随着Web技术的迅速发展，基于Web的分布式计算模式已是软件应用的必然趋势。以Web服务为核心的面向服务体系结构(SOA)为在Internet上构建灵活的分布式应用提供了基础架构。用户可以在线发布、查找和请求软件服务。软件服务是运行在网络环境中独立的、松耦合的软件系统，用户无需了解底层的实现平台就能获取所需的软件服务。面向服务的软件系统的应用已经渗透到现代社会的许多领域，包括企业规划、决策支持、现代服务业、多媒体人机接口等等。面向服务软件的应用也包括医疗护理、交通控制、国防等重要领域。服务质量(Quality of Service，QoS)是面向服务软件能否成功的至关重要的需求之一。因此，有关QoS驱动的服务软件设计方法研究具有重要理论意义和应用价值。 然而，如何设计满足用户QoS需求的服务软件是一个具有挑战性的课题。目前没有标准的方式定义服务的QoS性质。服务规约通常关注服务的功能性描述，而服务的QoS性质定义往往不明确或以特定的形式给出。同时，服务软件一般由多种渠道获取的Web服务组合而成、服务组合可能包含复杂的工作流程，使得分析组合服务的QoS性质十分困难。服务软件常常集可靠性、安全性、实时性等多种QoS需求于一体，使得协调服务的选择和组合的难度进一步加大。本论文探索QoS驱动的服务软件设计相关技术，包括QoS的度量、QoS驱动的Web服务软件模型、服务软件的优化技术、服务软件的分析与实现技术，从而为建立QoS驱动的服务软件开发的严格方法奠定基础。论文的主要创新性工作如下： 提出一种软件服务QoS度量方法并建立了相应的层次化QoS管理框架。QoS度量是基于用户的质量期望，运用模糊数学理论建立相应的QoS属性计算模型。并且，根据多维的QoS可度量属性的度量方法和规则的研究，运用多目标决策理论，从原子服务和组合服务角度分别建立不同服务类型的总体QoS评价模型。此方法能够获得更加准确和可信的QoS属性度量和QoS总体评价。层次化QoS管理框架负责量化服务提供者的QoS通告或服务请求者的QoS需求，接受来自服务请求者的QoS反馈。层次化QoS管理框架根据反馈信息对Web服务的质量信息进行动态评估和调整。各种QoS属性度量方法将被集成到层次化服务QoS管理框架中，以满足不同用户在不同应用场合对服务质量评估的要求。 提出一种用于构建Web服务软件体系结构的SOA扩展框架及其形式化模型。SOA扩展框架中增加了“QoS管理”和“服务代理”两个角色，以及角色之间进行交互的五种操作——量化、采集、协商、反馈和更新。Web服务软件结构由扩展SOA框架下的角色和操作组成，刻画了Web服务软件从产生需求到结果反馈的全部流程。利用形式化的Petri网理论，对Web服务软件进行自底向上的模型设计。模型设计包括基本服务建模、任务建模、任务之间关系的建模以及Web服务软件流程的建模。 建立了一种Web服务软件设计的优化技术。针对Web服务软件设计中的动态服务选择问题，运用多选择背包理论分别对不同服务选择类型建立相应的数学建模。多目标决策理论以及简单加权方法被用于将服务的多维资源消耗归并为一维资源消耗。在归并基础上运用凸包边界理论，得出服务选择方案的近似最优解。这种解决方案在处理规模较大的问题时，显示出极高的求解效率并能保证问题解的可靠性。最后，针对不同的动态服务选择类型，给出了相应的动态服务选择优化算法。 提出了一种Web服务软件QoS属性的形式化分析方法。验证和分析的目的是保证服务软件的设计与业务流程保持一致，并确保服务软件设计的正确性和可靠性。利用Petri网理论，对Web服务软件设计中的关键性问题进行了建模和分析，包括服务调度策略、服务组合、任务的失效处理以及Web服务软件的可行性等方面。