普适计算下软件自适应机制研究与应用

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随着无线通信、分布式计算和人机交互等技术的迅速发展和相互融合,普适计算已融入到人们生活中的方方面面。在普适计算环境中,用户的数量及其位置不断变化,要求系统中的计算设备及其软件系统能够动态地适应周围环境变化,并且尽量不干扰用户的正常使用。因此,在普适计算中,对软件的自适应能力提出了新的要求和挑战。自适应是对软件应用的一种理想期望,学者们已经从不同的角度和背景对其展开了研究。但是,在普适计算下,软件往往呈现出行为主动、成员异构以及环境开放等特性。因此,现有的研究工作仍然存在着较大的不足。第一,现有的软件构造方法不能用于普适计算。在普适计算中,软件上下文环境不断变化,可能会大大超出开发时的预期,这就要求系统的基础框架不能绑定到特定的场景,并且在必要时,能对其自适应能力进行在线调整。第二,现有的自适应机制可重用性不能满足普适计算的需要。由于普适计算下自适应软件的复杂度不断增加,如何提高软件自适应机制的可重用性,降低自适应软件的开发成本,提高软件开发效率成为了软件自适应研究的热点问题。针对以上问题,本文首先设计了指导全文工作的自适应软件概念模型ASCM(Adaptive Software Conceptual Model),模型结合了软件个体和群体两个层面上的自适应性,并且容许第三方在必要时,对自适应功能进行在线调整。然后,围绕上述模型,对普适计算下自适应软件个体构造方法以及如何提高软件自适应机制的可重用性等方面展开了研究。本文的主要研究工作如下:(1)针对传统自适应软件概念模型的缺陷,设计了一种面向普适计算的自适应软件概念模型ASCM。在此基础上,详细描述了如何构造普适计算下自适应软件个体,即基于软件个体复合控制过程,提出了ASCM构件模型、ASCM单元结构框架、在线调整等软件构造方法。基于该方法构造的自适应软件,在普适计算下,具有环境和体系结构敏感的优点,并且其自适应能力可以被细粒度在线调整。(2)针对传统的软件自适应机制可重用性低的缺陷,从策略层面上出发,提出了一种细粒度自适应机制解决方案。该方案在现有的粗粒度策略调整(增加、删除、替换构件等)的基础上,设计了一种新的基于策略的自适应机制,以支持系统细粒度自适应调整,即功能构件的细粒度调整和基于策略的自适应机制细粒度调整。(3)最后,通过Java技术开发了一个基于ASCM支持细粒度自适应调整的管理系统,该系统验证了前面工作的可行性和有效性,其性能评估结果表明该系统的自适应性能已明显优于初始系统性能。
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