（计算机应用技术专业论文）web服务组合关键技术研究.pdf

摘要 随着计算机网络技术和应用的迅猛发展，人们对互联网的需求也进一步提高，希望互联 网能够有效地提供他们所需的各种服务计算机网络及其应用的研究重心呈现出向应用层延 伸的特征。未来的下一代网络将是一个面向用户的、以服务为中心、具有q o s 使能的网络，可 以提供丰富多样的服务，具备服务定制和管理的功能。在应用领域，经济竞争的加刷需要企业 能够对市场和用户需求的变化快速反应，这要求企业应用能够利用已有资源，在新的i n t e r a c t 环境下根据用户的新需求，整合出符合要求的、有效的新服务，这已经成为一个迫切需要得到 解决的问题。服务组合问题的提出是应用需求驱动的结果。 当前正在迅速发展的是基于w e b 标准的服务组合，该方法被广泛用来改进企业软件系统 的敏捷性，灵活性和可用性。在新的面向服务的应用环境中，在业务需求驱动的促使下，以 w e b 服务方式进行的，有服务质量确保的w e b 服务组合已经成为w e b 服务领域研究的重点。 在w e b 服务组合研究领域，相关研究已经展开，但是在对w e b 服务协作流程中每个节点 上的服务选择如何确保全局服务质量问题方面还研究甚少，同时在对服务组合方案的评价优 化问题方面尚无相关研究，这两方面的薄弱影响了w e b 服务组合的广泛应用。如何较为圆满 的解决以上问题还是一个崭新的研究课题。 论文首先综述了服务组合相关研究领域的研究现状，对相关基本概念、术语进行了统一 和定义。随后，集中研究w e b 服务组合的更为通用和全面的描述，提出了一个开放的、具有可 扩展性和可伸缩性的w e b 服务组合模型：包括了一个通用和统一的抽象框架模型，以此作为 开展服务组合其他部分研究工作的基础；以及一个灵活可扩展的q o s 组合模型，提供对服务 质量确保机制的支持。基于上述在服务组合模型方面的研究成果，论文提出了一个具有q o s 保证的服务选择算法s s i p ，将服务选择问题抽象成整数规划问题，利用多目标规划技术得到 相关的质量约束，最终得到结合多目标规划和整数规划的服务选择算法。然后，基于层次分析 法和网络计划方法，论文研究了对多个组合方案进行评估优化的最优化算法p l a n e o ，提供在 多维q o s 参数空阔下对多个可行方案进行评价和优化的通用方法。另外，论文还设计实现了 服务组合原型系统，提供了对以上模型和算法的验证和检验，同时系统也可以投入到制造业、 服务业等应用领域，解决实际的服务组合问题。最后，总结全文研究工作，进行了研究展望。 通过有机的综合应用相关多学科的理论和方法，论文对w e b 服务组合问题进行了合理的 分析建模，建立了更为通用和灵活的服务组合框架模型和q o s 组合模型。更进一步的，论文 对服务选择问题和方案评价优化问题开展了深入研究，对这两个问题进行了有效地描述和求 解，提出了服务选择算法s s 口和评估优化算法p l a n e o 同时，论文设计和实现了支持以上 模型和算法的服务组合原型系统论文对w e b 服务组合问题及其关键技术的研究很好的顺应 了企业应用需求和计算机网络技术两方面的发展趋势，研究工作和成果有机的综合应用了多 学科领域知识完善了已有研究井特别弥补了在q o s 方面的不足，具有较高的理论指导意义， 能够对当前的w e b 服务组合研究提供有益的推进作用；同时，论文提出的w e b 服务组合系统 提供了服务选择算法和方案评价优化算法，具备较高的实际应用价值，拥有广阔的应用前景 东南人学博士学位论文 关键词：w e b 服务，w e b 服务组合，服务质量，运筹学，语义学 一一 a b s 仃a c t w i t ht h em u s h r o o mo ft h en e t w o r kt e c h n o l o g ya n di t sa p p l i c a t i o n ，u s e r sr e q u i r e m e n t sw e r ee n h a n c o d t h u s ，v a r i o u ss e r v i c e sw h i c hw e r ea b l et os a r i s f ya 1 1r e q u i r e m e n t se f f e c t i v e l yw e r ee x p e c t e d t h ec e n t e ro fg r a v i t yf o rt h en e t w o r kr e s e a r c hh a sb e e ne x t e n d e dt ot h ea p p f i c a t i o nl a y e ri nn e t w o r k t h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ki nt h ef u t u r ew o u l db eau s e r - o r i a n t o d q o s a s s u r e dn e t w o r kw h i c hf o c u s e s o ns e r v i c e i tw o u l dp r o v i d eal o to fv a r i o u ss e r v i c e sa n dh a st h ea b i l i t yt oc u s t o m i z ea n dm a n a g et h e s e s e r v i c e s i no r d e rt oe n h a n c ec o m p e t i t i v ep r e p o n d e r a n c ea n da d a p t a b i l i t y , e n t e r p r i s e ss h o u l de n h a n c e t h e i ra g i l i t ya n df l e x i b i l i t yi nr e s p o n s et oc u s t o m e r sa n dm a r k e t sn e e d s ， t h eb u s i n e s ss o f t w a r es y s t e ms h o u l dh a v et h ea b i l i t yt oc o m p o s ec o n g r u o u sa n da v a i l a b l en e ws e r - v i c e s ，b a s e do nt h en e wr e q u i r e m e n t s 证t b eb e wi u t e r a e te u v i x o i a m e n l ，u t i l i z i n gt h o s el e g a c yr e s 0 4 y c e $ ， t h i sh a sb e c o m eac h a l l e n g i n gp r o b l e mn e e d i n gt ob er e s o l v e di m m i n e n t l y t h ep r o b l e mi st h er e s u l to f d e m a n d d r i v e n w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nt w s c ) w h i c hi sg r o w i n gr a p i d l yc o u l db ea l le x c e l l e n ta p p r o a c ht o a c h i e v ea l lt h e s eg o a l s i ts u p p o r t sb u s i n e s sa g i h t y , f l e x i b i h t y , a n da v a i l a b i l i t y t h em a i nf e a t u r e si ne - b u s i n e s s s o f t w a r e i n t h e n e ws e r v i c e o r i e n t e d a p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n t , u n d e r t h e b o o s t o f r e q u i r e m e n t s d r i v e n ，w s cw i t hq o s a s s u r e dh a sm i n e di n t oap r i m a r yr e s e a r c hf i e l di nw e bs e r v i c e s i n t h e p a s t f e w y e a r s ，m a n y i s s u e s h a v e b e e na d d r e s s e d i 【l e a c h n o d e o f w s c p l a n ( p r o c e s s f l o w ) ； t h e r ee x i s tl o t so f w e bs e r v i c e sw i t ht h es a m ef u n c t i o n h o wt os e l e c tar i g h to n ee x a c t l yi nq o sv i e w ? r e l a t e dr e s e a r c hh a ds o m ed i s a d v a n t a g e si nt h i sp r o b l e mn a m e ds e r v i c es e l e c t i o n o nt h eo t h e rh a n d s ， w i t ht h eg l 【o b a lw e bs e r v i c e sm a r k e t ，t h e r ee x i s tan u m b e ro fw s cp l a n ss a r i s f y i n gf u n c t i o n sr e q u i r e - m e n t s t h o s ep l a n sp r o v i d ed i f f e r e n tq o s h o wt ov a l u a t eo ro p t i m i z et h e mi nq o sv i e w ? h e r e t o f o r e ， t h e r eh a v en o ts o m ew o r k so np l a nv a l u a t i o n o p t i m i z a t i o n w e a k n e s si nt h e r et w oa s p e c t sh a m p e rt h e w i d ed e p l o y m e n to f w s c h o wt or e s o l v et h e s ei s s u e si d e a l l yi sa l lo p e np r o b l e m f i r s to fa l l ，t h i sp a p e rd e f i n e st h eb a s i cn o t i o n ，s u m m a r i z e st h ei n i t i a lr e s e a r c ha n dt h ea c t u a l i t y i nr e l a t e dd o m a i n s s e c o n d l y , ac o m m o na b s t r a c tf r a m e w o r km o d e la n daq o sc o m p o s i t i o nm o d e la r e d i s c u s s e di nd e t a i l w i t ht h ep r o d u c t i o ni nm o d e la s p e c t , b a s e do ni n t e g e rp r o g r a m m i n g ( i p ) a n dm u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o n ，as e r v i c es e l e c t i o na l g o r i t h mn a m e ds s i pi sp r e s e n t e d s u b s e q u e n t l y , p l a n e v a l u a t i o n o p t i m i z a t i o ni sc o n s i d e r e da n dr e s o l v e db yp l a n e oa l g o r i t h m ，b a s e do na n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ( a h p ) a n dn e tp l a n f u r t h e r m o r e ，ap r o t o t y p es y s t e mi sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt ov a l i d a t e a b o v em o d e l sa n da l g o r i t h m s ，髓l i sp r o t o t y p es y s t e ma l s oc o u l db ed e p l o y e di n t os o m er e a la p p l i c a t i o n f i e l d s f i n a l l y , ac o n c l u s i o ni sp r e s e n t e d ，a s s o c i a t i n gw i t hs o m ee x p e c t a b l et r e n d s b a s e do nu t i l i z i n gs o m et h e o r i e sa n dm e t h o d si nr e l a t e df i e l d s ，w er e s e a r c h e do nt h ea n a l y s i sa n d m o d e l i n go fw s c a n dp r e s e n t e dt w om o d e l s ( a b s a c tf r a m e w o r km o d e la n dq o sc o m p o s i t i o nm o d e l ) w h i c ha r em o cg e n e r a la n df l e x i b l e t h e nw et o o ka ni n - d e p t hs t n d yi ns e r v i c e ss e l e c t i o na n dp l a n v a l u a t i o n o p t i m i z a t i o n ，a n dc o n t r i b u t e dt w oa l g o r i t h m s ( s s l pa n dp l a n e o ) f u r t h e rm o r e ，ap r o t o t y p e 一1 1 1 一 东南人学博士学位硷文 s y s t e mw h i c hs u p p o r to u rp r e v i o u sr e s e a r c hw a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d o u rr e s e a r c ha c c o r d sw i t h t h et r e n do fb u s i n e s sa p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t sa n dn e t w o r kt e c h n o l o g y p r o d u c t t o n si n t e g r a t ew i t hs o m e t h e o r i e sa n dm e t h o d si nr e l a t e df i e l d s ，i m p r o v ec u r r e n tr e s e a r c ha n do v e r c o m ed i s a d v a n t a g e si nq o s v i e we s p e c i a l l y p a p e rh a ss i g n i f i c a n c ei n t h e o r ya n dh a st h ea b i l i t yt ob o o s te x i s t i n gw s c r e s e a r c h v a l u a b l y o u rw s cp r o t o t y p es y s t e mp r e s e n t st w oa l g o r i t h m s ( s s i pa n dp l a n e o ) i th a sap r a c t i c a l a p p l i c a t i o nv a l u ea n db r o a dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e s ，w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) ，o p e r a t i o n a lr e s e a r c h ， s e m a n t i c s 表格 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 w e b 服务组合实例，。， w e b 服务o o s 参数定义 w e b 服务q o s 参数的组合定义 w e b 服务q o s 参数的分类法 相关研究比较 4 1 q o s 矩阵，。， 4 , 2q o s 参数的取值方法， 4 3 用例数据， 5 1 待选方案， 5 - 2 l _ 9 比例标度， 5 , 3 z - f 矩阵。，。， 5 4 f - q 矩阵 5 5 q - p 矩阵，。 5 , 6 平均随机一致性指标肼取值 5 7 层次总排序 5 ，8 各方案q o s 能力， 5 9 判断矩阵， 5 1 0q - p 矩阵，。， 5 1 1 层次总排序例 5 ，1 2 实际取值， 6 1 模块问消息说明表 6 2 有向无环图数据三元组结构 6 , 3 执行监控模块消息说明表， 强舛拍拍叭 甜铂弱 以让珏”乃盯盯趴跎驼 跗跖虬 插图 1 1w e b 服务组合应用场景， 2 1 面向服务计算s o c ， 2 2 w e b 服务体系结构。， 3 1 w e b 服务组合抽象框架模型 3 2 w e b 服务组合实例， 4 1 分支定界法示意匿 4 , 3s s i p 选择算法过滤前后的时间比较 4 4 价格效果， 45 安全效果 4 6 可用度效果。 4 7 用例流程结构， 4 ，8 性能比较。 4 9 用例流程结构( s s i pv s 穷举) ， 4 ，l os s 一口v s 穷举法的性能比较， a h p 递阶层次结构 执行流程到网络图 q o s 分层本体， 目标函数分层结构， 服务组合总分层结构 优化测试1 ， 优化测试2 优化测试3 ， 组合评估a h p 示例 子模块序列图，7 ， 有向无环图d a g 规划设计模块， 功能求解。，。，。，。，。 执行监控模块序列图， 一x i 一 4 9 m 拍弛 诣”弱勰毋趵 的醯孔n鲫舳 驺舶趵黔虬 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 2 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方井，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：2 曼垒堡日期：垒生旦鱼：2 ：2 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和 借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理 繇】刍眨邑一名厕 r if 绻雌 , y i 。， 第一章引言 过去的几十年，计算机网络技术得到了迅猛的发展，特别是w e b 技术的发明，使得互联 网产生了质的飞跃，已经被广泛应用于各个领域，在国民经济和国防安全等各个方面产生了 愈来愈显著的作用，业已成为全球商业和信息基础设施。 人们对互联网的需求正进一步提高，已经不再只关注网络连接功能，而是希望互联网能 够有效地提供他们所需的各种服务，各种新型的网络应用层出不穷。技术的不断创新和变革， 为各种网络应用的发展奠定了基础，促使计算机技术及其应用的研究发生着重心的迁移，研 究的重心呈现出向应用层延伸的特征。现代网络面临的问题可以归结为服务定制、资源控制 和用户管理三大类【i 】。下一代互联网体系结构必须能系统全面地解决这些问题，必须是具备 有效的服务定制、资源控制和用户管理能力的高性能网络体系结构 可以看到，网络的研究重点从网络层系统互联向应用层服务集成的迁移已成为必然，未 来的下一代网络将是一个面向用户的、以服务为中，t 5 、具有q o s 使能的网络，可以提供丰富 多样的服务，具备服务定制和管理的功能。 在较早的8 0 年代后期，m a r t y t c n c n b a u m 针对i n t e m e t 提出了“服务之海( s e a o f s e r v i c e s ) ” 的概念，而现在我们更多面对的是w e b 服务，先前的服务之海已经进化为现在的”w e b 服务 之海”在这个新兴的领域，正在有大量信息业内的主要厂商加入进来，这促成了一个快速增 长的全球w e b 服务市场。已经成为当前商业应用中发展最快的部分之一 在应用领域，随着世界经济的不断发展以及w t o 进程的不断加大，经济的全球化成为大 势所趋，这导致了全球经济的竞争不断加剧。企业要在这种激烈的市场竞争中生存下去并要 取得不断的进步，必须能够对客户需求、市场机遇以及外部竞争的不断变化做出快速而灵活 的响应这种响应应该是及时的、可变的、有弹性的。当前企业已经拥有大量的各种信息系 统，如何更好的保护企业的先前投资，利用这些已有资源，在新环境下根据用户的新需求，整 合出符合要求的、有效的额服务，这已经成为一个迫切需要得到解决的问题。 当前正在迅速发展的是基于开放标准特别是w e b 标准的服务组合，由于w e b 服务拥 有服务之间松散耦合的显著特性，从而可以利用一系列服务构件有效地创建新的服务，该方 法被广泛用来改进企业软件系统的敏捷性、灵活性和可用性。在新的应用环境中，在业务需 求驱动的促使下，以开放的w e b 服务方式进行的、有服务质量确保的w e b 服务组合已经成为 w e b 服务领域研究的重点。 在这个广阔的w e b 服务市场之中，既有在多方协同参与的环境下，因为利益上的一致性 所要求的协作，以便一起来满足用户对业务的需求：又有当多个服务提供商提供相似服务时， 由于相互利益冲突引起的竞争，由用户根据他们各自提供的服务的质量、第三方的评价以及 自己的个人体验来自主进行的选择。这也充分体现了c l a r k 的“扭斗( t u s s l e ) ”思想【2 】 东南人学博士学位论文 1 1 应用背景 企业已经大量的采用了信息技术来帮助他们自动化的处理业务，以在获得更快的业务执 行速度和更高的生产效率的同时，大幅降低成本。每一个信息系统都提供了具有特定业务价 值的分散的功能。然而，要想使得公司内部系统、外部的其他联盟企业系统以及客户系统能够 使用它们的功能，这些分散的系统就必须能够集成。信息集成存在着四个不同的层面：企业 内，系统内；企业内，系统问；联盟内，企业间；联盟间，企业问 3 。企业内服务集成也一般称 作企业应用集成( e n t e r p r i s e a p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o n ，e a i ) ，企业间的集成则对应了当前正迅猛 发展的电子商务中的b 2 b 模式。为了更好的适应现实分布异构的应用环境以降低成本和提高 可用性，不同的层面需要不同的体系、不同的技术、不同的标准。 以制造业为例，“网络化制造”根据当前国际制造业发展趋势和我国基本国情，吸收敏捷 制造的思想，刨新地提出来的我国制造业发展的战略模式，是我国继c l a m s 和并行工程之后提 出的具有中国特色的先进制造技术。它对我国传统制造业在网络经济时代实现经营管理理念 转变，技术创新和产业升级，提高制造企业竞争力，发挥区域性行业经济的整体优势和整体竞 争力方面，具有重要的作用。当前制造业的生产经营战略面向更广的市场，快速灵活地组织和 利用各种分布的、异构的制造资源，谋求企业内，间的各种合作，快速响应市场机遇，在激烈的 市场竞争中求得生存和发展。因此网络化制造的出发点之一就是通过促进不同企业的制造系 统之阃的互操作，加强企业间相互交流和合作，共同发展，共同发掘市场机遇，在激烈的市场 竞争中求得生存与发展。 节奏快捷的社会与市场运作，为现代企业带来了面对瞬息万变的市场需求以及应对突发 事件等问题的强大压力，组织内和组织闯信息的互连互通、应用集成也因此成为提高竞争力、 适应力的关键。企业i t 架构中单个应用程序是无法包容业务用户的各种需求的，即使是一个 大型e r p 解决方案，仍然不能满足这个需求的不断膨胀和变化。当前，在信息化建设项目中， 服务增值已经成为一种赢得市场和商机的竞争能力，增值服务成为软件商重要的获利点。 经济竞争的加剧和市场的扩大需要企业能够对市场和用户需求的变化快速反应，这要求 企业应用系统能够利用已有的服务来动态组合出新的服务。服务组合问题的提出是应用需求 驱动的结果。 围绕这一问题，不少技术应运而生。早期有在对象级别的重用，随后有构件级别的组合， 当前正在迅速发展的是基于开放标准特别是w e b 标准的服务组合。由于w e b 服务拥有松 散耦合的显著特性，从而可以利用一系列服务构件有效地创建新的服务，该方法被广泛用来 改进企业软件系统的敏捷性、灵活性和可用性。 当前，在新的应用环境中，在业务需求驱动的促使下，以开放的w e b 服务方式进行的、有 服务质量确保的w e b 服务组合已经成为w e b 服务领域研究的重点。 w e b 服务组合的受益者不仅仅是增值服务的提供商：他们可以利用已有的一些服务组合 出新的定制服务：服务的消费者同时也会得到相应的收益：不仅可以得到按需定制的服务，在 未找到合适服务的场合，也可以利用w e b 服务组合系统对现有服务组装，充分利用这些已有 功能，满足自己特殊的要求。 一2 一 第一室引言 1 2 论文研究的关键问题 应用的复杂性带来了相应的w e b 服务功能的多样性，因此，建立更高层次的关于安全性、 业务流程自动化及服务级别的标准等问题是各个标准化组织面临的难题，在这些方面的发展 依旧还远未成熟，各种议题仅仅提出了或正在提出一些推荐标准和草案。各种技术也正在不 断的竞争和融合之中。 当前，w e b 服务领域相关的研究问豚主要有：面向服务应用的新型体系结构；服务的抽 象虚拟化和即时组合：服务的选取、匹配和替换算法；服务质量；根据智能化、自动化和高效 性的要求，怎样利用语义和本体论；如何进行高效的服务质量管理，以满足用户提出的服务请 求等等【”。 具体在服务组合方面，需要解决以下几个主要问题：怎样定义组合服务基本组成之间的 逻辑及时序关系；怎样实现相互问的动态交互、协调及状态保持，以保证执行的有序性；怎样 验证和测试组合w e b 服务。以确保执行结果的正确性；如何根据客户的质量要求，提供合适 的w e b 服务及其流程；服务提供者如何提供高效的服务，以提高皂己在w e b 服务市场上的竞 争力，同时又可以有效的利用自身资源；建立怎样的代价模型以评估w e b 服务组合的效果， 如何权衡各个影响因素，使得系统的组合效果总体最优等。 在w e b 服务组合研究颁域，相关研究已经展开，但是在对w e b 服务协作流程中每个节点 上的服务选择如何确保全局服务质量问题方面还研究甚少。同时在对服务组合方案的评价优 化问题方面尚无相关研究，这两方面的薄弱影响了w e b 服务组合的广泛应用。如何较为圆满 的解决以上问题还是一个崭新的研究课题，具体如下： w e b 服务组合模型的研究针对w e b 服务组合问题。研究w e b 服务组合的更为通用和全面的 描述方法，提出一个具有可扩展性、可伸缩性、开放的支持动态服务缀合的w e b 服务组 合模型。 服务组合框架模型研究：从软件工程的角度考虑，对w e b 服务组合的全面研究涉及 到从分析建模、设计、开发、运行等组合软件的整个生命周期。其中，一个通用和 统一的框架模型是开展服务组合研究工作中其他部分的基础，其的构建理念将对具 体的相关研究起着重要的指导作用。 服务组合q o s 模型研究：w e b 服务在服务市场上的竞争力主要体现在它所能够提 供的服务质量保证。同时，为了在组合流程中选择合乎需求的w e b 服务，也需要 对w e b 服务及其组合的q o s 展开研究。传统q o s 的研究工作主要集中在网络层上， 当前对应用层q o s 的研究尚起步未久，在w e b 服务组合方面的具体体现涉及到了 对w e b 服务q o s 和组合服务q o s 的描述、分类、q o s 参数的语义表示、无量纲处 理等问题的研究 服务选择问题如图1 1 所示，与真实的商品市场相似，w e b 服务市场上也不可避免的存在着具 有相似或相同功能的相互竞争的多个w e b 服务，他们具有不同的服务质量。本部分研究 如何基于服务组合的功能流程，根据客户总的服务质量要求，在每个流程节点上选择一 个恰当的w e b 服务实例来组成最终的执行流程。 方案评价优化问题依托广阔的全球w e b 服务市场，通过w e b 服务组合得到的可行结果一般 会有多个，他们在多个q o s 参数上各有优劣。本部分研究对多个w e b 服务组合可行方 一3 一 东南人学博士学位论文 案进行评估的算法，根据用户的预定目标和策略，在多维参数空间中选择恰当的组合方 案，并根据时闻参数进行优化。 针对这些问题，论文旨在首先提出服务组合问题的模型描述、然后提供一个有服务质量 保证的服务选择算法以及相关的组合评价优化算法。 w s ：o r l ej n s t a n c eo f w e bs e r v i c e 陶1 1w e b 服务纰合应用场景 1 3 论文主要内容及组织 为完成以上研究目标，论文将在以下几章展开具体研究工作，论文主要内容安排如下。 第二章将主要介绍相关的研究领域以及当前研究现状。该章首先对服务组合领域的相关 基本概念进行定义。然后概述该领域的早期研究，详细从工作流程、构件组装和形式化这三个 典型的研究方向对当前的研究进行了分类介绍。随后总结应用对w e b 服务组合的具体需求， 详细讨论影响服务组合效果的两个关键问题：q o s 和语义。 第三章主要围绕w e b 服务组合模型展开研究。通过对现有服务体系结构、协议栈以及相 关规范的深入研究，在建立一个支持动态服务组合的w e b 服务组合模型方面展开论文的研 究。本章提出一个更为通用的抽象框架模型，对其组成部分进行详细说明，并对涉及到的核心 问题展开探讨：同时针对服务组合中重要的服务质量问题，提出一个灵活可扩展的q o s 组合 模型，提供对服务质量确保机制的支持。 第四章运用运筹学中的整数规划和多目标规划方法，提出一个具有q o s 保证的服务选择 算法s s - i p 。服务组合会存在多个服务质量参数，我们首先将服务选择问题抽象成整数规划 问题，然后利用多目标规划技术，对q o s 参数无量纲化，再进行加权重、分层化或者其他评定 标准的处理，得到相关的质量约束，将这些约束代入到整数规划的方程中，最终得到结合多目 标优化和整数规划的服务选择算法。随后对服务选择算法进行了仿真验证，通过实验测试证 明了该算法的有效性。 一d 一 第一章引言 第五章研究对多个w e b 服务组合可行方案进行评价优化的最优化算法p l a n e o 。功能可行 的组合结果可能会存在多个，该算法首先提供在多维q o $ 参数空间下对多个可行方案进行评 价的方法，同时针对服务质量中极为重要的时间参数提供优化处理的方法本章首先对待解 问题进行一般化的描述，然后通过理论分析建立数学模型随后对算法进行形式化描述，最后 加以仿真验证 第六章讨论原型系统的设计和实现，对以上模型和算法进行验证和有效性检验。借助主 流的开发方法和软件技术。进行w e b 照务组合原型系统的软件设计和实现，结合相关算法的 实现，构建一个较为全面的w e b 服务组合软件系统，以期将其投入到制造业、服务业等具体 的应用领域，解决实际问题。 第七章对论文的研究工作和贡献进行总结，同时分析指出现有工作不足，最后对下一步 的研究工作进行展望。 1 4 论文主要贡献 本文的主要贡献在于将运筹学、语义学中的各种相关方法引入到w e b 服务组合领域中， 解决具体的服务组合关键问题。如何综合利用多学科的理论和方法有效地描述并求解论文 关注的组合关键问题，这是本文面临的主要难点， 本文具体贡献如下： 推出一个通用的服务组合抽象框架模型：服务组合问题的全面解决离不开系统建模、推 理验证、开发、运行监控等方面协调有序的相互促进、共同发展。在服务组合问题中，服务组 合模型作为问题总体解决方案的构建基础。对其他各方砸的深入研究起着重要的指导作用 服务组合领域内模型研究的相关研究还相对较少并且很不全面。本文对相关基本概念进行了 必要的定义，分析相关研究的不足，总结服务组合框架模型的总体要求，依此提出一个更为通 用和全面的组合抽象模型 提出一个可扩展的服务组合q o s 模型：w e b 服务的服务质量已经成为衡量服务竞争力的 主要依据，直接影响到该服务在w e b 服务市场上的成败本文国绕服务组合中韵q o s 问题， 展开了全面的研究，提出了一个具有更高扩展性和灵活性的q o s 组合模型。该模型在扩展丰 富前述组合抽象模型的同时，能够全面支持服务组合中的服务选择算法和评价优化算法。相 比较与其他研究成果，本模型能够更好的提供用户对w e b 服务组合服务质量的多样性要求的 支持，具有良好的可扩展能力。 摇出一个具有服务质量确保的服务选择算法s s - i p ：利用运筹学中的整数规划和多目标 规划方法，提出个具有q o s 确保的服务选择算法。与其他选择算法比较，s s - i p 算法的优点 在于对时间参数的处理和多目标参数效用函数的处理更为金理。q o s 参数中，有一类参数的 计算依赖于组合流程的具体结构( 其中以延迟时间最为代表性，以此说明) ，这类参数在流程 节点每个节点都有多个待选服务实例的情况下，无法得到合适的通用组合算法，最终组合值 是很难求出的。本算法通过将延迟时间推后到评价优化阶段处理，解决了这一问题，算法更为 有效和通用。同时，多q o s 参数下组合目标函数的确定也是一个重要的问题，论文基于效用 理论对此进行研究，确立了更能反映用户主观意愿的效用函数，从雨决繁更能姑近用户需求。 提出了一个通用的组合方案的评价优化算法p l a n e o ：相比较于传统的中间件技术，各种 一5 一 东南人学瞒七学位论文 服务更为直接的面向最终用户，从而各项服务指标种类繁多，相互之间的关系比较复杂，提出 一个相对统一的评价标准较为困难。本文根据用户的预定目标和策略，利用层次分析法对多 维参数进行处理，对多个可行计划进行评价；同时利用网络计划技术，可以在时间参数上对组 合方案进行优化。本算法相对独立于前述的服务组合模型和服务选择算法，支持对经过其他 组合方法求解得到的组合方案进行评价和优化。 设计7 一个全面支持服务组合的原型系统：服务组合相关的各项技术相对较新，发展很 快，各种标准和研究工作的变化也就相对较多，构造一个通用的组合支撑平台有一定难度。 本文通过对相关技术的发展历史、研究现状和进化趋势的详细研究分析，选取当前得到工 业界大力支持、占据发展主流的技术( 如b p e l ) 或者具有优异特性、前景广阔的技术( 如 p y t h o n 、o w l s ) ，构建得到可以全面支持服务组合各个方面的原型系统，对其进行了详细设 计和原型实现，初步验证了组合抽象框架模型和q o s 组合模型的实用性和上述两个组合关键 算法的有效性。 1 5 小结 随着经济竞争的不断加剧和市场的不断扩大，企业必须能够从容应对市场和用户需求的 变化，做出相应的快速反应，这需要底层相关技术和应用环境的支持。当前，在新的应用环境 中，在业务需求驱动的促使下，以开放的w e b 服务方式进行的、有服务质量确保的w e b 服务 组合已经成为网络技术领域研究的重要问题之一。 通过有机的综合应用相关多学科的理论和方法，论文对w e b 服务组合问题进行了合理的 分析建模，建立了更为通用和灵活的服务组合框架模型和q o s 组合模型。更进一步的，论文 对服务选择问题和方案评价优化问题开展了深入研究，对这醒个问题进行了有效地描述和求 解，提出了服务选择算法s s i p 和评估优化算法p l a r t e o 。同时，论文设计和实现了支持以上 模型和算法的服务组合原型系统。论文对w e b 服务组合问题及其关键技术的研究很好的顺应 了企业应用需求和计算机网络技术两方面的发展趋势，研究工作和成果具有较高的理论指导 意义，能够对当前的w e b 服务组合研究提供有益的推进作用；同时，论文的研究也具各较高 的实际应用价值，拥有广阔的应用前景。 一6 一 第二章研究基础 通过分析该领域的研究历史可知，w e b 服务组合是一个跨多种学科的研究领域，涉及了 分布式计算，工作流、软件构件、人工智能和语义本体等多个领域的知识。w e b 服务组合需求 的提出、问题的定义、支撑技术等在不同领域的研究者们的不懈努力下，已经获得了不少的初 步成果。 本章主要介绍相关的研究领域及其研究现状；说明有关基本概念，概述服务组合领域的 早期研究，详细从工作流程、构件组装和形式化这三个典型研究方向对当前的研究进行分类 介绍；随后经过对研究成果的详细分析总结得到应用对w e b 服务组合的具体组合需求，详细 讨论了影响服务组合效果的两个关键问题一一q o s 和语义本体。 2 1 服务与面向服务的分布计算 首先，我们有必要对术语一一服务( s e r v i c e ) 的技术与非技术含义进行讨论。从技术上看， 服务可以被归纳为一个接口，供运行时进行调用；在更贴近人类生活的非技术方面，例如订购 书籍或者签订保险合约之类，服务是某方( 服