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随着计算与通信技术以及感知与控制技术的发展，越来越多的具有强大计算能力、通信能力、感知能力和控制能力的新型设备不断出现，进而催生了普适计算、社会计算、信息物理融合系统、物联网等新型计算模式和应用的发展。在这一背景下，越来越多的软件系统工作于互联网和物联网环境之中，其面临的运行环境从封闭、静态、可控逐步走向开放、动态、难控。开放环境下的网络化软件系统需要显式化环境感知，并相应地调整自身的结构和行为来适应环境的变化。网络化软件系统通常由一组部署在开放环境中的环境信息收集设备协同完成对于开放环境的感知。这些环境信息收集设备之间固有其分布性，并且开放环境动态多变的特性使得设备之间的分布性日益显著。设备之间日益显著的分布性会导致这些设备收集的分布环境数据的时钟戳不精确，并且会导致分布环境数据之间时序关系的缺失等问题，这些问题为开放环境下的环境感知应用带来了新的挑战。已有的环境感知技术往往假设有充分同步的全局时钟，因而面对时钟戳不精确的分布环境数据时不能正常地工作。并且，分布环境数据之间时序关系的缺失会导致环境感知应用观察到的环境变化具有显著的不确定性。已有的分布谓词检测技术能够在分布式系统的执行轨迹上离线地验证系统特性，它能够解决分布式系统行为分析时分布性带来的上述问题。然而，它不能适用于环境感知场景中潜在无穷增长的环境动态变化轨迹，因而不能直接应用于运行时感知分布环境的场景。针对上述挑战，本文基于分布谓词检测技术应对分布性的原理，将运行时检测分布环境特性谓词作为实现分布环境感知的基本途径，提出了基于多种时间模型的一系列的分布环境特性谓词运行时检测技术。本文的主要工作如下: 1.提出了一个基于分布谓词检测的开放环境感知概念框架。基于分布谓词检测技术的建模系统执行轨迹、规约系统特性谓词和检测系统特性谓词三个核心组成部分，本文的概念框架从结构上也包含了三个重要的组成部分，包括建模分布环境变化、规约环境特性谓词和检测环境特性谓词。在这三个重要组成部分中分别将环境感知的核心概念映射到分布谓词检测的概念之上，从而将分布环境感知问题规约为分布环境特性谓词检测问题。在概念映射的基础上，还进一步提出了基于分布谓词检测的分布环境感知处理流程。该概念框架为解决开放环境感知的分布性挑战提供了理论支持，并指导了后续分布环境特性谓词运行时检测技术和分布环境感知中间件的设计与开发。 2.针对分布环境数据之间时序关系缺失带来的挑战，提出了基于异步模型的多种环境特性谓词检测技术和优化技术。首先提出了描述环境瞬时并发特性的合取谓词的运行时检测技术，然后提出了描述环境动态变化时序特性的正则表达式谓词的运行时检测技术，并且针对基于异步模型谓词检测代价过高的问题，提出了基于滑动窗口的环境特性谓词检测的优化技术。这些技术由于异步模型的通用性可以运行在绝大多数异步性各异的环境感知场景中。 3.针对分布环境数据时钟戳不精确带来的挑战，提出了基于半同步模型的多种环境特性谓词检测技术。首先提出了描述环境并发特性持续时长的带时间约束的合取谓词的运行时检测技术，然后提出了描述环境动态变化时长特性的Timed CTL谓词的运行时检测技术。这些技术能够充分利用环境中存在的同步性从而相对于基于异步模型的环境特性谓词检测技术有更小的检测代价，并且能够进一步支持多种带时间约束的环境特性谓词的运行时检测。 4.设计并开发了一个层次化的分布环境感知中间件。该中间件集成了基于异步模型和半同步模型的分布环境特性谓词的运行时检测技术，并实现了概念框架中的分布环境感知处理流程。实验性能评估也表明我们的分布环境感知中间件能够支持各种分布环境感知场景并且具有很好的可扩展性。同时为了简化分布环境感知应用的开发，本文在中间件的基础上还提供了一个分布环境感知应用开发工具包。基于本文的中间件和开发工具包，分布环境感知应用开发者不需要关心分布环境数据具体的处理过程，因而可以专注于应用的环境适应逻辑的开发。