基于QoS的圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)優(yōu)化方法

劉巖超

（東北大學(xué)圖書館，遼寧 沈陽 110809）

1 圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化

所謂的“圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化”，一般是指圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子系統(tǒng)按照服務(wù)環(huán)境的變化而調(diào)整其自身，或者用所謂的“后備”子系統(tǒng)將其自身或系統(tǒng)組合中的某一環(huán)節(jié)進行時效性替換，最終使整個服務(wù)流程在新的或局部改變了的服務(wù)環(huán)境下達到可兼容的特性和功能。

目前，基于QoS的Web服務(wù)業(yè)務(wù)流程在圖書館讀者服務(wù)系統(tǒng)中已逐步展開應(yīng)用[1]，這就要求圖書館的整個服務(wù)流程具有較高的實用性和可靠性。圖書館作為一個以服務(wù)讀者為主要理念的職能性部門，對服務(wù)質(zhì)量要求較高。但是，服務(wù)環(huán)境的異常變化卻極有可能影響到圖書館的服務(wù)質(zhì)量——QoS（如網(wǎng)絡(luò)時延、異常中斷及服務(wù)匹配不協(xié)調(diào)等）。在對圖書館的網(wǎng)絡(luò)研發(fā)及測試過程中應(yīng)側(cè)重以QoS為基準(zhǔn)的圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)流程，考慮服務(wù)的交互行為和動態(tài)變化，最終實現(xiàn)故障發(fā)生時整個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)流程自適應(yīng)替換的時效性和精準(zhǔn)性。

2 圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)優(yōu)化的技術(shù)關(guān)鍵

當(dāng)圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)發(fā)生故障時，為滿足QoS標(biāo)準(zhǔn)并實現(xiàn)圖書館服務(wù)流程中子系統(tǒng)的高效替換，將從以下方面展開研究：

2.1 構(gòu)建圖書館服務(wù)流程的描述模型

實施圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)優(yōu)化的前期工作就是構(gòu)建一種以圖書館服務(wù)讀者為工作理念的自適應(yīng)服務(wù)流程描述模型[2]。該模型由4部分構(gòu)成，即服務(wù)注冊引擎、工作流生成引擎、服務(wù)匹配引擎以及服務(wù)執(zhí)行引擎。服務(wù)注冊引擎負(fù)責(zé)將圖書館服務(wù)流程中的多個片段在圖書館服務(wù)中心注冊并轉(zhuǎn)化為基于特定語義描述的圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；工作流生成引擎負(fù)責(zé)在特定域的規(guī)則限制下生成圖書館服務(wù)流程的抽象工作流；服務(wù)匹配引擎負(fù)責(zé)存儲已有的服務(wù)描述并為已生成的工作流結(jié)點提供服務(wù)匹配；服務(wù)執(zhí)行引擎負(fù)責(zé)處理圖書館服務(wù)流程的解析、執(zhí)行和管理。

2.2 基于“信度網(wǎng)絡(luò)”的故障診斷技術(shù)

圖書館是個海量數(shù)據(jù)和信息匯聚的地方，數(shù)據(jù)和信息的保密性、完整性、安全性非常重要，但是恰恰有許多圖書館并未做好此類安全工作。當(dāng)圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)工作失效時，對網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生處的確定，成為信度網(wǎng)絡(luò)要解決的首要問題。信度網(wǎng)絡(luò)是用來表示變量間連接概率的圖形模式[3]，它提供了一種自然的表示因果信息的方法，用來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的潛在關(guān)系。在這個網(wǎng)絡(luò)中，用節(jié)點表示變量，用向邊表示變量間的依賴關(guān)系。信度網(wǎng)絡(luò)推理機制可以歸納為以下4種模式：①因果推理：從原因到結(jié)果的推理模式；②診斷推理：從結(jié)果到原因的推理模式；③原因交互式推理：在一個共同效果的原因之間的推理模式；④混合推理：包含以上3種推理模式中的兩種或全部的推理模式[4]。

圖1給出了幾種推理模式的示例。

圖1 故障診斷圖

圖書館后備服務(wù)流程系統(tǒng)的制定，是在“因果式”的基礎(chǔ)上完成的，起到了未雨綢繆的作用；而對故障發(fā)生時的子服務(wù)系統(tǒng)的替換和補救，是在“診斷式”的輔助下完成的；當(dāng)由于各種原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生時，“原因交互式”便起到了主要作用；同樣，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障原因變得更加復(fù)雜時，基于信度網(wǎng)絡(luò)的混合推理方式可對故障問題進行形象化的推理，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)剪枝。剪枝的規(guī)則為：如果某節(jié)點M是葉子節(jié)點且不屬于任何一條核心路徑，那么刪除M可以降低故障推理難度，緩解網(wǎng)絡(luò)中斷和時延造成的圖書館整個服務(wù)流程的工作壓力。如圖2所示，其中圖書館多重服務(wù)系統(tǒng)簡稱為LCS。

圖2 剪枝圖

那么，通過以上故障診斷與替換的多重服務(wù)分析，便能識別出最小的替換服務(wù)區(qū)域，使得故障發(fā)生時能盡快確定受影響的范圍，實施代價最小的故障替換。

2.3 服務(wù)異常時的“反饋”處理及子系統(tǒng)替換[5]

由于圖書館多重服務(wù)的執(zhí)行過程是服務(wù)間的交互過程，該過程會使錯誤在服務(wù)間不斷傳播，直接大范圍替換會造成整個圖書館服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的不一致。為避免這種現(xiàn)象，在此提出“考慮整個圖書館多重服務(wù)行為”的兩種故障范圍替換方法。落實在圖書館讀者服務(wù)流程中，其具體表現(xiàn)形式為：

①當(dāng)讀者在圖書館多重服務(wù)系統(tǒng)中進行逐一登錄及使用時，服務(wù)流程中的多個子服務(wù)系統(tǒng)將按部就班地被結(jié)束或是激活。如果由于系統(tǒng)繁忙或登錄人員過多導(dǎo)致的系統(tǒng)故障而造成服務(wù)延時，即服務(wù)子系統(tǒng)在服務(wù)節(jié)點處非正常銜接，那么系統(tǒng)將以“反饋”技術(shù)予以標(biāo)示并提供某一服務(wù)截段的替換子系統(tǒng)來緩解系統(tǒng)的局部瓶頸問題。該替換過程均以隱式落實的方式完成。具體來說就是將讀者的操作步驟在另一人性化服務(wù)路徑上繼續(xù)完成，即整套的替換均在后臺實現(xiàn)，不會在讀者面前得以標(biāo)示化顯現(xiàn)，此種“反饋”方式可稱之為“并聯(lián)式反饋”。如圖3所示。

圖3 并聯(lián)式反饋

從圖3可以看出，整個圖書館讀者服務(wù)流程由1→2→3→4→5→0等多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接而成。當(dāng)節(jié)點3發(fā)生故障時，后備系統(tǒng)在瞬間卻仍以同樣的“步伐”進行“平行式慣性”運行（例如已由平行節(jié)點7運行至節(jié)點8），那么可將節(jié)點7或8處作為“反饋”點，使得7→8作為后備子服務(wù)系統(tǒng)來替換3→4故障系統(tǒng)，使得操作路徑被替換為1→2→（3→7）→（8→4）→5→0。圖3中虛線部分表示服務(wù)后臺所進行的瞬間隱性落實。所以該過程不會在讀者面前顯現(xiàn)，并且該替換技術(shù)是在服務(wù)流程系統(tǒng)的故障“平行對應(yīng)點”處做“反饋”處理，僅僅對整個服務(wù)系統(tǒng)的局部進行替換，即故障段的替換或服務(wù)子系統(tǒng)的替換。從而避免了對圖書館網(wǎng)上讀者服務(wù)流程的整體改變或不良中斷。

②當(dāng)讀者在使用圖書館服務(wù)流程中的某一服務(wù)子系統(tǒng)時，可能由于某種原因造成在個別單一的子系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)服務(wù)中斷，那么系統(tǒng)可在服務(wù)子系統(tǒng)斷點處加以“反饋”處理，以使讀者在重新登錄并使用時，無需重復(fù)故障之前的操作步驟。如圖4所示。

圖4 串聯(lián)式反饋

通常狀態(tài)下，讀者對圖書館多重服務(wù)系統(tǒng)進行“第N次”操作時，其過程為：開始→A→B→C（C1→C2→…Cn）→D→完成。當(dāng)服務(wù)子系統(tǒng)C（C1→C2）片段內(nèi)部發(fā)生故障時，即C1與C2間出現(xiàn)故障點m，系統(tǒng)應(yīng)在m處做“反饋”處理，使得“第N+1次”操作步驟可簡化為C2→D→完成。而故障前的A→B→C1等多個服務(wù)片段，均可被省略。那么，此種反饋方式可稱為“串聯(lián)式反饋”。

2.4 挖掘服務(wù)間的異構(gòu)關(guān)系

由于圖書館多重服務(wù)之間存在數(shù)據(jù)、控制和業(yè)務(wù)等多異構(gòu)關(guān)系，使得業(yè)務(wù)流程中的事務(wù)異構(gòu)及事務(wù)粒度并不是由提供商決定，而是隱藏在服務(wù)流程之中。在對圖書館服務(wù)流程中的子服務(wù)系統(tǒng)進行局部替換時，挖掘的關(guān)鍵就集中在將圖書館服務(wù)流程中的多模態(tài)加以顯現(xiàn)以及對異構(gòu)信息的匹配。具體來說就是，參與組合的圖書館各項網(wǎng)上服務(wù)可能是由不同的組織和不同的人員開發(fā)的，因此會出現(xiàn)信息異構(gòu)問題，替換算法選擇出服務(wù)的輸入信息與上一級服務(wù)的輸出信息，其輸出信息與下一級服務(wù)的輸入信息，都可能存在異構(gòu)。其表現(xiàn)形式為：替換后的服務(wù)子系統(tǒng)與原相鄰各系統(tǒng)之間的不可兼容性。我們需要解決的問題就是圖書館多重服務(wù)之間該如何進行合理的異構(gòu)信息匹配。圖5為參與服務(wù)的各個服務(wù)片段間異構(gòu)信息匹配圖，暫且用A、B、C3種子服務(wù)片段來表示。

圖5 子系統(tǒng)匹配圖

在圖5中，若服務(wù)B失效，替換它的服務(wù)D的輸入信息與服務(wù)A的輸出信息便可能存在異構(gòu)。同樣，服務(wù)D的輸出信息與服務(wù)C的輸入信息也可能會存在異構(gòu)，因此需要在服務(wù)D的前后調(diào)用異構(gòu)信息匹配服務(wù)[6]。異構(gòu)信息匹配服務(wù)是一項轉(zhuǎn)換服務(wù)，因而可以通過簡單技術(shù)很方便地調(diào)用（本文不做詳解）。那么，通過對替換服務(wù)異構(gòu)信息的合理匹配，最終將實現(xiàn)圖書館多重服務(wù)之間相互銜接的可靠性與時效性。

3 建立圖書館QoS模型

在以上論述的基礎(chǔ)上，我們還要針對圖書館本身的特點，綜合考慮整個服務(wù)流程的QoS問題。只有這樣，才能更好地適應(yīng)技術(shù)的變化（在活躍的Web領(lǐng)域，技術(shù)變化尤為快速）以及滿足讀者復(fù)雜和多樣的質(zhì)量要求。那么，在面向讀者的圖書館服務(wù)流程中，多重服務(wù)子系統(tǒng)優(yōu)化模型的建立需要滿足以下特點：

3.1 體現(xiàn)了對QoS的全方位支持

該服務(wù)優(yōu)化系統(tǒng)從服務(wù)接口開始就應(yīng)該接受服務(wù)請求者的QoS需求并最終判斷執(zhí)行結(jié)果是否滿足了圖書館讀者需求。因此，整個優(yōu)化系統(tǒng)框架從輸入到輸出都將QoS作為主要的研究對象[7]，這便體現(xiàn)了對圖書館Web服務(wù)的QoS的全方位支持。

3.2 服務(wù)優(yōu)化的靈活性

服務(wù)優(yōu)化的靈活性體現(xiàn)在它對環(huán)境和圖書館讀者需求變更的自適應(yīng)能力上，圖書館多重服務(wù)優(yōu)化系統(tǒng)能夠為尚未執(zhí)行的Web服務(wù)及性能未滿足讀者要求的Web服務(wù)找到替換的后備子系統(tǒng)。

3.3 服務(wù)優(yōu)化的敏捷性

體現(xiàn)在圖書館Web服務(wù)優(yōu)化能夠迅速調(diào)整服務(wù)流程的執(zhí)行計劃并及時確定服務(wù)流程中的子系統(tǒng)替換段。在一般情況下，調(diào)整服務(wù)流程的代價要遠小于重新生成新的服務(wù)流程。

3.4 服務(wù)流程的友好性

隨著圖書館服務(wù)流程中子服務(wù)片段分工越來越細(xì)，并且各個服務(wù)內(nèi)的業(yè)務(wù)活動包含很多環(huán)節(jié)，這便涉及更多的資源。同時，讀者對以往簡單的服務(wù)不再滿意，提出各種各樣的個性化要求。這就要求圖書館多重服務(wù)之間，以及替換服務(wù)與原有非平行服務(wù)之間要具有合理的匹配性。異構(gòu)現(xiàn)象的減排工作能使圖書館多重服務(wù)之間的關(guān)系變得更加合理與協(xié)調(diào)，從而更好地滿足圖書館整個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)流程的QoS要求。

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