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文丨吐不满的痰娱

编辑丨吐不满的痰娱

前言

构建具有分散控制的自适应系统具有挑战性，事实上架构师应考虑几种不同且相互依赖的设计维度，并设计多个控制回路来协调并及时执行正确的调整。为了支持这项任务提出了这是一个用于构建和评估分散控制的推理框架。

该框架提供多范式建模支持，分散控制的建模环境以及联合仿真环境，用于模拟分散控制与受管系统并估计系统的质量属性兴趣，应用智能交通系统和智能电网以及云计算应用证明了该框架支持有关分散控制和适应策略的明智架构决策的能力。

通过集中管理器路由所有适应决策

现代软件系统被设想为由无数普遍存在的现实世界事物组成的大规模分布式执行环境，它们协作提供丰富的功能，由于这些应用程序在高度动态的条件下运行，因此系统设计的传统稳定性假设不再有效。

动力学引入了不确定性，这可能会损害系统并导致不完整和不可靠的结果，管理运行时的不确定性对于此类系统的可靠性至关重要，自适应被广泛认为是处理环境的不确定性和动态性的实用方法。

自适应系统在概念上被组织为实现主要功能的托管系统和通过控制循环执行自适应逻辑的管理系统，控制是根据完善的模型进行组织的，在处理大规模分布式系统时，集中控制不足以管理大规模系统。

因为必须维护一致的全局知识，及时分析它以及通过集中管理器路由所有适应决策，因此自适应应该通过分散控制来实现，其中多个循环相互作用以解决运行时的不确定性，构建分散控制具有挑战性。

架构师应考虑几种不同且相互依赖的设计维度，并设计多个控制循环来协调并及时执行正确的调整，存在多种候选架构来组织分散控制，不同的候选者需要不同的质量属性，架构师在为给定系统选择候选者时应仔细评估这些属性。

在这项工作中解决了在架构级别为给定托管系统充分设计分散控制的问题，为此架构师应该评估不同的架构并确定分散控制提供所需质量水平的程度，在这种情况下推理框架用于通过预测候选架构满足质量要求的程度来指导架构定义。

推理框架已被报道为一种成功的方法，并应用于评估不同类型的质量属性，目标是设计一个推理框架，允许对分散控制和托管系统进行建模，并评估它们如何相互影响，为了实现这一目标，这项工作的主要贡献是去中心化控制推理框架。

去中心化控制推理框架为多范式建模提供支持

去中心化控制推理框架应为多范式建模提供支持，并允许架构师将自适应系统指定为由交互模型组成的多模型，每个模型都使用其形式主义指定不同空间和时间尺度上的实体和操作，该框架应在架构层面支持大规模分布式系统的去中心化控制设计。

该框架应支持多个控制回路及其组成部分作为一流的建模元素，为评估整个系统提供支持，并重点关注所分析的受管系统的特定属性。基本原理是通过多范式建模来促进托管系统和管理系统之间的可重用性和关注点分离。

旨在通过去中心化控制来驯服复杂的分布式系统，最后通过提供评估系统质量的支持来实现闭环，所提出的方法对于底层受管系统是不可知的，并且没有考虑控制如何影响受管系统的行为，将托管系统纳入建模工作是这项工作要解决的空白。

提出了一个推理框架全面支持分散控制和管理系统的多范式建模和联合仿真，这是对工程自适应系统领域的新颖贡献，去中心化控制推理框架利用了基于模型的系统工程范例并促进模型作为工程分散自适应系统中的一流元素的系统使用。

一方面推理框架允许根据系统要求分析控制回路的质量，另一方面基于模型的系统工程范式通过生成方法降低了开发复杂性——即生成不同的模型并在其中选择合适的模型。去中心化控制推理框架是通过利用模型驱动的软件工程技术来开发的。

利用以元模型为中心的设计来指定控制建模语言定义图形建模环境以及将建模的控制转换为仿真模型，为了展示该框架的功能，演示装饰如何允许软件架构师评估不同的控制架构，并就分散控制和适应策略做出明智的决策以满足系统要求。

智能交通系统的有效性威胁

智能交通系统是一种富含控制逻辑的交通基础设施，可优化整体质量并满足特定要求，通过不同的通信介质和通信策略交换数据来相互通信。

可以采用不同的体系结构来组织此类系统的控制，车辆可以与集中式云计算基础设施交互，该基础设施负责规划整个系统的适应行动，或者，辆可以以完全去中心化的点对点方式相互交互，并交换信息，为即将到来的救护车腾出车道。

由于不同的架构具有不同的优点和缺点因此应该仔细评估它们以做出明智的决策，例如，应该如何组织控制，对内部有效性的威胁可能是为每个所解决的应用场景定义了单个所需的质量属性度量，给定的控制可能满足期望的质量属性测量。

但使其他期望的质量属性测量无效或影响其实现，为此值得注意的是装饰允许在每个设计评估周期添加新的所需质量属性测量，并根据新的要求集重新评估控制，然而单独分析每个需求可能会导致不一致。

为解决特定质量方面而设计的控制机制对于最近引入的所需质量属性测量可能不是最佳的，另一方面在单个设计评估周期中评估所有质量要求可能会使推理变得非常复杂，解决这个问题的一个策略可能是从所有期望的质量属性测量开始。

如果问题变得棘手将类似的期望质量属性测量分组并执行设计评估周期来解决它们，根据剩余的期望质量属性措施评估已识别的控制，这只是一个示例策略，其他分而治之的方法可能同样有效。

设计分散式控制架构具有挑战性

为了减轻对内部有效性的威胁，未来的调查可能基于寻找和记录最先进的方法，如果不可能满足所有已识别的期望质量属性测量，则需要基于用户定义的偏好对需求进行优先级排序，对内部有效性的另一个威胁是第三方模拟器在去中心化控制推理框架中的集成。

设计分散式控制架构具有挑战性，架构师应考虑许多不同且相互依赖的设计维度，以设计出能够及时执行正确调整并使系统满足其目标的控制，提出了去中心化控制推理框架，一个基于模型的推理框架，用于设计和评估分散控制。

去中心化控制推理框架提供多范式建模支持，用于构建分散式控制的建模环境以及联合仿真环境，用于与受管系统一起模拟分散式控制并估计感兴趣的质量属性，因此去中心化控制推理框架允许架构师对分散控制和托管系统进行建模并评估它们如何相互影响。

正在进行和未来的工作将朝着不同的方向进行，目标是通过消除错误和提供安装包等方式整合工具，元模型的表示并没有给出语言结构的精确语义描述，计划通过的映射提供指称语义，其次的目标是为开发人员提供正式指定管理组件的行为并自动部署它们的能力。

通过这种方式开发人员可以在设计时定义确定组件具体行为的算法，设想开发一种验证技术，能够在运行时测试和分析控制行为并自动检测意外的交互，还旨在如何发展适应定义的控制本身，由于系统资源或系统目标的变化，集体控制的运行时适应可能是必要的。

结语

在大规模分布式系统中，分散控制并部署多个协调适应元件是很常见的，为此给定一个特定的托管系统通过架构师使用的迭代推理过程来确定组织分散控制的适当架构，此类决策可能会导致潜在地删除或详细探索那些分别表现出不良或良好质量水平的架构。

模拟结果考虑了特定于所采用的控制的质量属性测量，以及取决于所检查的受管理系统的特定类型的质量属性测量。在每种情况下都展示了不同的架构和自适应策略如何导致不同的性能指标，模拟结果将显示系统的行为不符合预期并且不满足规定的所需质量属性测量。

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