服务发现与组合相关研究(2).docx

车联网（VANET）是移动自组织网络在道路上的应用，其具有移动自组织网络（MANET）的各种特点，故此，我们先介绍MANET的环境下的服务协同研究，可发现一些具有实用价值的思想和方案对VANET环境下的研究具有积极的借鉴意义。由于MANET通信环境恶劣，移动性强的特点，传统的服务组合方法多是面向有线网络，集中式体系结构，不适用于目前自主移动网络，而目前MANET环境下典型的服务组合系统有以下三种。1） 基于代理的分布式服务组合，BDSCP该系统框架分为四层：网络层、服务发现层、网络组合与管理层以及应用层。其系统框架分层图如下图1所示。其基本工作流程如图2所示。图1.BDSCP系统框分层图图2.系统服务组合基本工作流程图BDSCP协议作为一个专门面向MANET环境的服务组合框架，采用分布式的动态服务管理者选择机制，避免的了单点失效，并设计了一种基于服务分组的服务发现方法，有效提高服务发现效率；同时还为发现的服务提供了基于分组的服务路由机制，但是也存在一定的问题（1）代理寻找过程和频繁的发现过程不仅浪费大量的宽带资源还延长了协议响应时间。（2）提出的GSD服务发现协议需要节点周期的向邻居节点广播服务信息，容易造成广播包冗余；同时重复的服务查询包和单播方式的转发引起的服务查询包冗余现象也比较突出。（3）BDSCP没有涉及出现多个候选服务的时候如何进行选择。（4）没有对网络中服务的QoS进行考虑，尤其是当出现多个候选服务的时候。2）失败容忍的上下文感知服务组合协议，FTCASCP该设计以设计出具有分布式的、容错性、上下文感知的服务组合系统为出发点，其采用在一个服务会话中寻找组合服务的所有原子服务的策略来提高服务组合的效率，其体系结构如图3所示，工作的主要流程阶段如图4所示。图3.FTCASCP体系结构图图4.系统工作流程主要阶段图FTCASCP贡献在于1、提出一个高效的服务发现协议MDFNSSDP，在一个服务会话中寻找组合的所有原子服务。2、组合服务阶段提出服务异常处理机制，以提高服务执行的效率。3提出基于服务上下文进行服务选择的思路。4设计一种基于XML文档类型的DDT文件描述组合服务需求。也存在一些不足：1、FTCASCP依赖于网络中的高可靠性超级节点来充当服务组合管理者。2、FTCASCP在服务发现阶段按服务上下文进行服务选择，无法保证服务组合的可靠性，并且对服务质量也未加讨论。3、其中的冗余策略和恢复方法消耗更多的网络资源，同时也可能执行失败。3）MANET动态服务组合框架该框架包含了服务描述模块、服务选择模块、服务执行模块以及服务恢复模块。各模块之间相互较为独立，其之间的交互关系如图5所示。图5动态服务组合框架结构图MANET动态服务组合框架主要完成了MANET环境下服务组合的基础功能，服务发现，服务选择，动态服务执行和服务恢复，但对于整个系统各个模块之间的交互与组合服务步骤并没有太多描述。上述为MANET环境下的服务发现提供了系统模型构架，我们在有此构架的基础上对服务组合的过程的关键问题进行解决，目前就服务发现学术界和工业界已对其协议进行了深入的研究，但是在MANET环境下主要分为以下两类：（1） 跨层设计的服务发现方法，如AODV-SD、LSD、M-ZRP，其主要的思路是将路由发现与服务发现进行结合，通过扩展路由协议中的消息使其携带信息而完成服务的发现，协议虽然避免了由于服务发现而引起的路由开销，但其扩展性较差，却依赖于路由协议，随着网络节点数量和移动性增加，服务请求响应的性能会显著下降。为了提高服务发现方法的可扩展性就有（2）。（2） 面向应用层的服务发现方法，其分为两大类：如SANDMAN、SSD、DSDP属于有结构的服务发现方法，根据不同的策略将网络中的节点划分成群，并确定群首节点，群首节点维护群结构，负责建立群内服务的目录，转发服务查询包，维护群内服务信息的注册与更新，这类方法适合于大规模MANET，提高了服务发现的效率，但是维护群结构所需要的通信开销是巨大的，尤其对于高动态性网络，开销更大。DEAPspace、KonarK、PDP、GSD、则属于完全分布式的服务发现方法，在这些方法中，网络中的节点周期性地通过广播的方式将自身可以提供的服务报告知邻居节点（或者网络中其他全部节点），节点根据收到的广播包建立服务缓存列表（或者服务组列表），当服务查询包到来时，根据节点缓存信息，有选择地进行服务查询包的转发。然而，分缓存列表的简历与更新会造成大量冗余的单播包信息。 VANET车辆自组织网络，具有其他移动自组织网络所不具有的特性和传输问题，首先VANET是移动自组织网络在道路上的应用，其就有移动自组织网络的特性，但特殊的应用环境，如道路狭窄，高密度节点分布，节点高速移动等，直接影响VANET的信息传输能力，使得丢包增加，延迟增大。相对与固定网络，MANET环境下的服务发现研究较少，而将固定环境和MANET环境下的研究成果放置于VANET环境下仍然无法或的较好的性能，对于VANET环境下的服务发现研究主要集中在服务发现与车辆地理位置的关系研究上，文献1提出了一种用于服务发现的应用层协议VITP。此协议不考虑路边服务目录节点的存在，服务信息由路边服务提供节点主动地广播于车载网络中，类似于洪泛机制;服务请求由车辆节点依靠地理路由传至用户的兴趣区域;服务应答由兴趣区域内车辆节点动态计算而得，并同样依靠地理路由传至请求车辆节点。但从文献汇2的仿真结果可以看出，此协议的主要缺点在于随着服务请求者与提供者距离的增加，服务请求数据包开销和丢包率均随之增大，这不仅降低了服务发现的成功率，且容易造成网络拥塞。并且VITP没有利用车载自组网中的路边目录节点，因此其不能有效的解决车辆对于远离路边的服务设施的请求。文献3提出了利用路边节点，并独立于网络层路由协议的服务发现协议ABSRP。此协议要求所有车辆节点注册在距离其较近的路边节点上，通过与路边节点的直接通信解决服务请求与应答的传送，以提高服务发现成功率。然而这种方法建立于极大的基础设施成本之上，增加了实现的难度。文献4提出了一种路边节点依靠地理路由传送服务请求与应答的服务发现协议LocVSDP，以减少数据包开销，但是这种方法的前提是网络中的路边节点的密度要远远小于车辆节点密度，在保证一定的成功率的情况下，数据包开销的减少也相对较小。国内的VANET研究主要集中在数据链路层的网络接入控制和路由层路由技术上，应用层服务管理方面，研究甚少。总的来说任何服务都至少包含两个基本元素：服务提供商和客户，在VANET中，根据网络的不同还会加入第三方，目录服务器，在VANET中目前服务器，通常为车载自主网中的路边固定节点。根据目录服务器的利用可以将服务发现构架分为三种：基于目录型，无目录型，混合型。（1） 基于目录型服务发现此发现框架下，网络中所有的服务信息均存储在某些目录服务器上，目录服务器通常是维护者一个服务描述信息库来存储这些服务相关信息，并周期性地向通信范围内的各个车辆节点发布其所知的服务消息。如图6所示。图6基于目录服务发现基本过程网络中的任何车辆需要服务时，都要向目录服务器发出请求来获得所需的服务信息，而目录服务器根据其所存储的相关信息向请求节点返回应答，应答可能是相关服务信息也可能是服务请求失败，在VANET环境下，目录服务器一般呈现分布式。基于分布式的目录服务发现中，难点在于保持全网服务信息的可知性，即如何使得一个节点可以获得网络中的任何服务信息。由此在VANET服务发现中，分布式目录服务器通过骨干网周期交换服务信息存储表信息，来实现网络全局服务发现。该种服务发现具有较好的可扩展性，减少服务发现的响应时间和网络带宽消耗；缺点在于用用户借节点对于目录服务节点的依赖性，目录节点服务器的性能直接影响着服务发现的效率。为此，VANET网络中的路边节点扮演稳定节点的及角色。（2） 无目录型服务发现无目录服务器的服务发现体系中，只存在两种实体：服务提供商和客户节点。如图7。图7无目录的服务发现基本过程客户节点直接在网络中搜索所需要的服务提供商，服务也直接有供应商向车载自主网广播服务。此服务发现体系中关键问题在于如何确定广告的周期，合理的利用无线网络带宽。通常是对服务提供节点广告服务信息进行限制，如只向网络中广告服务信息变化的服务，减少网络中数据流量节省带宽。在VANET中上述方法成功率由于VANET网路环境的复杂性，成功率不高，可采用延时算法，为降低网络负载还可以限定广播范围，用多播传输的方式代替广播，或者有选择的进行下一跳的转发。（3） 混合服务发现如图8所示混合服务发现模型下，VANET各服务科根据服务的有效期，将有效期长的信息注册于目录服务器，由目录服务器统一管理，如加油站等基础娱乐设施。对网络中产生的即时服务信息，可有服务提供节点直接向广播内广告，如突发交通事故，堵塞等信息。当车辆节点需要请求服务时，既可向其感知到的目录服务器发送请求信息，也可以向网络广播其服务请求信息。图8混合型服务发现基本过程采用此模型的服务发现过程更加灵活。在服务提供节点较集中的地方可以统一对其进行管理，降低服务广告带来的冗余数据；同时，选择性的将服务信息注册于路边目录节点上也有利于原理路边的服务信息通过路边目录节点被发布。以上三种发现构架各有优劣，研究者对于那一种构架更好还没有统一的定论。由于服务的发现和组合是要经历人机交互的过程，我们要更好的实现服务的发现和组合，除了上述的方法结构体系之外，在对服务的描述上也要体现出人机的交互性。在实际的应用中个服务的提供者和发布者处于异构环境中，对同一概念的会有完全不同的描述，结果使得相同功能的服务因描述的不同使得适合的服务失去发现的机会。那么我们很容易想到WEB中用于描述服务的语义方法。其能使得供求双方对同一概念做一致的标准描述，从而实现服务的准确发现。不仅如此，由于有了语义的表达能力，其能更容易的实现服务的自动选择组合等特定任务。目前基于语义的服务协同主要应用于WEB服务上，VAENT环境的服务业呈现出WEB性，由此我们也能从中借鉴一二。目前人们提出来的对于WEB服务语义信息的描方法记忆相关的推理机制和框架模型，都是以一阶逻辑或者一阶逻辑的可判定子集为逻辑基础，如OWL-S、WSMO、FLOWS 和METEOR-S等语义WEB服务语言，这些语言都是语义WEB服务的不同实现方法，阈值对应的语义WEB服务框架也不尽相同。已有的最具有代表的WEB服务框架有三种：1. METEOR-S 是一种对已有工业标准（如WSDL和BPEL）进行扩展，为其加入语义标注的WEB服务框架，通过语义标注，其可以实现自动化WEB服务发现和组合。METEOR-S可使用OWL对各种信息进行语义标注，描述各种本体。METEOR-S可以在源码级别对WSDL进行语义标注，使得WEB服务注册能够发布语义信息，并在UDDI2.0标准之上构筑一个新的层次对已有的数据结构进行合并，在进行WEB服务发现时，METEOR-S使用OWL推理机来匹配WEB服务，以实现启发式查询方法：而对于WEB服务组合METEOR-S改进BPEL，为其增加语义描述，实现了基本语义的WEB服务组合。2. OWL-S+SWRL该技术使用OWL-S描述WEB服务信息和使用SWRL描述推理规则。OWL-S是基于OWL的，其将语义WEB服务分为三部分：ServiceProfile，ProcessModel和ServiceGrounding；而SWRL其主要为OWL加入了Horn形式的规则。OWL-S可用于现有的工业界WEB服务体系结构之上，也可以架构在Agent的分布式体系结构上面。它使用ServiceProfile和OWL-S匹配引擎进行WEB服务发现，其中的关键技术是使用OWL推理机对概念的包含性做检测；而ProcessModel则使用IOPEs方式描述了WEB服务内部的动态特征，有利于自动化WEB服务组合；最后，ServiceGrounding提供了从OWL-S到WSDL的映射方式，描述了WEB服务调用的实际信息。3. WSMO（WSMF）WSMO是一种简洁、完整以及容易实行的语义WEB服务框架。WSMO的最主要目的是解决Web服务集成问题。为此，它不仅提供了一种本体用来描述Web服务，另外还给出了Goal和Mediator两种特殊的本体。其中Goal被用来定义需要使用Web服务来解决的问题，即客户端使用Web服务所可能达到的目标。Goal主一要用于服务发现。Mediator则是用来将一个己有的组件改进为一个新的组件，或者使得那些互不相容的组件之问可以相互作用。换句话说，Mediator就是一种精炼器或者桥接器。在WSMO中，Mediator可以分为OO、GG、WO和WW四类。WSMO使用Orehestration+ehoreogaphy描述Web服务内部的动态特征和Web服务集成方式，Mediator则为自动化WEB服务组合起了关键作用，但是没有提供一种结构化的方式来描述服务组合。就现有的WEB环境下基于语义的服务组合和发现均是根据上述服务框架进行搭建，其中OWL-S作为W3C标准推广。我们想要在VANET环境下进行基于语义的服务发现和组合那么结合上述在MAENT和VANET下的服务组合和发现研究，以及WEB环境下现有较为成熟的语义WEB服务框架为我们提供了宝贵的思路和值得借鉴的方法。目前并未找到基于语义的VANET下的服务协同资料。1 Marios D. Dikaiakos, Andreas Florides, amer Nadeem and Liviu Iftode. Location Aware Serviees over Vehieular Ad- Hoc Network susing Car-t-Car CommunieationJIEEE Journal on Seleeted Areasin Communieations，2007，25(8): 1590-1602 2 Marios D.Dikaiakos, Saif Iqbal, Tamer Nadeem and Liviu Iftode, VITP:an information transfer Protocol for vehicular Computing c /Proc.2nd ACM I