非功能需求交互的語義建模和自動化推理.pdf

1、非功能需求是說明軟件系統(tǒng)或組件必須要達到的質量、運行能力等方面的需求，是軟件開發(fā)過程中需要關注的關鍵要素。由于具有主觀性、相對性、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)界關注的熱點。本課題源于國家863項目和重慶市自然基金項目，重點研究非功能需求之間的交互問題，該問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依存圖是專門用于處理非功能需求交互的結構化、圖形化建模語言，可對

2、非功能需求的復雜關系進行可視化建模和過程化支持，為設計決策提供支持。但它在形式化、自動化方面的能力有限，實例數據模型不具有語法和語義互操作性，難以用于機器理解和自動化推理。
　　 在問題域方面，非功能需求交互問題是系統(tǒng)復雜性和涌現性的體現。須在全局范圍內來考察非功能需求，了解它們之間產生的相容和失配關系和機理，進而檢測出失配關系，為需求權衡和設計決策提供依據。非功能需求的實現將會橫切多個基本功能組件，使得非功能需求和功能需求之間

3、產生復雜的依賴關系。功能需求之間產生的交互也會為非功能需求的可滿足性和關聯帶來錯綜復雜的影響。分析非功能需求的交互和作用機理，還需要結合對功能需求交互的機理分析來展開。
　　 本文通過本體論和語義萬維網技術擴展非功能需求框架和柔目標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)則化相協同的語義建模方法；實現非功能需求知識表示、語義互操作、實例模型的共享與重用。采用本體化的方法對非功能需求交互關系、相容失配的機

4、理進行建模和規(guī)約，通過規(guī)則的推理實現非功能需求的自動化分析和驗證。主要研究內容和創(chuàng)新性成果包括以下五個方面：
　　 ①研究非功能需求交互的形式化本體建模方法，構建出使用語義萬維網本體語言(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依存圖為需求建模的參考模型進行形式化建模，論述了用于非功能需求交互的概念層次模型、屬性關系、依存關系建模模式、本體公理化等本體建模的技術和方法，構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。
　　 ②研究柔目標依存圖的語義表示方法、結構化語法特性和語義互操作性，提出了語法一致性檢驗規(guī)則和度量指標。主要工作是論述了基于知識管理的非功能需求語義表示框架；提出柔目標依存圖符合嚴格無回路有向圖的約束條件，依次對柔目標依存圖中非功能需求的分解、關聯等依存關系的結構化特性進行分析，建立了語法一致性檢驗規(guī)則；對實例模型的度量指標進行了分析，并定義了

6、判定規(guī)則；通過實驗研究驗證了語義規(guī)則的正確性。
　　 ③研究柔目標依存圖中因非功能需求之間的依存關系而產生相容、失配的交互機理，提出形式化和規(guī)則化的表示方法。主要工作是對非功能需求可滿足性評估過程進行分析，對評估準則進行語義建模；進而提出基于領域知識的隱式關聯規(guī)則表示方法、基于波動影響評估的間接語義路徑關聯規(guī)則和失配模式，實現了形式化表示方法和自動化檢測規(guī)則，可用于分析和檢測柔目標依存圖實例數據模型中潛在的失配關系，并通過實驗案

7、例研究驗證了語義規(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系和形式化語義表示方法，提出用于分析功能需求的交互所引發(fā)非功能需求隱式關聯和失配關系的分析方法。主要工作包括：基于特征-柔目標依存圖的語法，建立了功能需求和非功能需求依存關系表示的語義表示模型；對功能需求交互的模式和機理進行了形式化的分析；提出了基于語義萬維網技術的功能需求交互的自動化檢測方法，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