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自适应系统能够通过动态调整自身结构和行为来应对运行过程中出现的性能衰退,其在设计时也面临着与传统软件开发初期同样的问题,缺乏技术手段指导软件的需求分析和设计,从而导致系统开发和维护困难。本文着重讨论了自适应系统体系结构构建中的关键技术,这些技术对提高复杂环境下系统结构的灵活性和可靠性具有重要的理论意义和应用价值,完成的主要工作和取得的研究成果如下:(1)针对现有的自适应体系结构缺乏内聚性、重用困难等问题,提出了基于C2风格的层次式体系结构模型将自适应系统表示成组件和连接件构成的整体,并应用于视频点播系统(VOD)中。通过随机Petri网形式化建模,定量地分析自适应VOD系统的性能参数;通过统一建模语言(UML)从多个视图描述软件体系结构,减少了自适应系统建模的复杂度。(2)针对现有的自适应系统构架耦合性高、交互困难等问题,提出了两种以Agent为基础的自适应系统体系结构:基于多Agent和移动Agent的自适应体系结构模型。利用自主Agent的自主性、社会性及自适应性,并通过多个Agent之间的协调合作,使得如何让系统实施自适应操作这一复杂问题变得容易解决;利用移动Agent可以在异构网络和分布式计算机环境中自主、自动地迁移的特性,避免当网络性能下降时,自治组件间通信可能出现的拥塞问题。为了形式化地分析以上两种体系结构,论文还分别采用了扩展的G网、层次时间颜色Petri网对其进行建模。(3)采用CORBA中间件和Agent技术,构建了一个自适应网格计算系统体系结构,并用时间颜色Petri网对其进行建模和分析。提出了将传统的冗余技术和软件抗衰技术相结合的策略构建容错系统体系结构,并分别给出了该系统的非马尔可夫随机Petri网模型和时间颜色Petri网(timed-CPN)模型,最后对基于该模型的系统进行了定量分析。(4)提出了面向服务的自适应即时通信原型系统,它能够在客户端请求数量不断增加的情况下,通过系统的动态重组(将一部分请求转交给空闲服务器处理),降低系统负载。并应用多目标遗传算法控制和管理系统的动态重组,使其满足多个相互冲突的设计目标。