（管理科学与工程专业论文）基于对等网络的Web服务选择机制研究.pdf

中文摘要 随着i n t e m e t 技术的发展，w e b 服务已经成为蓬勃兴起的一种分布式计算模 型，w e b 服务的大量涌现使得在实际应用中如何快速地发现请求者期望的服务成 为一个重要课题。p 2 p 技术打破了传统的集中式网络模式，把对等网络的思想与 w e b 服务结合起来，可以有效地解决集中式w e b 服务发现所带来的一系列问题。 论文围绕对等网络中w e b 服务的部署和选择问题进行研究，主要工作包括 以下几个方面： ( 1 ) 提出了一种利用网络节点位置信息的语义覆盖网络，根据w e b 服务的 语义在对等网络之上构建多个语义覆盖网络，在每个w e b 服务语义覆盖网络中， 利用网络节点位置信息形成以群组为结构的网络体系架构。该网络结构可减少服 务查询开销和管理开销，增强对等网络的可扩展性。 ( 2 ) 提出了基于节点互惠能力的自适应对等网络拓扑构造协议，该协议基 于节点提供服务的能力和推荐服务提供者的能力定义节点的互惠能力，使得具有 互惠关系的节点能够充分建立连接。利用该协议构造的拓扑实现了对合作节点的 激励以及对搭便车和恶意节点的遏制。 ( 3 ) 提出了基于w e b 服务语义的对等网络w e b 服务搜索模型，通过将w e b 服务语义搜索层和对等网络层分离实现更灵活的搜索功能。 ( 4 ) 将满足服务功能和流程行为需求的服务选择问题建模为多属性决策问 题，基于多维服务质量属性的决策模型d q o s 和主客观结合的赋权模式，为选取 优质w e b 服务提供依据。 ( 5 ) 建立了基于群组的对等网络信任模型，将信任关系划分为三个层次， 节点利用本地信任信息和有限时间内可获取的所属群组的推荐信任信息确定特 定节点的信任值，根据响应者的信任值进行w e b 服务选择，使对等网络中合作 节点在不同的恶意节点攻击模式下具有较高的成功请求率和节点满意度。 关键词：对等网络：w e b 服务；网络拓扑；语义搜索；信任模型 a b s t r a c t 恤ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r a c tt e c h n o l o g i c s 。w 曲s e r v i c e sh a sb e c o m ea b u r g e o n i n gd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gm o d e l w i t ha p p e a r a n c eo fag r e a tn u m b e ro fw e b s e r v i c e s ，i th a sb e c o m ea ni m p o r t a n ts u b j e c tf o rt h ep e o p l et oq u i c k l yf r e dt h es e r v i c e s d e s i r a b l et ou s e rr e q u i r e m e n ti nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n p 2 pt e c h n o l o g yb r o k et h e t r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e dn e t w o r km o d e l nt h ei d e aa b o u tp 2 pa n d 、bs e r v i c e sa r e c o m b i n e das e r i e so fq u e s t i o n sw h i c ha r eb r o u g h tb yt h ec e n t r a l i z e dw e bs e r v i c e s d i s c o v e r yc a nh ee f f e c t i v e l ys o l v e d t l l i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ep r o b l e m so ft h ew e bs e r v i c e sd e p l o y m e n ta n d s e l e c t i o ni np 2 pn e t w o r k s ，a n dr e s u k si nt h ef o l l o w i n ga c h i e v e m e n t s ： ( 1 ) as e m a n t i co v e r l a yn e t w o r ku s i n gt h el o c a t i o ni n f o r m a t i o no fn e t w o r kn o d e s i sp r e s e n t e d an u m b e ro ft h es e m a n t i co v e r l a yn e t w o r k sa r ec o n s t r u c t e db a s e do n p 2 pn e t w o r k si na c c o r d a n c ew i t ht h es e m a n t i c so f ，e bs e r v i c e s i ne a c hs e m a n t i c o v e r l a yn e t w o r k , ag r o u p - o r i e n t e dn e t w o r ks y s t e ma r c h i t e c t u r ei sf o r m e db yu s i n gt h e l o c a t i o ni n f o r m a t i o no fn e t w o r kn o d e t i l i sn e t w o r ks t r u c t u r ec a l lr e d u c et h es e r v i c e i n q u 时c o s ta n dm a n a g e m e n tc o s t ，e n h a n c ep 2 pn e t w o r ke x t e n d i b i l i t y ( 2 ) as e l f - a d j u s t i n gp 2 pt o p o l o g yc o n s t r u c t i o np r o t o c o lb a s e do nr e c i p r o c i t y c a p a c i t yo fn o d e si sp r e s e n t e d t h i sp r o t o c o ld e f i n e sr e c i p r o c i t yc a p a c i t yo fan o d e b a s e do nt h ec a p a c i t yo fp r o v i d i n gs e r v i c e sa n dr e c o m m e n d i n gs e r v i c ep r o v i d e ro f t h i sn o d e i tm a k e st h en o d e sw h i c hw i t hm u t u a l l yr e c i p r o c i t yr e l a t i o n s h i pa b l et o f u l l ye s t a b l i s hc o n n e c t i o n t h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eu s i n gt h i sp r o t o c o li n c e n t st h e c o o p e r a t i o nb e t w e e n n o d e sa n dc o n t a i n st h ef r e e r i d e r sa n dm a l i c i o u sn o d e s ( 3 ) ap 2 pw e bs e r v i c e ss e a r c hm o d e lb a s e do nw e bs e r v i c e ss e m a n t i c si s p r e s e n t e d w eg e tm o r ef l e x i b l es e a r c hf u n c t i o nb ys p l i t t i n gt h ew e bs e r v i c es e m a n t i c s e a r c hl a y e ra n dp 2 pn e t w o r kl a y e r ( 4 ) t h es e r v i c es e l e c t i o np r o b l e m ( m e e tt h er e q u i r e m e n t so fs e r v i c ef u n c t i o na n d f l o wb e h a v i o r ) i sm o d e l e di n t om u l t i - a t t r i b u t ed e c i s i o np r o b l e m , t h ed e c i s i o n - m a k i n g m o d e lb a s e do nm u l t i - d i m e n s i o n a lp r o p e r t yo fq o s ( d q o s ) a n da u t h o r i z a t i o nm o d e o fs u b j e c t i v i t ya n do b j e c t i v i t yc o m b i n a t i o n , p r o v i d eab a s i sf o rs e l e c t i n gh i g h - q u a l i t y k bs e r v i c e s ( 5 ) t h ep 2 pt r u s tm o d e lb a s e do ng r o u p si sd e v e l o p e d i nt h i sm o d e lt r u s t r e l a t i o n s h i pi sd i v i d e di n t ot h r e el e v e l s n en o d ed e t e r m i n e st h et r u s tv a l u eo fa s p e c i f i cn o d eb yu s i n gl o c a lt r u s ti n f o r m a t i o na n dr e c o m m e n d a t i o ni n f o r m a t i o n ( s e c u r a b l ew i t h i nl i m i t e dt i l l l e ) c o m e 五吣mt h eg r o u pw h i c hc o m p r i s e st h i sn o d e ， s e l e c t sw e bs e r v i c ea c c o r d i n gt ot r u s tv a l u e so fr e s p o n d e n t s t h et r u s tm o d e lm a k e c o o p e r a t i v en o d ei np 2 pn e t w o r kh a sah i g h e rs u c c e s s f u lr e q u e s tr a t ea n dn o d e s a t i s f a c t i o nv a l u ei nd i f f e r e n tm a l i e i o u sn o d ea t t a c k m o d e k e yw o r d s - p e e r - t o p e e r , w e bs e r v i c e s ，n e t w o r kt o p o l o g y , s e m a m i cs e a i c h ， t r u s tm o d e l 独创性声明 本人声明所量变的学位论文是本人在导师指导下进行豹研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别搬以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过韵研究成果，也不包台为获得蕉蓬盘鲎或其他教育机构豹学位或证 书两使用过的材料。与我嗣工作豹阍志对本研究所儆的任何贡献均已在论文审 作了明确豹说明并表示了谢意。 靴论鲱者微爿拓d 秀签字腻川笨矿月7 阳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作髯完全了解：叁凄基鲎有关保留、使用学位论文豹规定。特 授权基莲叁壁可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检索， 并采用影印、缩印或扫攒等复制手段保存、汇编以供查阅和借阏。丽意学校向国 家有关郝门或机梅送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学缀论文在解密蘑适用本授权说踢) 学砬论文作者躲列掷 绣 签字日期：2 产矿月多f 弱 导师签名； 签字醐i 川 年歹旁弓7 馥 l 天津大学博士学位论文基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 第一章绪论 近年来，面向服务的体系架构s o a ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 启动了 新一轮的互联网革命，w e b 服务和p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 这两种计算模式正是s o a 技术的典范。然而w e b 服务与p 2 p 系统各有千秋，如何将这两种计算模式充分 融合起来以更好地适应网络应用需求成为一个新的研究领域。 1 1 选题背景和研究意义 w e b 服务作为一种新兴的w e b 应用模式，是一种新的分布式计算模式，是 w e b 上数据和信息集成的有效机制【l 】。以w e b 服务为代表的软件服务及软件服 务协同已成为开放网络环境下一种典型的i n t e m e t 应用形态。实现服务按需发现， 保证服务有效复用、相容组合，对提高网络软件生产效率，实现跨组织的业务集 成具有极其重要的意义。 近年来，由于网络应用的快速发展，应用系统需要依据业务需求，快速、灵 活地集成i n t e r n e t 上已有和新增的业务应用，并使它们有机地协作共同完成业务 目标【2 】。服务概念的提出为网络环境下不同管理域的应用和资源的共享、集成提 供了基础。随着对w e b 服务发现、组合研究的不断深入，w e b 服务选择已成为 一个主要面向服务计算领域的研究热点问题，并以查准率、查全率和查询效率作 为评价其效能的主要指标。现有的主要w e b 服务选择机制在w e b 服务描述、服 务匹配、服务发现和系统拓扑等方面存在一些问趔3 】： 一方面，缺乏w e b 服务系统原理框架的指导。现有w e b 服务选择机制都按 照各自的系统模型来实现，隐藏了内部实现机制和运行机理。在系统研究w e b 服务系统的基础上，可抽象出w e b 服务选择系统的原理框架，对设计具体的系 统实现具有指导意义。很多系统都认识到集中式拓扑存在可扩展性差和容易单点 失效的问题【4 】，因此在对等网络环境中构造可扩展、灵活和鲁棒的分布式系统拓 扑是研究界和学术界普遍关注的热点问题。 另一方面，现有w e b 服务系统对服务选择支持不足。现有的w e b 服务系统 大多依靠用户的主观偏好选择服务。互联网上功能相近、相似的w e b 服务的数 量是动态、可成长的，经过服务匹配获得的满足功能需求和流程行为的服务集合 第一章绪论 仍然很大。若不考虑服务质量属性，随机指派w e b 服务显然是不可取的；若完 全按照用户对服务属性的偏好选择w e b 服务又带有太强的主观性；若完全由服 务质量信息客观决定w e b 服务的归属又忽略了用户的偏好。因此，综合用户的 主观偏好和服务质量信息的客观性来选择w e b 服务无疑更具有合理性。服务质 量作为进一步区分服务的重要尺度之一，可以为用户选择w e b 服务提供积极参 考，构造多维服务质量的决策模型可以为服务选择提供可靠的依据。 对等网络的出现使得在互联网上部署一个廉价的、可用的、具有一定服务质 量( q o s ) 保障的分布式计算环境成为可能。对等网络的核心思想是所有参与系 统的节点( 指互联网上的某个计算机) 处于完全对等的地位，没有客户机和服务 器之分，也可以说每个节点既是客户机，也是服务器；既向别人提供服务，也享 受来自别人的服务。在对等网络系统中，资源是分布在各个对等节点上的，而不 是保存在集中的服务器上；另外，规模的增长对对等网络系统中资源的定位不断 提出更高的要求【5 】，资源管理机制成为影响对等网络系统继续发展的重要因素。 因此，如何有效地管理对等网络系统中的资源并对其进行快速定位成为对等网络 系统的关键技术。 对等网络研究第一阶段的目标及重点是应用模式从客户机服务器 ( c l i e n s e r v e r ) 模式向对等模式的转变，典型代表是n a p s t e r t 6 1 ，该应用模式消 除了应用服务器的瓶颈问题，并缓解了应用流量的不均衡性，任一节点从目录服 务器处获取资源索引信息，之后的所有数据的交换都是在节点间完成，每个节点 既是客户端、也是服务器端，应用的内容由分布的节点提供。这一阶段存在的问 题是基于集中式索引机制的对等网络采用的是目录服务器来完成对数据的定位， 作为目录服务器的节点和系统中其他节点之间的功能是不对等的，这种结构存在 单点失效问题。因此，第二阶段的研究目标及重点是如何防止体系结构上的单点 失效，以g n u t e l l a t 。7 1 、f r e e n e t 【8 】等为代表的无规则拓扑的对等网络应运而生，自 组织的管理模式使得整个系统的鲁棒性得以大幅增强，也使得节点具有了网络控 制权和自治权，但泛洪的资源定位模式制约了网络规模的可缩放性。第三阶段所 需要解决的问题是在维护对等网络自组织特性的同时，研究如何进一步增强其规 模的可缩放特性，这一阶段以c a n t 9 1 、c h o r d t l 0 1 、t a p e s t r y t l 、p a s t r y l l 2 1 等为代表 的结构化拓扑对等网络成为研究的重点，结构化拓扑对等网络在资源管理过程中 同时拥有自组织特性、规模的强可缩放特性以及部署的廉价性等，突破了网络规 模限制的结构化拓扑对等网络技术给广域网范围内规模庞大的资源整合及共享 提供了可能性。但是，当前对于各类对等网络的研究，还都局限在“网络闲置资 源都是可利用的 的假设前提条件之下。一般说来，松耦合的广域网范围内资源 天津大学博士学位论文 基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 在整合过程中，提供各类资源的端节点的行为是理性且自私的，总是希望尽可能 多地利用网络中他人的资源，而对系统的贡献则很少，比如仅提供很少的存储资 源、计算资源、存储转发资源( 即带宽资源) 以及信息资源等。端节点的自私行 为势必导致对等网络资源的可用性存在极大的变数。 任何网络技术的发展，最终目标都应该是面向用户、面向应用的，第四阶段 应该是对等网络技术走向实用的阶段【l3 1 ，因此，综合考虑影响结构化对等网络可 用性的多方面因素，分析其成因，研究相应的解决方案来增强对等网络的可用性 是当前对等网络技术走向实用阶段的研究重点。 1 2 研究对象和研究内容 p 2 p 系统是一种新兴的基于对等网络的架构，是计算机系统的结构从传统的 集中式发展为浏览器w e b 服务器数据库服务器的新模式。p 2 p 系统具有如下的 特型： ( 1 ) 纯粹的p 2 p 系统没有任何集中控制机制，系统中各节点运行的p 2 p 系 统软件功能相同，各节点之间交互对称。 ( 2 ) 系统中的资源分布在各个节点中，而不是集中在一个服务器中管理。 ( 3 ) p 2 p 系统中节点之间通过直接的交互而实现资源共享。 ( 4 ) 系统节点具有动态性和即时性。 从w e b 服务提供者来看，它们分布在松散耦合的网络节点上，某些服务提供 者相对于另一些服务提供者而言也是服务的请求者【1 5 】。w e b 服务和p 2 p 计算环 境本身具有较多的相似之处和共同特征。所以，在对等网络环境中建立w e b 服 务是一种理想的w e b 服务实现方案，可以有效利用p 2 p 系统本身的优势高效地 实现服务的集成及资源的自治。 在对等网络中实现w e b 服务需要考虑以下几方面的问题【l 】： ( 1 ) 定义在节点上的服务及节点上装载的服务数据源是什么。 ( 2 ) 节点上的c a c h i n g 机制怎样充分发挥作用，如何对节点上w e b 服务的 备份信息进行一致性更新。 ( 3 ) 如何在w e b 服务中应用p 2 p 系统相应的良好机制解决节点间的通信和 路由、服务注册和查找等问题。 ( 4 ) 如何在对等网络环境中进行w e b 服务基本架构中3 个参与者的功能划 分及分类管理。 第一章绪论 ( 5 ) 如何分类管理各个节点，并采用相应的消息分发机制，以避免由于服 务请求发送而带来的广播风暴。 对等网络应用层拓扑主要实现对等网络资源定位以及资源共享的组织，对对 等网络性能有着至关重要的影响。以g n u t e u a 为代表的全分布式p 2 p 拓扑由于节 点之间的随机连接而使网络不具有可扩展性或有效性。采用d h t 机制的结构化 拓扑解决了该问题，但不支持语义查询，且由于其容错机制复杂而不适合于高度 动态的对等网络环境。许多研究人员致力于构造自适应的拓扑来提高对等网络性 能，本文对相关的工作进行了分析总结，探讨了如何构造激励一致的自适应w e b 服务拓扑结构。 对等网络中w e b 服务的有效搜索及选择机制是非常重要的的研究课题，如 何实现服务按需发现，保证服务有效下载绑定，对于实现跨组织的业务集成具有 极其重要的意义。研究者们纷纷提出各种新颖的方案，但由于对等网络的开放性、 异质性、以及网络的规模庞大，没有一种方案可以适用于所有的对等网络拓扑和 应用。本文针对对等网络中的有效搜索和服务选择机制进行了深入的研究。 对等网络应用以位于网络边缘的普通用户为主体，依赖于这些普通用户的主 动参与。然而，对等网络的这种共享资源的私人提供以及对等网络具有的开放、 匿名、系统节点之间松藕合的关系等特性使得网络中节点可以肆意散布非法内 容，滥用网络资源，造成了对等网络中广泛存在的不合作问题以及不可靠的服务 质量问题，严重影响了对等网络的性能。导致这种问题的最根本原因是用户之间 缺乏信任。因此要提高对等网络的服务可用性，必须建立有效的机制识别对等网 络中的恶意节点。鉴于对等网络与人类社会关系网络的相似性，很多研究工作通 过信任模型来解决该问题。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 对等网络的拓扑构造 综合对等网络中心化和结构化的程度，对等网络拓扑结构可分为中心化拓 扑、全分布式非结构化拓扑、全分布式结构化拓扑和部分分布式拓扑【1 6 】。 中心化拓扑结构对等网络以n a p s t e r t 6 1 为代表，通过一个中央索引服务器保 存用户所共享的资源索引和存放位置的信息。当用户需要某种资源时，首先与中 央索引服务器建立连接并进行相关检索，得到服务器返回的资源所有者信息后， 与所有者建立连接进行资源下载。其实质上并非是纯粹的对等网络系统。采用中 天津大学博士学位论文基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 心化拓扑的对等网络维护简单、检索效率很高。但由于整个系统依赖于中心索引 服务器，存在单点失效问题，一旦服务器发生故障无法正常工作，整个系统将处 于瘫痪状态。同时，该类系统的可扩展性较差，无法动态适应网络规模的变化， 随着网络规模的扩大，对中央索引服务器进行维护和更新的成本也将急剧增加。 分布式非结构化对等网络以g n u t e l l a 7 为代表，网络中的节点随机建立连接， 具有完全对等的功能和地位。节点使用有限范围内的“洪泛机制发送请求，其 他节点收到查询请求后，给出包含匹配的内容信息和地址信息的响应，使源节点 与其建立连接进行资源下载。尽管这种基于“洪泛”的查询技术支持语义查询， 能有效定位复制率很高的内容并适应动态变化的对等网络环境，但这种机制无法 定位网络中稀缺的内容，随着查询数目和网络规模的增加，每个节点的负载也快 速增加，网络不具有可扩展性。 部分分布式拓扑，也称为混合式拓扑结构，典型应用系统包括k a z a a 1 。7 1 、 f a s t t r a c k 埔】、g n u t e h a 0 6 【l9 】等。混合式拓扑充分考虑了节点能力的异构性，选择 处理、存储、带宽等性能较高的节点作为超级节点，每个超级节点管辖一定的普 通节点，存储所辖范围内普通节点的文件索引。查询请求只在超级节点之间转发， 超级节点负责将这些请求转发给适当的普通节点。超级节点之间构成一个高速的 查询请求转发层，有效地减少了洪泛的查询请求流量和查询时延。另外一些网络 如e d o k n e y _ 【2 0 1 、e m u l e 2 1 1 和b i t t o r r e n t 2 2 也采用部分分布式的拓扑结构，这些系 统通过对文件进行分片，使得下载同一个文件的节点可以同时下载和上传同一文 件的不同部分，从而提高文件的传输速度。 全分布式结构化拓扑对等网络，如c a n 9 、c h o 甜1 0 1 、p a s t 1 2 1 、k a d e m e l i a 2 3 1 、 p g r i d 2 4 】等，通过分布式h a s h 表( d s i r t i b u t e dh a s ht a b l e ，d h t ) 指定节点和内 容的标志符，内容被存储到与之有特定关系的节点上。同时，每个节点需维护一 个路由表，包括邻居节点的i p 地址和标志符。查询请求以逐渐逼近的方式在对 等网络上转发，即转发到离目标标志符距离更近的节点，查询请求提供了高效的 p 2 p 路由机制。基于d h t 的结构化拓扑能有效定位网络中的内容，但在节点状 态变化频繁的对等网络中，难以有效维护这种结构化的拓扑。另外，结构化拓扑 采用精确匹配的查询机制，不支持语义查询，限制了请求者对内容的选择。 当前的研究在构造对等网络拓扑时一般要考虑以下某个或某几个因素来提 高对等网络的性能：( 1 ) 考虑节点能力的异构性，包括节点的计算能力、存储能 力、网络带宽等；( 2 ) 考虑节点地理位置的相似性；( 3 ) 考虑节点“兴趣的相 似性；( 4 ) 考虑节点的可信度。研究表明，选择地理位置更近的节点作为邻居节 点【2 5 】可解决对等网络拓扑与底层物理网络之间的匹配问题，从而提高对等网络的 第一章绪论 性能；根据兴趣在网络拓扑的基础上添加快捷邻居节点【2 6 】或者根据兴趣选择邻居 节点【2 刀可以有效减少网络中洪泛的查询请求数量，并减小查询请求到达响应者所 需的跳数；根据节点的可信度【2 8 】来选择邻居节点可以将恶意节点驱逐到网络的边 缘，从而提高对等网络服务的可用性。 充分考虑节点在能力、兴趣和行为等各个方面的异构性，构造有效健壮可扩 展的对等网络，并使网络拓扑对不同类型的节点具有激励一致性是提高对等网络 系统服务整体可用性需要解决的重要问题。 1 3 2w e b 服务搜索和选择 w e b 服务搜索技术是w e b 服务系统架构中的重要组成部分，它用于从可复 用的服务中以及从互联网上快速准确地找到用户所需要的服务，有助于实现企业 和行业异构系统的集成和快速实现灵活的业务流程。目前的w e b 服务搜索存在 一些问题：首先是语义信息不足和依赖关键字匹配容易造成查找精确度不够，缺 乏服务描述和灵活有效的服务匹配算法，难以保证服务发现的性能和质量。其次 是集中式的服务搜索机制很难提供动态的服务发现并且本身具有单点失效和性 能瓶颈等缺点。针对这些问题，国内外开展了分布式语义w e b 服务研究。针对 语义信息不足的问题通过应用领域本体实现了基于语义扩展的服务搜索【2 9 】，在搜 索算法中进行了语义扩展，使得对服务语义的计算更加全面和准确；针对集中式 服务查询服务器的不足提出了基于对等网络技术的分布式解决方梨3 0 , 3 1 ，使用服 务分类或元数据构成语义叠加网络进行服务请求的路由，实现分布式的动态服务 搜索。 分布式语义w e b 服务发现为面向服务计算中的后续环节，如服务选择等工 作提供了支持。服务选择是w e b 技术中的重要一环，按照执行选择的依据，服 务选择分为两类：一类是基于功能的w e b 服务选择，即根据所需要的操作( 即 功能) 内容从多个服务当中选择合适的服务以满足在功能上的需求：另一类是基 于q o s 的w e b 服务选择，即根据所需要的q o s 从多个服务当中选择合适的服务 来满足服务整体q o s 的要求。 基于q o s 的w e b 服务选择问题是目前w e b 服务选择领域的研究热点之一， 国内外的研究组织在这个领域开展了相关的研究工作。目前基于q o s 的服务选 择问题的研究分为两大类：基于q o s 语义的服务选择和基于q o s 属性计算的服 务选择。 文献【3 2 】对w e b 服务的q o s 属性的语义进行了研究，引入了一个称为 天津大学博士学位论文基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 ”w s q o s ”的方法来对w e b 服务进行有效的、动态的选择。文献 3 3 】建立了一种 基于q o s 语义进行服务选择的方法，扩展了u d d i 注册中心的功能，建立了一 个服务仓库和一种新的查询和操作语言。文献 3 4 1 也是通过定义服务所具有的 q o s 属性实现对具有相同或相似功能服务来进行选择的。文献 3 5 进行了基于智 能代理利用w e b 服务的q o s 属性进行动态服务选择的研究，将w e b 服务系统进 行了扩展，从而提供了基于q o s 属性的w e b 服务动态选择能力。基于w e b 服务 的q o s 本体的方法无法实现对整个服务组合的选择，也就是说无法基于单个w e b 服务的q o s 本体对w e b 服务组合进行选择。因此，基于q o s 语义的w e b 服务 选择方法不适于解决基于全局q o s 限制的服务选择问题。 通过建立q o s 属性矩阵进行q o s 计算是一种具有代表性的q o s 属性计算方 法，文献 3 6 建立在q o s 属性矩阵定义与计算的基础上，计算各个w e b 服务的 综合q o s 值，并且根据这个计算值对各个w e b 服务排序。文献 3 7 ，3 8 基于q o s 属性矩阵，提出了局部优化算法与全局优化算法。 3 8 实现了全局优化算法，并 对所提的两个算法进行了比较，得出两个算法适合的不同场景。 1 3 3 对等网络信任模型 对等网络是以人为中心的网络，与社会网络具有同构性。信任是社会网络中 人与人之间的核心关系，基于信任的对等网络与人类社会网络具有很多的相似 性，具体体现在以下方面【3 9 】： ( 1 ) 网络中个体之间的交互会为彼此留下“信用信息。 ( 2 ) 个体对交互对象具有充分的选择权利。 ( 3 ) 个体往往不看重绝对的可靠性或服务质量，即个体可以忍受少量错误 的选择带来的损失。 ( 4 ) 个体有义务为网络中的其他个体提供推荐信息。因此，可以利用信任 关系刻画对等网络中节点之间关系。 由于对等网络分布自治的特点，对等网络中的信任关系很难依赖于可信的第 三方，传统的广泛应用于电子商务环境中的基于p i g 的信任系统并不适合对等网 络环境。 目前对等网络中的信任系统都是基于反馈信息的，可分为全局信任模型和局 部信任模型。全局信任模型可分为两类：一类 4 0 , 4 h 是根据节点获得的正面反馈和 负面反馈的数目，进行简单的算术运算，得出节点的全局可信度。该方法计算简 单易理解，但无法处理节点给出的不公正反馈，容易受到恶意节点的联合欺诈攻 第一章绪论 击。另一类【4 2 斟】是通过对信任传递链上的信任值重复迭代来计算网络中节点的信 任值。这种方法需要节点之间合作处理信任信息，计算和通信开销都较大。现有 关于对等网络的信任模型大多是基于共享信息的局部信任模型【4 5 4 7 1 。在基于共享 信息的局部信任模型中，共享信息的获取有两种途径：一种是通过向其他节点洪 泛信任请求获得，该方法的可扩展性较差。另一种通过采用d h t 机制的p 2 p 存 储系统如c h o r d 【l 们、p g i r d 2 4 1 等获得，这种方法不适合于节点频繁加入和离开系 统的对等网络系统。通过对大量的对等网络应用系统网络监测表明，节点只对文 件共享系统中的部分内容感兴趣，而节点的兴趣也表现出聚簇的特础4 8 1 。此外， 物理网络相近的节点，感兴趣文件内容相似性也偏大【4 9 】。因此，利用这种特征来 组织对等网络更能够有效的提高对等网络的性能，建立可靠的信任关系。 1 4 本文的主要工作 综上所述，本文研究对等网络中的w e b 服务发现与选择问题。从自适应对 等网络拓扑构造、w e b 服务的搜索匹配与选择以及信任模型三个方面，有针对性 地展开深入研究。本文的主要工作包括： ( 1 ) 利用w e b 服务的语义进行分类，利用网络节点位置信息并基于节点的 互惠能力构建基于群组的语义覆盖网络，根据w e b 服务的语义在对等网络之上 构建多个语义覆盖网络，在每个w e b 服务语义覆盖网络中，形成以群组为结构 的网络体系架构。在进行w e b 服务部署时，充分考虑节点构造拓扑的理性，即 系统节点只愿意与能为其带来利益的节点建立连接，基于节点提供服务的能力和 推荐服务提供者的能力定义了节点的互惠能力，使得具有互惠关系的节点能够充 分建立连接。同时，在进行节点分组时还充分考虑p 2 p 底层网络的物理拓扑，考 察节点的位置信息。该机制在一定程度上减小了对等网络中资源查找的开销，增 强了对等网络的可扩展性，可以提高对等网络的效率。 ( 2 ) 提出了基于语义的对等网络w e b 服务搜索模型和多维服务质量的决策 模型。详细描述了语义搜索层和对等网络层的接口及功能，通过将语义搜索层和 对等网络层分离，可以提供更灵活的搜索功能。通过沿途语义描述符缓存机制， 可以在节点的语义子空间中聚集语义上相近的w e b 服务的语义描述符，增大了 搜索成功概率，进一步提高搜索的性能。在进行w e b 服务选择时，建立多维服 务质量的决策模型d q o s ，并给出多种赋权模式。主客观结合的赋权模式克服了 单纯使用主、客观赋权模式的片面性，既体现主观的偏好又反映服务质量属性值 天津大学博士学位论文 基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 的真实性，为选取优质w 曲服务和筛选劣质w e b 服务提供依据。 ( 3 ) 提出了基于群组的信任模型，以解决大规模对等网络中节点之间由于 兴趣的不对称发生重复交易的可能性较小而导致节点之间难以直接建立信任关 系，使得网络容易受到恶意节点的攻击的问题。将信任关系划分为群组之间的信 任关系、群组与节点之间的信任关系和节点之间的信任关系三个层次。节点利用 本地信任信息或有限时间内可获取的所属群组的推荐信任信息确定特定节点的 信任值。该信任模型能够有效识别恶意节点，根据响应者的信任值进行w e b 服 务获取源选择使对等网络中合作节点在不同的恶意节点攻击模式下具有较高的 成功请求率和节点满意度。 第二章w e b 服务与对等网络技术 第二章w e b 服务与对等网络技术 w e b 服务技术为网络环境下不同管理域的应用和资源的共享、集成提供了基 础【5 0 】，已成为网络化软件设计开发的热点研究问题。 本章讨论w e b 服务和对等网络一些相关的基本概念和研究成果。首先系统 介绍了w e b 服务技术，主要从w e b 服务的概念、w e b 服务架构和w e b 服务相关 技术方面等方面进行分析，重点讨论了w 曲语义技术。其次介绍了p 2 p 技术， 包括对等网络技术的发展、对等网络的分类，分析了结构化对等网络研究存在的 问题。在此基础上，提出了面向w e b 服务的对等网络系统，为进一步研究对等 网络中的w r c b 服务选择奠定基础。 2 1w e b 服务简介 2 1 1w | e b 服务概念 随着互联网的发展，我们正在进入一个崭新的计算时代即由互联网实现的时 代，w e b 服务作为一种新的分布技术正成为i n t e m e t 上的主流技术。以w e b 服务 为代表的软件服务及软件服务协同已成为开放协同的网络环境下一种典型的 i n t e m e t 应用形态。尤其是将传统业务设计成可重用的和柔性的w e b 服务组件， 通过松散交互、按需组合实现商务活动，更为w e b 服务提供了广阔的应用前景。 与现有的组件技术相比，w e b 服务不需要专用的协议，它可以使用任意的、 与提供商无关的通讯协议，例如超文本传输协议h t t p 和x m l 等。w e b 服务通 过接口能够复用，并屏蔽服务的实现过程。 w e b 服务可以定义为松散耦合的、可复用的软件模块，封装了离散的功能， 在i n t e r n e t 上发布后能够通过标准的i n t e m e t 协议在程序中访剐1 1 。从技术的角度 来看，w e b 服务也可以被认为是一种部署在w e b 上的对象，因此它具有对象技 术所具有的优点，同时w e b 服务以x m l 为基础，具有更好的开放性。w e b 服务 的特点： ( 1 ) w 曲服务有普遍性。w 曲服务使用h t t p 和x m l 进行通信，因此任 天津大学博士学位论文基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 何支持这些技术的设备都可以拥有和访问w e b 服务。 ( 2 ) w e b 服务是自描述的。w e b 服务本身包含了可读性w e b 服务，其他开 发人员可以方便地集成已有的服务。 ( 3 ) w e b 服务是可查找的。在整个w e b 服务体系架构中，存在一个比较简 单的机制来发布服务和让使用者发现服务并定位服务。 ( 4 ) w e b 服务是可以互操作的。w e b 服务通过s o a p 实现相互间的访问， w e b 服务可以与其他w e b 服务进行交互，而不必考虑w e b 服务的实现语言和运 行环境。 ( 5 ) w e b 服务使用标准协议。由于w e b 服务使用w s d l 、u d d i 等规范， 使得w r c b 服务接口更加规范并且易于理解。 ( 6 ) w e b 服务具有可集成能力。由于w e b 服务采取简单、易理解的标准 w e b 协议作为组件界面描述和协议描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异。 无论是c o r b a 还是d c o m 都可以通过这一标准协议进行互操作，实现了在当 前环境下最高的可集成性。 ( 7 ) w e b 服务具有良好的封装性。w e b 服务是部署在网络上的对象，具备 对象组件自然具有的良好封装性。对于使用者而言，应尽可能看到该对象提供的 功能列表和调用规范。 2 1 2w e b 服务架构 w 曲服务的体系结构是基于三种角色( 服务提供者、服务注册中心和服务请 求者) 之间的交互，涉及到发布、发现和绑定三种操作。这些角色和操作一起作 用于w e b 服务构件、w e b 服务软件模块及其描述5 1 1 。w e b 服务的体系结构如图 2 1 所示。 服务请求者服务提供者 图2 1w e b 服务体系结构 第二章w e b 服务与对等网络技术 服务提供者定义了w e b 服务的服务描述，并把它发布到服务请求者或服务 注册中心。服务请求者使用服务发现操作从服务注册中心搜索服务描述，然后使 用服务描述与服务提供者进行绑定，并调用相应的w e b 服务，实现与之交互。 注册中心是可搜索的w e b 服务描述注册中心，服务提供者在此发布他们的服务 描述，服务请求者在此查找需要的服务。 w e b 服务结构中，首先由服务提供者创建或包装业务应用，通过标准的格式 描述对外提供的服务接口，并将接口信息发布到服务注册库中。服务注册库包含 服务提供者的基本信息( 例如服务提供者的地址、联系方式) 以及服务的技术细 节等信息；其次，服务请求者从服务注册库中检索服务信息；第三，服务注册库 将符合请求者要求的服务信息返回；第四，请求者根据返回信息，绑定并激活实 际w e b 服务。 w e b 服务结构是松耦合的、面向服务的s o a ( s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ， 面向服务的架构) 结构，为了在不同平台、不同编程语言下实现应用的交流， w e b 服务的发布、查找、绑定都需要基于标准来实现。 w e b 服务的系列协议标准或规范及其关系如图2 2 所裂5 2 1 。 l 通信层 l l m 口，s m t p ，f t p ，j m s ，h o p l 图2 2w e b 服务协议栈 由图2 2 可以看出，各协议基于x m l 【5 3 】( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 系 列标准( 包括x m l 、d t d 5 4 1 、s c h m a 5 5 】等) 定义。协议栈中通信协议为消息传 输基础，常用的协议包括h t t p 5 6 1 、s m t p y 7 】等。基于基础通信协议，w e b 服务 利用基于x m l 的简单对象访问协谢5 8 】( s o a p , s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 进行消息传递，s o a p 及其扩展协议为服务请求者与提供者之间提供了安全、可 靠的消息传递基础。w e b 服务描述语言【5 9 】( w s d l ，w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n 天津大学博士学位论文 基于对等网络的w e b 服务选择机制研究 l a n g u a g e ) 使用x m l 格式来描述w e b 服务提供的方法，包括输入参数、输出参 数、数据类型以及传输协议(