9、自适应系统保证组合与分解的挑战

自适应系统保证组合与分解的挑战

一、引言

现代软件系统通常需要在复杂多样的环境和条件下运行。像商业和基于云的系统，要满足广泛的负载和客户需求；管理物理元素的系统，则需应对物理世界中的不确定性。自适应系统是一类在运行时能自我改变、重新配置或修复的软件。目前，已经有很多关于构建自适应系统的研究，例如通过集成控制循环来管理系统，或者运用自组织、仿生原理等。

自适应系统常常试图在不确定的情况下维持或实现系统目标，并且通常会构建一些机制，以确保系统在运行时能持续适当地运行，即便环境不断变化且充满不确定性。然而，尽管构建自适应系统的各种方法在许多领域已取得成功，但确保这些系统的自适应方面仍然是一个挑战。保证自适应系统的正常运行需要进行运行时验证和确认（V&V）活动，这主要是因为自适应配置和其所面临的环境的组合会导致状态爆炸，使得静态的V&V变得困难。解决这一挑战的一种方法是应用保证分解和组合技术。

对于安全关键系统，有大量关于构建安全案例（更广泛地说是保证案例）的研究，这些案例会构建关于此类系统的保证论证。对安全关键系统保证的推理，可能会为自适应系统的保证提供一些思路。通常，保证涉及将顶层目标分解为包含子目标、实现目标的策略以及定义可收集的证据（以证明目标已实现）的论证结构。顶层目标也可以组合在一起，为具有多个目标的系统提供保证，重用类似系统中目标的保证，或者为系统之系统提供保证。

1.1 保证背景

保证案例是指导保证分解和组合的一个框架。在保证案例中，顶层目标会被分解为子目标、策略和证据。例如，一个安全关键系统的顶层目标可能是“系统在任何情况下都不会导致人员伤亡”，这个目标可以分解为子目标，如“系统的硬件组件在规定的环境条件下能正