5］，因此開發(fā)者的開發(fā)決策與用戶商業(yè)需求之間并不能保證在整個開發(fā)過程的每個階段都得以溝通，從而導(dǎo)致在開發(fā)過程中開發(fā)人員的開發(fā)決策和用戶商業(yè)需求的不匹配現(xiàn)象普遍存在。開發(fā)決策方只能單從技術(shù)層面控制項目的開發(fā)，而無法實時與用戶進(jìn)行信息溝通來反映客戶商業(yè)訴求方面的要求，因此無法在最終軟件產(chǎn)品上線之前的軟件開發(fā)過程中確保滿足用戶需求。這將導(dǎo)致在功能或性能實現(xiàn)方面，如用戶預(yù)期開發(fā)的網(wǎng)站背景能按照實際天氣智能更換，但先期開發(fā)過程完成后，核算出的成本超過了客戶在該部分的開銷和收益預(yù)期，這樣就只好與開發(fā)人員溝通后，出于成本原因最終放棄相應(yīng)需求。

面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)是開發(fā)分布式應(yīng)用軟件的新型體系結(jié)構(gòu)，它將應(yīng)用程序的不同功能單元描述為服務(wù)，通過這些服務(wù)之間定義良好的接口（Interface）和契約（Contract）聯(lián)系起來［6，7］。服務(wù)所具有的接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它應(yīng)該獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，這使得構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，是一種可插拔模式的構(gòu)件集成形式。傳統(tǒng)軟件工程開發(fā)過程中的模型元素往往只承載了功能或者性能內(nèi)容，屬于技術(shù)層面。而Web服務(wù)系統(tǒng)中的服務(wù)作為基本建模和實現(xiàn)元素，與傳統(tǒng)軟件工程模型元素不同。它既是一種建模商業(yè)分析的商業(yè)建模元素，又是建模功能和性能的技術(shù)實現(xiàn)元素。相比于傳統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜流程開發(fā)，Web服務(wù)應(yīng)用程序的開發(fā)，模型元素基礎(chǔ)更好，流程更加簡易，極大降低開發(fā)者與用戶間的溝通障礙，縮短了開發(fā)時間。因此，Web服務(wù)組合具有更好的集成商業(yè)分析和技術(shù)建模的潛力，有助于推動在軟件開發(fā)過程中實現(xiàn)軟件經(jīng)濟(jì)的理念。

1.3 基于可變性的建模

模型驅(qū)動工程中的可變性建模（Variability Modeling）經(jīng)常被當(dāng)作管理和協(xié)調(diào)軟件開發(fā)的多種過程和關(guān)注的重要機(jī)制。在質(zhì)量驅(qū)動（Quality Driven）［8～11］或質(zhì)量意識（Quality Aware）［12］的設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域，從面向單一軟件產(chǎn)品到面向軟件產(chǎn)品家族在過去的幾年里均取得了巨大發(fā)展。無論是軟件產(chǎn)品線SPL（Software Product Line）、特征建模（Feature Model）［13］，還是模型驅(qū)動架構(gòu)MDA（Model Driven Architecture）［12，14，15］，對 質(zhì) 量 的 控制核心之一就是可變性建模。針對Web 服務(wù)系統(tǒng)，已有很多可變性建模技術(shù)被提出，然而幾乎每個可變性建模解決方案都依賴于不同的技術(shù)背景，并使用自己特有的概念。本文考慮面向Web服務(wù)的軟件開發(fā)，基于軟件開發(fā)流程的質(zhì)量分析闡述如何將質(zhì)量因素運用到設(shè)計決策過程中，提出了一種質(zhì)量驅(qū)動的軟件建模解決方案，即“問題－質(zhì)量－約束”方法PQC（Problem Quality Constraint）。該方法基于約束的建模解決方案，能夠滿足軟件開發(fā)中過程質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量的雙重要求，涵蓋涉眾的質(zhì)量評估（Assessment）、協(xié)議（Agreement）和在質(zhì)量生命周期中的經(jīng)濟(jì)價值。

基于此，本文提出了過設(shè)計（Over Design）與欠設(shè)計（Under Design）兩種偏離需求的服務(wù)設(shè)計，分別表示在服務(wù)組合過程中的過設(shè)計與欠設(shè)計行為，并構(gòu)建能夠約束服務(wù)組合的變化空間（Variability Space）實現(xiàn)控制服務(wù)質(zhì)量的目的。本文主要貢獻(xiàn)概括如下：

（1）介紹了以軟件經(jīng)濟(jì)為驅(qū)動，以綜合質(zhì)量為目標(biāo)，權(quán)衡過程質(zhì)量的質(zhì)量建模和質(zhì)量評估。

（2）針對Web服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，從流程的過設(shè)計與欠設(shè)計角度進(jìn)行質(zhì)量設(shè)計分析。

本文內(nèi)容安排如下：本文第2節(jié)介紹基于電子商務(wù)的運行實例；第3節(jié)介紹后文的概念和計算方法；第4 節(jié)引入解決框架“Problem－Quality－Constraint”；第5節(jié)通過實驗表明本文方法的有效性；最后討論相關(guān)工作與總結(jié)展望，并指出今后的研究方向。

2 運行實例

運行實例是一個跨國手機(jī)購買電子商務(wù)系統(tǒng)。圖1a展現(xiàn)的是其基于傳統(tǒng)軟件工程開發(fā)的一系列流程，該商務(wù)系統(tǒng)開發(fā)過程為傳統(tǒng)的瀑布模型，橫軸包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、程序編碼、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)部署五個基本階段。在這一系列流程中，存在大量的設(shè)計目標(biāo)（Target）?？v軸表示在不同開發(fā)階段中設(shè)計目標(biāo)的值。為了簡化分析，選取推薦服務(wù)（Recommendation）、響 應(yīng) 時 間（Response Time）、翻譯服務(wù)（Translation）作為典型設(shè)計目標(biāo)研究。每種服務(wù)的綜合價值（Value）的取值參考了我們在該系統(tǒng)建模的過程模型，數(shù)值為經(jīng)驗估計所得，僅為定性展示目的。其中，翻譯服務(wù)在系統(tǒng)部署階段假定為無，推薦服務(wù)在需求分析階段假定為無，響應(yīng)時間在各個階段均有出現(xiàn)。而圖1b則展現(xiàn)出面向服務(wù)的軟件工程開發(fā)流程，該體系為服務(wù)組合形式MASHUP構(gòu)造。很明顯，面向服務(wù)的軟件工程開發(fā)流程更加簡單，在服務(wù)組合階段，用戶根據(jù)服務(wù)合同進(jìn)行服務(wù)尋找與發(fā)現(xiàn)，匹配需要的服務(wù)價值，大大改善了傳統(tǒng)軟件工程中的開發(fā)決策與用戶需求之間的溝通問題。

基于面向服務(wù)的軟件工程開發(fā)流程（如圖1b所示），以響應(yīng)時間服務(wù)指標(biāo)為例，我們定義ID（Ideal Design）表示每種要素的理想設(shè)計值，ND（Negative Design）表示每種要素偏離ID的設(shè)計值。另外，我們定義基于ID的變化空間（Variability Space），上 界 是VUB（Variability Upper Boundary），下 界 是VLB（Variability Lower Boundary）。假定目標(biāo)要素響應(yīng)時間的價值如表1所示。

Table 1 Value of response time表1 響應(yīng)時間價值表

Figure 1 Comparison between traditional software engineering and service oriented software engineering development圖1 傳統(tǒng)軟件工程與面向服務(wù)軟件工程開發(fā)對比

我們基于對該電子商務(wù)系統(tǒng)的分析，經(jīng)驗方式定義實際軟件產(chǎn)品開發(fā)過程的質(zhì)量與理想情形的偏離程度為SPR－QU：

其中，Ci是目標(biāo)要素的實際價值；CID是目標(biāo)的理想價值；n是所有目標(biāo)的數(shù)量。

根據(jù)上述公式計算出的表1 的SPR－QU如表2所示。

Table 2 Subject properties SPR－QU表2 目標(biāo)屬性的SPR－QU

SPR－QU的數(shù)值大小反映出軟件產(chǎn)品實際設(shè)計與理想設(shè)計之間的偏離程度。值愈大表示整體的產(chǎn)品質(zhì)量越低，反之亦然。如表2所示，不良設(shè)計的SPR－QU值已嚴(yán)重偏離變化空間。因此，基于技術(shù)決策和價值創(chuàng)造，借助質(zhì)量指標(biāo)SPR－QU可設(shè)計出使過程與產(chǎn)品質(zhì)量最大化的解決方案。假定在需求分析階段中所有設(shè)計情形均較理想，后面的開發(fā)流程才會出現(xiàn)無法精確預(yù)知或控制的情形。如在系統(tǒng)設(shè)計階段，出現(xiàn)超出理想設(shè)計價值的情形；在編碼階段，出現(xiàn)無法滿足理想設(shè)計價值的情形，且此二者價值設(shè)計均在變化空間之外，屬嚴(yán)重偏離。此外，翻譯服務(wù)、推薦服務(wù)都有相似的偏離情形。考慮現(xiàn)實的軟件開發(fā)過程，對每個流程下的每種設(shè)計目標(biāo)均需考慮所有涉眾進(jìn)行優(yōu)化，才能得到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。因此，必須將實際設(shè)計折線限制在變化空間內(nèi)，減小SPR－QU以使其接近理想設(shè)計線。

3 質(zhì)量指標(biāo)分析

3.1 欠設(shè)計與過設(shè)計

定義1 過設(shè)計OD（Over Design）指軟件在開發(fā)過程中，軟件中間成果或者最終成果超過了期待的理想情形。這里的理想情形的評價是基于軟件經(jīng)濟(jì)的策略做出的最優(yōu)評價。實際設(shè)計相對理想設(shè)計包含了不該在該模型中出現(xiàn)的設(shè)計內(nèi)容。過設(shè)計不僅會降低在隨后設(shè)計中的系統(tǒng)綜合質(zhì)量、運行效果和商業(yè)目標(biāo)實現(xiàn)的機(jī)率，其多余部分或者過度約束的內(nèi)容也會增加項目相對理想設(shè)計的額外時間、變更成本和金錢成本。

令過設(shè)計的系統(tǒng)模型為OD，系統(tǒng)需求模型為RM，那么OD?RM，其中，RM≠?并且OD≠?。

定義2 欠設(shè)計UD（Under Design）指軟件在開發(fā)過程中，軟件中間成果或者最終成果少于期待的理想情形。從軟件經(jīng)濟(jì)的角度評價，欠設(shè)計的內(nèi)容對應(yīng)的價值在特定評價時刻少于理想設(shè)計。欠設(shè)計會使體系在功能上有欠缺或者在性能上無法滿足要求，最終影響實現(xiàn)商業(yè)目標(biāo)，或者其本身也會造成項目變更或者維護(hù)時相對理想設(shè)計的額外時間和金錢成本。在設(shè)計未完成的情形下判別欠設(shè)計可以參照中間結(jié)果的理想情形，有時也依賴被評估設(shè)計在被評估時刻與之關(guān)聯(lián)的其它設(shè)計部分的評估情況來判斷估計。

令欠設(shè)計的系統(tǒng)模型為UD，系統(tǒng)需求模型為RM，那么UD?RM，其中，RM≠?并且UD≠?。理想設(shè)計ID（Ideal Design）與實際設(shè)計AD（Actual Design）之間的設(shè)計偏差（△D）可數(shù)值化為：

ΔD＝ID－AD

其中：

（1）若△D＞0，那么AD＜ID，實際設(shè)計不能滿足理想設(shè)計需要，出現(xiàn)了欠設(shè)計；

（2）若△D＜0，那么AD＞ID，實際設(shè)計超出了理想設(shè)計需要，出現(xiàn)了過設(shè)計。

將減少△D的問題表示為△PD，那么應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)中過設(shè)計與欠設(shè)計的作用之和，即：

ΔPD＝ΔPOD∪ΔPUD

其中，△PUD表示UD空間，△POD表示OD空間。

UD/OD 都是偏離理想設(shè)計的設(shè)計形式［12，16］。在軟件產(chǎn)品線中，對眾多的模型決策中設(shè)置優(yōu)先權(quán)并不容易。使用基于約束的方法［17］有益于解決此問題，同時避免欠設(shè)計和過設(shè)計。圖2的UML 圖展示了以約束（Constraint）形式平衡欠設(shè)計和過設(shè)計的一種解決策略，UD 和OD 承載了兼顧各種涉眾理解基礎(chǔ)的設(shè)計偏差評估指標(biāo)（Design Evaluation）的意義。為簡化分析我們暫時忽略了對功能的考察，著重于在完成軟件經(jīng)濟(jì)商業(yè)目標(biāo)（Business Goal）下，使用約束通過對設(shè)計過程整體的質(zhì)量（Process Quality）以及各個階段的質(zhì)量（Stage Quality）指標(biāo)的控制，來實現(xiàn)各類涉眾對減少設(shè)計偏差的需求。這些需求包括長期需求和當(dāng)前需求的范圍（Scope）形式和精確（Precise）形式。范圍形式表達(dá)的設(shè)計需求一般為當(dāng)前設(shè)計階段不宜細(xì)化的內(nèi)容。例如，確立對象屬性或方法在類繼承體系中的位置不應(yīng)當(dāng)在對其重用范圍確立之前確認(rèn)，可臨時以范圍形式表達(dá)。

Figure 2 Constraint based design圖2 基于約束的設(shè)計

3.2 質(zhì)量生命周期

在本文中，所有的質(zhì)量屬性都被假定是正交的，即它們之間不會相互影響。如表3 所列的性質(zhì)，彼此不相互影響。令Pro為質(zhì)量屬性集合，那么?x∈Pro，?y∈Pro↓｛x｝·x∩y＝?。

軟件質(zhì)量可以在功能性、質(zhì)量屬性和資源規(guī)范上定義。后面兩種定義與系統(tǒng)的非功能性需求有關(guān)。質(zhì)量評估可以通過以下幾種階段組成的軟件生命周期完成：設(shè)計階段、執(zhí)行階段、維護(hù)階段和效益評估階段。在所有涉眾的一系列調(diào)節(jié)之后將達(dá)到一致協(xié)定。表3 展示了質(zhì)量屬性QP（Quality Property）和相關(guān)聯(lián)的評估標(biāo)準(zhǔn)CR（CRiteria）。

Table 3 Evaluation items of software quality表3 軟件質(zhì)量評估條目

3.3 質(zhì)量經(jīng)濟(jì)

質(zhì)量經(jīng)濟(jì)是一種衡量消費者為達(dá)到其理想產(chǎn)品質(zhì)量而愿意花費的價值。在相同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下，資源花費得越少，則質(zhì)量經(jīng)濟(jì)越好?；趦r值分析的角度，SPR－QU越低，那么產(chǎn)品價值越高，質(zhì)量經(jīng)濟(jì)越好。而通過下面兩個階段的優(yōu)化設(shè)計便可得到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。

（1）設(shè)計時（Design Time）服務(wù)利益權(quán)衡。

在這個質(zhì)量協(xié)商的利益權(quán)衡點，所有利益相關(guān)者必須在質(zhì)量經(jīng)濟(jì)上達(dá)成一致，使其滿意度達(dá)到最大化［18］。因此，第i個質(zhì)量屬性的利益相關(guān)點可以表示為：

其中，Vi表示第i個質(zhì)量屬性量化價值；Wij表示在特定質(zhì)量屬性下的第j個涉眾權(quán)重。

通過對系統(tǒng)設(shè)計和執(zhí)行過程的動態(tài)調(diào)整，AG（Vi）｜STG將可以取到最大值。這種動態(tài)調(diào)整被稱為CG－STG，其可變域稱為CPCG－STG。

以第2節(jié)的運行實例為例，可以計算出考慮所有涉眾的最優(yōu)質(zhì)量值。對于每個質(zhì)量目標(biāo)，有若干的設(shè)計值可以選擇。這里以需求分析階段下的翻譯服務(wù)為例，假設(shè)其有1美元、2美元和3美元共三個可選價值（Vi）。由于對于每種設(shè)計值都有不同的權(quán)重，選取三個涉眾，亦得到矩陣Wij。

依據(jù)實際情形，這里的每種權(quán)重（行向量）不滿足和為1，例如，對于3美元的質(zhì)量屬性所有涉眾都可以拒絕。經(jīng)過簡單的計算，得到對于每個質(zhì)量屬性的綜合后的價值：

因此，最優(yōu)值是2.7，對應(yīng)著2美元是在翻譯服務(wù)上的最優(yōu)價值。此時在需求分析階段得到了翻譯服務(wù)的最大價值，并且考慮到所有涉眾。

（2）運行時（Runtime）服務(wù)利益權(quán)衡。

與獨立階段的利益權(quán)衡類似，動態(tài)階段的利益權(quán)衡也是建立在所有利益相關(guān)者的價值最大化基礎(chǔ)之上的。不同的是，在動態(tài)階段中的權(quán)重是實時變化的，因此，動態(tài)利益權(quán)衡可以表示為：

其中，Vi是第i個質(zhì)量屬性價值；j∈N 是第j個利益相關(guān)者（涉眾）；k∈N是第k個階段；Wij是第j個利益相關(guān)者的權(quán)重；fk（）是第k個狀態(tài)中第j個利益相關(guān)者的權(quán)重。

為了得到最佳的AG（Vi）｜QL，需要對設(shè)計要素的利用率、關(guān)聯(lián)階段的進(jìn)程進(jìn)行干預(yù)優(yōu)化。這種優(yōu)化標(biāo)記為CG－QL。這種變化的可變域標(biāo)記為CPCG－QL。這里的分析與靜態(tài)分析相似，由于篇幅所限，不再詳述。

4 問題－質(zhì)量－約束（PQC）

為了減少過設(shè)計和欠設(shè)計對系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)生的影響，通過“問題－質(zhì)量－約束”PQC（Problem－Quality－Constraint）來解決軟件項目生命周期中的質(zhì)量保證問題。

4.1 問題建模

問題建模具體由功能建模和過程建模來實現(xiàn)，主要分為抽象層次上的功能建模和過程建模兩個方面。

（1）抽象層次上的功能建模。

合理的系統(tǒng)架構(gòu)能縮短項目安排和預(yù)期系統(tǒng)實現(xiàn)上的差距［19，20］。在理想模型設(shè)計層次上建立相應(yīng)參考模型。此參考模型考慮到軟件項目系統(tǒng)架構(gòu)中的過設(shè)計和欠設(shè)計，并希望通過減少這兩種情形來提高軟件質(zhì)量的滿意度。

（2）過程建模。

過程建模是根據(jù)軟件產(chǎn)品實際開發(fā)的流程來建立尋找最優(yōu)價值的建模。這種建模具有動態(tài)和實時的特點。

4.2 改進(jìn)的質(zhì)量建模

對于一些有非功能性需求的利益相關(guān)者而言，在系統(tǒng)設(shè)計時有必要控制預(yù)定的變化空間［10］，代表某種質(zhì)量要求，用NFRV表示。除明確描述NFRV設(shè)計外，最重要的目標(biāo)是壓縮質(zhì)量生命周期的變化空間，減少過設(shè)計和欠設(shè)計的空間。因此，在開發(fā)過程中，有必要從所有涉眾的角度來確定一個質(zhì)量要求，用NFRP表示。文獻(xiàn)［21］中描述的質(zhì)量模型（QMS）由NFRp并NFRV，并作為先決條件滿足系統(tǒng)實現(xiàn)，公式定義為：

QMS＝NFRV∪NFRP

在模型中，需最大限度考慮所有已知信息，其中超出合適設(shè)計上邊界將變成過設(shè)計。如運行實例中系統(tǒng)設(shè)計階段的翻譯服務(wù)價值，在嚴(yán)重偏離設(shè)計情形下已經(jīng)超出變化空間上限，出現(xiàn)過設(shè)計。在模型中，需最小限度考慮所有未知信息，其中超出合適設(shè)計下邊界將變成欠設(shè)計。如運行實例中編碼階段的翻譯服務(wù)價值，在嚴(yán)重偏離設(shè)計情形下已經(jīng)超出變化空間下限，出現(xiàn)欠設(shè)計。因此，在實際的軟件產(chǎn)品線中，基于系統(tǒng)價值或質(zhì)量控制即是在實際設(shè)計流程中通過將設(shè)計值限制在變化空間內(nèi)來減少欠設(shè)計和過設(shè)計的因素，使系統(tǒng)綜合價值最大化。

5 案例研究

在本節(jié)中，將對第2節(jié)的運行實例進(jìn)行功能拓展，運用基于過設(shè)計和欠設(shè)計的服務(wù)質(zhì)量控制理論，對比Web服務(wù)在電子商務(wù)中的設(shè)計情形，驗證避免過設(shè)計與欠設(shè)計的必要性。

5.1 電子商務(wù)特征模型

圖3有兩種服務(wù)結(jié)構(gòu)類型：靜態(tài)類型和動態(tài)類型。靜態(tài)類型描述了一個工作流模型的服務(wù)組合設(shè)計；而動態(tài)類型描述了一個基于SLA 協(xié)議的服務(wù)編舞組合設(shè)計，其服務(wù)構(gòu)件成員動態(tài)組合。假定設(shè)計A是一個理想設(shè)計，設(shè)計B是一個實際設(shè)計。

（1）靜態(tài)類型。如圖3中左邊所示，所有的服務(wù)都被定義為靜態(tài)的。在設(shè)計A中的推薦汽車服務(wù)（Car）在設(shè)計B中被設(shè)計成了音樂服務(wù)（Music），在設(shè)計A中的住宿代理服務(wù)（Accommodation Agent）在設(shè)計B中被取消，在設(shè)計A中的并行（And）關(guān)系在設(shè)計B中被設(shè)計成了多選一（Or）關(guān)系。顯然這個設(shè)計是一個欠設(shè)計。

（2）動態(tài)類型。動態(tài)結(jié)構(gòu)是新的概念，它通過創(chuàng)建一個連續(xù)的服務(wù)流，形成一個特定的動態(tài)服務(wù)。圖3中右邊的投票器系統(tǒng)就是動態(tài)類型。例如，在設(shè)計B中的投票器（Responder Auction）相對設(shè)計A多了一個，并且投票器的多選一被設(shè)計成了并行結(jié)構(gòu)。顯然這個設(shè)計是一個過設(shè)計。在電子商務(wù)系統(tǒng)中，價值（Value）和價值增益（Value Added）的總和分別由系統(tǒng)中所有服務(wù)組件價值和價值增益的和組成。

上述分析是針對單獨的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行的精確設(shè)計。在實際的軟件項目中，總是希望可以更精確地控制軟件生產(chǎn)的過程。然而，在很多情況下是不實際甚至是不可行的。解決方案就是動態(tài)設(shè)計。有必要把足夠大的變化空間留給“未知”的設(shè)計因素，從而避免陷入嚴(yán)重的欠設(shè)計和過設(shè)計情形。因此，尋求一個精確設(shè)計的代價是昂貴的。例如，在設(shè)計B中有比設(shè)計A更多的服務(wù)組合，設(shè)計B可選擇性強，設(shè)計價值也更高，但此時卻不是最佳的服務(wù)設(shè)計，這里出現(xiàn)了過設(shè)計。由圖3可知，每個服務(wù)組件對應(yīng)特定的價值。例如，推薦服務(wù)（Recommendation）、購買記錄服務(wù)（Purchase Record）和私人信息（Privacy Information）服務(wù)雖然不在一級，但都屬于系統(tǒng)服務(wù)，故計算時需要全局考慮。每個圖例產(chǎn)生若干種不同服務(wù)組合。

Figure 3 Comparison between design Aand design B圖3 設(shè)計A 與設(shè)計B 的對比

5.2 服務(wù)組合統(tǒng)計分析

為闡述理想設(shè)計與包含過設(shè)計和欠設(shè)計的實際設(shè)計之間的差異，建立了一個計算所有服務(wù)組件價值總和的實驗?zāi)Ｐ?。使用兩種質(zhì)量權(quán)衡指標(biāo)：價值與附加值。價值是指設(shè)計時綜合考慮技術(shù)決策、用戶需求和所有涉眾的最優(yōu)值。附加值是指特定服務(wù)設(shè)計帶來的收益。顯然服務(wù)價值越高，其附加值越高。如表4所示，依據(jù)經(jīng)驗假設(shè)出服務(wù)組件的價值和附加值。選取了部分服務(wù)用于過設(shè)計和欠設(shè)計計算過程中的利益權(quán)衡。如表5 所示，其中WE表示天氣服務(wù)，PA 表示支付驗證服務(wù)，SA 表示安全服務(wù)，SE－BA 表示服務(wù)帶寬服務(wù)，IN 表示接口服務(wù)。表5各列分別描述需求、設(shè)計、編碼、測試以及部署，數(shù)值分別代表所需要花費的成本百分比。

Table 4 Values and values added of service components表4 服務(wù)組件的價值與附加值

Table 5 Cost vs service in percentage表5 服務(wù)與成本百分比

令五個服務(wù)依次得到不同的權(quán)重，進(jìn)行利益權(quán)衡，計算矩陣如下：

我們計算綜合后的質(zhì)量屬性的價值如下所示：

從結(jié)果上看，對于場景1，SA 服務(wù)最優(yōu)；對于場景2，PA 服務(wù)最優(yōu)；對于場景3，IN 服務(wù)最優(yōu)；對于場景4，SE－BA 服務(wù)最優(yōu)；對于場景5，WE 服務(wù)最優(yōu)。這些服務(wù)在各自實現(xiàn)過程中，需要重點關(guān)注。

6 相關(guān)工作

Dao T M 等人［22］嘗試了定義一個問題解決框架來控制軟件設(shè)計中的非功能性需求指標(biāo)。Alebrahim A 和Heisel M［23］提出了一個UML原型來構(gòu)建問題描述質(zhì)量模型?，F(xiàn)有大多數(shù)方法基于對質(zhì)量的過后分析，而指導(dǎo)系統(tǒng)開發(fā)過程中則需要預(yù)先分析或者實時解決方案。本文提供一個系統(tǒng)性指導(dǎo)設(shè)計，并闡述基于約束驅(qū)動的設(shè)計方法。Eiffel M B［24］表述了一種基于軟件規(guī)約的約束實現(xiàn)方案。Boogie［25］給出限定預(yù)條件和傳輸條件（Pre－＆Post－Conditions）來控制程序流中的非確定性因素。但是，兩者都限于開發(fā)流程的編碼階段，無法用于整個軟件開發(fā)流程。Czarnecki K 等人［26］證實了功能模型映射與決策模型間存在缺口，他們歸結(jié)缺口存在的部分原因是在綁定策略的執(zhí)行和質(zhì)量屬性實現(xiàn)之間缺少明確認(rèn)知和關(guān)聯(lián)。本文引入過設(shè)計與欠設(shè)計的概念來彌合此缺口。Demuth A 等人［16］提出了基于約束的方法來挑選設(shè)計方案。而本文的方法是利用基于約束的模型從協(xié)助設(shè)計過渡到驅(qū)動整個設(shè)計流程。由于PQC與模型質(zhì)量的變化密切相關(guān)，因此，它能夠補充實現(xiàn)更高層次的決定［22，23］。PQC也將適用于系統(tǒng)設(shè)計的新趨勢，如MASHUP［11］的系統(tǒng)是建立在以下三者之上：具有獨立功能的服務(wù)、記錄在相應(yīng)電子合同中的QoS 和體現(xiàn)商業(yè)價值最大化的服務(wù)代理模式（SVB）［10］。

7 結(jié)束語

軟件開發(fā)過程的工程性目標(biāo)是生產(chǎn)出優(yōu)異的軟件產(chǎn)品。一個軟件產(chǎn)品的評價既要從技術(shù)角度評價軟件功能和性能，從軟件經(jīng)濟(jì)的角度考慮，評價所依據(jù)的更本質(zhì)的是軟件系統(tǒng)對項目實施各涉眾的價值增益衡量。軟件經(jīng)濟(jì)的價值衡量涵蓋了包括設(shè)計時和運行時的整個軟件生命期的各個階段。為了實現(xiàn)對每個階段從商業(yè)分析到技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)聯(lián)評價，理論上要求對相關(guān)涉眾的跨越商業(yè)分析和技術(shù)實現(xiàn)的評價支持。這種評價應(yīng)當(dāng)是建立在相關(guān)涉眾對相關(guān)開發(fā)階段的理解和信息流通的基礎(chǔ)上的。然而，當(dāng)前實現(xiàn)對在整個軟件生命期中溝通跨越商業(yè)分析和技術(shù)實現(xiàn)這兩個層面的涉眾的共同理解和交流這一需求的支持尚不足夠。對比傳統(tǒng)軟件工程開發(fā)過程和Web服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)過程，我們認(rèn)識到Web 服務(wù)本身有別于傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)，它既是一種商業(yè)建模元素又是技術(shù)實現(xiàn)元素，從而Web服務(wù)組合潛在地可以更有效地集成商業(yè)分析和技術(shù)建模來實現(xiàn)軟件經(jīng)濟(jì)的策略。針對銜接商業(yè)分析和技術(shù)建模，我們認(rèn)為在概念層次應(yīng)該提供有效的橋接商業(yè)領(lǐng)域的價值分析和技術(shù)領(lǐng)域的QoS指標(biāo)的中間概念，來支持相關(guān)涉眾的跨域信息交流和溝通。具體地，我們在模型驅(qū)動軟件開發(fā)的背景下依據(jù)經(jīng)驗提出以約束為主要設(shè)計形式的解決方案，稱為約束驅(qū)動設(shè)計，并選擇了過設(shè)計和欠設(shè)計作為中間概念輔助實現(xiàn)價值驅(qū)動（Value Driven）的開發(fā)過程。我們討論了相關(guān)概念的內(nèi)涵并基于其構(gòu)造了相關(guān)的方法框架來基于約束［27，28］填補整個軟件生命周期中預(yù)期設(shè)計與最終設(shè)計之間的設(shè)計缺口，幫助實現(xiàn)整個業(yè)務(wù)細(xì)化和設(shè)計模型演化兩個過程的集成。該方案從保證過程質(zhì)量的角度管理抽象的設(shè)計決策變化空間。此外，此方案亦可用于在一個動態(tài)的過程上減輕質(zhì)量損失，有利于對OD 或UD 的影響做出選擇。

未來我們計劃圍繞軟件經(jīng)濟(jì)和可變性技術(shù)，將本方法運用到實際系統(tǒng)的需求設(shè)計、功能組合、運行維護(hù)和質(zhì)量評估中，并集成功能性需求和非功能性需求。我們還將進(jìn)一步研究欠設(shè)計和過設(shè)計服務(wù)系統(tǒng)到目標(biāo)系統(tǒng)的自動化轉(zhuǎn)換方案。

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