（计算机应用技术专业论文）可信自治式服务协同柔性调度与契约维护机制研究.pdf

浙江大学硕上学位论文摘要 摘要 在面向服务的体系结构中，追求快速、高效且安全地建立服务协同往往是 不够的。面对动态的现实环境，服务协同经常会受到各种异常的干扰，因而， 服务协同的维护至关重要。本文以准则调控、策略驱动的可信自治式服务协同 为基础，提出了基于q o s 的业务流程柔性调度和柔性维护模型q o s - b p f s 和分层 的契约维护机制h n g m ，在基于策略的自主行为管理机制下，利用业务流程有效 期和服务有效期等时间约束增强服务调度的活性，利用辅助规范关联等机制维 护服务协同的过程，利用服务水平目标、q o s 参数和q o s 度量等指标监视服务契 约的执行，从而最大限度地提升业务流程协作的存活率，提高服务协同的效 率。 本文首先介绍了课题的相关背景，给出了策略、有效期等相关定义，然后 描述了基于q o s 的业务流程柔性调度q o s b p f s 模型和分层的契约维护机制h n g m ，并详细阐述了联合q o s 与契约的维护过程，最后以超市数据挖掘实例具体分 析了模型的设计方法。 关键词：服务协同，业务流程，策略，柔性调度，规范，契约维护，虚拟组织 浙江大学硕上学位论文 a bs t r a c t i nt h es 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 ，t h ep u r s u i to ff a s t ，e f f i c i e n ta n ds a f es e r v i c ei n e s t a b l i s h i n gs e r v i c ec o o p e r a t i o ns y s t e mi so f t e nn o te n o u g h s e r v i c ec o o p e r a t i o ni s o f t e ns u b j e c tt ov a r i o u se x c e p t i o n sd u r i n gt h ed y n a m i co p e r a t i n ge n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，t h em a i n t e n a n c eo fs e r v i c ec o o p e r a t i o ni se s s e n t i a l i nt h i sp a p e r , b a s e do n t h en o r m - g o r v e dp o l i c y - d r i v e nt r u s t e da u t o m a t i cs e r v i c e c o o p e r a t i o nm o d e l ，a q o s - b a s e db u s i n e s sp r o c e s sf l e x i b l es c h e d u l i n ga n ds u p p o r t i n gm o d e la n da h i e r a r c h i c a ln o r m g o v e r n e dm o d e la r ep r o p o s e d u n d e rt h ec o n t r o lo fp o l i c y - b a s e d s e l f - m a n a g e m e n tm e c h a n i s m ，w eu s eb u s i n e s sp r o c e s sv a l i d i t yp e r i o da n ds e r v i c e v a l i d i t yp e r i o dt oe n h a n c et h ea v a i l a b i l i t yo fs c h e d u l i n g ，u s ec o n t r a c t sr e l a t i o n st o m a i n t a i nt h ep r o c e s so fc o l l a b o r a t i o n ，u s es e r v i c el e v e lo b j e c t i v e ，q o sp a r a m e t e r s ， q o sm e t r i c sa n do t h e ri n d i c a t o r st om o n i t o rt h ei m p l e m e n t a t i o no fs e r v i c ec o n t r a c t ， a n da sar e s u l tt h es u r v i v a lr a t eo fb u s i n e s s p r e p r o c e s si sm a x i l i z e da n ds e r v i c e c o o r d i n a t i o ne f f i c i e n c yi si m p r o v e d t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h et o p i co ft h er e l e v a n tb a c k g r o u n d ，a n dt h e ng i v e sa d e f i n i t i o nf o rp o l i c ya n do t h e rr e l a t e dd e f i n i t i o n s t h e ni td e s c r i b e st h eq o s b a s e d b u s i n e s sp r o c e s s e sf l e x i b l es c h e d u l i n gm o d e lq o s b p f sa n dt h eh i e r a r c h i c a lc o n t r a c t m a i n t e n a n c em e c h a n i s mh n g m ，e l a b o r a t e saj o i n tq o sa n dc o n t r a c tm a i n t e n a n c e p r o c e s sa n df i n a l l yg i v eae x a m p l eo f d a t am i n i n gi nt h es u p e r m a r k e t k e y w o r d s ：s e r v i c ec o o p e r a t i o n ，b u s i n e s sp r o c e s s ，p o l i c y , f l e x i b l es c h e d u l i n g ， n o r m ，v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ，s e r v i c el e v e lo b j e c t i v e 浙江大学硕士学位论文 图目录 图目录 图1 1 面向服务的结构3 图1 2 面向服务的业务流程4 图1 3 规范调控、策略驱动的自治式服务协同模型8 图1 4 支持可信自治协同组建和运作的开发构架9 图1 5 论文结构1 3 图2 1 服务消费a c e 处理服务调用的过程1 5 图2 2 基于策略的自主行为管理1 6 图2 3 业务任务分解及角色和约束示意图2 2 图2 4 柔性调度的时间约束2 4 图2 5 业务流程有效期和服务有效期分配示意实例图2 6 图3 1 带q o s 的服务注册与推荐3 4 图4 1 分层规范( 准则) 与业务层的关系4 0 图4 2 定制产品例子的业务逻辑4 3 图4 3 协同过程异常示意图4 5 图4 4 契约协同保障机制的设计4 7 图5 1 契约维护过程的4 个阶段5 7 图6 1 数据挖掘例解决方案示意图6 l 图6 2 关联规则挖掘服务的契约关联6 4 v 浙江大学硕七学位论文表目录 表目录 表6 1 数据准备服务的q o s 约束列表6 2 表6 2 数据挖掘服务契约的详细描述6 5 v l i 浙江大学硕十学位论文 独创件声明 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。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，也不包含为获得逝至三盘堂或其他教育机构的学位或 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谢意。 学位论文作者签名：签字只期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿态堂有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权迸姿盘堂可 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和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字1 7 1 期：年月 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 随着互联网技术和软件工程技术的不断发展，从6 0 年代的软件危机以来， 在经历了结构化软件设计、面向对象软件设计、面向组件软件设计之后，面向 服务的体系结构【5 】( s o a ) 在经过近十年的发展后，已经被广泛地接受。s o a 使 用服务重用、服务组合、服务装配等主要软件开发方法，可以快速地部署动 态、多变、复杂的互联网环境下的大型软件系统。i b m 、微软、b e a 、s a p 等世 界著名软件巨头都先后开发出了相应的工具软件和支撑平台，如i b m 的w e b s p h e r e 、微软的b i z t a l k 、b e a 的a q u a l o g i c 、s a p 的n e t w e a v e r 等等，它们的商业 应用极大推动了s o a 的发展。 面向服务的设计方法的基本单元是服务，它的设计方向是虚拟化、松散化 和动态化。这些特性在给服务用户带来各种便捷的同时，也给服务协同的顺利 进行带来了隐患。正是由于这种虚拟化、松散化和动态化带来的不可控性，使 用业务流程的正常执行带来了不确定性。这个体系结构应该有种方法或力量将 这些服务粒子通过某种法则组织起来，而且这种组织必须是智能的、可信的。 而当前的服务发现和服务组合方法对于业务流程的动态变化的适应能力不足， 无法满足服务协同过程中发生的异常变化，往往导致服务协同无法进行。 可信的自治式服务协同模型n g p d 1 】可以通过宏微两个层次来解决这个问 题。自治计算元素 3 2 1 ( a u t o n o m i cc o m p u t i n ge l e m e n t ，a c e ) 利用当前的a g e n t 技术，建立微观服务计算粒子，可以实现服务协同的智能化、自治化。虚拟组织 ( v o ，v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ) 通过建立宏观社区层的社交结构标准和协同规范， 可以为服务协同提供可信保障。而且这些为服务协同制定的标准和规范能够以独 立于服务供、需方操作平台的方式发布，又使得这些规范和标准可以作为现行非 自治服务协同标准的扩展，具有应用到现有s o a 技术上的现实基础。 本文将在可信的自治式服务协同的模型基础上，以如何进行有效的服务协 同为目的，围绕虚拟组织、s o a 、业务流程、服务契约、服务质量等概念，讨 浙江大学硕十学位论文第l 章绪论 论了服务调度和契约维护环节的实现问题，我们称之为服务协同保障问题。通 过对业务流程的柔性调度和对服务协同过程中的契约维护两个方面，来有效增 强服务协同应对动态变化的能力，从而实现服务的自治演进。下面将分别简要 介绍这些概念的背景。 1 1 1 面向服务的体系架构 总地来说，面向服务的体系架构( s o a ) 是一种将组件封装成服务并组成新 的软件系统的应用框架。不同的企业或机构对它的具体定义不尽一样。 i b m 是s o a 的主要倡导者，也是目前拥有最广泛s o a 产品组合的提供商。 它对s o a 的定义是：s o a 是一种以业务为中心的，将业务集成为互联、可重用 的业务任务或服务的软件体系方法。b e a n 2 】认为s o a 由用户和相互协同的服务组 成，它包含一组可控的服务能力集合，接受基本规则的指导和一系列支撑标准的 调控。文献3 给出了这样的定义：s o a 是一组相互通信的服务的集合，这些服务 通信包括简单的数据传输，也包括两个或多个服务的协同活动。l i n t h i c u m t 4 】贝0 认 为s o a 是一种技术的战略架构，它使得内外部的所有互联系统能提供或使用有 良好定义的服务，以及与服务相关的信息，进而发展到业务层，为解决方案提供 组合应用。从本质上说，s o a 使得整个体系更加敏捷，允许我们使用配置层来应 对系统的需求变化，而不用重新开发系统。 k i n g d e e 公司对s o a 做了这样的概括 3 3 】：它是以“改善业务敏捷性 为中心， 对“软件复用 和“软件互操作”这两个基本点，遵循“松耦合、弹性粒度封装 和标准化”的三项基本原则，在“软件的模型、架构、互操作及开发方法四个 方面所进行的技术变革。 基于上述理解，面向服务的体系结构主要有以下4 个特性： 服务及行为的可重用性。由于可以像本地服务一样使用它们，我们在建 立新的应用的时候不需要再次部署服务。 服务及应用的敏捷性。由于服务作为最小的可重用粒子，它允许我们可 以在不更改服务内部结构的前提下通过组合不同服务快速地形成新的业 2 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 务过程。 服务间的互操作性。由于服务接口都是良好定义的，因而服务间的互操 作变得容易。这种互操作性还体现在异构系统下的互操作性，服务一方 只要使用服务潜在客户能够理解的协议和数据格式即可。而这种标准是 广泛的、用户可定义的。典型的应用如w e bs e r v i c e 。 服务是分散的、松耦合的。它支持动态的服务发现和绑定，这使用动态 部署和自组织、自演化变得可能。如果一个服务失效，可以方便地查找、 绑定并执行其它服务提供的具有类似功能的服务接口。 一个较为完整的面向服务的结构一般包含：服务提供者、服务消费者、服务 注册中心等三个实体，服务发布、服务发现、服务组合、服务验证、服务适配、 服务协同、服务监控等活动，以及支持这些服务活动的规范的集合，称之为服务 契约。图1 1 是面向服务的体系结构示意图。 图1 1 面向服务的结构 w 曲s e r v i c e 是s o a 最典型和最广泛的应用。w e bs e r v i c e 提供了包括x m l 、 s o a p 、u d d i 、w s d l 、b p e l 等在内的一组标准规范，使得基于互联网的异构 系统协同运行。同时，为了满足服务间的可理解性，本体论和语义w e b 等应运而 生，r d f 、o w l 等本体描述语言被引入了s o a 。为了达到服务的自组织、自适 应、自演化，a g e n t 技术自然而然地被引入s o a 。为了使服务协同更加可靠，社 会组织、服务契约等社会学内容开始丰富s o a 研究范畴。 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 2 业务流程与服务调度 业务流程指的是对一系列业务活动的组合，它包括各业务活动的资源投入、 顺序编排，同时也包括了各业务输入输出的内容管理，并最终达到期望的目标。 一般而言，业务流程主要有以下6 个要素： 资源：每个业务步的产生时机、条件和软硬件资源等； 过程：每个业务步的操作内容、方法、要求； 组织：每个业务步操作的先后次序和组织形式； 结果：即业务步的输出，表达了用户期望； 对象：操作的内容； 价值：即业务过程的效益。 业务流程最广泛应用的地方是企业。早在2 0 世纪8 0 年代就出现了“业务流 程管理( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ，b p m ) 等先进企业管理的理念。业务流 程管理【6 】试图以业务流程为中心，通过企业结构的重组优化、灵活易变的流程设 计、面向客户的流程管理体制等等一系列措施，来提高企业的运行效率、优化资 源利用率和人员协作关系，从而降低企业的运营成本、提高企业对客户需求的响 应速度，以争取企业利润的最大化。 图1 2 面向服务的业务流程 在面向服务的体系结构中，我们也常把业务与服务分离出来。业务层与服务 层的关系如图1 2 所示。 4 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 服务调度包括了服务的选择、顺序的编排、资源的分配、质量的控制，以及 过程的监督。服务层将跨平台、跨组织、跨领域的操作封装为服务，而业务层则 关注业务流程管理的范畴。这种服务粒子与业务流程的分离与统一，使得大规模 服务组合和服务调度成为可能。 常见的服务调度主要有如下几种模型：集中式模型、竞价拍卖模型、分布式 模型。集中式模型中存在一个或多个调度控制器来进行资源整合和服务组合，称 之为“超级调度者 。这种方法实施简单，但并不适应动态的服务协同环境。竞 价拍卖模型则主要用于特定的服务协同，即竞价和拍卖等较为固定的人类经济活 动。分布式模型则由各计算实体自主发现资源，并分布式地维持资源状态。 1 1 3 服务质量 服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 一直是人们关注的重点。在计算机网络 发展早期，由于网络传输的原因，q o s 主要关注数据传输中的网络延迟和负载等 简单服务质量标准的评价和控制，在实时系统中显得尤其重要。它的实现目标是 为互联网用户提供可区分的网络传输质量等级和可靠的服务质量保证。r f c 2 3 8 6 规范【3 l 】中对服务质量q o s 定义如下：服务质量是网络在传输数据流时要求满足的 一系列服务请求，具体可以量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率和吞吐量等指 - 一 杯。 在面向服务的体系结构中，服务质量显得更加重要。除了传统的关于网络传 输参数控制以外，为了满足服务协同的要求以及用户对服务结果的期望，更多的 要考虑资源分配和服务能力，包括安全性、可靠性、信誉度、完整性、实用性等。 这里的关注重点体现在了服务层或应用层。在s o a 最成熟的实现w e bs e r v i c e 方面，目前工业界和学术界关于实现支持q o s 的方法主要有： w 曲s e r v i c e 等级协定( w e bs e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，w s l a ) 7 1 。它采用 服务等级协定( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 规范，其中包含了服务质 量的测量、限定、计算方法和约束。 扩展的w e bs e r v i c e 规范。这种方法主要是将q o s 添加到原有规范中， 5 浙江大学硕+ 学位论文第1 章绪论 包括在图1 1 中加入q o s 认证单元，或者扩展服务能力描述规范等。 基于关注点的不同，q o s 可以分为许多类别。r a s h i d 等【9 1 将q o s 分为a c c o u n t i n g 、s e r v i c eq o s 、p r o v i s i o n a lq o s 、s e r v i c er e l i a b i l i t y 和s e r v i c es e c u r i t y 。 1 1 4 服务契约与服务规范 契约是一种多方( 常见为双方) 规范或约定，它规定了各参与方的权利和义 务。在法律意义上，契约是双方及以上相互问在法律上具有约束力的协议。通常， 契约责任是以自由同意为基础的，即契约自由原则。在面向服务的体系结构中， 服务契约则被用来规范和确保各服务达到预期目标从而形成高质量的软件。服务 契约理论把一个软件系统当成是一组相互通信的组件集合，而这些通信则建立在 精确定义的双边规范或契约上。它提供关于服务建立的细节，尽管服务各方不需 要知道对方的具体实现，但它们知道自己提供什么并需要什么。 服务契约可以分为低层契约和高层契约【l o 】。低层的契约规定了通讯是怎样进 行等基础规范，高层契约则包含了很多例如服务交付配置和服务水平协定等细 节，并且通常与业务相关，因而显得更加重要。本文在第四、五章所涉及的契约 正是这种服务级契约。 微软提供的面向服务应用的分布式通信编程框架w i n d o w sc o m m u n i c a t i o nf o u n d a t i o n ( w c f ) 【ll 】中便使用了契约的概念，且涵盖范围更加广泛。它将契约进行 了分类，包括服务契约、数据契约、错误契约和消息契约。w c f 是微软对一系列 产业标准定义的实现，包括服务交互、类型转换以及各种协议的管理，提供了服 务之间的互操作性。 服务规范体现了用户的期望，一条好的规范会把用户的权利和义务都陈述得 非常详细，而一个完整的业务流程往往需要一组规范集。一条常见的规范包含了 这样的含义：其中一些服务方在某个指定的条件下完成了规范中规定的义务，这 往往是规范生效的前提，我们称之为规范触发条件。此后它们便拥有了规范中给 予的权力，我们称之为规范业务主体。而另一些服务方则需要根据规范继续完成 规定的义务，而这些义务又往往构成其它规范的生效，我们称之为规范后验条件。 6 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 1 2 课题组当前的研究情况 采用具有自主性、智能性的自治a g e n t 计算技术可以解决服务协同的局限 性。但另一方面却遭遇自治计算面临的“可信 危机。“可信”危机指的是由 于服务的自治性和封装性，使得相互陌生的a g e n t 在动态组建协同系统时表现出 敏捷快速的优势时，也表现出了“黑箱 性或不确定性的缺点，其行为难以为 系统可靠地预测和控制。因而，自治式服务协同必须解决这一挑战：如何建立 能用于理解、设计和控制自治计算行为的抽象理论模型，使得尽管a c e s 各自追 求个体目标，但仍可以信任它们能够协同完成期望的系统全局业务层目标【3 4 】。 作者所在课题组在这方面作了大量基础性研究工作，建立了可信自治式服务 协同模型规范调控( n o r m g o v e r n e d ) 和策略驱动( p o l i c y - d r i v e n ) 的自治式 服务协同模型n g p d ，通过系统化制定社交结构标准和配套的协同行为规范来约 束和调控a c e 个体的协同行为及其演化，使得只要个体都遵从这些行为规范，就 可信任由这些个体动态组建的协同式服务计算系统能够完成拟定的全局目标【1 0 ，2 习；而提供基于策略驱动的“宏观调控一微观行为”映射机制作为个体行为自主 管理机制的核心，则使得个体能够通过让其社交行为始终接受行为规范和本地业 务指令的宏观调控，成为可信a c e 。 n g p d 模型【i 】包括宏观调控层、微观行为层和它们之间的连接层。宏观调控 层为e 机构及协同促进型角色( 社区管理、服务中介、监控、仲裁等) 。微观行 为层为理性a c e 个体通过策略驱动的自主管理机制。通过“宏观调控一微观行 为 的映射，使得a c e 可以通过让其社交行为始终接受行为准则的宏观调控， 成为可信的理性个体。连接层包括角色管理、能力与适用性广告和其它违约管 理机制等，使映射机制得以实现。 1 2 1n g p d 体系结构 n g p d 是一个三层体系结构：从上到下分别是宏观调控层、宏微连接层和微 观行为层( 图1 3 ) ，旨在建立上层e 机构去指导和调控下层a c e s 间服务协同关 7 蛳人学倒学位论文第l 帝绪论 系的按需、动态组建、实施和维护，并驱动a c e s 的协同行为接受e 一机构规范的 宏观调控，从而变得可预测和可信，又不失高度自治性。 幽13 规范调控、策略驱动的自 f i 式服务协同模型 1 1 宏观调控层 宏观调控层，包含了e 机构规范，用以协调各a c e 间的行为。e 机构分为应 用域e 机构和社交促进e 机构，前者是与具体应用域相关的规范集合，后者则是 通用的提供社会公共服务的规范集合。 2 、微观行为层 微观行为层的核，t l , 是建立策略驱动的a c e 行为自主管理机制。微观行为层表 示为业务操作型a c e s 的集合，a c e 包括了心理模型、策略集、本地业务过程、契 约履行协议模板等。策略驱动的a c e 行为自主管理主干过程划分成“接收或产生 触发事件”、“激活相应管理策略”和“决策和驱动适当的业务活动”等三个阶段。 3 1 宏一微连接层 宏微连接层作为上下层的连接，用于支持e 机构的操作化，使得e 机构的 宏观调控作用能够施加到a c e 个体，并驱动a c e s 理性遵从协同行为规范，而变 浙江大学硕十学位论文第1 章绪论 得可预测和可信。主要包括了广告的注册、角色的申请、违约的处理等。 1 2 2n g p d 开发框架 根据n g p d 的体系结构，我们将开发框架分为三个层次，即从上到下为虚拟 社区层、可信v o 层、理性a c e 层。每一层的实现又分解成三个维度：服务协同 模型、协同行为制约、基础设施( 图1 4 ) 。 虚拟社区 可信如 社交诞进e 一橇构e _ 规掏描述本体、 n g p d 宏观调控缓痰捌域e - 视构社交健进本体 应； j 域殿务契约模扳瘦掰域本体 f - 磐l 椽歼发秘演他工具 x 蚤宏：微连接模式恁琶承籀契约蚀交髭遴a c e s 协磷妇纽够 筷囊魔弼竣臌务契约扩矮盼s o 磐( 应掰缓透傍协谢 协勰魏透寂黧演饱缓黧l 辨( 笨地监务过瑗) 笏 “ 。”7 穆 蓼转。微麓行为毯悫纯昭晦掰域e - 缆t e 4 氅篓冀警锋 i 蒙酶驱动自；自，笼镑蘧缕式a c e 行为管理羡略蒙略搽逑本饽 点e e 建模羁运行警台 匕燃彘瓤融反缓瓤如缸赫赫；# 溉，赋蹦编蕊鹣簇毹燃勘象瀛菇绕嬲、庙岛盛勰i 旃，。赫? j i 施“。i ，瓢幽m 。；z 辨；施巍i 毪自锄i 。咯墙巍峨獗z 锄 殿务铷弼模囊协瓣行为制约基硪设施 图1 4 支持可信自治协同组建和运作的开发构架 1 ) 三个层次 虚拟社区层：包含了面向各种应用域e 机构，作为约束下层a c e s 协同 行为的标准和规范，以及面向社交促进的e 机构，做为设置注册、中介、 监视、仲裁等角色的依据，来管理和维持社区秩序。 可信v o 层：v o 由需通过协作完成本地业务目标的a c e 发起、组织、协 调和维护，服务供需关系的建立和维护需遵守相应e 机构制定的社交结 构标准和协同行为规范。 理性a c e 层：包含了提供业务服务的、各种异构的业务操作型a c e s ，a c e s 之间遵从e 机构指定的服务协同规范进行交互。理性a c e s 通过策略驱 动的自主管理则，让自己的社交和协同行为接受e 机构行为规范的调控， 9 浙江大学硕十学位论文第1 章绪论 从而变得可信。 2 1 三个维度 服务协同模型：宏观调控层、宏微连接层和微观行为层分别支持虚拟社 区、可信v o 和理性a c e 的建立和运作。 协同行为制约：在a c e 开发架构的3 个层次分别建立相应的规范，去制 约虚拟组织和业务操作型a c e 的服务协同行为，使得这些行为可预测， 并产生期望的效应。 基础设施：给前2 维的实施提供开发平台和运行环境。 1 2 3n g p d 自组织与自演化机制 1 ) 自组织机制h c s o 服务提供者的自动发现和优化选择是实现服务协同自组织的前提和关键，但 由于缺乏面向服务能力和适用性的描述规范，至今尚未得到满意的解决。我们设 计了规范调控、契约担保的层次式协同自组织模型( h i e r a r c h i c a lc o o p e r a t i o ns e l f o r g a n i z a t i o n ，h c s o ) ，可以克服上述困难并有效支持服务协同的自组织。首先， 设计应用域e 机构并将这些描述规范嵌入应用域本体，就可以借助e 机构的宏 观调控机理推动描述规范得到接受和实施，并有效支持自治的理性协商和契约建 立；e 机构制定的协同行为规范和服务契约履行协议则使得建立的服务供、需协 同具有较高的可信度。 支持协同自组织模型h c s o 的关键技术如下： 基于适用情景的服务提供者发现机制 通过细分应用域，从服务性能、质量保证、使用条件、服务维护等角度设计 符合应用域特征的服务适用情景本体，有助于制定应用域内赞同一致的、描述业 务服务提供( 或需求) 能力和适用性的共享规范。 以契约为主线的基于本地业务过程的虚拟组织 虚拟组织的动态建立是虚拟组织发起者和潜在的虚拟组织成员建立联合意愿 的过程，划分为4 个阶段： l o 浙江大学硕+ 学位论文第1 章绪论 幻确定需从外部提供的业务服务 b ) 请求中介a c e 推荐服务协同伙伴 c ) 通过协商确定服务协同伙伴 d ) 通过签订服务契约形成关于多方协同的联合意愿 一旦所有需外部提供的业务服务都选定了协作伙伴，就通过调用这些服务下 属的签约操作与提供服务的a c e s 分别签订服务契约( 通过确认协商成功结束时 被双方接受的服务契约模板示例) ，再加上这些a c e s 注册社区时签订的业务操作 型角色承担契约，就形成了协同实现目标的联合意愿。 实现分布式集中控制的层次式服务协同机制 本地业务活动( 实现服务提供目标的业务活动) 具有分层结构：顶层业务活 动通过由下层业务活动组成的业务过程来实现，下层业务活动又可通过由下下层 业务活动组成的业务过程来实现，直到底层业务活动。这种分层结构能够有效支 持层次式服务协同机制的实现。 2 ) 自演化机制 通过自组织建立的虚拟组织以服务契约来担保所有的服务供、需协同，虚拟 组织的运作就成为成员按照契约履行协议开展协同活动的互动过程，虚拟组织运 作的服务协同情境则由每个服务契约的履行情境联合构成。我们设计了契约履行 情境驱动的协同自适应和柔性演化模型( c o o p e r a t i o na d a p t a t i o nf l e x i b l e e v o l u t i o n ，c a f e ) 。 c a f e 由三部分组成： 契约履行情境模型。通过建模服务契约履行协议的执行状态，用于构成 v o 运作的服务协同情境。 联合契约遵守机制。通过签订服务契约来承诺对于契约履行协议的遵守， 并通过对协议执行情况作自查和互查，监控v o 中服务协同的执行过程。 v o 自适应和自主演化机制。分2 个阶段：情境监视、自主演化，支持服 务协同的自适应和柔性演化。 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 3 本文研究内容和组织结构 1 3 1 本文研究内容 基于上述讨论，本文主要研究和解决如下几个方面的问题： 1 、可信自治式服务协同的业务流程柔性调度。业务流程是服务协同的组织形 式，一些文献也将其称为服务编排。在原有的调度计划或业务流程发生变化，包 括发生异常等情况下，如果可以仅通过部分调整而使服务协同维持，显然对于服 务协同双方都是有利的。本文将引入柔性调度的方法，提出业务流程有效期和服 务有效期的概念，并提出b p f s 模型，最大限度地维持服务协同的进行。 2 、基于q o s 的柔性调度和柔性维护的讨论。本文将提出q o s b p f s 模型， 柔性调度方面，本文希望利用q o s 来影响调度的进行，包括服务选择和服务协商。 柔性维护方面，本文希望把q o s 与契约履行协议相结合，将q o s 指标的测量、 评价和约束放入服务契约，用s l o 体现用户服务水平的期望，从而可以根据s l o 的状态进行异常处理。 3 、分层的契约维护模型。本文提出了分层规范的概念，将契约中处理异常的 规范独立出来，组成辅助规范集，形成完善的保障网，从而更加有效地保障服务 协同主干规范的进行。 4 、可信自治式服务协同的契约维护机制。契约是可信自治式服务协同模型的 重要内容，是维护服务协同有效进行的主要工具。契约维护是柔性维护的核心部 分。本文将详细阐述q o s b p f s 契约维护的执行过程，以及契约维护与业务流程 间的关系。 1 3 2 本文组织结构 本文的主体部分将分为如下8 章： 第一章绪论。本章介绍了论文的研究背景，简单阐述了面向服务的体系结构， 服务调度，服务质量，服务契约和服务规范等与本文相关的基本背景，以及作者 所在课题组的当前研究情况：可信自治式服务协同模型。 1 2 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 第二章业务流程柔性调度模型b p f s 。本章将阐述柔性的内涵和柔性调度的 定义，提出业务流程柔性调度模型b p f s ，并简单阐述了它的实现。 第三章基于q o s 的b p f s 的实现。本章将介绍q o s - b p f s 模型，以及柔性调 度在虚拟组织建立的主要阶段服务选择和协商过程中的策略体现。 第四章分层的契约维护机制h n g m 。本章将提出分层规范的概念，然后给 出契约维护机制h n g m 和异常依赖关联的自动生成算法及异常处理步骤。 第五章q o s b p f s 的契约维护机制。本章将提出包含q o s 信息和服务水平目 标的契约履行协议模板，然后讨论q o s b p f s 契约维护的过程。 第六章数据挖掘实例分析。本章将利用数据挖掘实例对q o s b p f s 模型进行 说明。 第七章总结与展望。 本文各章的组织关系如图1 5 所示。 图1 5 论文结构 浙江人学硕士学位论文 第2 章业务流程柔性调度模型b p f s 第2 章业务流程柔性调度模型b p f s 可信自治式服务协同模型n g p d 作为面向服务的体系结构的具体实现，提 供了为异构跨组织服务进行发现、组合、编排、协同的能力。由于服务资源的 多元化、业务逻辑的复杂性、协作环境的不稳定性，服务调度往往是衡量一个 协同模型优劣的重要因素。服务调度一般包括以下几个方面：( 1 ) 选择合适的 服务提供者；( 2 ) 安排合适的调度计划；( 3 ) 输入输出数据( 资源) 的共享。 在n g p d 中，我们采用了基于策略的服务调度方法，将用户意图转变为策略 组，从而在组建虚拟组织的过程中指导a c e 行为。在此基础上，引入柔性调度的 概念，提出了业务流程柔性调度模型( b u s i n e s sp r o c e s sf l e x i b l es c h e d u l i n g ，b p f s ) 增强策略行为的柔性，从而达到提高系统应变力的要求。 本章将首先介绍n g p d 基于策略的服务调度，包括服务调度的过程解析和 策略的具体实现，然后引入柔性调度的概念，给出业务流程柔性调度模型b p f s 的定义，最后阐述了b p f s 的实现。 2 1 基于策略的服务调度 2 1 1 服务调度的过程 a c e 作为n g p d 体系结构的基本单位，为用户提供一定的服务。a c e 提供服 务的方式是多样的。一些简单的服务，a c e 可以调用自己的资源完成，而一些复 杂的服务，即那些包含许多子服务的复合型服务，a c e 可能需要调用其它a c e 提 供的服务。即使是简单的服务，当a c e 本身资源不足的时候，也需要向其它a c e 请求服务。我们把这样一个因为协作关系而组合到一起的过程称为建立可信虚拟 组织的过程。图2 1 是a c e 处理服务调用过程的示意图。复杂的服务可能有多种 调度方案，在特定条件下如何选择调度方案也是一个决策的过程。在这个过程中， 这个a c e 就承担起了服务调度的责任，即需要它来进行服务的选择、编排和组合。 定义2 1 原子服务与复合服务。服务分为原子服务和复合服务。原子服务是 执行过程中的最小单位，在一些文献中被称为活动。原子服务在资源满足的条件 1 4 浙江大学硕士学位论文第2 章业务流程柔性调度模型b p f s 下可独立执行，无需再行分解。相应的， 具体协作过程中可按需要继续向下分解， 复合服务则包含了一组服务的集合，在 直至所有业务活动都为原子服务为止。 一般地，在不特别区分有无下层子服务的情况下，原子服务和复合服务均简称为 服务。 图2 1 服务消费a c e 处理服务调用的过程 2 1 2 基于策略的调度机制 策略驱动的a c e 自主管理机制是n g p d 微观行为层的核心机制。遵从社交行 为规范的策略( p o l i c y ) 为a c e 的行为决策提供了依据，它是高层目标转换为具 体细节的低层规则。通过实现基于本体的策略表示【3 5 】、自主管理中的策略导向【3 6 】、 策略的精化和映射【3 7 1 、以及策略冲突的消解【3 8 1 ，人只需按业务需求和个人爱好发 布抽象的高级目标，这些目标映射到r r 管理活动的复杂过程则由系统依据策略理 性地执行【l 】。不同的研究人员对策略的定义有所不同。s l o m a n t l 2 1 把策略定义为管 理系统行为选择的规则。k a g a l 【8 】认为策略是用于约束和指导某实体当前和未来 的行为，以确保其动作能够与其自身目标和系统目标相一致。我们认为：策略是 a c e 根据预期目标和社区行为规范，用于指导a c e 行为和决策的指令和规则集。 按照作用域的不同，我们把策略分为如下几个类别： 服务能力策略。用于约束服务能力的策略，包括服务提供策略、服务寻 1 5 浙 学倾j 学位论史第2 章业务流程鬟性调度模型b p f $ 求策略、服务相容匹配策略等。表明了a c e 作为服务提供者或服务寻求 者能够满足或者需要的领域服务项约束。 资源管理策略。刷于约束和调配服务资源的蘸略，可以根据本地资源情 况合理安排服务量、决定是否接收新服务等。帮助a c e 在当莳条件下根 据资源情况做出相应决策。 安全管理荒略。用于对a c e 的行为进行鉴权、授权和权限约束的策略。 尤其是埘各种服务调用行为的安幸管理，实现a c e 行为的安全性。 服务调度策略。用于服务调度决策的策略，包括了何时启动调度服务、 如何选择调度计划、何时更换调度计划等。 服务监控与维护策略。用于监控服务执行状态，以投在异常条件下的服 务维护和恢复等。 计费管理策略。用于服务费用的训算、估计和结算。帮助用户根据预算 做出服务决策、根据调度计划计费等。 宏观硼控崖 蹙墼塑眵 rn 女$ j l mj 4 环女 境 。1 。 图2 , 2 基于策略的自土行为管理 事实上，各个类别的策略往往具有相关性。例如不同的服务能力策略将影响 计费管理策略的变化，而服务监控与维护策略可能包含了服务调度簸略的部分内 浙江大学硕士学位论文第2 章业务流程柔性调度模型b p f s 容。它们都是以个体目标为导向，同时遵从社区规范，从而保证了它们的一致性。 基于策略的自主行为管理包括了状态感知和事件监听、策略推理和行为决策、行 行执行等三个方面。图2 2 是基于策略的自主行为管理机制的示意图。 策略按表示方法可分为参数型策略和规则型策略。前者常用来描述服务能力， 用于服务寻求、服务匹配、服务协商等环节。它的表示主要依据本体论，规定了 一系列参数的约束范围，只要参数匹配即可。后者则以规则、不等式等推理方式 描述，是策略表示的主要形式。 2 1 3 策略和调度计划的表示 我们使用策略表示和配置语言p r a l ( p o l i c yr e p r e s e n t a t i o na n da s s i g n m e n t l a n g u a g e ) 制定和配置管理策略到适当的个体。 定义2 2p r a l 定义概念“p o l i c y ，用以描述被定义的策略，包括策略名、 类型、拟定的处理( 表示为操作调用、规则和规则组的序列) 、作为策略执行体 的目标构件( 称为t a r g e t ) 、策略的触发模式等。p o l i c y 的概念定义如下： c o n c e p tp o l i c y n a m e ：t y p es t r i n gm o d en e c e s s a r y ： p o l i c y t y p e ：t y p ep o l i c y t y p em o d en e c e s s a r y ； p r o c e s s i n g ：t y p er i 也： t a r g e t ：t y p er r l ； t r i g g e r ：t y p er r l ； u p d a t e ：t y p ed a t e ； e n d p o l i c y 其中p r o c e s s i n g 、t a r g e t 和t