一種基于信息柵格的主動服務模型架構

蘇曉凡，楊 強

（國防科學技術大學 信息系統(tǒng)工程重點實驗室，湖南 長沙 410073）

近年來，信息柵格技術的崛起為促進信息服務能力的提升提供了良好的支撐，隨著柵格技術和信息服務技術的不斷融合，現(xiàn)有的信息服務系統(tǒng)中，服務資源的存在方式愈來愈多的呈現(xiàn)為游離態(tài)、獨立分布式，由于缺少有效的組織、分類和管理方法，其利用效率還比較低，信息共享水平不夠高。因此隨著信息軟件技術逐漸由網絡化向柵格化轉移，如何在信息柵格環(huán)境下實現(xiàn)按需服務成為一個值得研究的新問題。

信息柵格是指通過具有統(tǒng)一標準且更加開放的協(xié)議和接口，將分散在網絡上的設備、軟件和信息及信息存儲、處理能力以合理的方式融合起來，從而形成一個比任何單臺高性能計算機都強大得多的網絡“虛擬計算機”，實現(xiàn)信息的高度融合和共享，為各類用戶提供最佳應用服務[1]。盡管早在2001年，F(xiàn)oster等率先提出的開放式網格服務體系架構（OGSA）[2]，就已將Web服務的互操作模型引入到柵格研究中，確立了Web服務作為柵格資源的新抽象形式和構造基礎，開創(chuàng)信息柵格技術與信息服務技術的首次融合，然而OGSA并沒有明確指出Web服務如何直接應用于信息柵格的系統(tǒng)構造和平臺建設，特別是沒有針對不同用戶的需求動態(tài)集成現(xiàn)有服務來實現(xiàn)主動服務的有效方法[3]。縱觀各類期刊論文，發(fā)現(xiàn)目前國內外對以信息柵格環(huán)境下的服務為核心的信息技術研究，主要側重于柵格環(huán)境中的服務描述和服務組合過程建模方法，包括Web服務研究領域也是傾向于對Web服務組合語言的描述等軟件層面。

由于信息柵格環(huán)境本身具有分布廣、節(jié)點數(shù)量多、異構性強等特點，使得柵格中的資源服務也有一些特殊的要求，本文結合信息柵格的特點，提出了一種基于信息柵格的主動服務模型架構，并在探討實現(xiàn)主動服務的部分關鍵技術的基礎上，設計了實現(xiàn)主動服務模型的邏輯功能結構。該模型能夠根據服務的應用語義來組織和管理柵格環(huán)境下的服務資源，并在設定有組織良好的服務資源視圖的基礎上，按照用戶的需求對可用的網絡服務資源展開自動搜索、發(fā)現(xiàn)、鏈接和集成，從而初步描述了在信息柵格環(huán)境下實現(xiàn)主動服務的方法。

1 一種基于信息柵格的主動服務模型

作為以Web服務技術為基礎的信息服務，主動服務是指能夠充分利用Internet中海量的信息資源和電子媒介，并根據用戶需求，提供給用戶自由、一致、簡潔高效訪問電子信息世界的能力[4]。由于Internet上的服務提供是處于無序狀態(tài)，基于信息柵格的主動服務的主要目的就是為了解決這種服務無序性與用戶需求的針對性之間的矛盾，即通過在一個更加開放的、資源能量不受限制的、動態(tài)和自適應的框架內，對Internet上的服務資源進行合理規(guī)范的組織、主動發(fā)現(xiàn)、定制和運行，從而向用戶提供按需的個性化服務。

柵格技術在幫助獲取Internet上的資源提供了極大的便利，如圖1所示，主動服務首先在信息柵格環(huán)境下，搜索挖掘已經發(fā)布和存在的構件資源，并按給定的規(guī)范和標準對它們進行組織、分類和存儲，構建一個本地服務資源庫；基于本地服務資源庫，通過服務的挖掘來識別、發(fā)現(xiàn)和檢索能夠滿足用戶的服務需求的構件，并將它們鏈接執(zhí)行，最終通過主動服務接口為用戶提供所需的服務功能[5]。

圖1 基于信息柵格的主動服務Fig.1 Active services based on information grid

1.1 模型架構

主動服務是建立在Web服務的技術規(guī)范之上，它必須對Internet上的服務資源進行廣泛的搜索和挖掘，要求在基于更開放和動態(tài)的網絡框架內，實現(xiàn)面向用戶的服務快速構造和按需計算。因此通過在Web服務的基礎上引入主動服務的發(fā)現(xiàn)、定制、加載與使用等機制，就可以導出相應的主動服務模型。信息柵格環(huán)境的主要特點便是由眾多獨立分布的柵格節(jié)點組成，本文通過對已有的Web服務模型進行分析研究，進一步引入了面向終端用戶的柵格節(jié)點服務中介，從而推導出一種基于信息柵格的主動服務模型，如圖2所示。

圖2 基于信息柵格的主動服務模型架構Fig.2 Active services framework based on information grid

基于信息柵格的主動服務模型架構主要由4種主體和6類基本操作組成，4種主體分別為服務用戶、服務提供者、服務注冊中心以及柵格節(jié)點服務中介；6類基本操作分別為發(fā)布、查找、綁定、調用、挖掘和提交。其中，服務用戶、服務提供者及服務注冊中心的定義和作用與Web服務系統(tǒng)結構中的角色類似，文中主要介紹柵格節(jié)點服務中介及模型基本操作。

服務提供者首先將服務按照規(guī)定的標準進行描述并發(fā)布到服務注冊中心，服務用戶則將請求的服務以UDDI和WSDL協(xié)議規(guī)定的格式在服務注冊中心查找服務，服務用戶在服務注冊中心查找到所需要的服務后，與服務提供者之間通過SOAP協(xié)議所規(guī)定的格式進行服務交互，服務提供者則將構件及所提供的服務和服務描述提交到柵格節(jié)點服務中介，并將構件的描述文件轉換成UCDL文件，并通過綁定操作向服務用戶提供服務。主動服務模型的提出源于Web服務模型，因此基于信息柵格的主動服務協(xié)議規(guī)范，是在以SOAP/WSDL/UDDI為主構成的Web服務協(xié)議規(guī)范基礎上擴展而來，即通過增加以服務的主動發(fā)現(xiàn)、定制、加載執(zhí)行為主的主動服務層以及用于提供對主動服務所要求的其他信息的描述方法的服務描述擴展層[6]，由此形成新的協(xié)議規(guī)范。

基于信息柵格的主動服務模型與Web服務模型的主要不同在于對柵格節(jié)點服務中介的功能擴展和重新描述，除了傳統(tǒng)的Web服務模型服務中介所要求的功能之外，本模型中的柵格節(jié)點服務中介是針對信息柵格系統(tǒng)的節(jié)點特性，聯(lián)系信息柵格環(huán)境下信息交互的特殊性設計而成，其不僅可以對本節(jié)點的服務資源進行高效合理的發(fā)現(xiàn)、組織和管理，同時還充當不同柵格節(jié)點間服務資源的交互執(zhí)行平臺，能夠較好的解決柵格環(huán)境下各類異構節(jié)點之間不同性質服務資源的交互，從而實現(xiàn)信息柵格環(huán)境下的資源共享，是整個基于信息柵格的主動服務模型的核心，為確保主動服務提供支撐。一方面，本柵格節(jié)點用戶可以通過它向系統(tǒng)要求服務，系統(tǒng)則通過其獲取和分析用戶需求，并在搜索和挖掘出能滿足用戶需求的相關服務之后對其進行組裝定制，從而生成新服務，再把新服務提交給服務提供者發(fā)布和執(zhí)行；另一方面，若當前柵格服務結點沒有符合服務使用者的服務或者只有一部分服務，柵格節(jié)點服務中介就可以通過進行UDDI與UCDL之間的協(xié)議轉換，在這種協(xié)議轉換之下，不同的柵格節(jié)點服務中介達成了資源的聯(lián)系和共享，從而保證了任意一個柵格節(jié)點的構件服務也能夠提供給其它柵格結點的服務使用者，并最終實現(xiàn)不同的柵格節(jié)點之間的服務交互。這種以柵格節(jié)點服務中介為中心的主動服務模型對服務具有很高的查準率。

1.2 模型實現(xiàn)機制

通過上面描述，基于信息柵格的主動服務是通過組織、分類、管理柵格網絡中的服務資源，為用戶提供組織良好的、應用級別上的服務資源，并在該服務資源的基礎上，再進一步完成用戶所需服務的發(fā)現(xiàn)和集成，綜合上文提出的基于信息柵格的主動服務模型，因此柵格環(huán)境下的主動服務實現(xiàn)應主要依賴于以下內容。

1）基于信息柵格的服務挖掘機制 主動服務需要面向用戶提供信息服務，因而需要服務挖掘，其目的是從柵格網絡的海量信息中發(fā)現(xiàn)相關的信息內容，因此不僅要實現(xiàn)一般意義上的共性挖掘，更要實現(xiàn)柵格環(huán)境下的以用戶需求為中心的個性化挖掘，這是提高信息服務質量的重要內容，其核心是各種信息挖掘技術，如數(shù)據挖掘、程序挖掘和Web挖掘等?；谛畔鸥竦姆胀诰颍梢圆捎媒Y合Agent和組件技術的主動Agent構件，從大量離散的、松耦合的柵格網絡服務資源中分析、識別出面向用戶需求的具有關聯(lián)性的能夠便于理解的服務資源。即根據柵格網絡中應用的特點，從服務的通用描述模型中選取那些與服務資源的組織管理、集成復用最相關的包括服務應用、服務上下文等在內的特性，進而構建涵蓋服務分類索引的柵格服務資源空間，建立用戶需求模型，將和用戶緊密相關的信息服務設計成一系列關聯(lián)組件，并將網絡上的各種基本構件自動連接形成個性化的主動服務組件，最終實現(xiàn)智能按需服務。

2）基于語義的服務資源管理機制 面向用戶的服務需求往往不是簡單存在的某一種服務，個性化的服務往往需要對已存在的簡單服務進行組合，經過挖掘搜索之后的服務資源一般是以服務資源視圖為存儲媒介，因此為了更好地支持服務集成，就需要一定的服務資源管理機制來進一步描述服務與服務之間的功能關系，為此引入服務功能語義[7]?；诖?，我們不僅可以對新注冊的服務與已有服務之間的語義關系加以定義；也可以定義和存儲所有服務集成的示范，并通過相應的推送機制，就可以更好地支持服務主動發(fā)現(xiàn)與集成。

3）基于分布式策略[8]的服務集成機制 由于服務資源是無序的分散于網絡之中，隨著用戶日益?zhèn)€性化的服務需求，這些單個的服務往往難以滿足用戶的服務目標，因此在服務資源視圖基礎之上進行服務的集成，就需要從大量服務資源中尋找需要的服務和服務組合，從而組裝成新的服務和程序，完成用戶需要的服務或計算功能。服務資源的查詢、選擇以及組合等處理操作都是在服務構件層次，而用戶提出的需求一般是在服務和計算功能層次，因此為了在二者之間建立聯(lián)系，可以引入分布式的處理思想，將功能依次分解，并建立一種功能與服務之間的映射來描述二者之間的關系。

2 基于信息柵格的主動服務模型實現(xiàn)設計

清華大學信息科學與技術國家實驗室提出了一種面向Web主動服務及其應用的部署、運行、監(jiān)控和管理集成化支撐和管理平臺COMP[9]，該平臺側重于日常網絡資源的主動服務功能實現(xiàn)，對柵格環(huán)境下服務資源的異構性未列作考慮因素，由此，本文針對柵格環(huán)境下主動服務的基本特性，導出了一種基于信息柵格的主動服務模型基本邏輯功能結構，如圖3所示。

圖3 基于信息柵格的主動服務模型邏輯功能結構圖Fig.3 Function framework for active services model based on information grid

基于信息柵格的模型邏輯功能結構主要包括服務窗口模塊、柵格服務支撐模塊、服務資源搜索模塊、服務資源庫模塊以及主動服務運行環(huán)境。區(qū)別于傳統(tǒng)的主動服務系統(tǒng)，該結構結合信息柵格的特性增加了柵格服務支撐模塊，以實現(xiàn)柵格服務資源的管理、共享和交互。

服務窗口模塊主要用于實現(xiàn)服務的展現(xiàn)和按需操作，用戶可以通過統(tǒng)一的服務界面來進行選擇應用、配置參數(shù)和提交任務等所有操作。

柵格服務支撐模塊由兩部分組成：智能處理和服務管理。智能處理主要負責分析各柵格節(jié)點的服務需求，即通過分析基于XML的服務描述語言，進一步確定用戶任務里對服務的類型和要求等參數(shù)的具體配置，并通過構建整體柵格環(huán)境服務關系，從而關聯(lián)與服務相關的信息，采用特定的規(guī)則為用戶選取的任務制定服務項目，繼而構建服務實例，并在執(zhí)行過程中監(jiān)控任務的執(zhí)行直到任務執(zhí)行完畢。在基于柵格的主動服務模型中，服務的執(zhí)行應當由服務代理的參與，當用戶的服務任務執(zhí)行結束后服務代理則將處理結果返回至主動服務窗口模塊，并作為一個領域服務部署于面向服務的信息柵格體系結構之中；服務管理則主要用于對復雜柵格環(huán)境下異構服務資源的高效組織，并為不同的柵格節(jié)點間的服務資源建立互聯(lián)共享機制，通過搜索提取到的構件資源進行組裝和執(zhí)行等，同時創(chuàng)建新的構件和服務。

服務資源搜索模塊包含本地服務資源搜索和網絡服務資源搜索，通過這種雙重的服務資源搜索機制，進而創(chuàng)建和擴展本地資源庫的部分以滿足不同用戶的各種服務需求。服務資源庫模塊主要用于集中的存儲、組織和管理從網絡上搜索到的服務構件資源，為用戶搜索服務資源的來源和提供者。

主動服務運行環(huán)境是主動服務得以實現(xiàn)的基本支持，可以全面實現(xiàn)主動服務各種機制，使服務資源得到簡化，通過對服務的部署和組織，實現(xiàn)服務功能的共享，并為提升服務搜索執(zhí)行的效率提供支持。

3 結 論

文中提出了一種在信息柵格環(huán)境下面向用戶以提供按需服務的主動服務模型，該模型針對柵格環(huán)境分布廣、異構性強的特性，將信息柵格技術與主動服務技術相互融合，共同構成了一種新的信息服務模型。通過介紹主動服務模型和框架結構，并分析在柵格環(huán)境下實現(xiàn)主動服務的關鍵技術，給出實現(xiàn)該模型可能需要的邏輯功能結構，從而為信息柵格環(huán)境中實現(xiàn)面向用戶需求的主動服務提供一種新的方法。隨著信息柵格技術的不斷發(fā)展和主動服務系統(tǒng)平臺的大量涌現(xiàn)，我們有理由相信，在柵格環(huán)境下的主動服務技術研究必將日益成熟且得到實際應用。然而由于信息柵格與主動服務的融合性研究仍然罕見，針對服務資源的搜索、組織分類和管理方法、用戶需求的分析、服務的映射、服務之間的鏈接和集成機制以及信息柵格環(huán)境下主動服務系統(tǒng)的具體實現(xiàn)等問題，仍然有待進一步研究。

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