（计算机软件与理论专业论文）基于不确定质量属性的web服务选择决策模型研究.pdf

摘要 目前，w e b 服务已经成为一种十分流行的w e b 应用技术。w e b 应用的一个重要基础就是根据请 求者的提出的需求发现合适的w e b 服务。由于网络世界的复杂性。w e b 服务属性可以分为确定性属 性和不确定性属性两大类。w e b 服务的确定性，反映了该服务与同类的服务共性或普遍性的一面。 这些属性的属性值一般表现为一个的同定不变的值。所谓不确定性，i t j n 画了该服务个性或特殊性 的一面。属性值一般表现为可能发生波动的值。 不确定性属性在很大程度上决定了w e b 服务的质量它们对w e b 服务的选择有着重要的影响。 在进行服务匹配时，属性的变化性往往受到多个因素综合影响，并导致了服务属性变化的不确定性， 从而在很大程度上影响了服务选择的结果。但是，现有的w e b 服务匹配算法还没有考虑这一点，这 可能导致不准确的匹配结果。 本文通过对现有的w e b 服务匹配方法的分析和比较，针对当前w e b 服务发现过程中存在的不确 定性问题，提出了一个w e b 服务选择模型，该模型能够有效的兼容w e b 服务q o s 属性的不确定性。 根据不同应用场景下的需求，本文提出了两种w e b 服务选择的模型：u b b 和_qosdmm n p tq o s d m m 。u b b 模型利用非概率集合凸方法来定量化计算由不确定属性带来的对qosdmm q o s 的影响。n p t 模型利用非参数检验的理论上提出了基于服务历史属性的选_qosdmm w e b q o s 择算法最后，在此基础上建立了一个基于不确定属性的w e b 服务质量选择的原型系统。 关键词：w e b 服务，服务质量，服务选择。服务匹配，不确定性，非概率集合凸方法，非参数检验 a b s t r a c t p r - - n t l y , w e bs e r v i c eh a sb e c o m eo n eo ft h em o s tp o p u l a rt e d m o l o g i e so fw e ba p p l i c a t i o n i ti s i m p o r n m tt of i n dt h ea p p r o p r i a t ew e bs e r v i c et h a ts a f i s f i e dt h er e q u e s t e r sc o n s t r a i n t s a na t t r i b u t e so f w e b s e r v i c ef a l li n t ot w ob r o a dc l a s s e s ：t h ec e t t a i na t t r i b u t e sa n du n c e r t a i na u r i b u t e s n 皓v a l u eo fac e r t a i n a t t r i b u t ei sf i x e da n de x p r e s s e st h eu n i v e r s a lf e a t u r e so fw e bs e r v i c e 1 1 埒v a l u eo f at m c e r t a i na t t r i b u t ei s c h a n g e a b l eb e c a u s eo f t h ec o m p l e x i t yo f w e b t h e yd e s c r i b et h ep a r t i c u l a r i t i e so f aw e bs e r v i c e u m x n a i na t t r i b u t e sd e t e r m i n et h eq l l a i i t yo fw e bs e r v i c et oac e r t a i ne x t e n t , a n dt h e ya r ei m p o r t a n t f e a t u r e sf o rt h es e r v i c es e l e c t i o n t h e s et m c e r t a i na t t r i b u t e sa r ec o r r e l a t e d , a n di n f l u e o c et h eq u a l i t yo f w e b s e r v i c e b u t , e x i s t i n gm m c t l l n 赫gm e d e l sa n da l g o r i t h m sd on o t 妇t h eu n c e r t a i na t t r i b u t e si n t oa c c o u n t , w h i c hl e a d st oi n a c c u r a t em a t c h i n gr e s u l t s t h ca u t h o ra n a l y z e sa n dc o m p a r e st h ee x i s t i n gw e bs e r v i c em a t c h m a k i n gm o d e l s , a n dr e s e a r c h e st h e t m c e r _ i a i np r o b l e me x i s t i n gi nt h ew e bs e r v i c ef i n d i n g a nu q o s m m ( 麟：删nq o sm a l c h - m 出n gm o d e l ) i s 帆辩r i e d n i sm o d e li sc o m p a t i b l ew i t ht h eu n c e r t a i n t yo fq o sa t t r i b u t e s a c c o r d i n gt ot h e r e q u i r e m e n t so fd i f f e r e n ta p p l i c a t i o n , t h i sp a p e rp r o p o s e st w os e l e c t i o nm o d e l s ：u b b _ q o s d m ma n d n p tq o s d m m 1 1 u b b _ q o s d m mm o d e la d o p t sn o n - p r o b a b i l i s t i cs e t - t h e o r ys u c h 嬲c 0 帜m e t h o d t oq u a n t i e f f e c t sc a u s e db yu n c c r l a j na m i b u t e so fw e bs e r v i c e s b a s e do nt h en o n - p a r a m e t e r - t a s t , i q p t _ q o s d m mm o d e lp r o p o s e st h es e l e c t i o na l g o r i t h ma c c o r d i n gt ot h eh i s t o r yv a l u eo fq o sa t t r i b u t e s b a s e do i lt h e s er e s e a r c h e sw eh a v ed e s i g n e dap r o t o t y p eo fa nt l n c l a i na m i b u t e - b a s e dw e bs e r v i c e s e l e c t i o n k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ，q u a l i t yo f 靶f v i o e 辨州c es e l e c t i o n , s e r v i c em a t z h n 吡_ a k i n g , u n c e r t a i n t y , n o n - p r o b a b i l i s t i cs e t - t h e o r y , c o r l v e xm e t h o d , n o n - p a r a m e t e r - t e s t 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外，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已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：丕孟芝日期：2 q q 鱼生! q 且 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入所送交学位论文的 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。 研究生签名： 五名么导师签名： 第一章前言 1 1 研究背景 第一章前言 随着万维网( w w w - - w o r l dw i d ew e b ) 上各种各样的网络服务的出现。w 曲服务i ”( w e b s e r v i c e s ) e t 益成熟，越来越多的个人、机构、企业加入到w e bs e r v i c e s 的开发中来目前w e b 服务 作为企业中有效的流程集成的一种机制已经在市场中被采用。面向服务的体系结构( 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 ) 越来越受到人们的重视在开放的、分布式的网络环境下，w e b 服务已经成 为下一代分布式计算的核心技术，其主要目标就是在现有的异构平台基础上，通过标准的互联网协 议和基于x m l 的消息交换机制，构筑一个通用的平台无关、语言无关的技术层，并实现各种不同 平台彼此的连接和集成。这给企业内部或者企业之间的业务集成带来了便利。 w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 是具有自包容、自描述性的应用模块，它可以通过w e b 来发布、查询 和调用。w e b 服务是一个崭新的分布式计算模型，是w e b 上数据和信息集成的有效机制 2 1 。目前， 关于w e b 服务的几个底层标准协议。业界已经基本达成共识。主要包括x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i 等。w e b 服务描述语言( w s d l ，w e bs e r v i c e sd e s c r i p t j o nl a n g u a g e ) 用来描述w e bs e r v i c e s 的相关 信息。统一描述、发现和集成协议( u d d i u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 是一个 跨产业、跨平台的开放性架构，可以帮助w e b 服务开发商在i n t e m e t 上公布自己推出的w e b 服务。 简单的说，w e b 服务是一种开发的规范，它使得请求者可以通过网络对基于规范开发的各种应用进 行调用、整合，从而在互联网上完成更复杂的任务。u d d i 就是w e b 服务的服务中介 s l u n u e l i 等人从面向应用的角度，描述了w e b 服务的基本体系结构p j 。w e b 服务的基本体系中 有3 个参与者，分别是服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 和服务代 理( s e r v i c e b r o k e r ) 。w e b 服务的应用过程需要进行3 个基本阶段，分别为；发布( p u b l i s h ) 、发现( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 。w e b 服务基本架构如图1 i 所示 图1 1 w e b 服务架构 发布阶段：服务提供者将其服务发布到服务代理的一个目录上。 发现阶段：当服务请求者需要调用该服务时，首先利用服务代理提供的目录去搜索该服务，得 到如何调用该服务的信息，然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。 绑定阶段；当服务请求者从服务代理处得到调用所需服务的信息之后，在服务请求者和提供者 之间直接进行通信，而无须经过服务代理。 在w e b 服务应用的过程中。发现阶段是w e b 服务应用的基础。随着w e b 服务技术的不断发展， 东南大学硕上学位论文 网络中可用的w e b 服务的数量也不断的增加。w e b 应用的一个重要基础就是根据请求者提出的需求 发现合适的w e b 服务。在这个过程中存在着一些尚未解决的问题。其中，对w e b 服务发现影响最 大的就是w e b 服务质量的不确定性问题 由于网络世界的复杂性，可能影响w e b 服务的质量属性有很多，诸如，响应时间( r e s p o n s e t i m e ) 、 服务可以被其客户正确使用的概率( a v a i l a b i l i t y ) 、支持多少个并发事务( c o n c t m e n c y ) 使用该服 务的价格( p r i c e ) 等等。其中有的q o s 属性的值是确定的，不会随w e b 服务戍用的环境变化而变 化，如价格。但是，由于w e b 本身的动态性和不稳定性，w e b 服务的一些属性值往往不是一个固定 的准确值，尤其是与w e b 服务的质量相关的属性值，如带宽、延迟、响应时间等等。这种q o s 属 性的不确定性给面向q o s 的w e b 服务选择带来了很大的困难。 例如服务a 、b 和c 都可以提供发送信息的服务。它们的正常发送延时为0 5 秒。这里。0 5 秒” 就是该w e b 服务“发送延时”属性的正常值，表现了w e b 服务的确定性。但在出现异常的时候， 服务a 可能的延时范围在【o 1 ，2 o 】秒之间，服务b 可能的延时范围在【0 i ，l o o 】秒之问，而服务c 能 的延时范围在【0 4 ，1 0 0 0 1 秒之问。这些波动的范围就描述了“发送延时”属性可能的变化范围，表示 了该服务的不确定性。 如果在面向q o s 的w e b 服务选择算法中，将w e b 服务属性值视为固定不变，或者仅用在某一 时刻的q o s 属性值来代表该w e b 服务的q o s 属性的特征，将很难做出正确的面向o o s 的w e b 服务 选择 因此，能够在保证较高的准确性的前提下，自动选择质量更稳定的w e b 服务，成为w e b 服务 发现中的十分重要的研究课题。 本文的主要目标就是提出解决以上问题的理论模型和算法。本文选题来自于国家自然科学基金 项i j ( 6 0 4 7 3 0 9 1 ，6 0 6 7 3 1 7 5 ) ，并得到部分支持 1 2 本文工作 本文的工作主要集中在w e b 服务的发现阶段。针对当前w e b 服务发现中存在的问题，我们提 出了一个一般的抽象的w e b 服务描述模型，该模型能够有效的兼容w e b 服务q o s 属性的不确定性。 根据不同应用场景f 的需求，在非概率集合凸方法和非参数检验的基础上，提出了两种w e b 服务 q o s 选择算法：u b b _ q o s d m m ，n p tq o s d m m 。最后，结合实际应用，建立了一个原型系统。 1 3 论文结构 第一章引言，提出当前w e b 服务发现中亟待解决的问题，阐述了论文的研究背景第二章引 入了w e b 服务发现匹配建模中涉及到的基本概念，进行了规范化的定义。第三章论述了相关的研究 现状，包括相关模型和已有w e b 服务发现和匹配方法的介绍和比较。第四章对w e b 服务的q o s 选 择的进行数学建模，提出了u q o s m m 模型。第五章在u q o s m m 模型基础上，提出了利用非概率 集合凸方法进行w e b 服务的q o s 选择的u b b 算法。第六章，根据非参数检验的理论，_qosdmm 提出了进行q o s 选择的n p t _ q o s d m m 算法。第七章，在企业内部的s o a 架构基础上，介绍了 w e b 服务q o s 选择算法的原型系统的设计和实现。最后，对本文工作进行了总结，并对w e b 服务 选择的迸一步发展进行了展望。 2 第二章w e b 服务的选择与匹配 第二章w e b 服务的选择与匹配 服务发现是指定位( l o c a t i n g ) 满足特定的请求者需求的机器可处理( m a c h i n e - p r o c e s s a b l e ) 的w e b 服务描述的行为，其目标是发现一个合适的w e b 服务。w e b 服务发现是w e b 服务应用过程 中的一个重要阶段，本文重点讨论的w e b 服务选择则是服务发现的核心操作。服务选择就是根据服 务请求者( r e q u e s t e r ) 提出的若干需求和约束，对各个已发布的w e b 服务的各方面属性进行综合评 价，从而找到最符合请求者需求的w e b 服务。所谓已发布的w e b 服务就是由服务提供者( p r o v i d e r ) 发布到服务代理( b r o k e r ) 上的各个w e b 服务。这个综合评价的过程就称为w e b 服务匹配。 随着w e b 服务的发展。提供相似功能的w e b 服务的数量越来越多，因此如何匹配服务请求和 服务发布是一个重要问题。在w e b 服务选择过程中，服务匹配发挥了一个中心作用。 事实上，匹配不仅是w e b 服务中需要解决的关键问题，而且是多a g e n t 系统、，电子商务、网 格计算等领域都要面临的重要课题。【4 - 7 】因而，对w e b 服务匹配研究具有重要的科学意义和广泛的 应用价值。 本章介绍了w e b 服务匹配相关的基本概念，讨论了w e b 服务q o s 匹配中存在的不确定性问题， 分析了w e b 服务匹配可能的应用领域。 2 1w e b 服务匹配的基本概念 “匹配”在英汉双解计算机词典中的解释为a c o m p a r i s o n t o d e t e r m i n ei d e n t i t y o f i t e m s ，即 “为确定一些数据项是否一致而进行的一种比较”。与匹配相关的研究可以追溯到上世纪8 0 年代开 展的基于关系数据库的模糊查询的研究。 8 1 0 】模糊查询的目的是使关系数据库具有模糊检索能力， 允许用户能在检索中根据自己的意愿对属性加权折衷，实现柔性查询。另一方面，g w i e c l c r h o l d 提 出的中介( m e d i a t o r ) 思想也影响了匹配模型的定义【l l 】。 匹配方法学的基本思想是，提供一个自动化的机制，它允许对一系列的候选对象进行详细精确 的排序，以确定哪一个候选对象最适合具体的请求。为了更好的说明w e b 服务匹配的内涵，界定其 应用范围，我们给出了w e b 服务匹配相关的基本概念的定义【6 】 定义2 1 代理和服务( a g e n t sa n ds e r v i c e s ) w e b 服务是一个必须由具体的代理实现的抽象概念。代理是一个能发送和接受消息的具体的 软件或硬件。服务是可以执行一个或多个任务的资源。一个服务拥有一个服务描述和一个服务接口 服务具有语义和标识符，可以有一个或多个应用策略。 定义2 2 请求者，提供者( r e q u e s t e r sa n dp r o v i d e r s ) 提供者是提供正确的代理以实现特定服务的个人或组织。请求者是希望使用提供者拥有的w e b 服务的个人或组织。它使用请求代理与提供者的提供代理进行信息交换。 定义2 3w e b 服务描述( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o n ，w s d ) w e b 服务描述是机器可处理的对w e b 服务的接口、能力、质量、安全、策略等方面属性的描 述，表示了管理服务之间交互的协议。 定义2 4 服务的语义性( s e r v i c es e m a n t i c s ) 服务的语义性是请求者和提供者对服务的使用中关心的需求和效果的合同。服务的语义性应该 在服务描述中加以说明，并用正式的，机器可处理的语言描述。 定义2 5 属性，维( a t t r i b u t ea n dd i m e n s i o n ) 3 东南大学硕士学位论文 属性是构成w e b 服务描述结构的具体元素，它的值是指定的数据类型。维是一个可被单独寻 址并由几个属性组成的域。维，表示w e b 服务具有相关性的某方面的属性的集合。 定义2 6w e b 服务匹配( w e bs e r v i c em a t c h m a k i n g ) 设p 是w e b 服务提供者发布的服务描述的集合r e r 是服务请求的集合中的一个请求。服务 发布与服务请求匹配就是，发布描述的服务与请求的服务充分相似( s u f f i c i e m l ys i m i l a r ) 定义2 7 充分相1 以( s u f f i c i e n t l ys i m i l a r ) 充分相似( s u f f i c i e n t l ys i m i l a r ) 就是指，发布和请求描述的都是同一个服务 在w e b 服务提供和请求描述的w e b 服务对象之间的相似性可通过分级计算相似性的方法计 算首先。利用属性相似函数计算w e b 服务属性级别上的相似性。然后，利用服务选择算法确定 w e b 服务描述的整体的相似度 定义2 s 相似度( s i m i l a r i t yd e g r e e ) s i l n d 2 f 【7 ，p j ，其中7 r ，p e p ，是相似性函数，相似度s i 埘l d 是根据相似性函数计算 得到的一个实数值。一般的，s i m d 的值是一个在0 到n 之间的有限正实数。 定义2 9w e b 服务匹配过程( w e bs e r v i c em a t c h m a k i n gp r o c e s s ) w e b 服务匹配过程是执行计算请求集合与发布集合中最适合的潜在配对的任务的过程匹配 过程要计算 每对两元组( ，p ) 的相似度 戚f ，l d - ：r x p 寸破 服务发布的相似次序 o ，讧：p p r + ，这里a ，p 2 p ，o r d ( p , ，p 2 ) o ，意味着p l 与r 的相似度 比p 2 高。r + 是正有理数集合。 总体说来，w 曲服务匹配过程是以一个具体的请求r 和发布的集合p 形成的二元组( ，尸) 作为 输入。w 曲服务匹配结果也是一个二元组( r ，只m 柚) ，这里只删是排序后的发布集合。 2 2 w e b 服务q o s 的不确定性 2 2 1w e b 服务q o s 选择的基本概念 传统的网络层q o s ，是指网络在传输数据流时要求满足的一系列服务请求，强调端到端( e n d t o e n d ) 或网络边界到边界的整体性，具体可以量化为带宽，延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能 指标。 q o s 选择作为w e b 服务匹配的一部分已经日益受到研究者的重视。相似的服务可能有不同的服 务质量等级( q o sl e v e l s ) 。为了进行有效和准确的服务选择，有必要深入考虑w e b 服务q o s 在 4 第二章w e b 服务的选择与匹配 w e b 服务匹配中的影响 定义2 1 0w e b 服务质量( q o so f w e bs e r v i c e ) 服务质量( q o s ，q u a l 竹o f s e r v i c e ) 是在软件开发与应用中的一个广义的概念。在本文中，w e b 服务的服务质最描述的是，请求者在与w e b 服务进行交互时所感受到的服务性能，属于网络应用 层的q o s 。在不引起歧义的前提下，为了描述的简化，在本文中将q o s 特指为w e b 服务质量( q o s o f w e bs e r v i c e ) 定义2 1 1w e b 服务质鼍属性( q o sa t t r i b u t e q o s 属性描述了w e b 服务的q o s 某个方面的具体特性，它的值是受到该属性描述对象的约束。 通过对q o s 属性的深入了解，可以发现q o s 属性符合多目标决策中多目标属性之问的特性。o 性质2 1q o s 属性的不可公度性( i n c o m m e n s u r a b i l i t yo f q o sa t l r i b u t e ) 即没有统一的标准可以度量所有的q o s 属性 性质2 2q o s 属性之间的矛盾性( c o n t r a d i c t o r yo f q o sa t t r i b u t e ) 即q o s 属性之问并不是独立的，它们之间有着约束关系在某个目标值优化的同时，会导致 另一个目标值的优化或恶化。 定义2 1 2w 曲服务质量描述( q o sd e s c r l p t i o n ，q o s d ) w e b 服务质量描述是服务提供者或w e b 服务应用的中介机构对w e b 服务的质量各个方面属性 的描述，表示了管理服务质量交互的协议。一般包括，服务的下载时间、服务的运行时间、服务的 可用性、可能遇到的错误( 如失败的连接、丢失的页面或组件、中断的链路、绑定失败) 等。对某 w e b 服务所有的质量描述构成w e b 服务质量描述集合( q o s ds e t ) 。 定义2 1 3w e b 服务质量约束( o o sr e s t r i c t i 伽，q o s r ) w e b 服务质量约束是请求者根据其需要对w e b 服务质量提出的要求，表示了请求者在选择w e b 服务质量时的目标与偏好。请求者对其需要w e b 服务所有的服务质量约束构成w e b 服务质量约束集 合( q o s r s e t ) 。 定义2 1 4w e b 服务的q o s 的匹配 设q o s ds e t 是w e b 服务提供者发布的服务质量描述的集合，r q w s rs e t 是服务请求约束 集合中的一个请求约束。q o s 的匹配就是，在发布者提供的质量描述中发现与请求者的质量约束充 分相似( s u f f i c i e n t l ys i m i l a r ) 的w e b 服务。 2 2 2 产生w e b 服务q o s 不确定性的原因 基于w e b 服务应用的q o s 依赖于服务提供者做出的保证和服务所在的网络产生的影响。产生 w e b 服务不确定的q o s 属性的原因大致来源于以下几个方面： ( 1 ) w e b 服务的动态性 许多与w e b 服务q o s 相关的属性受到临时条件的影响。如w e b 服务所在的服务器的运行负载 的突然变化，w e b 服务的响应速度的变化，w e b 服务提供者的突然退出等。现有的基于u d d i 的 w e b 服务发布模式并不能及时反映网络中w e b 服务本身的动态变化。 ( 2 ) 网络状态的不稳定性 受到网络状态的影响延迟的不确定性是难以避免的。网络拥塞、网络瓶颈的出现都会影响在 网络中的数据传输，从而影响w e b 服务的响应时间、延迟等性能。 ( 3 ) w e b 服务属性值的近似估算 有相当一部分与w e b 服务质量相关的属性是运行时属性，因此，在服务被真正调用之前，服务 。陈彦萍等，“w e b 服务组合中基于服务质量的服务选择算法 西安交通大学学报。第4 0 卷第8 期，2 0 0 6 年 5 东南丈学硕士学位论文 的提供者也只能给出一个近似的属性值。这种近似的属性值是根据经验或者用理想化的模型计算得 到的，并不能完全表达w e b 服务的复杂性，结果往往混杂了一些与w e b 服务真正的q o s 不相符的 假设 ( 4 ) 大量请求的需求聚集 随着基于w e b 服务应用的增长，一些优秀的w e b 服务必然被众多的请求者青昧。由于目前的 w e b 服务发现和选择算法还不能很好的平衡请求与供应之间的差距，需求聚集将造成某个w e b 服务 的负担过重，并发进程过多，从而导致w e b 服务性能的下降。 2 2 3 不确定性的基本概念 为了准确的表示不确定性的概念与内涵。说明本文讨论的范围，下面给出一些基本概念的定义。 定义2 1 5q o s 属性值的不确定性( u n c e r t a i n t yo f q o sa t t r i b u t e ) q o s 的不确定性的涵义主要是指：q o s 属性值的不固定性，不可预知性，不定性，易变性，有 界不确定性。不规则性等。 从可定量分析的角度，本文将重点讨论的是q o s 属性值的有界不确定性。 定义2 1 6q o s 属性值的有界性( b o u n d a r yo f q o sa t t r i b u t e ) 当q o s 属性值可以用实值x 表示时，如果该属性的值的变化满足以下条件，称该q o s 属性值 有界。 ( 1 ) 属性值x 是有界的，即l 叫a ，式中口已知的正实数。 ( 2 ) 属性值函数x ( f ) 有包络界，即兰( ，) 工( f ) 工( f ) t 式中兰( r ) 、x ( f ) 是确定的函 数，它们对不确定函数的变化范围定界。 哞 ( 3 ) 属性值函数有一积分平方界。l l pl 工2 ( t ) d t a 。 j m ( 4 ) 属性值x 位于如下的椭球集合内，即 e ( x , a ) = x ：x r 4 ，( x - x o ) 1w ( x - i o ) s 口2 ，式中x 为椭球的中心，x 一 一已知的m 维向量，w - - 为已知的正定矩阵，描述椭球的形状，口已知的正实 数，它刻画椭球的大小。 ( 5 ) 属性值函数位于有界的凸集合内，即s ( p ，0 ) = p ：h ( w ，p ) 口2 ，式中p 属性 值或属性值函数，h 二次型，w 正定矩阵，口正实数。 定义2 1 7q o s 属性值的预测值( e s t i m a t ev a l u e ) w e b 服务发布者或者w e b 服务应用的中介机构对在绑定调用中w c b 服务q o s 属性可能的属性 值进行的预测，q o s 属性的预测值是对q o s 属性值的近似估算。 定义2 1 8q o s 属性值的真实值( a c c u r a t ev a l u e ) 在绑定调用中，可以测黉到的w e b 服务响戍时的质量属性值。 定义2 1 9o o s 属性值的历史值( h i s t o r i c a lv a l u e ) 在某个时刻，在某种特定应用环境的条件下，w e b 服务响应的质晕属性值。该值反映了在某历 史条件下，w e b 服务曾经的真实值，可以作为对q o s 属性值进行预测的一种依据。 定义2 2 0 不确定q o s 的匹配( u n c e r t a i nm a t c h m a k i n go f q o s ) 6 第二章w e b 服务的选择与匹配 在考虑w e b 服务q o s 属性值不确定的前提下，进行的w e b 服务的q o s 的匹配 2 3w e b 服务匹配的应用领域 当前，w e b 服务技术正在成为互联网环境下异构应用之间互操作和集成，以及数据共享的主流中 问件技术。匹配作为w e b 服务发现中的核心任务，随着网络中发布的w e b 服务数量的增长而显得 日益重要。 与此同时，面向服务的体系结构( 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 ) 越来越受到人们的重视。 目前，w e b 服务作为企业中有效的流程集成的一种机制已经在市场中被采用。在s o a 架构中，如 何选择高效稳定的w e b 服务来进行业务整合成为s o a 应用成功的关键w e b 服务匹配就决定了 w e b 服务选择的高效性和稳定性。 在电子商务的应用中，电子谈判已经被整合到很多公司的整个采购过程中。所有当前电子谈判 方法中有一个共同的中心问题，就是选择和匹配最优的供应商。因此，w e b 服务匹配在该领域中也 有广泛的应用前景。 7 东南大学硕士学位论文 第三章w e b 服务选择与匹配的研究现状 本章首先对w e b 服务的概念、结构进行简单的介绍，其次讨论了关于w e b 服务不确定性的研 究现状，然后对w e b 服务选择与匹配的研究现状进行了深入的分析。最后结合现有的研究现状进行 了分析和讨论 3 1w e b 服务简介 w e b 服务【l 】是具有自包容、自描述性的应用模块，它可以通过w e b 来发布、查询和调用。w e b 服务也是一种崭新的分布式计算模型，是w 曲上数据和信息集成的有效机制f 2 】。使用w e b 服务技 术，应用程序可以通过与平台和编程语言无关的方式相互通信。从另一个角度上来看，w e b 服务是 一个软件接口，它描述了一组可以在网络上通过标准化的x m l 消息传递访问的操作。它使用基于 x m l 语言的协议来描述要执行的操作或者要与另一个w e b 服务交换的数据。在面向服务的体系结 构( s e r v i c e - o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 中，一组以这种方式交互的w e b 服务定义了特定的w e b 服务应用程序 w e b 服务试图解决的主要问题是数据和应用程序集成的问题，以及将技术性的功能转换为面向 业务的计算任务的问题。在最近的发展中，w e b 服务转向了基于x m l 的接口和通信这一概念，只 要将w e b 服务设计成相应的接口，最终都可以将任何一种应用程序与另一种应用程序组合在一起。 【1 2 】 w e b 服务采用一系列的相关协议来描述、传递服务和与服务交互。其中很多协议已经比较成熟。 例如：s o a p 、u d d i 等 简单对象访问协议( s i m p l e o b j e c t a c c e s s p r o t o c o l ，s o a p ) 是消息传递协议。此协议对消息进 行了编码，这样就可以通过传输协议( 如h t t p 、i i o p 、s m t p 或其他协议) 在网络上传递它们。 统一描述、发现和集成( u m v e r s a ld e s c r i p t i o n , d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，u d d i ) 为查找和访问 服务定义了注册中心和相关的协议该协议定义了服务如何公开它们自己以及如何在网络上相互发 现。 w e b 服务安全性( w s s e c u r i t y ) 规范为安全通信定义了基于令牌的体系结构。以此为基础，有 六个主要的组成规范：w e b 服务策略( w s p o l i c y ) 。w e b 服务信任( w s t r u s t ) ，w e b 服务隐私 ( w s - p r i v a c y ) ，w e b 服务安全会话( w s s e c u r ec o n v e r s a t i o n ) ，w e b 服务联盟( w s f e d e r a t i o n ) ，w e b 服务授权( w s - a u t h o r i z a t i o n ) 。 3 1 1w e b 服务的体系结构 根据w 3 cw e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r ew o r k i n gg r o u p 发布的对w e b 服务体系结构的定义，w e b 服 务的体系结构可以从四个方面进行描述。它们分别是：面向消息的模型( m e s s a g eo r i e n t e dm o d e l ) ， 面向服务的模型( s e r v i c e o r i e n t e d m o d e l ) ，面向资源的模型( r e s o u r c e o r i e n t e d m o d e l ) ，策略模型 ( p o l i c ym o d e l ) 1 3 】 面向消息的模型关注于消息，消息的结构，消息的传输等。消息模型解决了一些关键的概念： 代理、消息、消息头和消息体以及用于发现消息的机制等。 面向服务的模型关注于服务和行为的不同方面。服务模型要利用元数据，元数据被用于描述服 8 第三章w e b 服务选择与匹配的研究现状 务的许多方面：接口和传输绑定的细节。服务的语义，策略约束等提供丰富的描述是成功开发和 使用服务的关键。服务模型是所有模型中最复杂的模型。服务是请求者a g e n t 和提供者a g e n t 的媒 介 面向资源的模型是来源于w e b 体系结构中资源的概念。w e b 服务体系结构中将此概念扩展为合 并了资源和所有者之间关系的新概念 策略模型则关注于a g e n t 和服务行为上的约束 各个模型之间的关系可以用下图表示： 图3 i w e b 服务体系结构中元模型结构 3 1 2w e b 服务的基本描述语言 对w e b 服务的匹配是与对w e b 服务的描述密切相关的，不同的描述方法决定了对w e b 服务匹 配的方法。目前，用于描述w e b 服务的主要方法有：w s d l ，w s r f ，o w l - s 。最近在原有描述方 法的基础上，相关研究机构还发布了w s d l - 2 0 和w s r f - s 。 w s d l ( w e bs e r v i c ed e s 州p i i 彻l a n g u a g e 、w e b 服务描述语言) 【1 4 】把w e b 服务提供的接口描 述为操作的集合的x m l 格式。每个操作的输入和输出的参数都被描述，并将这些描述注册在u d d i 服务器上。但是，u d d i 本身是基于w e b 服务的关键字进行搜索的，不能实现服务的智能匹配和自 动发现。【1 5 早期w s d l 主要考虑的还是服务的功能性描述，并没有明确提出w e b 服务其他方面 属性的概念和定义模型 w s r f ( w e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k 、w e b 服务资源框架) 1 6 使用w e b 服务资源生命 周期( w s r e s o u r c 七l i f e t i m e ) 、w e b 服务基本故障( w s b a 辩f a u l 协) 和w e b 服务服务组 ( w s s e r v i c e g r o u p ) 规范来保证w e b 服务在交互过程中的状态。在w s r f 中，一个w e b 服务资源 被定义为一个w e b 服务和一个有状态的资源的组合，这个资源被表示为一个定义了接口类型的x m l 文档，并能根据其隐含的资源模式来定位和访问。w s r f 允许w e b 服务资源被声明，创建，访问， 为了交换而监控，以及通过方便的机制来销毁。 o w l s ( 前身为d a 池- s ) ，提供了一个基于o w l 本体标记语言的w e b 服务描述本体，用 于表示w e b 服务的能力和属性。它的目标是达到w e b 服务的自动发现、调用、合成以及执行监控。 o w l - s 本体三个顶层的类构成，分别是：s e r v i c e p r o f i l e ，s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g r o t m d i n g 。由 s e r v i c e p r o f i l e 提供了发现服务所需要的信息，s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g r o u n d i n g 提供了使用服务所 需要的信息。o w l - sp r o f i l e 从三个方面描述服务：那个组织提供的服务；服务提供什么功能；以及 服务的一系列特征对w e b 服务功能的描述是通过对服务的l o p e ( i n p u t ，o u t p u t ，p r ec o n d i t i o n ， 9 东南大学硕士学位论文 e f f e c t s ) 进行描述完成的。w 曲服务特征是用属性( p r o p e r t i e s ) 来描述的。这些属性分为三类：第 一类的属性描述服务的种类第二类的属性描述了服务质量的评价。例如：一些服务可能是非常好 的、可信赖的、快速响应的。其他的可能是不可信赖的，反应慢的，甚至是恶意的。第三类属性是 大量的服务参数，包括：预计的最大响应时间、空间上的可用性等等。但是，这些服务参数的存放 是没有结构的。o w l - s 通过图3 2 的方式与w s d l 进行映射。【1 7 - 1 8 】 图3 2o w l - s 与w s d l 之间的映射 w s d l - s ( w s d l - s e m a n t i c ) 。是m m 和l s d i sl a b u n i v e r s i t yo