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基于服务质量的动态Web服务组合关键技术研究

作　者: 冯兴智
导　师: 吴泉源
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 动态Web服务组合服务质量评价模型相容性检查动态替换算法服务组合原型
分类号: TP393.09
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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引　用: 7次
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内容摘要

在开放、动态多变的Internet环境下,服务组合能够实现动态资源聚合和灵活应用集成,已成为面向服务计算(SOC)技术发展的主要方向之一。缺少服务质量保证,虽然通过服务组合能够完成用户的基本业务要求,但是往往不能达到用户的满意程度。特别是,由于业务目标的动态性和服务本身的自主性,如何在已保证功能性需求的前提下,应对实际应用的非功能性方面需求,并满足业务执行过程中的动态适应性要求,是基于服务质量的动态服务组合重点解决的问题。目前基于服务质量的动态Web服务组合在组件服务选择、组件服务组合相容性、动态执行中断恢复等方面尚面临诸多新的应用挑战。尤其对于要求高可用性和可靠性的核心任务和重要实时系统,最小中断的服务能力保证对用户来说至关重要。为此,本文的研究工作围绕基于服务质量的动态Web服务组合的服务选取、相容性检查、失效恢复等关键技术展开探索和研究。主要工作和贡献包括:(1)提出一种基于多维服务质量的服务选择模型。服务选择是服务组合过程中首要和必要的工作。服务的非功能属性尤其是服务质量成为面向服务计算范型中关注的重要方面,选择最佳的满足QoS约束的组件服务来构建组合服务至关重要。但是目前研究存在全面评价标准模糊、QoS参数赋权模式未考虑主客观因素等问题。为此,本文提出一种基于服务质量的服务选择模型,为服务选择以及动态执行中的服务替换提供多维QoS支持;定义服务质量度量子模型,给出一套具体的服务质量效用评价函数(服务效用函数和边效用函数);定义服务质量属性的权重子模型,使用决策模式基于用户主观感受和客观事实采用主客观赋权模式来设置QoS指标权重;提出一种基于MMKP背包问题的使用规则库的启发式选择RWSCS KP算法。实验表明主客观赋权模式公正合理,启发式选择算法通过使用规则库降低了搜索空间大小,能够快速有效的完成服务选择。该部分研究为动态服务组合的相关关键技术研究提供一致的服务质量计算框架。(2)提出一种基于判定规则的服务相容性模型。在服务选择阶段提供执行规划的合理性保证对于保证组合服务的正确执行至关重要,有助于减少运行期失效并降低组合代价。但是目前服务相容性模型研究还不全面充分,缺乏可操作性。本文提出一种服务相容性模型,从语法、语义和非功能属性三方面给出一套层次式相容性规则;定义了相容度的概念来表示组件服务间具体的匹配程度,通过相容度阀值来界定服务是否相容,并给出了具体的相容度松弛计算函数。最后实验考察了相容度阀值取值对组合服务成功率的影响并证明了在服务选择阶段进行相容性检查的必要性。该部分研究工作通过判定规则和计算函数来度量服务的相容程度,与相关工作相比具有较强的表达能力和可计算性。(3)提出基于执行环境上下文的服务路径动态替换算法。组合服务在实际执行过程中,由于组件服务和执行环境的不可控性容易发生执行路径中断,需要动态调整原有路径。本文提出一种上下文相关的动态路径替换WSCCDR算法,根据实际执行过程的上下文信息分别采用全局和局部路径替换方式,并针对实际业务流程执行已完成相当大部分的情形,重点研究了局部服务路径动态替换WSCPR算法,利用已完成的组件服务来缩短整个组合服务的执行时间。对于业务流程执行路径的多段关键子路径,提出K最大效用路径替换WSC KUPB算法,一次为多个关键路径阶段分别寻找一条替换路径。实验表明算法在不同测试集下近似线性的运行时间增长,能够快速有效地完成路径替换。并且通过还原成功率实验表明算法在一个适度变化的overlay网络中可成功进行大多数的失效还原。算法解除了目前相关服务路径动态替换算法对服务路径拓扑的限制,为类似的工作提供了一个新的思路。(4)基于服务质量的动态服务组合原型的设计与实现。基于上述关键技术的研究探索,在国防科技大学研制的基于Web Services分布应用支撑平台StarWebService基础上,设计实现了基于QoS的动态服务组合原型StarWSCX,对于动态服务组合支撑平台的体系结构和具体功能组件进行详细讨论,并重点关注了Web服务组合中基于多维QoS的服务选择和替换问题、相容性检查方法和策略,以及执行过程中的SLA问题和失效还原机制。

全文目录

摘要  12-14
ABSTRACT  14-17
第一章绪论  17-43
  1.1 研究背景  17-24
    1.1.1 分布对象中间件  17-20
    1.1.2 服务质量问题  20-21
    1.1.3 动态Web服务组合  21-24
  1.2 问题概述  24-30
    1.2.1 基于服务质量的Web服务交互模型  25-27
    1.2.2 基于QoS的动态服务组合关键技术  27-30
  1.3 研究现状  30-38
    1.3.1 著名研究项目  31-35
    1.3.2 研究现状总结与分析  35-38
  1.4 本文工作  38-40
  1.5 论文结构  40-43
第二章一种基于多维服务质量的服务选择模型  43-65
  2.1 相关工作  43-44
  2.2 基本概念  44-48
  2.3 QoS评价模型  48-55
    2.3.1 具体QoS指标定义  48-50
    2.3.2 服务质量度量子模型  50-53
    2.3.3 质量属性权重子模型  53-55
  2.4 RWSCS_KP选择算法  55-58
  2.5 实验  58-63
    2.5.1 权重决策模型实验  58-61
    2.5.2 RWSCS_KP算法实验  61-63
  2.6 小结  63-65
第三章一种基于判定规则的服务相容性模型  65-77
  3.1 相关工作  65-66
  3.2 服务相容性规则  66-72
    3.2.1 语法相容性规则  67-68
    3.2.2 语义相容性规则  68-70
    3.2.3 非功能属性相容性规则  70-72
  3.3 相容度计算函数  72-74
  3.4 实验  74-75
  3.5 小结  75-77
第四章基于执行环境上下文的服务路径动态替换算法  77-99
  4.1 相关工作  78-81
  4.2 基本概念  81-84
    4.2.1 服务组合问题的图论模型建模  81-82
    4.2.2 单边路径替换问题  82-83
    4.2.3 多QoS约束优化路径问题  83-84
  4.3 基于QoS的上下文相关的动态服务路径替换  84-90
    4.3.1 DFR问题和路径替换WSCCDR算法  85-86
    4.3.2 基于QoS的局部服务路径替换WSCPR算法  86-88
    4.3.3 算法例子  88-90
  4.4 K最大效用路径替换  90-94
    4.4.1 最大效用路径选择问题  90-92
    4.4.2 K最大效用路径替换WSC_KUPB算法  92-94
  4.5 实验  94-97
    4.5.1 实验场景1  94-96
    4.5.2 实验场景2  96-97
  4.6 小结  97-99
第五章基于服务质量的动态服务组合原型  99-115
  5.1 相关工作  99-101
  5.2 基于Web服务的应用支撑环境  101-103
  5.3 StarWebService系统  103-105
  5.4 基于QoS的动态服务组合原型  105-114
    5.4.1 Web服务组合原型设计  105-108
    5.4.2 相容性检查机制  108-109
    5.4.3 失效恢复机制  109-111
    5.4.4 服务质量属性信息  111-114
  5.5 小结  114-115
第六章总结与展望  115-119
  6.1 本文主要工作和创新点  115-116
  6.2 下一步工作展望  116-119
致谢  119-121
攻读博士学位期间发表的论文  121-123
攻读博士学位期间参加的科研工作  123-125
参考文献  125-136

基于服务质量的动态Web服务组合关键技术研究

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