（计算机科学与技术专业论文）web+services服务质量的研究.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 以w e b 服务为代表的软件服务及软件服务协同是开放网络环境下典型的 i n t e m e t 应用形态。w e b 服务基于开放式标准，具有跨平台、跨语言及面向服务的 应用集成等优越性，但w e b 服务的应用广泛性却并没有预期乐观，其根本原因是 w e b 服务的服务质量问题。 目前w e b 服务q o s 研究主要集中于服务实现系统层的性能指标，但普通用户 对w e b 服务的评价和选择更关心业务应用层的q o s 指标。为此，本文提出了一个 w e b 服务q o s 模型，分别从业务层、服务层和系统层三个不同角度完整表述w e b 服务的q o s 信息。 现有w e b 服务描述模型未重视对q o s 的描述，q o s 本体的研究主要考虑的是 通用q o s 属性，忽略了、b 服务应用领域相关的q o s 属性在w e b 服务评价与选 择中的作用，本文在对比分析现有w e b 服务描述模型优缺点的基础上，借鉴q o s 本体研究成果，设计了一个可扩展的w e b 服务q o s 描述模型，完善了现有w e b 服务描述模型。 基于w e b 服务q o s 描述模型，本文提出了层次型服务匹配思想，将服务选择 过程分为三步：服务功能信息分类预处理；服务功能分类选择；q o s 最优服务选 择。根据用户请求的实际情况，本文重点研究了q o s 最优服务选择算法。 最后，本文采用代理模式实现了w e b 服务q o s 选择原型系统，并测试了层次 型服务匹配算法的查全率和查准率以及系统运行性能。 主题词：v v e b 服务，服务质量( q o s ) ，q o s 本体，服务质量本体语言， v v e b 服务描述模型，w s d l ，o w l - s ，组合服务 第i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t a tp r e n t ，s o 鲰) l ，a r es e i c e s 锄d小a 鹏s e r v i c e sc o i l a b o 枷v ew 岫廿l e p r e s e n t m i v eo fw e b r v i sh 鼬b e c o m ea 咖i c a li n ：t e m e ta p p l i c a ：t i o nf o mb 弱e d o p e n 琢蜘d 【e n v 砷m i l e n t w e bs e r v i c 骼b a s e do no p e ns t 锄d 锄d s ，ac r o s s - p l a t f o r m ， c r o s s - l 趾g l g e ，觚d i c e 帕r i e n t e da p p h c a t i o n 锄di n t e g r a t i o no fs u p e r i o r i 够，w e b s e i c e s 印p l i c a t i o 邶，h o w e v d i d n t 懿p e c t 诚d e s p r e a do p t 越s m t h ec 枷c a lr e a s o n i s l ei s s u et h a tq u a l 时o fs e l i c e sf 0 rw 曲r v i c 鹤 r e s e a r c ho fq o so nt h ec u r r e n tw e b r v i c e s 姐i n l yi i l 也es e r v i c eo fn 坞盯s t e mt 0 a c l l i e v en l ep e r f 0 加 聊ei n d i c a 幻r s ，b u to r d i i l a 巧u r so fw e bs e r v i c e se 砌u a t i i 培赳l d l e c t i i l gi sn 1 0 r ec o n c e m e da t o u t 也eq o s 洒d i c a t 0 璐o fb u s i n e s sa p p l i c a t i o nl a y e r t o t h i se n d ，t l l i sp a p e rp r e s 即晦aw e bs c r v i c e s ( 沁sm o d e l ，盘o m 吐l eb u s i n e s sl a y e r ， s e r v i c e sl a y c r 趾ds y s t c ml a y e r 也l 优d 诳孤i n tp e r s 】p e c t i v e so f 也ew h o l ee x p r e s s i o n0 f w e bs e r v i c e sq o si i l f o m 脆陋0 n e x i s t i i l g 、e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nm o d e ld i d n tp a ya ：t i 嘶o nt 0t l l ed e s c r i p t i o no f q o s ，也e 咖d yo fq o so n t o l o g yi sc 0 e m e dc o h m nq o s 砷胁m s ，n e g l e c t e d 恤 r o l eo fw e bs e r v i c e s 印p i i c a t i o i l sr e l e v a _ n _ tt 0t 量l e 玳ao fq o sa t t r i b u t e si i lm ee v a l u a t i o n 戤l ds e l e c t i o no fw e bs e r v i c e s b 嬲e do nc o m p a r a t i v e 锄a l y s i so fe 】【i s t i n gw e b r v i c e s 出洛嘶p 啪nm o d e l s t h eb 舔i so fa d w m t a g e s 锄dd i s a d v 乏咀t a g e s ，d i a w m go nr e s e a r c h 刚t so fq o so n t o l o g ) r ，t h i sp a p c rd e s i 倒崦as c a l a b l eq o sd e s c r i 砸啪d e lo fw e b i c e s ，p e d e c t i l l gd e s c r i p t i o no ft 1 1 ee ) 【i s t i i 培w e bs e r v i c e sm o d e l s b 嬲e do nw e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nm o d e lo fq o s ，t h i sp 印e rp r e s e n t s 龃i d e a lo f d i 任c r c n tl e v e l s n r i c em a t c h i m k i n g ，s e r v i c e l e c t i o np r o c e 豁、航ub ed i v i d e di m o t h r e e s t 印s ： r v i c em n c t i o i 谢i i l f 0 珊【a t i o nc l ；瞒s i f i c 撕o n p r c t r e ：a 臼m n t ； s e n ，i c e s 丘m c t i o 腿lc l a s s i f l c a l i o n l e c t i o n ；q o s0 p d m a ls e r v i c e s l e c t i o n a c c 0 r d i l l gt om e a c 砌s i t 吼t i o no fu s e r sr e q u e s t s ，t h i sp 叩盯f 0 c u so n 也eo p t i n l a lq o s n ，i c e s s e l e c t i o na l g o r i m m f i l l a l l y ，t h i sp a p e ri i 】叩l e m e n t sn l ep i m 啊p es y s t e mo f 、v e bs e n ，i c e sq o s l e c t i o n b a s e db r o k e rn 1 0 d e l ，t e s t i n gt h er e c a l l 越l dp r e c i s i o nm ：t eo fm ed i f f - e r e n tl e v e l ss e r v i c e 姒t c h l 】瑚血ga l g 讹锄d t h er u 】妇ep e 0 m m c eo f 也ep r o t 0 够p es y s t e m k e y 、b r d s ：w b bs e n ，i s 。q u a l 时o fs e n ，i ( q o s ) ，q o so n t o i o g y ，q o s o n t o i o g yl a n g u a g e ，w b bs e n ，i sd e s c r i p t i o nm o d e l ，v v b b s e n ，i c e s d e s c r _ p t i o nl a n g u a g e ( w s d l ) 。w b bo n t o i o g yl a n g u a g e f o rs e r v i c e s ( o w l s ) ， s e r v i c e sc o m p o s i t i o n 第i i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 表目录 表1 1 支持q o s 的w e b 服务体系架构研究小结表3 表1 2w e b 服务q o s 属性分类4 表1 3q o s 本体类型归纳表5 表1 4q o s 规范语言表6 表2 1w e bs e r v i c e s 栈与q o s 栈的对应关系1 2 表3 1w s d l 信息表2 3 表3 2 服务质量本体语言定义2 7 表4 1 语义w e b 服务匹配方法分类表3 5 表4 2 服务描述的q o s 属性表3 8 表4 3 顺序组合模型中q o s 参数计算函数4 0 表4 4 顺序组合模型中q o s 参数线性计算函数4 1 表4 5 改进的m c s p k 算法4 6 表5 1 服务功能分类信息表5 5 表5 2 服务q o s 信息表5 5 表5 3 服务q o s 统计表5 5 表5 4 组合服务执行方案表5 6 表5 5o w l sa p i 的一些接口和方法5 6 表5 6 服务信息管理部件操作定义表5 7 表5 7q o s 加1 a l y z e r 定义的四个基本操作5 9 表5 8 服务本体q o s 信息标注表6 5 表5 9 客户端用户服务请求6 6 第页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图1 1 图2 1 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 1 图5 1 2 图5 1 3 图5 1 4 图5 1 5 图5 1 6 图5 1 7 图目录 w c b 服务平台层次型体系架构8 w e b 服务q o s 模型l 7 w s d l 信息模型2 2 o 、l s 上层本体2 3 服务质量本体语言2 6 q o s 参数详细设计2 6 完整w e b 服务描述模型2 9 s e r v i c ep f i l e 类与属性3 0 w e bs e r v i c e s 服务质量描述模型3l 层次型服务匹配过程3 3 服务质量度量。3 6 组合流模型4 0 组合w e bs e n r i c e s 服务质量选择过程4 2 候选服务图4 4 改进m c s p k 算法运行过程4 5 w e bs e n ，i c e s 服务质量选择系统体系结构4 8 u d d i 数据模型4 9 服务类抽象功能接口。51 w e bs e r v i c e s 服务质量系统原型5 2 w e bs e r v i c e s 服务质量模型舢d d i 映射机制5 4 服务库中各数据表之间的联系。5 7 服务选择部件静态结构图5 8 q o s 分析部件静态结构图5 9 发布服务执行流程图。6 0 单个服务请求执行流程图6 1 组合服务请求执行流程图6 1 服务q o s 信息反馈请求执行流程图。6 2 w e bs e r v i c e s 服务质量选择系统机器部署。6 3 三种服务匹配方法性能对比图6 4 旅行组合服务实例6 4 m c s p k m c s p k 运行时间对比图6 5 四种服务请求类型选择结果分布6 6 第v 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图5 1 8四种服务请求类型响应时间分布6 7 第页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本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外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术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已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：必篮_ ；幽腿查丛童亟堡盘 学位论文作者签名： 垂当 日期：一既踔多月厂日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目蚴丘“刨般参灰移后铆元 日期：。，印睥乡月，角 日期：p o 彦年夕月如 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 。 r l t e m e t 的出现和面向服务计算s o c ( s e r v i c e _ 0 r i e n t e dc o m p u t i i l g ) 致使软件应 用系统的主要形态、生产方式、运行方式和使用方式发生了巨大改变。如今，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 r l t e m e t 应用形态【l l 。w e b 服务是一种自描述、模块化、松耦合的分布式计算模型。 它采用基于可扩展标记语言( 儿) 定义的w c b 服务协议栈，支持s o a p ( s i i n p l e o 场e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 、w s d l ( w e bs e n r i c e sd e s c r i 砸o nl a f 垮l a g e ) 、u d d i ( u i l i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e 巧，a n di n t e l 辫t i o n ) 等开放协议和标准，提供面 向互联网应用的统一服务注册、发现、绑定及集成调用机制。w e b 服务开放式标准 支持跨平台、跨语言开发及面向服务的应用集成。 正是凭借着这些优越性，w e b 服务一直被工业界和学术界认为极富有前景的 一项技术。但迄今为止，w e b 服务的应用广泛性却并没有当初预期的那么乐观。 主要原因如下： 首先，w e b 服务实际可用性差，据近几年公共w e b 服务使用情况的相关数据显 示，w e b 服务数量并没有明显增加，且只有大约l 3 的服务可用，而且每周大约有 l 6 的已注册可用w e b 服务迅速失效【2 】。这致使从u 1 ) d i 中查找到的服务信息实际可 用性差，究其原因：u d d i 规范没有考虑服务过滤和选择的问题，进而不能确保其 发现的服务能够满足用户的服务质量( q l l a l 时o f s e r v i c e ，q o s ) 需求。 其次，随着w e b 服务发展，越来越多的组织将可提供的功能服务发布到i n t e m e t 上，针对同一功能需求的用户可以选择的服务种类也越来越多。相似服务的出现 一方面可能是同行业竞争的结果，如同一城市可能会有多家银行提供存储信贷服 务；另一方面，同一家组织为了最大限度满足不同类型用户的需求，也可能提供 不同性能指标的系列服务。用户面对的服务表现形式和复杂性不尽相同，如何正 确、高效地从庞大数量的w e b 服务群中查找满足自身需求的服务成了一个亟待解 决的问题。 再次，尽管w e b 服务安全( w s s e c u r i 锣) 【3 】、w e b 服务可靠性( w s - r c l i a b l e m e s s a g i i l g ) 刚、w e b 服务事务( w s c 0 0 r d i i 斌i o n 、w s 血c1 删1 j s a c t i o n ) 【5 】等规 范的出现不断弥补w e b 服务在安全性、事务支持等方面的缺陷，但距离一个成熟的 w e b 服务架构还有很多问题亟待解决。 解决上述问题的关键在于w e b 服务的服务质量( q o s ) 问题。目前主流的w e b 服务技术如w s d l 舢d d i 仅提供了服务的基本语法描述和基于框架的简单服务查 第l 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 找机制，存在着查准率和查全率低、涉及大量人工操作等缺点，无法满足用户多 属性中最优的服务质量要求。 。语义w c b 的出现为上述问题的解决带来了契机，语义w e b 采用知识标记手段来 描述服务的语义信息，使得w e b 服务成为计算机可理解的实体，使得、b 服务成为 计算机可理解的实体，从而支持服务的自动发现、匹配、执行和组合等操作。由 于w e b 服务和语义w e b 的共同目标都是通过利用w e b 上人和机器都能存取的内容 创建智能自动服务及商务处理基础设施。w e b 服务和语义w e b 相集合成为语义w e b 服务，使w e b 实现自动化、智能化成为可能。即通过合理的设计，可以充分发挥它 们各自的优势，既结合语义w e b 的语义扩展，也结合w 曲服务的分布特性，最终提 供一种基于语义的自动w e b 服务协作机制【6 】。但这种机制目前首要面临的问题仍然 是服务质量问题。 如前文所述，采用w s d l 规范描述的w e b 服务并未提供服务质量信息；采用 本体描述语言o w l s 描述的w e b 服务只提供了简单的服务质量等级信息。这两 种描述都未刻画详细的服务质量属性信息，同时，多个功能相似服务的共存使q o s 成为服务区分和用户进行服务选择的最重要的依据。但随着目前功能相似的服务 数量剧增，不同服务提供者提供的服务性能上存在着很大差异，因而，q o s 属性 的描述、计算评价在w e b 服务描述，支持w e b 服务选择和使用过程中占据的地位 也将日益显著。 1 2 研究现状 w e b 服务描述包括功能性描述和非功能性描述，随着w e b 服务功能性描述的不 断深入，与之伴随的非功能性描述也越来越引起关注。服务( s e r v i c e ) 是由服务 提供者遵照某种标准研发的一个软件，该软件由代理( 或中介) 负责交易，由服 务请求者访问或使用【7 】。质量( q u a l i 锣) 是指一个系统、组件或程序满足特定请求 或用户需求的程度，服务质量的概念早期应用于网络服务、实时系统、中间件、 多媒体信息等领域，用于衡量或配置服务的性能特征【8 l 。本文中服务质量( q o s ) 特指w e b 服务的非功能属性。目前关于w e b 服务q o s 研究，综合起来有以下几个方 面：支持q o s 的w e b 服务体系架构研究；q o s 分类的研究；q o s 本体的研究；q o s 规范语言的研究；q o s 支持的、b 服务选择算法的研究等等。 1 2 1 支持q o s 的w 曲服务体系架构研究 目前工业界和学术界关于实现支持q o s 的w e b 服务体系架构方法主要分为两 类：其一，结合w e b 服务提供新的架构支持q o s 规范，如w e b 服务等级协定( w e b s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，w s l a ) 【9 】框架和业务管理平台( b u s i n e s sm a n a g e m e n t 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 p l a t f o 珊，b m p ) 【l o 】等，二者均采用服务等级协定( s e i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 规范，并且由基于q o s 的、灵活、可扩展的儿规范语言实现，服务等级协定是 服务提供者和服务请求者之间的q o s 契约，该契约由服务提供者保证实施，该方法 的优点是面向固定的重点用户能提供高质量的w e b 服务，但对于非固定的用户，该 方法则显得过于复杂、且灵活性较差、成本较高，不便于临时用户的加入和退出； 其二，扩展w 3 c 定义的面向服务体系架构( s e i c eo r i e n ：t e d 觚h 斌e u 陀，s o a ) 将q o s 集成到w e b 服务中，例如通过扩展u d d i 注册中心l u j 或增加q o s 到现有基于 沮。的服务描述规范中【1 2 1 ，该方法基于现有w e b 服务的优点，通过添加额外的硬 件或改进现有w e b 服务描述来改良目前w e b 服务所存在的问题，灵活性较好，但成 本较高。综述起来如表1 1 所示。 表i 1 支持q o s 的w e b 服务体系架构研究小结表 模型出发点概念组成技术 定义和监控 s l a s 、协商、部署、执行、监视w s l a 语 w s l a 框架 w e b 服务的w s l a和终止五阶段 l 口 s l a s 管理两服务 s l a s 、模型产生器、s l a 定制w s 池语 b n 口 间的s l 缸b 代器、s l a 违规引擎和进程 j l 口 理控制器。 支持q o s 的q o s 认 服务请求者、服务提供扩展的 扩展u d d l w e b 服务发证中心者、u d d i 注册中心和u d d i 注 现 q o s 认证中心四个部分 册中心 w e b 服务 w sq o sw sq o s 编辑器、请求管q o s 舭 w sq o s 模型 q o s 集成 本体 理器、w e b 服务代理和 规范 w sq o s 监视器 1 - 2 _ 2q o s 分类的研究 不同w e b 服务应用领域的研究人员对q o s 分类的定义各有不同。加曲a i l1 1 3 j 等 人将w e b 服务的q o s 属性分成两大类：只与w e b 服务自身实现相关的内部属性和与 w e b 服务所处环境相关联的外部属性，这些属性归结起来如表1 2 所示。l 锄1 1 4 】等 人认为w e b 服务q o s 应分为五种类型：运行时相关的q o s 属性( 包括伸缩性、容量、 响应时间、可靠性、可用性、鲁棒性、异常处理和准确性等) 、事务支持相关的 q o s 属性( 事务完整性等) 、部署管理相关的q o s 属性( 规范性、对标准的支持性、 稳定性和变更周期性等) 、费用相关的q o s 属性( 费用等) 和安全相关的q o s 属性 ( 身份验证、授权、机密性、统计性、可追踪性、可追溯性、数据加密性、不可 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 否认性等) 。m a t i l l l a s s i f i5 】等人则将q o s 属性分为两类：执行过程q o s ( 包括性能、 可用性、可靠性等) 和改进过程q o s ( 包括持久性、变更性和可重用性等) 。执行 过程q o s 可在服务运行时测量并且与服务功能性紧密相关；改进过程q o s 则指服务 或系统结构的改进或可视化。i b m 【1 6 】的研究人员将w e b 服务q o s 分为六类：可见性、 可访问性、完整性、吞吐量和响应时间、可靠性、标准符合程度和安全性。s a b a t a 【1 7 j 等人认为在分布式资源管理中，q o s 主要分为两类：q o s 度量与q o s 策略。q o s 度 量测量应用、系统和资源量化的q o s 属性如性能度量、安全级别和相关重要性； q o s 策略则表示系统行为的规范。s e o k h ”my o o n 【1 3 】等人则将q o s 属性从另一角度 分为三类：静态属性，即不常发生变化的属性，如服务规范性和服务安全性等； 动态属性，即随着特定环境的变化而相应发生改变的属性，如服务可用性、服务 响应时间等；统计属性：即依据服务运行的历史数据统计而得的属性，如服务可 靠性、服务信誉度等。 表1 2w e b 服务q o s 属性分类 q o s 度量属性 内部属性( 环境无关)外部属性( 环境相关) 性能 运行效率( 包括时间复 负载均衡( 包括吞吐率、服务 杂度和空间复杂度)传输时间和服务响应时间) 可靠性正确性( 包括准确性和可用性、一致性 精确性) 完整性 | 安全性 可用性i o 参数 | 从上述的分类可以看出，不同的研究人员依据自身研究的领域特点，对w e b 服务q o s 属性要求的重点也不一样，因此不可能给出一个完全通用的w e b 服务 q o s 模型，而如何提出一个最基本的w e b 服务q o s 模型，同时提供最大的可扩展 性，便于用户添加和选择偏好的q o s 属性则是本文将要研究的问题 1 2 3q o s 本体的研究 d a m 【sq o s 【1 9 】本体是作为d 舢儿s 本体的一个完善，d m 咀sq o s 本体包 含三层：q o sp r o f i l e 层定义了w e b 服务的等级目标并声明了一个公共父类，用户的 q o s 需求通过i i l q u q o s 类描述而服务提供者提供的q o s 信息则通过p r o v i d e rq o s 类表达，二者均继承q o sp r o f i l e 类，通过匹配这两个类的实例即可查询到满足用户 需求的服务：q o sp r o p e 啊定义层详细描述各属性的定义域( d 0 胧l i n ) 、值域( m n g e ) 和基数( c 莉砌时) 等约束：q o sm e t r i c 层则定义了具体的服务质量度量指标( 包 含两类：原子度量指标和复合度量指标) 及测量方法。f i p aq o s 【2 0 】f i p aa g e i l t 之 间q o s 交互而设计，该本体提供了基本q o s 词汇并支持两种方式获得q o s 信息：单 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 个查询方式或订阅方式。w sq o s 【2 1 1 支持q o s 的w e b 服务发现而设计的，包含三个 顶层元素：q o s i i 曲、w s q o s o n t o l o g ) r 和q o s o 毹a 觚6 0 n 。q o s i n f o 元素提供服 务性能和q o s 协议信息；w s q o s o n 协l o g y 提供q o s 参数和涉及的协议： q o s o 虢r d e f 越t i o n 提供一个或多个q o s i i 面元素。q o s o m 【2 2 】以服务为中心的系统划 分为三层基本q o s 、质量属性层和域细化层。基本q o s 包含通用q o s 相关概念：质 量属性定义层则包含本体定义的特殊q o s 属性及其度量；域细化层则链接低层到具 体类型的计算机系统。q o s 本体允许服务a g e n t 根据具体的q o s 偏好匹配发布的服 务质量层次。q o s 本体【2 3 】包含顶层、中间层和底层q o s 本体，其中顶层q o s 本 体包含大多数通用的质量概念且定义了基本概念之间的联系，例如质量度量与联 系。中间层q o s 本体包含众多分布式系统中出现的质量方面因素，而底层q o s 本 体则未加定义。上述五种q o s 本体归纳如表1 2 所示。 表1 3q o s 本体类型归纳表 本体目的顶层q o s 概念 d 舭一sq o s完善d 舭s q o sp r 0 丘l e 、q o sp r o p e r 哆、 q o sm e 仃i c f i p aq o s 基于a g e n t 的分布式系q o sv 0 c a b m a 巧 统间的q o s 交互 w sq o s 支持q o s 的w e b 服务q o s i n f 0 、w s q o s o n t o l o g ) r 发现 a n dq o s o 自f - e r d e f i 血i o n q o s o n t基于服务的系统 b a s ea n d 越t 、a t t r i b u t ea n d u s a g ed o m a m q o so n t o l o g y基于a g e n t 的系统 u p p e r 、m i d d l e 髓dl o w e r 一个良好定义的w e b 服务q o s 本体应该满足以下条件：能够充分描述w e b 服务q o s 属性信息；具有良好的可扩展性，用户能够根据自身应用和偏好的特点 扩充其所需的q o s 属性；不同属性之间有良好的关联定义；利于组合w e b 服务 q o s 属性之间的集成；便于用户选择和使用等等。w e b 服务本体描述语言o w l s 给出了w e b 服务良好规范的功能信息描述，为此如何在现有工作的基础上进一步 完善w e b 服务q o s 信息则是本文将要进行的主要工作之一。 1 2 4q o s 规范语言的研究 q o s 规范语言主要有如? 公司的w e b 服务管理语言( w 曲s e r v i c e sm a n a g e m e n t l a n 圈橱g e ，w s m l ) 阱】、i b m 公司的w s l a 和w e b 服务提供语言( w e bs e r v i c e so 蜀f e r l a n 舒均g e ，w s o l ) 阅，如表1 3 所示。 w s 池从理论上描绘了一个w e b 服务q o s 参数规范模型，并基于w s 胤将 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 w e b 服务s l a s 引入到v 匝规范中。在w s m l 中一系列s l a 约束和条款采用 订l 规范定义来构建s l a 对象( s l o ) 。 w s l a 的基本思想是为每个用户通过协商机制定制等级协定，该协定明确了 服务提供者和用户之间必须履行的义务，如服务提供者根据协定必须提供何种品 质韵w c b 服务。w s l a 设计目的是为不同组织之间提供一种规范、灵活、基于 舭服务等级定义，并为现有的电子商务系统和标准、用户和服务提供者之间的 嵌套关系、第三方监控授权等广泛接受和使用。不同的服务等级协定( s e i c el e v e l a 铲e e m e n t ，s l a ) 通常包含参与该协定的各方信息、q o s 参数、规定的操作描述、 q o s 参数的监控、度量和计算算法、服务级目标( s e r v i c el e v e lo b j e c 缸v e s ，s l o ) 及违反协定的赔偿措施等。 表1 4 q o s 规范语言表 语言顶层q o s 本体涉及规范语义基础 w s m e s l a s ( 时间与条款)基于舭基于儿 w s l a s l 舡( 参与者、服务描述与义务)基于舭基于舢 w s o l q o s 约束与访问权限w s d l 补充基于舭 w s o l 是由加拿大c a r l e t o n 大学研究小组制定的，用以对相同功能的服务说 明进行分类，进而区分不同的q o s 等级和管理力度。w s o l 的主要目标是创建服 务提供、q o s 约束定义、管理声明、可重用性和调用服务提供动态关系( s e r v i c e o 触gd y n a m i cr e l 撕o n s l l i p ，s o d r ) 支持服务间切换的机制；另一个重要的设计 目的是通过定义服务类( c l 嬲so f s e r v i c e s ) 在高层上实现了较低的处理时间，取代 了对s l a s 的单独管理。w s o l 通过约束组概念和约束组模板来包含之前定义的元 素同时还可以引入其它w s o l 文件中定义的元素来实现规范的重用。 1 2 5q o s 支持的、e b 服务选择算法的研究 q o s 支持的w e b 服务选择算法的研究主要分为以下两种情况：其一，q o s 支持 的单个w e b 服务选择，将q o s 属性描述添加到现有w s d l 和u d d i 规范中来补充描 述w e b 服务q o s 信息，常用的服务选择算法即根据服务q o s 多重属性的描述相应的 采用多重属性决策方法【2 6 】，该方法可设置各q o s 属性的权重，将w e b 服务q o s 选择 分为两步，q o s 属性的量化和q o s 属性的加权，其优点是能兼容现有w e b 服务规范， 缺点是可扩展性不强：其二，q o s 支持的组合w e b 服务选择，通常根据w e b 服务组 合方法的不同，引入语义、b 本体技术，构建相应的w e b 服务q o s 本体描述，不同 的组合w e b 服务模型采用的w e b 服务q o s 选择的算法也不同，常用的组合服务q o s 选择算法的基本思想是根据选取候选服务、计算组合q o s 性能、最终组合服务的 q o s 匹配选择，如将组合问题建模成多选择背包问题( m u l 邱l e c h o i 鼬l a p s k 第6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 p r o b l e m ，m c k p ) 【2 7 j 或多选择多为背包问题( m u l t i - c h o i c e ，m u l t i d i m e n s i o no 1 鼬即a s kp r o b l e m ，m o ) 【2 引，该类问题求解过程通常使用分割算法求解线性 多选择背包问题获得初始解，然后再使用动态规划算法求解m c k p ，缺点是求解过 程繁琐，或将组合问题建模为直接无循环图( d h 魄泔a i 呵c h cq a p h ，d a g ) ，基 于约束最短路径( c o n s 池ds h o 他s tp a t l l ，c s p ) 的思想采用多约束最短路径算 法( m u l t i c o n s 妇硫s h o n e s tp a m ，m c s p ) 【5 4 l 进行求解，但该算法存在的缺点是随 着组合服务中个子功能中候选单个服务数量增加，算法运行的时间成几何基数增 长，而算法m c s p k 改进了m c s p 算法的这种缺点，将各子功能维持的边条数降低 到k ，减少了选择q o s 最优组合服务的运行时间。 上述两种w e b 服务q o s 选择算法的情况，对于q o s 支持的单个服务选择仅 考虑到是q o s 属性值的一方面情况即精确数值型，而根据用户需求的实际情况， 常常需要将q o s 属性约束在一个区间中，对于这种问题如何提供服务选择的算法 则是本文考虑的一个方面；此外进一步改进了m c s p k 算法，将m c s p k 算法对 边的约束改进为对建模为d a g 图后对节点的约束，这也是本文重点研究的内容之 1 3 研究内容 1 3 1 课题组现有的研究基础 本课题组现已完成以下研究工作：( 1 ) w e b 服务容器的研究，研究了w e b 服务的状态性及生命周期，设计并实现了一个可状态管理的高性能、b 服务容器， 同时提出了构建w e b 服务平台的设想：( 2 ) w e b 服务平台消息层安全机制的研 究，研究了w e b 服务访问控制机制及安全消息调用模式，设计并实现了分布式 s o a p 渤t e w a y ；( 3 ) 基于u d d iv 3 的w e b 服务注册中心的研究，分析了u d d i 框架，研究了u d d i 内部管理机制及其可靠性，设计并实现了一个扩展的w e b 服 务注册和查找的u d d i 注册中心：( 4 ) w e b 服务发布订阅系统的关键技术研究， 设计并实现了一个基于w s n 规范的w e b 服务发布订阅系统；( 5 ) w e b 服务组合 事务的研究，研究了w e b 服务组合业务事务的故障恢复机制及其补偿一致性，设 计并实现了一个w e b 服务组合事务可靠性框架；( 6 ) 基于w s d m 的w e b 服务管 理研究，重点分析了w s d m 规范，设计并实现了一个基于w s d m 的w e b 服务管 理系统。本文的工作将与上述工作一起，构成一个完整的w e b 服务平台( 如图1 1 所示) ，并引入语义机制来改进现有w e b 服务描述上的不足。 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 w e bs e r v i c e - b a s e d a p p i i c a t i o nl a y e r w e bs e r v i c e b 鹪e d a p p u c a t i o ns u p p o r t i n g l a y e r w e bs e r “c e 咖n t i m e s u p p o r 6 n gl a y e r 、e bs e i r 髂o u 比髓l a y e r c - s c ；e n c c li e - b u s k s s i e - o o v 饥t ii t sl w sc 伽和s i t i 蚰& w o d n o w # 。甥 磊 g 磊 七 w s m 锄楚：c l 地n t & 啪l l i t o f w s d m 置 篮 q 蚤 鏊 至w 孓t l 硼喇o nw r d i n a 虹咂 u 拐 3 趸 l ，黔蛐& t 咖 t 锄! 戮和嚣 。c g i 囊j ，蒯鬣d ，t 1 ；， o 舌 虫 8 毫 山主1 瑚蠡岫蟊 艺 ；携 lj u d d l 嘲瓣c e i 懈 l w s n o 喇童c a t i o n w s - a 悯 s o a pm e s s 垮 | l w 曲s c 妣c o n 妇 | r p h y s i c a l 托蝴 ll o 百c 圮t 一| l j 巨二二习课题组现有工作匪圈本文工作 图1 1w e b 服务平台层次型体系架构 1 3 2 本文的研究工作 基于课题组的研究基础和w c b 服务q o s 研究现状，本文主要进行了以下几个 方面的研究工作： ( 1 ) 由q o s 分类的研究现状可知，目前的q o s 研究、讨论和定义集中于服 务实现系统层的性能指标如响应时间、吞吐量等。从技术角度出发，这些指标是 实现有q o s 保证的w e b 服务选择、调用、运行和组合的前提条件，但作为普通