（计算机软件与理论专业论文）基于qos的服务选择模型与研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 w 曲服务是新形式的因特网软件，它统一使用因特网协议布置和调用，来自 不同服务商的服务被整合以提供一个组合服务。随着w 曲服务技术日新月异的 发展，服务提供者之间竞争的加剧，通常存在多个同种类型的服务均能满足用户 的某一项需求，但是各个服务的服务质量( q o s ) 却不相同。同时由于网络条件 的限制，w e b 服务存在很大的不确定性；而且服务提供商提供的服务的描述，可 能跟实际的服务存在出入；更严重的是还可能存在欺骗性。因此我们需要建立服 务评估机制，评估服务的质量，作为选择服务的一个标准。同时，对于一个组合 服务，需要基于对单个服务评定的评估结果，进行服务的选择，在一定的约束条 件下，使整个组合服务的服务质量达到最高。 这篇论文的研究背景是一个智能虚拟旅行社平台i p v i t a ，在旅游领域存在很 多与旅游相关的服务，其中有机票预定、酒店预定、导游服务、景点门票预定、 纪念品购买、租车服务等等。使用这些服务用户可以得到一个完整的旅游服务， 而单个的服务对用户来说却意义不大。用户需要的是一个完整的让他们满意的旅 游流程。i p v i t a 在语义的支持下，该平台可以将用户的需求形式化，根据形式化 的需求自动生成组合流程，然后自动为组合流程匹配满意的服务从而形成旅游流 程，最后实施旅游流程，为用户提供满意的旅游服务。 本文主要完成的工作和贡献包括： 1 以旅游服务流程为例，分析了w e b 服务中的服务质量问题。包括从服务 质量的角度组合w e b 服务以及对组合服务的服务总体响应时间分析。 2 提出了i p v i t a 中服务选择问题模型，为组合服务的选择问题建模，将 p v i t a 中基于q o s 的服务选择问题抽象出来进行分析，定义了相关的服务质 量的度量函数，给出限制r ( 例如，端到端限制) 。 3 在新建模型上，提出了若干解决方法，给出了例子，并分别做出复杂度 分析以及比较。根据不同的情况应用相应的方法。 关键字：服务质量，服务选择，服务组合模型，解决方法 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w e bs e r v i c e sa r e n e wf o r m so fi n t e r n e ts o f t w a r et h a tc a nb eu n i v e r s a l l y d e p l o y e da n di n v o k e du s i n gs t a n d a r dp r o t o c 0 1 s e r v i c e sf r o md i f f e r e n t p r o v i d e r sc a nb ei n t e g r a t e dt op r o v i d ec o m p o s i t es e r v i c e s c o m p e t i t i o n b e t w e e n s e r v i c ep r o v i d e r si sm o r ea n dm o r ea u s t e r ea l o n gw i t hw e bs e r v i c e s t e c h n e l e g yc h a n g ew i t he a c hp a s s i n gd a y u s u a l l y ，m a n yd i f f e r e n ts e r v i c e s w h i c hb e l o n gt ot h es a m et y p ec a na l ls a t i s f yt h ec u s t o m e r s r e q u i r e m e n t ， b u tt h e s es e r v i c e sh a v ed i f f e r e n tq u a l i t i e s a tt h es a m et i m e b e c a u s e o ft h er e s t r i c t i o no fi n t e r n e tc o n d i t i o n s , w e bs e r v i c e sq u a l i t ya r ea l w a y s u n c e r t a i n ，a n dt h ed e s c r i p t i o nf o rt h es e r v i c e ss u p p l i e db yw e bs e r v i c e s p r o v i d e r sm a yb ed i f f e r e n tf r o mt h er e a l i t y ，w h a t sm o r es e r i o u si st h e f r a u d u l e n c e s ow en e e de s t a b l i s haq o se v a l u a t i n gm e c h a n i s mt og e tt h e q u a l i t y m e a n w h i l e ，f o rac o m p o s i t es e r v i c e ，w e bs e r v i c es h o u l db a s e do n q u a l i t yo fe v e r ys i n g l es e r v i c e ，u n d e rar e s t r i c t i o n , h i g h e s tt h eq u a l i t y o ft h ec o m p o s i t es e r v i c e t h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h i sp a p e ri si p v i t a a ni n t e l l i g e n tt r a v e l p l a t f o r m t h e r ea r em a n ys e r v i c e sc o r r e l a t ew i t ht r a v e l i n g ，i n c l u d i n g b o o k i n ga i r p l a n et i c k e t s ，h o s t e l ，a n dr e n t i n gt a x i ，e t c u s e r sn e e da n i n t e g r a t e ds e r v i c e ：s i n g l es e r v i c e sa r eu s e l e s sf o rt h e m w h a t s c u s t o m e r sn e e di sa ni n t e g r a t e ds a t i s f y i n gt r a v e l i n gf l o w u n d e rt h e s e m a n t i c s s u p p o r t i n g , i p v i t af o r m a l i z ec u s t o m e r sr e q u i r e m e n t ，t h e m b u i l dc o m p o s i t et r a v e l i n gf l o wa n dm a t c hs e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y + t h em a i nw o r ka n dc o n t r i b u t i o ni n c l u d e ： 1 t a k i n gt h et r a v e l i n gf l o wf o re x a m p l e ，a n a l y s i st h eq o sq u e s t i o n s o fw e bs e r v i c e s , i n c l u d i n gc o m p o s i t i n gw e bs e r v i c e sf r o mt h eq o sp o i n t o fv i e wa n dc o n s t r u et h er e s p o n dt i m eo fw e bs e r v i c e 2 am o d e lo fs e l e c t i n gw e bs e r v i c ei sp r o p o s e d i no r d e rt om o d e l i n g t h ew e bs e r v i c es e l e c t i n gq u e s t i o n ，a b s t r a c tt h ew e bs e r v i c eq u e s t i o n s 山东大学硕士学位论文 o fi p v i t a ，d e f i n es e r i e so ff u n c t i o n sa n de n dt oe n dr e s t r i c t i o nr 3 b a s e do nt h en e wm o d e l ，s e v e r a lm e t h o d sa r es h o w n e x a m p l e sa r eg i v e n ， c o m p l e x i t yi sa n a l y z e d d i f f e r e n ts i t u a t i o n sm a t c hd i f f e r e n tm e t h o d s k e y w o r d s ：q u a ii t yo fs o r v i c o ，w e b6 0 r v i c os o i e c t i n g ，g o m p o s i t es e r v i c e i n o d o i s o i v i n gm e t h o d s 原创性声明和关于学位论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丕缅2 堑日期：迎6 垒：工 j 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：毫韬沮导师签名：论文作者签名：g 粥沮导师签名： 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 随着i n t e m e t 技术的发展，w e b 服务正变得越来越普遍1 1 2 1 ，尤其是在旅游领 域。在旅游领域存在很多与旅游相关的服务，其中有机票预定、酒店预定、导游 服务、景点门票预定、纪念品购买、租车服务等等。使用这些服务用户可以得到 一个完整的旅游服务，但是单个的服务对用户来说却意义不大。以机票预定服务 为例，订票服务服务提供商们关心的是如何提供自己的可靠的订票服务，让用户 得到满意的订票服务。他并不关心也不可能关心一个旅游者是否得到满意的旅 游；而旅游者关心的是如何得到满意的一次旅行，预定机票只是其旅游的一部分， 对整个旅游服务而言，预定到最便宜的机票不一定意味着这次旅游更节省，因为 很可能由于机票的时间不合适而浪费掉更多的时间和金钱。 假如一个用户想得到一个完整的旅游服务，就不得不自己选择认为满意的服 务，得到自己认为满意的服务结果，然后根据自己的经验和喜好组合这些结果。 这样造成的结果有两个： a 由于用户不可能是旅游中各个方面的专家，所以用户很可能花费很多的 精力但是得到并不满意的服务。 b 由于服务由人来选择，因此选择带有很大的盲目性，最好的服务往往不 能被选中，这将打击服务提供商的积极性，对整个旅游领域的服务带来伤害。 最终的结果就是：由于得不到满意的服务，旅游者可能放弃使用w e b 服务而 采用更为传统的方法，例如电话或咨询；同时服务商由于不能很好的发挥自己的 服务的优点，不能得到最大的利润，而放弃提供w e b 服务。 因此，按照流程将旅游服务组织起来，提供给用户真正满意的服务非常重要。 若干跟旅游有关的企业迫切需要一个平台把他们提供的服务管理起来，根据用户 的需求，结合平台掌握的信息，按照流程将服务组织起来，以更好的服务提供给 用户，以最大的发挥他们的服务的功能。 为此我们建立了一个旅游服务集成平台m i p v i t a ( t h e i n t e l l i g e n t p l a t f o r m o f v i r t u a lt r a v e la g e n c y ) ，将各个企业提供的旅游服务根据类别按照流程组织起来， 山东大学硕士学位论文 为游客提供满意的优质的旅游服务。该平台在语义的支持下，首先将用户的需求 形式化，然后根据形式化的需求自动生成组合流程，之后自动为组合流程匹配满 意的服务从而形成旅游流程，最后实施旅游流程，为用户提供满意的旅游服务。 整个过程最大的体现了平台的智能化。 源于这个平台，研究了基于服务质量q o s 的服务选择，对于服务商提供的 每一个服务，在一定的约束条件下，选择最符合条件的服务，从一个全新的服务 选择的角度，为服务的选择又增添了一种新的思路和方法。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 基于空间索引的分布式空间数据w e b 服务发现 s o a 体系结构是目前构建w e b 数据集成系统的理想结构，服务发现是其中 一个重要的研究问题。传统的服务发现方法基于关键字匹配技术实现，缺乏对具 有空间约束的空间w e b 服务的支持，使服务执行的整个过程受到影响。基于空间 数据服务的尺度和范围约束，提出一种计算空间w e b 服务相关性的模型，并实现 两种基于空间索引结构的服务发现算法。该方法能明显提高服务发现的查准率。 由于空间数据具有海量、分布与异构的特性，其共享与分布式处理问题要比 一般类型的数据复杂得多，这给现今分布式空间信息的集成应用带来巨大困难。也 成为困扰面向空间信息应用领域的新问题。目前，解决该问题的有效方法是采用 s o a 体系结构，即采用“服务”这一新型的功能封装形式，对原有的空间数据集、 空间数据库与空间信息应用系统按照服务接口进行封装，暴露出标准的数据与功 能访问接口，而屏蔽其内部具体的实现细节( 包括数据结构与分布特征) 。在该领 域，o g c ( o p e ng i sc o n 2 s o r t i u m ) 的w e bs e r v i c e si n i t i a t i v e 是最具影响力的研究 项目，该项目研究如何采用s o a 体系框架与技术解决w e b 环境下的地理信息互 操作问题。其目的是提出一个可扩展的、基于各种标准的、能够无缝集成各种在 线空间处理和位置服务系统与应用的框架o w s ( o g cw e bs e r v i c e s ) ，在该框 架下，分布式空间信息应用系统中的各个数据资源由不同种类的o c a 2w e b 服务 构成，分布式空间信息处理系统能够通过x m l 和h 兀p 技术进行交互，数据中介 负责针对这些分布的服务资源进行语义映射和资源选取。在s o a 体系下。w e b 2 山东大学硕士学位论文 服务发现是一个重要研究内容，传统的w e b 服务发现技术包括基于服务关键字 匹配的方法、建立服务元数据框架( 如u n d o 的方法等。 1 2 2 基于信任的普适计算服务选择模型 借鉴人类社会的行为规律，提出普适计算中信任关系的建立、信任度的衡量、 以及基于信任的服务选择模型；并依据信任的滞后性和服务选择前瞻性矛盾的动 态演化规律，通过多角度( 直接、间接) 评估、喜好偏差调整和信任更新等综合手 段，构造一套较健全的信任评估体系，以提高服务选择模型的准确可靠性。 普适计算是把计算机嵌入到环境或日常工具中去，人们注重交付任务和得到 结果，至于任务的分解、处理过程并不被关心，或者说这一过程是透明的，让计 算机本身注意力重新回归到计算任务本身来，将物理空间与信息空间融合在一 起。计算机网络的发展为普适计算提供了一个动态的环境，设备之间不再是固定 的协作关系，系统中的设备可以随时添加和离去，因此无法指定一个任务由哪些 设备来协同完成，这是紧密耦合的系统中不会遇到的问题。 基于信任的普适计算服务选择模型，以设备之间合作的先验知识为基础，通 过全面跟踪记录各个服务的质量，从多种角度( 直接和间接) 、动态地对服务的信 任程度进行全面合理的评估，最终在多个可选择的目标服务中，筛选出最符合用 户要求的服务。 1 2 3 基于a g e n t 和d a n l - $ 的w e b 服务选择 该框架主要由三大部分组成：w 曲服务请求应用程序部分、w 曲服务发布应 用程序部分和u d d i 扩展部分。 w e b 服务请求应用程序部分的核心是用户a g e n t 它从用户接口程序那里接收 指令和服务接口信息，根据指令选择合适的领域本体组成一条请求信息发送给 u d d i 扩展接口层。当收到u d d i 扩展接口层返回的服务列表之后，查询服务提 供者是不是自己信任的提供者，经过过滤之后提交给用户浏览，最后再由用户提 供服务排序依据给用户a g e n t ，用户a g e n t 参考服务调用历史信息对选出的服务 进行排序，选出最好的服务返回给用户并修改本地调用历史数据库。w 曲服务发 布应用程序部分主要是构造w 曲服务和其语义描述文件，然后将其发布到u d d i 3 山东大学硕士学位论文 扩展服务器端。本体构造器负责构造服务语义描述文件用到的本体信息， d a m l - ss e r v i c e p r o f i l e 文件构造部件负责建立服务的语义描述文件，文件上传部 件则将上述两种文件上传到u d d i 扩展服务器端。除了发布w e b 服务之外，服 务发布者还可以浏览和删除u d d i 扩展服务器端发布服务数据库中的服务。 u d d i 扩展部分负责接受w e b 服务请求用户a g e n t 的请求并解析，然后根据请求 查找u d d i 的t m o d e l ，并得到满足条件的服务列表，之后再对列表中的服务进 行基于d a m l - s 的语义匹配，将筛选之后的结果返回给请求者，最后再修改服 务调用历史记录。另外，u d d i 扩展服务器端还接受服务发布者提供的服务信息， 并将它们写入数据库。 除了以上列举的三种，还有很多服务选择的方法，例如，基于p 2 p 的服务选 择1 等等。 1 3 课题研究的主要内容 由于竞争的加剧，通常存在多个同类的服务均能满足用户需求，但是各个服 务的服务质量( q o s ) 却不相同。同时由于网络条件的限制，w e b 服务存在很大 的不确定性；而且服务提供商提供的服务的描述，可能跟实际的服务存在出入； 更严重的是还可能存在欺骗性。因此我们需要建立服务评估机制，评估服务的质 量，作为选择服务的一个标准。 在我们的旅游服务平台中，有旅游景点信息查询、旅馆信息查询、车票飞机 票信息查询等功能，每一个功能都对应了一个w e b 服务。最终形成的一个旅游 流程，包括一系列的服务，比如；订机票预定酒店租车联系导游，这样的一个 流程，其中的每一个步骤都有其各自的服务质量，为了将这个旅游服务整体的 q o s 提到最高，我们需要基于每一个步骤对应的服务的q o s 进行服务选择。并 且，为了保证其可执行性，服务的选择还应基于一个整体延迟限制r 。 在w e bs e r v i c e 流行的今天，在一个约束范围内选择服务质量尽可能高的服 务是服务选择中面临的新的问题，在旅游服务i p v i t a 的平台中，定义了评价服务 质量的函数，并且将旅游服务选择的问题抽象为一个模型q m o d e ! ，给出相应的 求解方法，引入了多选择背包问题，于一定的服务约束条件下动态的选择性能最 高的服务。 4 山东大学硕士学位论文 1 4 本文结构 本文第二章介绍了i p v i t a 平台的总体结构，其中包括语义管理，组合流程生 成，流程执行以及服务注册等多个模块，对于服务选择模块，包含一个q o s b r o k e r ，基于每一个服务的服务质量，在一定约束条件下，选择性能最高的服务。 第三章说明了w 曲服务中的服务质量问题，分别从服务提供者的角度( 旅 行社，旅店，售票处等等服务提供者) 和用户的角度来分析服务质量；提出了从 q o s 角度组合w e b 服务的观点，根据几种基本的w e b 服务组合方式，分析了它 们各自的执行时间和代价。第三章特别提出了并行分布服务的响应时间分析，这 是针对旅游平台中比较常见的一种流程，即若干个服务并行情况下，一个比较慢 的服务对整个服务组合的流程的执行时间的影响。 第四章将i p v i t a 中基于q o s 的服务选择问题抽象出来进行分析，定义了相 关的服务质量的度量函数，给出限制r ( 例如，端到端限制) ，为组合服务的选 择问题建模。 第五章，在新建模型上，提出了若干解决方法，给出了例子，并分别作出复 杂度分析以及比较。根据不同的情况应用相应的方法。 1 5 本章小结 本章节介绍了基于q o s 的服务选择的研究背景，给出了当前服务选择的国 内外研究现状，详细叙述了课题研究的主要内容，清晰的列出本文结构。 山东大学硕士学位论文 第2 章i p v i t a 2 1 背景 随着w 曲服务技术的逐渐普及，与旅游有关的w e b 服务越来越多，但是当 前的旅游w e b 服务较少考虑不同服务之间的协作性。针对这种情况同时结合语 义技术，设计了一个服务自动集成平台虚拟旅行社平台。在语义的支持下， 该平台可以将用户的需求形式化，根据形式化的需求自动生成组合流程，然后自 动为组合流程匹配满意的服务从而形成旅游流程，最后实施旅游流程，为用户提 供满意的旅游服务。 2 2i p v i t a 的总体结构 p t a 的功能是管理各种旅游服务，为用户提供满意的旅游。整个平台结构 如图2 - 1 ； 图2 - 1 p v i 诅的总体结构 整个平台分为四个模块，语义管理模块、组合流程生成模块、服务注册中心和 6 山东大学硕士学位论文 流程执行模块。 2 2 1 语义管理模块 语义管理模块的作用是通过简洁的界面和方便的操作，对平台所需要的语 义基础本体和规则进行管理。平台其他三个模块都需要得到语义的支持，因 此平台必须要有一个好的语义管理工具。该模块包括两个组成部分：本体管理工 具和规则定义工具。 本体管理工具和规则定义工具借鉴了本体定义工具p r o t 6 9 6 【3 】，使用p r o t 6 9 6 定义基础的旅游本体和规则，然后在此基础上使用平台的工具进行修改。 2 2 2 组合流程生成模块 组合流程生成模块的功能是将用户的需求形式化，然后根据形式化的需求自 动生成组合流程。组合流程生成模块由两部分组成，需求模板生成器和组合流程 生成器。 需求模板生成器的作用是根据旅游本体中关于服务的描述，生成需求模板供 用户填写。需求模板中既包括确定的要求，也包括扩展的要求。 组合流程生成器的作用是根据需求描述树，结合事先定义好的组合操作嘲 以及本体中定义的规则，自动生成一个虚拟的旅游流程。 2 2 3 流程执行模块 流程执行模块的功能是为虚拟旅游流程绑定服务，变为真实的旅游流程，并 交由工作流引擎执行。流程执行引擎由两部分组成：旅游流程生成器和旅游流程 执行引擎。 旅游流程生成器：旅游流程生成器的功能是为虚拟旅游流程绑定服务，变为 真实的旅游流程。旅游流程生成器从虚拟旅游流程的节点获取到对具体服务的需 求信息，然后调用服务发现模块，在注册中心查找到跟需求信息匹配的服务，作 为候选服务，最后根据候选服务的的评估情况，选出得分最高的几个候选服务， 供用户选择。 7 山东大学硕士学位论文 旅游流程执行引擎：旅游流程执行引擎负责执行匹配了具体的服务之后的旅 游流程，其作用跟传统的工作流引擎类似，但是因为流程相对比较简单，出现异 常时相应的处理也比较简单，所以整个执行机功能相对传统工作流引擎更为简 单。 2 2 4 服务注册中心 服务注册中心的作用是管理服务提供商提交的服务注册信息，并提供对注册 信息的查找、建立、修改、删除等功能。该平台的注册中心既不同于传统的u d d i “， 又不同于语义的d a m l _ s “”。服务注册中心由三部分组成：服务注册模块、服务 发现模块和服务评估模块。 服务注册模块：服务注册模块的作用是根据旅游本体，自动生成服务注册模 板，由服务提供商填写，用于注册他们的服务。注册模板应该包括两部分，服务 的描述模板和服务的实现模板。描述模板包括服务详细的描述。实现模板描述平 台如何调用服务，其作用类似于u d d i 中的w s d l 川。服务注册信息存放在服务注 册库中。服务注册模块还提供了服务注册信息的修改、删除等功能。 服务发现模块：服务发现模块的功能是为虚拟流程中的任务节点匹配真正的 服务，其中虚拟流程是由组合流程生成器生成的。虚拟流程中每个任务节点只对 该节点需要的服务进行了描述，服务发现模块的任务根据这些描述，在服务注册 库中查找满足条件的服务。同时，进行基于服务质量的服务选择。 服务选择：服务发现模块找到的服务可能有若干个，对于这些任务，基于一 个服务质量约束条件的服务选择，就是本文主要研究的问题，在给定一个总的服 务质量约束下，如何选择出一组最合适的服务，稍后，根据具体的情况，将复合 服务的组合抽象出一个模型，并根据此模型提出了相应的若干解决方案。 服务评估模块：服务评估模块的功能是根据旅游流程的运行情况对服务进 行评估，评估的结果作为注册信息的一部分追加到服务注册信息中。 由于竞争的加剧，通常存在多个同类的服务均能满足用户需求，但是各个服 务的服务质量( q o s ) 4 11 9 1 却不相同。同时由于网络条件的限制，w e b 服务存在 很大的不确定性；而且服务提供商提供的服务的描述，可能跟实际的服务存在出 入；更严重的是还可能存在欺骗性的服务。因此我们需要建立服务评估机制，评 8 山东大学硕士学位论文 估服务的质量，作为选择服务的一个标准。 2 2 5o o sb r o k e r 基于q o s 的服务选择方法，在此得到应用，使用w e bs e r v i c eb r o k e r 可以加 速客户找寻服务的过程，w s b 能够事先得到客户感兴趣的w s 信息。这就意味 着客户将通过w s b 来找寻一项服务而不再使用u d d i 注册机构。w s b 有一组服 务提供者的最新信息。一个服务第一次被请求时，w s b 没有该服务最新的信息， 就询问与该b r o k e r 相关的一个或多个u d d i 注册机构，检查这些服务的w s d l 文档并且建立了可能的o f f e r ，以扩充w s o o s 。从这时候开始，这个新建的o f f e r 列表就被用作参考以找出客户需要的最佳匹配。 具体的执行步骤如下图所示： 圈2 2 s t e p l ：服务提供者在u d d i 注册处发布它们的服务。 s t e p 2 ：客户向w s b 请求服务需要实现的接口，并且递交所需要的q o s 需求。 s t e p 3 ：如果w s b 没有最新的关于o f f e r 的信息来完成客户的需求，w s b 将 会通过接口k e y 从一个或多个u d d i 注册机构上要求w e b 服务。我 们希望这样的模型，因为在该模型中，w s b 事先取得了客户感兴趣 的o f f e r 的信息。这样可以大大加速查询的速度。 s t e p 4 ：u d d i 返回一个满足条件的服务列表。 s t e p 5 ：w s b 向服务提供者索要服务描述，例如，w s d l 文档。 s t e p 6 ：服务提供者将描述文档连同0 0 s - o f f e r 一起返回。 9 山东大学硕士学位论文 s t e p 7 ：w s b 测试不满足需求的o f f e r s t e p 8 ：w s b 返回满足客户需要的最合适的服务。 s t e p 9 ：客户直接调用满足o o s 需求的服务。 2 3 本章小结 第2 章详细介绍了本文所研究的基于o o s 的服务选择的背景平台i p v i t a ， 说明了i p v i t a 产生的背景，以及i p v i t a 的总体结构，给出了i p v i t a 中的各个 主要模块，最后，叙速了o o sb r o k e r ，此模块承载了基于q o s 的服务选择的实 现，即本文提出的若干方法，在0 0 sb r o k e r 中得到应用。 山东大学硕士学位论文 第3 章w e b 服务中的0 0 s 问题 传统的万维网所提供的服务的访问依靠浏览器和服务器之间的交互，而服务 器和浏览器之间的交互则是使用超文本传输协议。现在，对互联网上服务的程序 性访问就被称作w 曲服务，w 曲服务已经成为当前研究活动和标准化的热点。 在新的模型中，w e b 服务提供者使用w 曲服务描述语言( w s d l ) 来描述 他们提供的服务以及如何调用他们。服务提供者接着使用通用的描述发现和集成 ( u d d i ) 在一个公共的服务注册处注册他们的服务。应用程序在注册处发现一 个服务并且获得一个描述该项服务的w s d l 文件的u r l 链接。接下来，该应用 使用基于x m l 的简单对象访问协议s o a p 以异步消息或远程过程调用的方式调 用服务。 图3 1 a 指出了w 曲服务的概念以及传统的对w 曲站点的访问，传统的w e b 站点( 图3 - l a ) 实现了所有需要的部件以执行用户事务：用户接口，导航管理， 业务逻辑以及对于长期存储的访问。w e b 服务站点给了用户访问w e b 上的一些 或全部提供服务的程序的途径，如图3 - 1 b 所示。 n i p 卜 图3 - i ( a ) s o a p 广一 围3 - l i b ) 圈圈囤 山东大学硕士学位论文 3 1w e b 服务中的问题 服务质量( q o s ) 是一个服务的几个质量或属性的综合，例如： 1 可用性：一个服务的执行时间所占的比例。 2 安全性：包括服务提供的认证机制的存在和类型，进行交换的消息的机密性 以及数据完整性，对抗拒绝服务的攻击。 3 响应时间；一个服务用来响应多种类型的请求的时间。是负载密度的函数。 可以用服务请求的到达率或者服务并行请求的数量衡量。q o s 不仅重视平均 响应时间而且重视相应时间百分比。 4 吞吐量：个服务能够处理的请求的比率。q o s 测量包括最大吞吐量或者是 一个函数。该函数描述了吞吐量如何随负载变化。 q o s 度量由w e b 使用者观测，这里的使用者不是人类用户而是向w e b 服务 提供者发出服务请求的程序。w e b 服务中的q o s 问题不得不从w e b 服务提供者 ( 例如图3 1 中的航空售票w e b 服务) 和用户( 旅游代理站点，就是i p v i t a 平 台) 角度来评估。 3 1 1 从服务提供者角度来看服务质量 一个服务提供者需要考虑q o s 的许多方面。其中一个是q o s 策略，一些 w e b 服务采用了一种“最大成就”策略，没有监控，只要请求就接受( 负载过多 的情况下掉下来) 不检查响应时间，吞吐量或者提供的可用性。这种类型的策略 在一些方案中可行，但在另一些中是不可行的，尤其当一个w e b 服务成为多个 组合服务应用中的一个重要部分时，例如在旅游站点的例子中。在这些方案中， w e b 服务提供者可能希望和他们的用户保持一种长期的关系。这些关系产生了服 务层协议( s l a s ) 。合法的绑定合同，这些合同建立了多种q o s 度量的限制。一 个关于s l a 可能包含的条件的例子包括以下内容： 对于g e tf l i g h ta v a i l a b i l i t y 请求的平均响应时间不超过o 5 秒 至少在2 秒中内完成9 5 的对于b o o k - h i g h t 服务的请求。 航班预定w 曲服务至少在9 9 9 时间内都是可用的。 对于w e b 服务提供者来说，当他们看到的工作是无法预见的并且在工作量密度 山东大学硕士学位论文 上出现高峰值比率时，管理他们的计算资源是非常不容易的。为了确定所有允许 的请求都获得了用户所期望的服务级别，w e b 服务提供者可能需要提供有不同花 费的多个q o s 级别。 3 1 2 从用户角度来看服务质置 在图3 - l ( a ) q a 所示的传统的旅游站点不需要任何第三方的服务来决定他们所 提供给用户的服务质量，在使用w e b 服务的时候，如图3 1 ( b ) 所示，旅游站点的 q o s 可能受到该站点所使用的服务的q o s 的影响。 图3 - 2 所示了一个w 曲服务流程图，图中，节点为w 曲站点或者w 曲服务， 结点a 和b 之间的有向边表示a 使用了b 的服务，变得标志【a ，b 】称作相关访问 率，是指对于a 的每次访问，结点b 受到访问次数的平均值，所以，平均每次对 旅游站点发出的旅游订票需求将产生圪次对航空w e b 服务的请求，圪次对旅店 w e b 服务的请求和矿次对汽车租赁服务的请求。 图3 - 2 w e b 服务流程图 r o q u e s t s f r o mo d a c r 萄t r c q u c l f r o mo t h c rs i t o s r e q l l e g t s f r o mo t h e r 菌t “ 为旅行站点的吞吐量j 嘞建立一个上限，j 0 是基于旅游站点所使用的三个 服务的吞吐量的。例如：每个对旅游站点的请求将会产生圪次对航空w e b 服务 山东大学硕士学位论文 的请求，随意航空服务的吞吐量以至少应为圪j ，因为航空服务必须能够满 足来自于旅游站点以及来自于其他站点的请求。类似的，得到其他的几个w e b 服务参数如下： 五圪+ z “( 公式3 1 ) 瓦圪+ x ( 公式”) k k z ( 公式3 3 ) 以以以分别代表航空，酒店，汽车租赁的w e b 服务。 综合公式( 3 _ 1 ) - ( 3 - 3 ) 得到旅游站点的吞吐量的上限，砀m i n 害，鲁，旁 ( 公式3 - 4 ) 。假设航空，酒店，汽车租赁的w e b 服务吞吐量分别是：2 0 请求秒， 1 5 请求眇，1 0 请求缈，平均每个对旅游服务的请求将4 次访问航空服务，两 次访问酒店w e b 服务，一次汽车租赁服务，故使用公式，得到j 毛5 请求秒。 由此说明，为了使旅游站点提高其吞吐量的上限，需要使用一个更好的航空服务 这是限制旅游站点最大吞吐量的瓶颈，当然，旅游服务可以降低每个事物中对航 空服务的调用次数。 旅游站点使用的各个w e b 服务的性能不仅仅依赖于旅游站点造成的负载，还 要看其他的资源对其加诸的负载。以上的计算能被应用于任何有向无环的w e b 服务流程图( w s f g ) ，例如图3 3 所示， 图3 - 3 一个比较复杂的w e b 服务流程图 b 和c 为a 提供服务，而服务b 使用服务d 和e ，服务c 使用w e b 服务e 1 4 山东大学硕士学位论文 和f 。w e b 服务a 的上限，利用相关访问率，并且，作为w e b 服务b c d e f 的吞 吐量函数，如下表示： x a 0 。 4 1 2 效用函数 从以上的定义，我们给出服务选择问题的客观函数，我们称之为效用函数 f ( s ，) 。为了方便表示，我们也称之为日。因为一个客户总是想要最大化他的 获益，最小化他所付出的代价，我们将利益函数6 ( s ，d 和代价函数c ( s ，) 应用到 一起作为效用函数日； 兄= 呒+ ( 坐宅署型) + + ( 1 c ( s , l ，) 船- a v g c ) 忪式4 - ) ：获益分量0 1 。代价分量o 吸 l 且形= 1 一 山东大学硕士学位论文 b ( s ，) ：在，层使用服务s 的获益。 c ( s ，) ：在f 层使用服务s 的代价。 a v g b ：所有服务的平均获益。 a v g c ：所有服务的平均代价。 s t d b ：所有获益的标准偏差。 s t d c ：所有代价的标准偏差。 4 2 单个服务和组合服务 由一个客户发出的服务请求能被划分为两类。一个是单个服务，即一个请求 能够被一个独立的服务完成，例如，一个客户要查询1 个股票价格。另一个是组 合服务，其请求必须由一组独立的服务组合起来完成，例如，一个用户做一个旅 游的计划，包括航班选择，酒店预定，汽车租赁，票务购买等等。在本文中我们 只考虑顺序执行的组合服务。 有两类组合服务，按照一个组合服务有多少个执行路径分为简单管道和有向 无环( d a g ) 结构两种。如下图所示，前者只有一条执行路径，b r o k e r 所要做的 只是沿着执行路径在每个服务类中找到一个服务。d a g 组合服务有多个执行路 径。每个路径都可被视为一个简单管道组合服务，b r o k e r 需要从这五个路径中选 择一个最佳执行方案。 图4 - l 山东大学硕士学位论文 4 2 1 单个服务 如果只需要一个服务，将会选择一个具有最大效用值的服务。但是，如前面 所说，在这个模型中仍需要考虑网络延迟。在识别完那些可以满足用