關(guān)于一種面向海云協(xié)同計算的資源服務(wù)框架研究論文
1、引言
近年來(lái)，基于服務(wù)概念的資源封裝和抽象逐漸成為開(kāi)放環(huán)境下資源發(fā)布、共享和協(xié)同的主流技術(shù)基礎。因此，資源池運行機制的研究問(wèn)題也就演變?yōu)榉⻊?wù)封裝、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)共享與協(xié)同的問(wèn)題。資源的使用模式涉及資源提供者、資源使用者、資源中介機構三個(gè)主要實(shí)體，涵蓋資源的對外發(fā)布，資源的發(fā)現，資源使用者與提供者之間的交互方法等。在資源的發(fā)布與查找方面文獻設計了一種新的P2P 網(wǎng)絡(luò )模型，資源提供者通過(guò)Web 服務(wù)發(fā)布要共享資源，資源需求者利用Web 服務(wù)提供的資源搜索技術(shù)，得到提供者的地址，讓提供者和需求者直接交互達到資源共享的目的，最后給出了新的研究方向和應用前景。文獻針對面向服務(wù)結構中傳統服務(wù)調用帶來(lái)的不必要的網(wǎng)絡(luò )負載、較長(cháng)的響應時(shí)間和服務(wù)提供端的瓶頸問(wèn)題，結合發(fā)布/訂閱模型提出一種推模式服務(wù)調用方法，并將其與傳統的拉模式相比較，通過(guò)分析和實(shí)驗表明該方法在通信量、響應時(shí)間等方面具有較強的優(yōu)勢。
在資源的交互模式方面文獻研究了BPEL4WS 執行引擎WebJetFlow Web 服務(wù)的異步調用機制，在引擎的服務(wù)調用代理中對Web 服務(wù)統一采用非阻塞雙傳輸異步調用，提高了調用線(xiàn)程的利用率。同時(shí)引入了cache 機制并設計了相應的cache 替換算法，保證了引擎對異步調用結果消息的匹配效率以及數據安全性，通過(guò)實(shí)驗驗證引擎的性能有了明顯的提高。文獻從安全性角度提出了一個(gè)安全異步資源使用平臺的基本架構和關(guān)鍵技術(shù)。文獻提出了基于回調機制和消息回執的Web 服務(wù)異步調用模式，在不增加系統運行壓力的情況下，實(shí)現了Web 服務(wù)的異步調用，并能保證消息的可靠性。文獻依據服務(wù)描述實(shí)現資源的靜態(tài)綁定與調用。文獻為了實(shí)現BPEL 流程在運行過(guò)程中對Web 服務(wù)的動(dòng)態(tài)調用，提出了一種通過(guò)服務(wù)代理為BPEL 流程分配Web 服務(wù)的方法。對傳統的Web 服務(wù)模型進(jìn)行分析，指出其不足之處，將服務(wù)代理引入傳統的Web 服務(wù)模型，提出了基于代理的Web 服務(wù)模型，描述了服務(wù)代理的功能和結構，以此為基礎構建了基于代理的BPEL 業(yè)務(wù)流程框架，實(shí)現了Web 服務(wù)的動(dòng)態(tài)調用，最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了該方法的可行性。文獻該文提出了一種使用語(yǔ)義Web 和Agent 技術(shù)在客戶(hù)端發(fā)現和調度Web Service 的系統模型，并通過(guò)原型系統的演示說(shuō)明其靈活性。在資源評價(jià)方面文獻提出: 雖然目前面向服務(wù)的架構能夠很好地支持協(xié)同服務(wù)的注冊、發(fā)現和組合，但在如何根據用戶(hù)的Qos( Quality of Service，Qos) 請求快速、可靠地為用戶(hù)選擇合適的服務(wù)仍然存在諸多挑戰。這吸引了來(lái)自工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的熱切關(guān)注，尤其是服務(wù)組合過(guò)程中基于QoS 度量的服務(wù)選擇技術(shù)所面臨的挑戰。文獻為了提供滿(mǎn)足客戶(hù)服務(wù)質(zhì)量( QoS) 需求的組合Web 服務(wù)，提出了一種支持QoS 屬性描述的Web 服務(wù)描述模型。通過(guò)在原有的Web 服務(wù)描述語(yǔ)言的tport 元素中添加operationInst 屬性來(lái)描述QoS 屬性，從而獲得了一種可擴展的Web 服務(wù)描述語(yǔ)言。在此基礎上給出了基于多目標決策理論和分形理論的服務(wù)選擇算法，該算法考慮了QoS 屬性之間的不可公度性和獨立性，同時(shí)給出了QoS 驅動(dòng)的服務(wù)組合框架( E -WsFrames) 和具體實(shí)現方法。
實(shí)驗結果分析表明，E -WsFrame 可以綜合考慮服務(wù)組合的功能和QoS 的要求，并可根據服務(wù)請求自動(dòng)地實(shí)現組合服務(wù)。文獻摘要提出一種用于QoS 感知的Web 服務(wù)選擇的遺傳算法該算法采用關(guān)系矩陣編碼方式，克服了一維編碼方式表示的局限性，并且可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法來(lái)表示組合服務(wù)重計劃及Web 服務(wù)循環(huán)路徑等情況，通過(guò)該算法一次運行，就可以從所有組合路徑的組合方案中選出滿(mǎn)足用戶(hù)QoS 需求的組合方案，而一維編碼遺傳算法在多路徑情況下需多次編碼、多次運行。算法還采用一種變異策略來(lái)提高算法的適應度。通過(guò)仿真比較，關(guān)系矩陣編碼遺傳算法比一維編碼遺傳算法獲得了更優(yōu)解，變異策略在提高算法適應度方面也發(fā)揮了作用。文獻針對Web 服務(wù)提出一種的新Qos 本體及基于該本體Qos 的評級算法- 層次分析算法，并與基于信譽(yù)度的評級算法，基于testing 的評級方法在時(shí)間復雜度和準確性進(jìn)行比較，獲得較滿(mǎn)意的結果。文獻提出在這項工作中，我們提出兩種互補的方法，克服上述缺陷。首先，我們針對已請求過(guò)的相關(guān)服務(wù)提出一個(gè)評級的方法，并給出了基于定義于各服務(wù)之間的主關(guān)系的客觀(guān)度量。第二，針對聚類(lèi)的相關(guān)服務(wù)研究一種方式從而揭示和反映了不同匹配參數之間的權衡。
文獻設計一種用戶(hù)協(xié)同過(guò)濾機制針對他們過(guò)去使用過(guò)的服務(wù)QoS 信息，然后利用這些QoS 數據，設計協(xié)同過(guò)濾方法預測評級這些服務(wù)的QoS。在資源分析度量方面文獻本文提出了一個(gè)完整的Web 服務(wù)質(zhì)量的評估算法，此算法在分析了Web 服務(wù)評量和相對服務(wù)質(zhì)量的基礎之上，計算Web 服務(wù)質(zhì)量的綜合評估值，并且建立一個(gè)Web 服務(wù)質(zhì)量評估模型，將此算法應用于評估模型中，可以在多個(gè)Web 服務(wù)中選擇最優(yōu)的服務(wù)提供給用戶(hù)。文獻在面向服務(wù)的環(huán)境下，單個(gè)Web 服務(wù)往往不能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，這時(shí)就需將已有的單個(gè)Web 服務(wù)進(jìn)行組合，以便產(chǎn)生滿(mǎn)足用戶(hù)需求的、增值的組合服務(wù)。已有的服務(wù)組合方法都很少考慮Web 服務(wù)的隨機性和Internet 環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，從而在服務(wù)選擇過(guò)程中產(chǎn)生的規劃都是靜態(tài)規劃，結果導致在服務(wù)組合時(shí)都以較大概率出現組合失敗。針對上述問(wèn)題，提出了Web 服務(wù)各隨機QoS 指標的度量方法和自適應QoS 管理體系結構，并利用隨機型離散事件系統唯一的動(dòng)態(tài)控制方法———馬爾可夫決策過(guò)程( MDP) ，設計出隨機QoS 感知的可靠Web 服務(wù)組合算法。實(shí)驗結果表明，考慮隨機性的QoS 度量方法和QoS 管理體系結構，以及平衡了“風(fēng)險”與“報酬”的MDP 有效地提高了服務(wù)組合成功率。文獻就組合服務(wù)的總體QoS 計算給出了研究。
2、海云協(xié)同環(huán)境下資源池運行機制面臨的問(wèn)題與挑戰
下一代智慧應用的典型特征是在海云協(xié)同環(huán)境下，以業(yè)務(wù)需求為驅動(dòng)，實(shí)現人機物的相互協(xié)商、自動(dòng)交互與協(xié)同，最終實(shí)現和滿(mǎn)足特定的業(yè)務(wù)需求。但此愿景的實(shí)現還面臨諸多技術(shù)難題與挑戰。主要體現在資源表述、資源發(fā)現、資源組合、資源規劃、資源組裝、資源協(xié)作等問(wèn)題。
( 1) 資源表述: 海云復雜環(huán)境下由于資源的多樣性和多變性，導致資源的描述( 即有關(guān)服務(wù)屬性的描述信息，如服務(wù)接口、服務(wù)質(zhì)量等) 不斷變化，需要解決異構資源如何通過(guò)統一的接入標準和方法，實(shí)現海云資源的虛擬化和服務(wù)化。
( 2) 資源發(fā)現: 現有的資源發(fā)現模式( 如“關(guān)鍵詞查找”和“目錄瀏覽”) ，返回資源很難準確滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際需求，大量相關(guān)與不相關(guān)的返回結果增加了用戶(hù)資源選擇的難度，用戶(hù)也難以按照“資源質(zhì)量”，“成本收益”等業(yè)務(wù)指標對資源進(jìn)行二次篩選。
( 3) 資源組合: 在整個(gè)資源發(fā)現和組合的過(guò)程中，現有技術(shù)通常以一種被動(dòng)編碼的形式實(shí)現，資源的發(fā)現和組合均由資源請求者或者資源代理通過(guò)直接的服務(wù)調用或者用服務(wù)組合語(yǔ)言編寫(xiě)程序等方式進(jìn)行，其動(dòng)態(tài)性和適應性受到很大的限制。此外，由于資源跨行業(yè)、資源粒度的差異性、資源的'靜態(tài)運行等限制因素，很難依據用戶(hù)需求準確定位資源并對資源進(jìn)行再組合，形成資源的二次封裝，以滿(mǎn)足用戶(hù)不同層面的業(yè)務(wù)需求。
( 4) 資源評級與監測: 海云協(xié)同環(huán)境是一個(gè)開(kāi)放的可演進(jìn)系統，如何基于真實(shí)的用戶(hù)數據實(shí)現資源的評級，如何監測資源的QoS，如何協(xié)商服務(wù)級別，如何實(shí)現資源的優(yōu)勝劣汰，實(shí)現資源使用的效用最大化，以上問(wèn)題的解決，都亟需建立一套資源評價(jià)與監測機制。
( 5) 資源協(xié)作: 海云協(xié)同環(huán)境下，人機物的相互協(xié)商、自動(dòng)交互與協(xié)同，最終都體現為資源的交互與協(xié)作，要實(shí)現此目標，需要海云資源池提供交互協(xié)議和協(xié)作規則等底層支持。除此之外，在海云開(kāi)放環(huán)境下，資源將以前所未有的數量不斷擴展和更新，資源功能及質(zhì)量呈現持續變化的特點(diǎn)，對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，將面對一個(gè)復雜、多變的動(dòng)態(tài)資源環(huán)境。由于缺乏統一的資源視圖，缺乏透明和統一的訪(fǎng)問(wèn)機制，資源發(fā)現、使用和協(xié)作的復雜度必將猛增。
3、海云協(xié)同資源池運行機制的研究?jì)热菖c創(chuàng )新點(diǎn)
如前所述，傳統的資源發(fā)現使用一種公共的、標準化的服務(wù)描述語(yǔ)言( 如WSDL) 來(lái)描述資源，以使服務(wù)搜索和發(fā)現程序可以識別該資源。以此為基礎，本文建立一種公共的詞匯表來(lái)輔助資源的發(fā)現和需求理解，本文主要從資源功能需求角度研究資源的發(fā)現和需求匹配，因此，我們建立了一個(gè)領(lǐng)域功能詞匯表，這個(gè)功能詞匯表在資源發(fā)現和資源組合階段中起著(zhù)關(guān)鍵作用，它用于支持需求的功能描述和資源的能力描述，使得在功能層面上資源池運行機制可以理解需求，并且能對是否參與該需求的解決作出判斷。為此，本文提出一些概念定義如下:
( 1) 資源空間( Resource Space，簡(jiǎn)稱(chēng)RS) : 是特定領(lǐng)域中可能的資源構成的概念組成的詞匯表，資源空間包含3 組基本概念: 資源、屬性、服務(wù)。
( 2) 資源: 在海云計算領(lǐng)域中，任意可以被需求方識別和訪(fǎng)問(wèn)的實(shí)體稱(chēng)為資源，例如數據、儀器儀表、軟硬件系統、人等等。所有資源均包含一組特定的屬性，每個(gè)屬性用于表征資源某個(gè)方面的特征。資源屬性可以分成靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性。靜態(tài)屬性是指在資源的整個(gè)生命周期中，其值不隨時(shí)間發(fā)生變化的屬性，例如資源的名稱(chēng)、資源類(lèi)型等等; 而動(dòng)態(tài)屬性的值將隨外界條件的改變而發(fā)生變化，例如資源的訪(fǎng)問(wèn)量，資源所處狀態(tài)等等。
(3)資源服務(wù): 資源所具備功能的表述形式，資源使用者通過(guò)資源服務(wù)來(lái)操作資源的功能，實(shí)現資源的狀態(tài)變遷，以達成用戶(hù)特定的業(yè)務(wù)價(jià)值。
( 4) 原子資源: 經(jīng)過(guò)一次封裝并提交到資源池中的資源，是可供使用者識別和訪(fǎng)問(wèn)的不可拆解的實(shí)體。
( 5) 事務(wù)資源: 資源實(shí)體所具備的服務(wù)具有事務(wù)特性，對服務(wù)的調用要么成功改變資源狀態(tài)，要么回滾到服務(wù)調用前的資源狀態(tài)。
( 6) 組合資源: 若干原子資源或組合資源組合編排后形成的可供使用者識別和訪(fǎng)問(wèn)的資源實(shí)體。
以上實(shí)現以機器能理解的詞匯進(jìn)行資源描述是關(guān)鍵，在傳統資源上添加概要與功能詞匯標注，將資源的狀態(tài)從機器可讀提高到機器可理解，使得資源的屬性和功能能被機器自動(dòng)識別、處理，這是整個(gè)海云協(xié)同資源池實(shí)現機制的基礎。由于語(yǔ)義信息比語(yǔ)法信息更能準確地描述資源及資源之間的關(guān)系，因此從定性角度來(lái)看，通過(guò)語(yǔ)義獲得的結果比用語(yǔ)法獲得的更好、更準確。
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