段玉聰，高洪皓，唐朝勝，杜文才，萬(wàn)世想，盧俊星

（1.海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，海南 ?？?70288；2.上海大學(xué)計(jì)算中心，上海200444）

1 引言

面向服務(wù)的計(jì)算模式能夠無(wú)縫地把各種商業(yè)應(yīng)用服務(wù)組合起來(lái)，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(lái)越多，使得在選擇服務(wù)時(shí)不僅要考慮功能性需求，還要考慮諸如服務(wù)響應(yīng)時(shí)間（Response Time）、費(fèi)用（Cost）、安全性（Safety）等非功能性需求?；ヂ?lián)網(wǎng)具有開(kāi)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(dòng)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(kāi)發(fā)生命周期

從工程角度看，傳統(tǒng)軟件工程開(kāi)發(fā)生命周期包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、交付和運(yùn)維等階段。從價(jià)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(kāi)發(fā)過(guò)程應(yīng)當(dāng)是一個(gè)價(jià)值創(chuàng)造的過(guò)程。理想情況下在整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)階段，過(guò)程質(zhì)量必須服從于整體經(jīng)濟(jì)目標(biāo)［3］。軟件開(kāi)發(fā)的最終目的是為用戶提供價(jià)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)一體化建模或者集成方法和技術(shù)，當(dāng)前在一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)生命周期中，開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)決策目標(biāo)和項(xiàng)目最終是為用戶創(chuàng)造價(jià)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(gè)挑戰(zhàn)。當(dāng)前實(shí)際中過(guò)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(diǎn)［2］以價(jià)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(kāi)發(fā)對(duì)比

軟件經(jīng)濟(jì)概念的落實(shí)要求在軟件開(kāi)發(fā)全過(guò)程可以無(wú)縫地實(shí)時(shí)進(jìn)行對(duì)于商業(yè)建模的技術(shù)實(shí)現(xiàn)狀況的價(jià)值層面的評(píng)價(jià)和度量，并根據(jù)評(píng)價(jià)和度量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋調(diào)整。這要求評(píng)價(jià)操作實(shí)施者即涉眾（Stakeholders）均能全程理解并參與軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。然而，通常的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，受利用相關(guān)者知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的限制，開(kāi)發(fā)者全程參與開(kāi)發(fā)，用戶限于信息則只能參與需求分析和交付驗(yàn)收兩個(gè)階段。同時(shí)，現(xiàn)實(shí)中用戶需求往往還具有多變性［5］，因此開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)決策與用戶商業(yè)需求之間并不能保證在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程的每個(gè)階段都得以溝通，從而導(dǎo)致在開(kāi)發(fā)過(guò)程中開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)發(fā)決策和用戶商業(yè)需求的不匹配現(xiàn)象普遍存在。開(kāi)發(fā)決策方只能單從技術(shù)層面控制項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，而無(wú)法實(shí)時(shí)與用戶進(jìn)行信息溝通來(lái)反映客戶商業(yè)訴求方面的要求，因此無(wú)法在最終軟件產(chǎn)品上線之前的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中確保滿足用戶需求。這將導(dǎo)致在功能或性能實(shí)現(xiàn)方面，如用戶預(yù)期開(kāi)發(fā)的網(wǎng)站背景能按照實(shí)際天氣智能更換，但先期開(kāi)發(fā)過(guò)程完成后，核算出的成本超過(guò)了客戶在該部分的開(kāi)銷和收益預(yù)期，這樣就只好與開(kāi)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(kāi)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(guò)這些服務(wù)之間定義良好的接口（Interface）和契約（Contract）聯(lián)系起來(lái)［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(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)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(kāi)發(fā)過(guò)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(shí)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(shí)現(xiàn)元素。相比于傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜流程開(kāi)發(fā)，Web服務(wù)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，模型元素基礎(chǔ)更好，流程更加簡(jiǎn)易，極大降低開(kāi)發(fā)者與用戶間的溝通障礙，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)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(dòng)在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中實(shí)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(dòng)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(kāi)發(fā)的多種過(guò)程和關(guān)注的重要機(jī)制。在質(zhì)量驅(qū)動(dòng)（Quality Driven）［8～11］或質(zhì)量意識(shí)（Quality Aware）［12］的設(shè)計(jì)開(kāi)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(guò)去的幾年里均取得了巨大發(fā)展。無(wú)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(dòng)架構(gòu)MDA（Model Driven Architecture）［12，14，15］，對(duì) 質(zhì) 量 的 控制核心之一就是可變性建模。針對(duì)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(gè)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(kāi)發(fā)，基于軟件開(kāi)發(fā)流程的質(zhì)量分析闡述如何將質(zhì)量因素運(yùn)用到設(shè)計(jì)決策過(guò)程中，提出了一種質(zhì)量驅(qū)動(dòng)的軟件建模解決方案，即“問(wèn)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(kāi)發(fā)中過(guò)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(píng)估（Assessment）、協(xié)議（Agreement）和在質(zhì)量生命周期中的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

基于此，本文提出了過(guò)設(shè)計(jì)（Over Design）與欠設(shè)計(jì)（Under Design）兩種偏離需求的服務(wù)設(shè)計(jì)，分別表示在服務(wù)組合過(guò)程中的過(guò)設(shè)計(jì)與欠設(shè)計(jì)行為，并構(gòu)建能夠約束服務(wù)組合的變化空間（Variability Space）實(shí)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(dòng)，以綜合質(zhì)量為目標(biāo)，權(quán)衡過(guò)程質(zhì)量的質(zhì)量建模和質(zhì)量評(píng)估。

（2）針對(duì)Web服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，從流程的過(guò)設(shè)計(jì)與欠設(shè)計(jì)角度進(jìn)行質(zhì)量設(shè)計(jì)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(yùn)行實(shí)例；第3節(jié)介紹后文的概念和計(jì)算方法；第4 節(jié)引入解決框架“Problem－Quality－Constraint”；第5節(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(yùn)行實(shí)例

運(yùn)行實(shí)例是一個(gè)跨國(guó)手機(jī)購(gòu)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(kāi)發(fā)的一系列流程，該商務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程為傳統(tǒng)的瀑布模型，橫軸包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序編碼、系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)部署五個(gè)基本階段。在這一系列流程中，存在大量的設(shè)計(jì)目標(biāo)（Target）?？v軸表示在不同開(kāi)發(fā)階段中設(shè)計(jì)目標(biāo)的值。為了簡(jiǎn)化分析，選取推薦服務(wù)（Recommendation）、響 應(yīng) 時(shí) 間（Response Time）、翻譯服務(wù)（Translation）作為典型設(shè)計(jì)目標(biāo)研究。每種服務(wù)的綜合價(jià)值（Value）的取值參考了我們?cè)谠撓到y(tǒng)建模的過(guò)程模型，數(shù)值為經(jīng)驗(yàn)估計(jì)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(wú)，推薦服務(wù)在需求分析階段假定為無(wú)，響應(yīng)時(shí)間在各個(gè)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(kāi)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(kāi)發(fā)流程更加簡(jiǎn)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(jià)值，大大改善了傳統(tǒng)軟件工程中的開(kāi)發(fā)決策與用戶需求之間的溝通問(wèn)題。

基于面向服務(wù)的軟件工程開(kāi)發(fā)流程（如圖1b所示），以響應(yīng)時(shí)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(jì)值，ND（Negative Design）表示每種要素偏離ID的設(shè)計(jì)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(shí)間的價(jià)值如表1所示。

Table 1 Value of response time表1 響應(yīng)時(shí)間價(jià)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(kāi)發(fā)對(duì)比

我們基于對(duì)該電子商務(wù)系統(tǒng)的分析，經(jīng)驗(yàn)方式定義實(shí)際軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)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(shí)際價(jià)值；CID是目標(biāo)的理想價(jià)值；n是所有目標(biāo)的數(shù)量。

根據(jù)上述公式計(jì)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(shí)際設(shè)計(jì)與理想設(shè)計(jì)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(jì)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(jià)值創(chuàng)造，借助質(zhì)量指標(biāo)SPR－QU可設(shè)計(jì)出使過(guò)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(jì)情形均較理想，后面的開(kāi)發(fā)流程才會(huì)出現(xiàn)無(wú)法精確預(yù)知或控制的情形。如在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，出現(xiàn)超出理想設(shè)計(jì)價(jià)值的情形；在編碼階段，出現(xiàn)無(wú)法滿足理想設(shè)計(jì)價(jià)值的情形，且此二者價(jià)值設(shè)計(jì)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?？紤]現(xiàn)實(shí)的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，對(duì)每個(gè)流程下的每種設(shè)計(jì)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(shí)際設(shè)計(jì)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(jì)線。

3 質(zhì)量指標(biāo)分析

3.1 欠設(shè)計(jì)與過(guò)設(shè)計(jì)

定義1 過(guò)設(shè)計(jì)OD（Over Design）指軟件在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，軟件中間成果或者最終成果超過(guò)了期待的理想情形。這里的理想情形的評(píng)價(jià)是基于軟件經(jīng)濟(jì)的策略做出的最優(yōu)評(píng)價(jià)。實(shí)際設(shè)計(jì)相對(duì)理想設(shè)計(jì)包含了不該在該模型中出現(xiàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。過(guò)設(shè)計(jì)不僅會(huì)降低在隨后設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)綜合質(zhì)量、運(yùn)行效果和商業(yè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的機(jī)率，其多余部分或者過(guò)度約束的內(nèi)容也會(huì)增加項(xiàng)目相對(duì)理想設(shè)計(jì)的額外時(shí)間、變更成本和金錢成本。

令過(guò)設(shè)計(jì)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(jì)UD（Under Design）指軟件在開(kāi)發(fā)過(guò)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(píng)價(jià)，欠設(shè)計(jì)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)的價(jià)值在特定評(píng)價(jià)時(shí)刻少于理想設(shè)計(jì)。欠設(shè)計(jì)會(huì)使體系在功能上有欠缺或者在性能上無(wú)法滿足要求，最終影響實(shí)現(xiàn)商業(yè)目標(biāo)，或者其本身也會(huì)造成項(xiàng)目變更或者維護(hù)時(shí)相對(duì)理想設(shè)計(jì)的額外時(shí)間和金錢成本。在設(shè)計(jì)未完成的情形下判別欠設(shè)計(jì)可以參照中間結(jié)果的理想情形，有時(shí)也依賴被評(píng)估設(shè)計(jì)在被評(píng)估時(shí)刻與之關(guān)聯(lián)的其它設(shè)計(jì)部分的評(píng)估情況來(lái)判斷估計(jì)。

令欠設(shè)計(jì)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(jì)ID（Ideal Design）與實(shí)際設(shè)計(jì)AD（Actual Design）之間的設(shè)計(jì)偏差（△D）可數(shù)值化為：

ΔD＝ID－AD

其中：

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

（2）若△D＜0，那么AD＞ID，實(shí)際設(shè)計(jì)超出了理想設(shè)計(jì)需要，出現(xiàn)了過(guò)設(shè)計(jì)。

將減少△D的問(wèn)題表示為△PD，那么應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)中過(guò)設(shè)計(jì)與欠設(shè)計(jì)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(jì)的設(shè)計(jì)形式［12，16］。在軟件產(chǎn)品線中，對(duì)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(wèn)題，同時(shí)避免欠設(shè)計(jì)和過(guò)設(shè)計(jì)。圖2的UML 圖展示了以約束（Constraint）形式平衡欠設(shè)計(jì)和過(guò)設(shè)計(jì)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(jì)偏差評(píng)估指標(biāo)（Design Evaluation）的意義。為簡(jiǎn)化分析我們暫時(shí)忽略了對(duì)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(guò)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程整體的質(zhì)量（Process Quality）以及各個(gè)階段的質(zhì)量（Stage Quality）指標(biāo)的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)各類涉眾對(duì)減少設(shè)計(jì)偏差的需求。這些需求包括長(zhǎng)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(jì)需求一般為當(dāng)前設(shè)計(jì)階段不宜細(xì)化的內(nèi)容。例如，確立對(duì)象屬性或方法在類繼承體系中的位置不應(yīng)當(dāng)在對(duì)其重用范圍確立之前確認(rèn)，可臨時(shí)以范圍形式表達(dá)。

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

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(huì)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(píng)估可以通過(guò)以下幾種階段組成的軟件生命周期完成：設(shè)計(jì)階段、執(zhí)行階段、維護(hù)階段和效益評(píng)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(píng)估標(biāo)準(zhǔn)CR（CRiteria）。

Table 3 Evaluation items of software quality表3 軟件質(zhì)量評(píng)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(fèi)者為達(dá)到其理想產(chǎn)品質(zhì)量而愿意花費(fèi)的價(jià)值。在相同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下，資源花費(fèi)得越少，則質(zhì)量經(jīng)濟(jì)越好?；趦r(jià)值分析的角度，SPR－QU越低，那么產(chǎn)品價(jià)值越高，質(zhì)量經(jīng)濟(jì)越好。而通過(guò)下面兩個(gè)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)便可得到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。

（1）設(shè)計(jì)時(shí)（Design Time）服務(wù)利益權(quán)衡。

在這個(gè)質(zhì)量協(xié)商的利益權(quán)衡點(diǎn)，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(gè)質(zhì)量屬性的利益相關(guān)點(diǎn)可以表示為：

其中，Vi表示第i個(gè)質(zhì)量屬性量化價(jià)值；Wij表示在特定質(zhì)量屬性下的第j個(gè)涉眾權(quán)重。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和執(zhí)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)整，AG（Vi）｜STG將可以取到最大值。這種動(dòng)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(yùn)行實(shí)例為例，可以計(jì)算出考慮所有涉眾的最優(yōu)質(zhì)量值。對(duì)于每個(gè)質(zhì)量目標(biāo)，有若干的設(shè)計(jì)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(gè)可選價(jià)值（Vi）。由于對(duì)于每種設(shè)計(jì)值都有不同的權(quán)重，選取三個(gè)涉眾，亦得到矩陣Wij。

依據(jù)實(shí)際情形，這里的每種權(quán)重（行向量）不滿足和為1，例如，對(duì)于3美元的質(zhì)量屬性所有涉眾都可以拒絕。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，得到對(duì)于每個(gè)質(zhì)量屬性的綜合后的價(jià)值：

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

（2）運(yùn)行時(shí)（Runtime）服務(wù)利益權(quán)衡。

與獨(dú)立階段的利益權(quán)衡類似，動(dòng)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(jià)值最大化基礎(chǔ)之上的。不同的是，在動(dòng)態(tài)階段中的權(quán)重是實(shí)時(shí)變化的，因此，動(dòng)態(tài)利益權(quán)衡可以表示為：

其中，Vi是第i個(gè)質(zhì)量屬性價(jià)值；j∈N 是第j個(gè)利益相關(guān)者（涉眾）；k∈N是第k個(gè)階段；Wij是第j個(gè)利益相關(guān)者的權(quán)重；fk（）是第k個(gè)狀態(tài)中第j個(gè)利益相關(guān)者的權(quán)重。

為了得到最佳的AG（Vi）｜QL，需要對(duì)設(shè)計(jì)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(wèn)題－質(zhì)量－約束（PQC）

為了減少過(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響，通過(guò)“問(wèn)題－質(zhì)量－約束”PQC（Problem－Quality－Constraint）來(lái)解決軟件項(xiàng)目生命周期中的質(zhì)量保證問(wèn)題。

4.1 問(wèn)題建模

問(wèn)題建模具體由功能建模和過(guò)程建模來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要分為抽象層次上的功能建模和過(guò)程建模兩個(gè)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(xiàng)目安排和預(yù)期系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上的差距［19，20］。在理想模型設(shè)計(jì)層次上建立相應(yīng)參考模型。此參考模型考慮到軟件項(xiàng)目系統(tǒng)架構(gòu)中的過(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)，并希望通過(guò)減少這兩種情形來(lái)提高軟件質(zhì)量的滿意度。

（2）過(guò)程建模。

過(guò)程建模是根據(jù)軟件產(chǎn)品實(shí)際開(kāi)發(fā)的流程來(lái)建立尋找最優(yōu)價(jià)值的建模。這種建模具有動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。

4.2 改進(jìn)的質(zhì)量建模

對(duì)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(jì)時(shí)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(jì)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(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)的空間。因此，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有必要從所有涉眾的角度來(lái)確定一個(gè)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(shí)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(jì)上邊界將變成過(guò)設(shè)計(jì)。如運(yùn)行實(shí)例中系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的翻譯服務(wù)價(jià)值，在嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)情形下已經(jīng)超出變化空間上限，出現(xiàn)過(guò)設(shè)計(jì)。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(jì)下邊界將變成欠設(shè)計(jì)。如運(yùn)行實(shí)例中編碼階段的翻譯服務(wù)價(jià)值，在嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)情形下已經(jīng)超出變化空間下限，出現(xiàn)欠設(shè)計(jì)。因此，在實(shí)際的軟件產(chǎn)品線中，基于系統(tǒng)價(jià)值或質(zhì)量控制即是在實(shí)際設(shè)計(jì)流程中通過(guò)將設(shè)計(jì)值限制在變化空間內(nèi)來(lái)減少欠設(shè)計(jì)和過(guò)設(shè)計(jì)的因素，使系統(tǒng)綜合價(jià)值最大化。

5 案例研究

在本節(jié)中，將對(duì)第2節(jié)的運(yùn)行實(shí)例進(jìn)行功能拓展，運(yùn)用基于過(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)的服務(wù)質(zhì)量控制理論，對(duì)比Web服務(wù)在電子商務(wù)中的設(shè)計(jì)情形，驗(yàn)證避免過(guò)設(shè)計(jì)與欠設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)類型。靜態(tài)類型描述了一個(gè)工作流模型的服務(wù)組合設(shè)計(jì)；而動(dòng)態(tài)類型描述了一個(gè)基于SLA 協(xié)議的服務(wù)編舞組合設(shè)計(jì)，其服務(wù)構(gòu)件成員動(dòng)態(tài)組合。假定設(shè)計(jì)A是一個(gè)理想設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)B是一個(gè)實(shí)際設(shè)計(jì)。

（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(jì)A中的推薦汽車服務(wù)（Car）在設(shè)計(jì)B中被設(shè)計(jì)成了音樂(lè)服務(wù)（Music），在設(shè)計(jì)A中的住宿代理服務(wù)（Accommodation Agent）在設(shè)計(jì)B中被取消，在設(shè)計(jì)A中的并行（And）關(guān)系在設(shè)計(jì)B中被設(shè)計(jì)成了多選一（Or）關(guān)系。顯然這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)欠設(shè)計(jì)。

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

上述分析是針對(duì)單獨(dú)的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行的精確設(shè)計(jì)。在實(shí)際的軟件項(xiàng)目中，總是希望可以更精確地控制軟件生產(chǎn)的過(guò)程。然而，在很多情況下是不實(shí)際甚至是不可行的。解決方案就是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。有必要把足夠大的變化空間留給“未知”的設(shè)計(jì)因素，從而避免陷入嚴(yán)重的欠設(shè)計(jì)和過(guò)設(shè)計(jì)情形。因此，尋求一個(gè)精確設(shè)計(jì)的代價(jià)是昂貴的。例如，在設(shè)計(jì)B中有比設(shè)計(jì)A更多的服務(wù)組合，設(shè)計(jì)B可選擇性強(qiáng)，設(shè)計(jì)價(jià)值也更高，但此時(shí)卻不是最佳的服務(wù)設(shè)計(jì)，這里出現(xiàn)了過(guò)設(shè)計(jì)。由圖3可知，每個(gè)服務(wù)組件對(duì)應(yīng)特定的價(jià)值。例如，推薦服務(wù)（Recommendation）、購(gòu)買記錄服務(wù)（Purchase Record）和私人信息（Privacy Information）服務(wù)雖然不在一級(jí)，但都屬于系統(tǒng)服務(wù)，故計(jì)算時(shí)需要全局考慮。每個(gè)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(jì)A 與設(shè)計(jì)B 的對(duì)比

5.2 服務(wù)組合統(tǒng)計(jì)分析

為闡述理想設(shè)計(jì)與包含過(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)的實(shí)際設(shè)計(jì)之間的差異，建立了一個(gè)計(jì)算所有服務(wù)組件價(jià)值總和的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。使用兩種質(zhì)量權(quán)衡指標(biāo)：價(jià)值與附加值。價(jià)值是指設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)帶來(lái)的收益。顯然服務(wù)價(jià)值越高，其附加值越高。如表4所示，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)出服務(wù)組件的價(jià)值和附加值。選取了部分服務(wù)用于過(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)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(yàn)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(jì)、編碼、測(cè)試以及部署，數(shù)值分別代表所需要花費(fèi)的成本百分比。

Table 4 Values and values added of service components表4 服務(wù)組件的價(jià)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(gè)服務(wù)依次得到不同的權(quán)重，進(jìn)行利益權(quán)衡，計(jì)算矩陣如下：

我們計(jì)算綜合后的質(zhì)量屬性的價(jià)值如下所示：

從結(jié)果上看，對(duì)于場(chǎng)景1，SA 服務(wù)最優(yōu)；對(duì)于場(chǎng)景2，PA 服務(wù)最優(yōu)；對(duì)于場(chǎng)景3，IN 服務(wù)最優(yōu)；對(duì)于場(chǎng)景4，SE－BA 服務(wù)最優(yōu)；對(duì)于場(chǎng)景5，WE 服務(wù)最優(yōu)。這些服務(wù)在各自實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注。

6 相關(guān)工作

Dao T M 等人［22］嘗試了定義一個(gè)問(wèn)題解決框架來(lái)控制軟件設(shè)計(jì)中的非功能性需求指標(biāo)。Alebrahim A 和Heisel M［23］提出了一個(gè)UML原型來(lái)構(gòu)建問(wèn)題描述質(zhì)量模型?，F(xiàn)有大多數(shù)方法基于對(duì)質(zhì)量的過(guò)后分析，而指導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中則需要預(yù)先分析或者實(shí)時(shí)解決方案。本文提供一個(gè)系統(tǒng)性指導(dǎo)設(shè)計(jì)，并闡述基于約束驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法。Eiffel M B［24］表述了一種基于軟件規(guī)約的約束實(shí)現(xiàn)方案。Boogie［25］給出限定預(yù)條件和傳輸條件（Pre－＆Post－Conditions）來(lái)控制程序流中的非確定性因素。但是，兩者都限于開(kāi)發(fā)流程的編碼階段，無(wú)法用于整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)流程。Czarnecki K 等人［26］證實(shí)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(shí)現(xiàn)之間缺少明確認(rèn)知和關(guān)聯(lián)。本文引入過(guò)設(shè)計(jì)與欠設(shè)計(jì)的概念來(lái)彌合此缺口。Demuth A 等人［16］提出了基于約束的方法來(lái)挑選設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)渡到驅(qū)動(dòng)整個(gè)設(shè)計(jì)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(bǔ)充實(shí)現(xiàn)更高層次的決定［22，23］。PQC也將適用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)，如MASHUP［11］的系統(tǒng)是建立在以下三者之上：具有獨(dú)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(jià)值最大化的服務(wù)代理模式（SVB）［10］。

7 結(jié)束語(yǔ)

軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的工程性目標(biāo)是生產(chǎn)出優(yōu)異的軟件產(chǎn)品。一個(gè)軟件產(chǎn)品的評(píng)價(jià)既要從技術(shù)角度評(píng)價(jià)軟件功能和性能，從軟件經(jīng)濟(jì)的角度考慮，評(píng)價(jià)所依據(jù)的更本質(zhì)的是軟件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施各涉眾的價(jià)值增益衡量。軟件經(jīng)濟(jì)的價(jià)值衡量涵蓋了包括設(shè)計(jì)時(shí)和運(yùn)行時(shí)的整個(gè)軟件生命期的各個(gè)階段。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)階段從商業(yè)分析到技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)，理論上要求對(duì)相關(guān)涉眾的跨越商業(yè)分析和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)支持。這種評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)是建立在相關(guān)涉眾對(duì)相關(guān)開(kāi)發(fā)階段的理解和信息流通的基礎(chǔ)上的。然而，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)對(duì)在整個(gè)軟件生命期中溝通跨越商業(yè)分析和技術(shù)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)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(duì)比傳統(tǒng)軟件工程開(kāi)發(fā)過(guò)程和Web服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，我們認(rèn)識(shí)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(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)軟件經(jīng)濟(jì)的策略。針對(duì)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(jià)值分析和技術(shù)領(lǐng)域的QoS指標(biāo)的中間概念，來(lái)支持相關(guān)涉眾的跨域信息交流和溝通。具體地，我們?cè)谀Ｐ万?qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)的背景下依據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出以約束為主要設(shè)計(jì)形式的解決方案，稱為約束驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，并選擇了過(guò)設(shè)計(jì)和欠設(shè)計(jì)作為中間概念輔助實(shí)現(xiàn)價(jià)值驅(qū)動(dòng)（Value Driven）的開(kāi)發(fā)過(guò)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(lái)基于約束［27，28］填補(bǔ)整個(gè)軟件生命周期中預(yù)期設(shè)計(jì)與最終設(shè)計(jì)之間的設(shè)計(jì)缺口，幫助實(shí)現(xiàn)整個(gè)業(yè)務(wù)細(xì)化和設(shè)計(jì)模型演化兩個(gè)過(guò)程的集成。該方案從保證過(guò)程質(zhì)量的角度管理抽象的設(shè)計(jì)決策變化空間。此外，此方案亦可用于在一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程上減輕質(zhì)量損失，有利于對(duì)OD 或UD 的影響做出選擇。

未來(lái)我們計(jì)劃圍繞軟件經(jīng)濟(jì)和可變性技術(shù)，將本方法運(yùn)用到實(shí)際系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)、功能組合、運(yùn)行維護(hù)和質(zhì)量評(píng)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(jì)和過(guò)設(shè)計(jì)服務(wù)系統(tǒng)到目標(biāo)系統(tǒng)的自動(dòng)化轉(zhuǎn)換方案。

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