數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)及其服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法研究*

王 陣，彭來獻(xiàn)，趙文棟

(解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，江蘇南京 210007)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中制信息權(quán)是影響作戰(zhàn)勝負(fù)的關(guān)鍵因素之一，作戰(zhàn)指揮離不開對戰(zhàn)場信息的獲取、傳輸和處理。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要和信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種用于在傳感器網(wǎng)絡(luò)、指揮系統(tǒng)和武器平臺之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與交換的戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)［1］。

當(dāng)前應(yīng)用中的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與指控系統(tǒng)間以格式化消息的方式進(jìn)行交互，系統(tǒng)間耦合緊密;采用集中式的分發(fā)結(jié)構(gòu)，以廣播的方式分發(fā)信息，效率不高，存在著單點(diǎn)故障的問題，為此，文中設(shè)計并給出了一種面向服務(wù)的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用分布式的分發(fā)處理結(jié)構(gòu)，解決了單點(diǎn)故障的問題，信息用戶終端可按需獲取數(shù)據(jù)鏈信息，提高了信息分發(fā)的效率。針對其中涉及的信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用背景，分類綜述了當(dāng)前的研究成果，分析了各算法應(yīng)用時的優(yōu)點(diǎn)與不足，在此基礎(chǔ)上，給出了下一步研究方向。

文中第1節(jié)主要介紹了當(dāng)前應(yīng)用中的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析了該系統(tǒng)存在的不足;第2節(jié)主要介紹了一種面向服務(wù)的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)，詳細(xì)描述了系統(tǒng)各單元的功能及協(xié)作方式;第3節(jié)針對系統(tǒng)中涉及的服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題，詳細(xì)介紹了服務(wù)發(fā)現(xiàn)的相關(guān)知識，結(jié)合現(xiàn)有的服務(wù)發(fā)現(xiàn)研究成果，以節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M織結(jié)構(gòu)為依據(jù)，分類綜述了現(xiàn)有對等網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及它們在數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用狀況;最后總結(jié)了全文并給出了下一步研究方向。

1 應(yīng)用中的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)通常采用無線信道，以格式化信息的傳輸、處理為主要目的，是實(shí)現(xiàn)指揮控制系統(tǒng)與武器平臺無縫隙連接的紐帶，又是保障聯(lián)合指揮的重要手段，對提高聯(lián)合作戰(zhàn)指揮能力、發(fā)揮武器平臺效能具有重要作用，目前數(shù)據(jù)鏈已逐步成為提高作戰(zhàn)效能的“倍增器”［2］。

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的典型應(yīng)用如圖1所示。其中，傳感器網(wǎng)絡(luò)包括分布在陸、海、空、天的各種傳感器，對戰(zhàn)場環(huán)境進(jìn)行不間斷的偵察和監(jiān)視，是部隊(duì)作戰(zhàn)的主要信息源;指揮平臺包括各級各類指揮所，是部隊(duì)實(shí)施作戰(zhàn)指揮的核心;武器平臺包括各類陸基武器平臺、海上武器平臺、空中武器平臺和將要發(fā)展的天基武器平臺，是實(shí)施目標(biāo)打擊的根本手段。

圖1 數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用示意［1］Fig.1 Data link applications

數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計初衷是實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)集團(tuán)內(nèi)部信息的共享，為了適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，各國的軍隊(duì)制定了各種類型的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。比較知名的有美軍和北約的Link－4、Link－11、Link－14、Link－16以及Link－22［3］，這些數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)鏈消息經(jīng)由相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈端機(jī)接收處理后，其信息分發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均如圖2所示。

各數(shù)據(jù)鏈端機(jī)將接收的數(shù)據(jù)鏈消息都統(tǒng)一存放入本地網(wǎng)絡(luò)的消息中心，消息中心通常是一個集中的服務(wù)器或服務(wù)器群，負(fù)責(zé)接收各端機(jī)傳送來的數(shù)據(jù)鏈消息，同時，將數(shù)據(jù)鏈消息發(fā)送給網(wǎng)內(nèi)的各信息用戶終端。在信息用戶終端上裝配有各種類型的指控軟件，信息用戶終端根據(jù)自己預(yù)先設(shè)置的職能，從接收到的各種數(shù)據(jù)鏈消息中提取出本終端需要的消息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈消息向所有信息用戶終端的分發(fā)。

圖2 應(yīng)用中的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)Fig.2 Data link information distribution system

這一數(shù)據(jù)鏈消息分發(fā)方式結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但存在以下不足:

1)全局廣播的分發(fā)方式嚴(yán)重浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源。消息中心以廣播的方式，無差別地將接收到的數(shù)據(jù)鏈消息發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)中的各數(shù)據(jù)鏈信息用戶終端，對于信息用戶終端來說，這些數(shù)據(jù)鏈消息中大量充斥著本終端不需要的消息，這些“無用”的數(shù)據(jù)鏈消息到達(dá)信息用戶終端后，被數(shù)據(jù)鏈消息過濾器丟棄，造成了系統(tǒng)傳輸資源以及處理資源的浪費(fèi)。

2)不支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈消息的按需獲取。各數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)終端上的指控軟件只能獲取預(yù)先配置的相關(guān)數(shù)據(jù)鏈消息內(nèi)容。在終端用戶的職能、需求發(fā)生變化時，終端需要獲取的消息內(nèi)容無法自動適應(yīng)信息需求的變化。

3)以格式化消息為基礎(chǔ)的信息交互、處理方式不同造成系統(tǒng)間信息共享困難。不同數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)間通信協(xié)議以及消息格式不統(tǒng)一，致使不同系統(tǒng)間無法靈活的交互信息。如果在任意兩數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)間建立專用的消息格式轉(zhuǎn)換適配器亦可實(shí)現(xiàn)互通，但是，考慮N個系統(tǒng)，兩兩之間做雙向適配，需要的適配器個數(shù)將為O(N2)，系統(tǒng)的復(fù)雜性大大增加，后期升級維護(hù)困難。

針對上述問題，研究人員提出了自己的解決方案，其中比較具有代表性的有文獻(xiàn)［4－6］，文獻(xiàn)［4］提出了一種基于過濾的信息分發(fā)方法，在信息分發(fā)之前，按照一定的規(guī)則將用戶確定不需求的信息剔除，用戶從接收的信息中再進(jìn)行篩選過濾，不足之處在于分發(fā)的信息中仍存在部分用戶終端不需要的信息，文獻(xiàn)［5］利用了服務(wù)的設(shè)計思想，將信息以信息服務(wù)的形式提供，信息經(jīng)過發(fā)布、訂制、檢索，最終到達(dá)用戶終端，信息獲取的過程繁瑣，時延較大，文獻(xiàn)［6］將信息分類處理，節(jié)點(diǎn)依需求聚類，信息選擇性的進(jìn)行推送，不足在于節(jié)點(diǎn)間的信息需求極少相同，分類處理效果不理想，同時，節(jié)點(diǎn)需求變化頻繁時，重新分類引入的開銷較大，分發(fā)效率也較低。

2 面向服務(wù)的信息分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

服務(wù)是一種自治、開放、自我描述且與實(shí)現(xiàn)無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件，包括服務(wù)接口和服務(wù)實(shí)現(xiàn)兩部分。服務(wù)接口是消費(fèi)該服務(wù)所需的操作和方法的集合，它描述了對消費(fèi)者和服務(wù)之間進(jìn)行交互必須遵從的契約;服務(wù)實(shí)現(xiàn)是指對數(shù)據(jù)以及具體服務(wù)功能的封裝。具體服務(wù)涉及的內(nèi)容很廣，可以是數(shù)值運(yùn)算、軟件更新、信息檢索等。SOA(Service Oriented Architecture，面向服務(wù)的架構(gòu))［7］是建立在服務(wù)的基礎(chǔ)上的一種軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，它以服務(wù)的方式組織網(wǎng)絡(luò)中各種資源，具有間接尋址、松散耦合、平臺獨(dú)立等特點(diǎn)，為解決戰(zhàn)場信息系統(tǒng)中存在的各軍兵種間異構(gòu)信息系統(tǒng)協(xié)同問題提出了一種新的解決途徑。未來數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可借鑒SOA的組織思想來實(shí)現(xiàn)信息共享。

典型的SOA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)由三部分組成:服務(wù)消費(fèi)者、服務(wù)提供者、服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件(如圖3所示)。服務(wù)提供者負(fù)責(zé)提供服務(wù)，是服務(wù)的持有者，服務(wù)消費(fèi)者利用服務(wù)提供者提供的服務(wù)完成特定任務(wù)，服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件負(fù)責(zé)為服務(wù)消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)符合其要求的服務(wù)。整個系統(tǒng)主要采取發(fā)布/發(fā)現(xiàn)的工作方式，具體的工作過程為:

圖3 SOA的典型實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)Fig.3 Typical realization structure of SOA

1)服務(wù)提供者將需要共享的服務(wù)以服務(wù)描述文檔的形式發(fā)送給服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件，由其完成服務(wù)的注冊部署，此為“發(fā)布”過程。

2)服務(wù)消費(fèi)者封裝自身的需求信息，形成標(biāo)準(zhǔn)類型的請求描述，進(jìn)而將該請求遞交給服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件，發(fā)起服務(wù)的“發(fā)現(xiàn)”操作。

3)服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件根據(jù)該請求描述，從網(wǎng)絡(luò)中已發(fā)布的服務(wù)集合中，查找滿足要求的服務(wù)子集，并將發(fā)現(xiàn)結(jié)果返回給服務(wù)消費(fèi)者，響應(yīng)“發(fā)現(xiàn)”操作。如果前期未能找到滿足服務(wù)消費(fèi)者需求的單個服務(wù)，服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件則轉(zhuǎn)入執(zhí)行服務(wù)組合［8－13］程序，搜索滿足用戶需求的組合服務(wù)方案，將組合后的服務(wù)或服務(wù)集返回給服務(wù)消費(fèi)者，供其使用。

4)服務(wù)消費(fèi)者根據(jù)某種評判規(guī)則從返回的結(jié)果服務(wù)集中選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的服務(wù)［14－16］，進(jìn)而，根據(jù)選擇出的服務(wù)的描述信息，與服務(wù)提供者完成綁定、調(diào)用操作［17－18］。

參照圖2，采用SOA的思想構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)，需要擴(kuò)充消息中心的功能，消息中心負(fù)責(zé)不同格式化數(shù)據(jù)鏈消息的轉(zhuǎn)換工作，同時將消息內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)。各數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的消息都可以正常存放入消息中心，同時，消息中心會根據(jù)信息用戶終端的信息服務(wù)需求，在本地完成數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)的發(fā)現(xiàn)，然后將用戶需要的數(shù)據(jù)鏈信息內(nèi)容以用戶可識別的消息格式發(fā)送給信息用戶終端。顯然，這一組織方式是基于集中式處理的，消息中心需要處理全網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈消息，并且需要根據(jù)信息用戶終端的個性化信息需求，動態(tài)調(diào)整發(fā)送內(nèi)容。數(shù)據(jù)鏈消息數(shù)量巨大，信息用戶終端的需求也是多種多樣，這就使得集中式的消息中心極易成為系統(tǒng)的性能瓶頸，面臨著單點(diǎn)故障問題［19］。

軍用系統(tǒng)對可靠性要求較高。集中式的組織方式下，單個節(jié)點(diǎn)保存了全網(wǎng)的信息內(nèi)容，完成信息查找的準(zhǔn)確性較高，與此同時也存在單點(diǎn)故障問題，集中式的中心節(jié)點(diǎn)一旦失效，整個系統(tǒng)也將癱瘓。軍事應(yīng)用的特殊環(huán)境決定了數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)必須采用分布式的組織方式構(gòu)建，將原本由一個中心完成的任務(wù)分散到網(wǎng)絡(luò)中，采用分布式的組織方式構(gòu)建的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

在圖4給出的結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)鏈語義網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接收來自數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈信息，并完成對格式化數(shù)據(jù)鏈信息的語義表述及信息服務(wù)語義發(fā)布，充當(dāng)“服務(wù)發(fā)布者”。信息用戶終端作為“服務(wù)消費(fèi)者”，通過服務(wù)代理向信息分發(fā)服務(wù)器遞交服務(wù)請求，接收響應(yīng)信息。信息用戶終端同其服務(wù)代理一起構(gòu)成服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)中的一個完整節(jié)點(diǎn)，稱之為用戶節(jié)點(diǎn);每個信息分發(fā)服務(wù)器都是一個服務(wù)節(jié)點(diǎn)，作為“服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)組件”，完成服務(wù)的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、注冊等工作;與用戶節(jié)點(diǎn)直接相連的信息分發(fā)服務(wù)器稱之為邊界服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

圖4 數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Structural diagram of new data link information distribution system

數(shù)據(jù)鏈語義網(wǎng)關(guān)在完成數(shù)據(jù)鏈消息的服務(wù)化封裝之后，不再將服務(wù)發(fā)布到一個固定的中心位置，而是面向全網(wǎng)服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)布。如此，可解決前面提到的現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)存在的不足:

1)信息用戶終端只會接收到與本終端信息需求相關(guān)的信息，減少了無用信息的傳輸，節(jié)約了系統(tǒng)資源。

2)當(dāng)信息用戶終端在職能、需求改變時，可通過搭配的服務(wù)代理更改信息需求，方便地做到數(shù)據(jù)鏈信息的按需獲取。

3)針對現(xiàn)有的各數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)間數(shù)據(jù)格式、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈語義網(wǎng)關(guān)上，將各種類型的數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)消息中包含的數(shù)據(jù)鏈信息提取出來，統(tǒng)一進(jìn)行服務(wù)化封裝，以數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)作為各系統(tǒng)間溝通的橋梁。

數(shù)據(jù)鏈消息經(jīng)數(shù)據(jù)鏈語義網(wǎng)關(guān)將接收到的格式化數(shù)據(jù)鏈消息，封裝成數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)，供信息用戶終端使用。當(dāng)信息用戶終端有信息服務(wù)需求時，通過服務(wù)代理向網(wǎng)絡(luò)請求相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)，由網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)的發(fā)現(xiàn)匹配，并將結(jié)果返回給信息用戶終端的服務(wù)代理。服務(wù)代理參照服務(wù)查找的結(jié)果，對目標(biāo)服務(wù)進(jìn)行綁定、調(diào)用操作，并將服務(wù)執(zhí)行結(jié)果重新編碼成信息用戶終端能夠識別的數(shù)據(jù)鏈消息，返回給信息用戶終端。

在整個流程中，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有數(shù)據(jù)鏈消息的服務(wù)化封裝技術(shù)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)，服務(wù)的綁定與調(diào)用技術(shù)等，其中，服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)是重中之重，發(fā)現(xiàn)服務(wù)是使用服務(wù)的前提，是保證整個系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。文獻(xiàn)［20］指出:“一旦服務(wù)消費(fèi)者明確了服務(wù)提供者的服務(wù)訪問方式及地址信息，服務(wù)調(diào)用等問題都將較容易解決”，而這些信息的獲取都需要通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)來完成。鑒于服務(wù)發(fā)現(xiàn)在面向服務(wù)系統(tǒng)中的重要性，下面將重點(diǎn)講述服務(wù)發(fā)現(xiàn)的相關(guān)知識，分析分布式環(huán)境下的服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法的研究發(fā)展?fàn)顩r及當(dāng)前主要研究成果。

3 分布式服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法

實(shí)際工程應(yīng)用中，考慮具體實(shí)現(xiàn)的簡單方便性，盡量減少服務(wù)雙方信息交互次數(shù)，在使用服務(wù)時，除了要明確目標(biāo)服務(wù)所在節(jié)點(diǎn)的訪問方式及地址信息，還需要明確目標(biāo)服務(wù)的輸入輸出參數(shù)等信息，得到這些信息后，服務(wù)消費(fèi)者便可遵照服務(wù)接口的定義，通過系統(tǒng)設(shè)定的服務(wù)訪問協(xié)議(如 SOAP［21］協(xié)議)，向目標(biāo)服務(wù)輸入己方的輸入?yún)?shù)，接收服務(wù)的返回輸出，完成服務(wù)的調(diào)用。服務(wù)的訪問地址、輸入輸出參數(shù)、訪問方式等信息保存在服務(wù)的描述文檔之中。服務(wù)描述文檔是服務(wù)提供者對所提供的服務(wù)的各方面信息進(jìn)行描述的標(biāo)準(zhǔn)化文件，不同服務(wù)描述標(biāo)準(zhǔn)對服務(wù)描述時的側(cè)重點(diǎn)有所不同，其中比較有代表性的服務(wù)描述的標(biāo)準(zhǔn)有 WSDL［22－23］和 OWL－S［24］，OWL －S支持語義級別的服務(wù)描述，也是現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)。不管是何種類型的服務(wù)描述標(biāo)準(zhǔn)，最基本的都包含有服務(wù)的名稱、訪問地址、輸入輸出參數(shù)以及訪問方式等信息，這些信息是服務(wù)發(fā)現(xiàn)和使用的主要依據(jù)，文獻(xiàn)［25］對服務(wù)發(fā)現(xiàn)的表述是:“服務(wù)發(fā)現(xiàn)是從眾多服務(wù)中找出滿足用戶需求的單個服務(wù)或是多個服務(wù)的組合服務(wù)”。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)，按組織方式可分為集中式和分布式兩大類。集中式下，所有服務(wù)都被發(fā)布到統(tǒng)一的服務(wù)注冊中心(如 UDDI［26］)，服務(wù)注冊中心因此保存有全網(wǎng)的已發(fā)布服務(wù)信息，對于用戶來說，不管需要何種類型的服務(wù)，都是向該注冊中心發(fā)送服務(wù)請求，由該注冊中心搜索本地服務(wù)集合，綜合評價擇優(yōu)，將滿足用戶需求的服務(wù)子集返回給用戶。分布式的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方式雖然避免了集中式存在的單點(diǎn)故障問題，但缺少注冊中心這類有效地感知全網(wǎng)服務(wù)信息的機(jī)制支持，服務(wù)發(fā)現(xiàn)的難度也較集中式大很多，只能通過節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作，共同完成服務(wù)的發(fā)現(xiàn)任務(wù)。針對分布式服務(wù)發(fā)現(xiàn)的策略問題，國內(nèi)外相關(guān)研究人員也展開了廣泛研究，取得了一定的研究成果，概括起來，可以分為以下幾類:基于結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)查找算法、基于非結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)查找算法，基于混合對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)查找算法。

3.1 基于結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法

結(jié)構(gòu)化的查找方式多采用hash技術(shù)形成關(guān)鍵字，進(jìn)而完成發(fā)布查找等操作，hash技術(shù)即散列技術(shù)，是把任意長度的輸入，通過散列算法，變換成固定長度的輸出，該輸出即為散列值，也就是hash的鍵值。采用hash技術(shù)進(jìn)行服務(wù)的查找，優(yōu)點(diǎn)是是查找效率高，能夠在對數(shù)跳數(shù)內(nèi)找到精確匹配的信息，但是hash操作本身遮蓋了概念的語義信息，形成的鍵值不能反映原始數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的語義信息，也就不能支持語義級別的服務(wù)匹配查找。基于結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)研究的重點(diǎn)在于研究怎樣把結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)和語義信息有機(jī)的結(jié)合起來，以較小的代價實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化P2P中高效地語義服務(wù)發(fā)現(xiàn)。

文獻(xiàn)［27］提出 PDUS(P2P－based Distributed UDDI web service Discovery)發(fā)布發(fā)現(xiàn)算法，該系統(tǒng)包含多個UDDI，各UDDI分別負(fù)責(zé)不同領(lǐng)域服務(wù)的索引，并組成結(jié)構(gòu)化Chord環(huán)。服務(wù)發(fā)布時，服務(wù)提供者利用服務(wù)本體技術(shù)［24］將服務(wù)描述中的Service-Category的屬性值對應(yīng)到領(lǐng)域本體中的相應(yīng)概念，進(jìn)而利用該概念的hash鍵值進(jìn)行服務(wù)的發(fā)布，服務(wù)查找時的處理方法與之相似。經(jīng)過上述操作后，具有相同領(lǐng)域信息的服務(wù)自然的聚集在一個節(jié)點(diǎn)上，查找效率較高。但是，確定某一服務(wù)具體屬于哪個領(lǐng)域是難點(diǎn)，往往需要人工干預(yù)才能完成，使得服務(wù)發(fā)現(xiàn)的自動化程度降低;同時，不同服務(wù)提供者對同一個服務(wù)所屬領(lǐng)域的表達(dá)上也不盡相同，例如在線支付服務(wù)PayOnline，服務(wù)提供者對該服務(wù)所屬領(lǐng)域的定義可以是電子商務(wù)E－business，也可以是商務(wù)Commerce，領(lǐng)域E－business是領(lǐng)域Commerce的一個子領(lǐng)域，因?yàn)轭I(lǐng)域信息表達(dá)上的差異，原本屬于相同領(lǐng)域的服務(wù)經(jīng)過散列之后不能保證匯聚到同一個節(jié)點(diǎn)上。

文獻(xiàn)［28］將 DHT(Distributed Hash Table)與SON［29］(Semantic Overlay Network，語義覆蓋網(wǎng))相結(jié)合提出ERGOT((Efficient Routing Grounded On Taxonomy)算法，在使用DHT發(fā)布服務(wù)的同時，依據(jù)服務(wù)描述中的語義信息，在發(fā)布路徑上提供相似服務(wù)的節(jié)點(diǎn)之間建立連接關(guān)系，形成語義覆蓋網(wǎng)，查詢服務(wù)時，服務(wù)請求被逐步傳遞到相似服務(wù)的提供節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)首先查詢本地服務(wù)集合，若沒能發(fā)現(xiàn)滿足需求的服務(wù)，則將請求轉(zhuǎn)發(fā)給SON上的鄰居節(jié)點(diǎn)，直至查詢到滿足需求的服務(wù)，或是達(dá)到終止條件，結(jié)束查找。相比于單純依靠Chord實(shí)現(xiàn)服務(wù)查找，該算法增加了一定程度的語義檢索支持，但是，SON不能保證在確定邏輯跳數(shù)內(nèi)找到滿足要求的服務(wù)，而Chord中的邏輯一跳對應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)物理鏈路上又表現(xiàn)為多跳，使用Chord完成SON多次轉(zhuǎn)發(fā)式的查詢將引入較大的鏈路開銷。

文獻(xiàn)［30］在服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)時僅考慮服務(wù)的輸入、輸出概念信息，服務(wù)發(fā)布時，算法羅列待發(fā)布服務(wù)的輸入、輸出概念子集的所有組合，然后對每種組合情況使用DHT技術(shù)單獨(dú)產(chǎn)生關(guān)鍵字，并在結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)上發(fā)布原始服務(wù)。例如某服務(wù)的輸入概念為(c1，c2)，輸出概念為(c4，c5)，那么將分別以(c1，sep，c4)、(c1，sep，c5)、(c1，sep，c4，c5)、(c2，sep，c4)、(c2，sep，c5)、(c2，sep，c4，c5)、(c1，c2，sep，c4)、(c1，c2，sep，c5)、(c1，c2，sep，c4，c5)九種組合情況各形成關(guān)鍵字(sep僅是輸入輸出分隔符)，完成服務(wù)的發(fā)布。服務(wù)查找時利用請求的輸入輸出概念集直接形成鍵值查找。這一發(fā)布查找方式簡單方便，但是，在服務(wù)的輸入輸出參數(shù)較多時，服務(wù)發(fā)布產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量較大，同時，只支持輸入輸出參數(shù)概念的關(guān)鍵字匹配。

結(jié)構(gòu)化的查找方式更加注重查找效率，因此廣泛采用DHT技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)化、路由效率高，缺點(diǎn)是語義檢索能力不足，現(xiàn)有的改進(jìn)算法雖然在一定程度上增加了語義級別的檢索支持，但引入的數(shù)據(jù)流量開銷都比較大。

3.2 基于非結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法

在非結(jié)構(gòu)化P2P系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣M織以及資源信息存儲都具有隨意性，當(dāng)用戶需要獲取特定資源時，無法得到確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的支持，事先也就不能明確所需要的資源會存儲在哪個節(jié)點(diǎn)上，信息查詢也就可能帶有一定的盲目性，所以無法保證信息發(fā)現(xiàn)的效率。非結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)查找算法最基本的就是洪泛查找算法，服務(wù)請求被發(fā)往請求節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，其鄰居節(jié)點(diǎn)再將此請求發(fā)給自己的所有鄰居，如此下去，直至發(fā)現(xiàn)匹配的服務(wù)，或是TTL減為0，達(dá)到終止條件。顯然，這種查找方式引入的網(wǎng)絡(luò)流量太大，查找效率低，進(jìn)一步改進(jìn)型的查找算法有概率轉(zhuǎn)發(fā)查找算法［31－32］、迭代加深搜索算法［33］、隨機(jī)游走搜索算法［34－35］等。

概率轉(zhuǎn)發(fā)查找算法中，節(jié)點(diǎn)收到服務(wù)請求，本地查找不成功的情況下，在該節(jié)點(diǎn)的各數(shù)據(jù)鏈路上依概率發(fā)送服務(wù)請求;迭代加深搜索算法中，服務(wù)請求節(jié)點(diǎn)動態(tài)地增加查詢消息的TTL值，直至發(fā)現(xiàn)滿足要求的服務(wù);隨機(jī)游走搜索算法中，節(jié)點(diǎn)在本地查找不成功的情況下，隨機(jī)選擇出一條輸出鏈路發(fā)送請求消息。這幾種改進(jìn)的查找方式在一定程度上減少了查詢流量開銷，但是，請求信息的路由比較盲目，沒有充分利用各節(jié)點(diǎn)的服務(wù)信息。

文獻(xiàn)［36］借用了分類法本體技術(shù)，每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)本節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)的領(lǐng)域特征，選擇本體中的相應(yīng)領(lǐng)域概念標(biāo)識本節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)間的相似程度使用相應(yīng)的領(lǐng)域概念間的相似度來衡量。依據(jù)該相似度衡量策略，在節(jié)點(diǎn)之間建立相等、相關(guān)、參考、無關(guān)等四種語義鏈路關(guān)系，形成語義覆蓋網(wǎng)。節(jié)點(diǎn)間的語義關(guān)系鏈路是服務(wù)請求消息路由的重要依據(jù)，相等關(guān)系意味著節(jié)點(diǎn)間提供的服務(wù)是歸屬于相同領(lǐng)域的服務(wù)，無關(guān)及參考關(guān)系則表明節(jié)點(diǎn)間提供的服務(wù)不在同一領(lǐng)域，服務(wù)請求消息總是先經(jīng)語義無關(guān)鏈路多次轉(zhuǎn)發(fā)，到達(dá)與請求消息目標(biāo)領(lǐng)域具有相等、相似、或是參考關(guān)系的服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)，然后在該節(jié)點(diǎn)及其鄰居上完成進(jìn)一步的語義檢索。這種方式具備一定的服務(wù)語義檢索功能和效率，節(jié)點(diǎn)的語義鄰居數(shù)越多，查找的成功率越高，但同時也使得該語義覆蓋網(wǎng)的建立維護(hù)開銷變大。

同樣采用語義覆蓋網(wǎng)技術(shù)的還有文獻(xiàn)［37－39］，類似于文獻(xiàn)［36］，文獻(xiàn)［37－38］也是根據(jù)節(jié)點(diǎn)所提供服務(wù)的領(lǐng)域知識特征建立節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，形成一張覆蓋網(wǎng)，不同的是，這里采用了超節(jié)點(diǎn)技術(shù)，每個領(lǐng)域遴選出一個超節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)本領(lǐng)域的服務(wù)查找與索引，如圖5所示，服務(wù)查詢請求經(jīng)過各超級節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)傳遞，最終到達(dá)目標(biāo)領(lǐng)域的超級節(jié)點(diǎn)，完成服務(wù)的查找。

圖5 文獻(xiàn)［37－38］使用的節(jié)點(diǎn)組織結(jié)構(gòu)Fig.5 Structural diagram of nodes in reference articles［37 －38］

非結(jié)構(gòu)化查找方式更加注重對語義查找的支持，因此，多采用語義覆蓋網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系鏈路，用于引導(dǎo)服務(wù)查找信息的路由。該種組織模式可以支持比如帶有規(guī)則表達(dá)式的多關(guān)鍵字查詢和模糊查詢等復(fù)雜查詢，具有比較好的靈活性和容錯能力，同時，系統(tǒng)中每個節(jié)點(diǎn)只需保存周邊少量節(jié)點(diǎn)的信息，節(jié)點(diǎn)頻繁加入或退出對系統(tǒng)的影響較小，即系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化適應(yīng)性較好。不足之處在于，相比于結(jié)構(gòu)化的查找方式，該種組織方式的查詢耗費(fèi)較高，限制了其應(yīng)用規(guī)模，并且查詢的時延不確定。

3.3 基于混合式對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法

混合式的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方式旨在融合上述兩種發(fā)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)，謀求以較小的開銷查找到匹配的服務(wù)，同時相比于結(jié)構(gòu)化的組織方式，減少網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)時引入的鏈路開銷，更好的支持語義級別的查找?；旌鲜降膶Φ染W(wǎng)絡(luò)下的服務(wù)發(fā)現(xiàn)多采用多層對等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)［40］采用超節(jié)點(diǎn)技術(shù)，超級節(jié)點(diǎn)之間采用DHT技術(shù)組成結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)，同時引入分類法本體技術(shù)，分類法本體中的每個領(lǐng)域類概念都以關(guān)鍵字的形式發(fā)布到各超級節(jié)點(diǎn)，相同領(lǐng)域的服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)又圍繞該超級節(jié)點(diǎn)組成非結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)，服務(wù)查找時，先根據(jù)請求服務(wù)包含的領(lǐng)域信息，將服務(wù)請求發(fā)送到相應(yīng)領(lǐng)域的超級節(jié)點(diǎn)上，然后再根據(jù)領(lǐng)域信息以外的服務(wù)描述信息在本領(lǐng)域內(nèi)的非結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)中完成服務(wù)查找。

文獻(xiàn)［41］采取的方法與文獻(xiàn)［40］類似，不同的是，文獻(xiàn)［41］增加了公共節(jié)點(diǎn)，服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)將服務(wù)描述信息放在同領(lǐng)域的超級節(jié)點(diǎn)上，同時可選擇的將描述信息放到公共節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)中，所有發(fā)布到公共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)都是開放給所有節(jié)點(diǎn)訪問的，而發(fā)布到本領(lǐng)域的超級節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)就有一定的訪問限制，如此一來，服務(wù)提供者可以更加靈活的配置所提供的各項(xiàng)服務(wù)，不足在于沒有增加服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效率。

混合式的查找方式追求查詢耗費(fèi)與語義查詢支持能力的折中，常用的做法是將服務(wù)按照一定的規(guī)則分為幾個領(lǐng)域，在領(lǐng)域內(nèi)部以及領(lǐng)域之間分別構(gòu)建對等網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)是領(lǐng)域的劃分縮小了查詢信息的擴(kuò)散域，同時，領(lǐng)域內(nèi)部節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的改變不會影響到其他領(lǐng)域的節(jié)點(diǎn)。不足是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)的引入決定了其對語義的發(fā)布發(fā)現(xiàn)支撐能力不足。

3.4 對比分析

前面討論了三種類型的分布式服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法，這三類發(fā)布發(fā)現(xiàn)算法在設(shè)計時的側(cè)重點(diǎn)不同，使適用的應(yīng)用場景也不同。其對比結(jié)果如表1所示。

表1 三種發(fā)現(xiàn)算法對比Table 1 Comparison of the three discovery algorithms

1)在發(fā)現(xiàn)效率上，結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式優(yōu)于混合式的發(fā)現(xiàn)方式，混合式的發(fā)現(xiàn)方式優(yōu)于非結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式。

2)在對語義發(fā)現(xiàn)的支持上，非結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式優(yōu)于混合式的發(fā)現(xiàn)方式，混合式的發(fā)現(xiàn)方式優(yōu)于結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式。

3)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加時，結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式可擴(kuò)展性明顯優(yōu)于混合式，優(yōu)于非結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式。

在實(shí)際應(yīng)用中，必須結(jié)合應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)姆?wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)方式。

與因特網(wǎng)相比，應(yīng)用于軍事環(huán)境的數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

1)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少，網(wǎng)絡(luò)直徑較小。

2)系統(tǒng)中承載的信息以傳感器信息為主，數(shù)據(jù)時效性強(qiáng)、更新速度快。

3)在查找的過程中，更注重服務(wù)的查準(zhǔn)率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個滿足用戶需求的服務(wù)時，保證準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)其中的一個即可。

非結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式對網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性適應(yīng)較好，對語義發(fā)現(xiàn)的支持也優(yōu)于其他兩種發(fā)現(xiàn)方式，但查找耗費(fèi)較高，發(fā)現(xiàn)時延較大，不適用于時效性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用;混合式的發(fā)現(xiàn)方式結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，在節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少時，不適宜采用;結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式發(fā)現(xiàn)效率高、時延小，不足在于語義發(fā)現(xiàn)的支持較弱，需要一定的拓?fù)渚S護(hù)開銷，軍事應(yīng)用中，各種信息的表現(xiàn)形式是統(tǒng)一規(guī)劃的，因此，對語義發(fā)現(xiàn)的要求不高，再者，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少，相應(yīng)的拓?fù)渚S護(hù)開銷也較小，通過一定的技術(shù)改進(jìn)，結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)方式可應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)系統(tǒng)之中，完成信息服務(wù)的高效發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)語

文中首先講述了應(yīng)用中的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)而引入了面向服務(wù)的新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)各單元的功能及單元間的協(xié)作方式作了詳細(xì)說明。對其中涉及的關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合現(xiàn)有服務(wù)發(fā)現(xiàn)的研究成果，分類介紹了各種服務(wù)發(fā)布發(fā)現(xiàn)算法，并闡述了各類算法應(yīng)用時的優(yōu)點(diǎn)與不足，綜合分析以上幾種發(fā)現(xiàn)方式，可以看出由于軍事應(yīng)用環(huán)境的特殊性，數(shù)據(jù)鏈信息服務(wù)中大量存在的是傳感器信息，信息的時效性強(qiáng)，現(xiàn)有的針對商用語義服務(wù)的發(fā)布發(fā)現(xiàn)算法不能很好應(yīng)用于軍事應(yīng)用環(huán)境。基于結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方式發(fā)現(xiàn)效率高、時延小，不足在于信息發(fā)布的目的性不強(qiáng)，發(fā)布的目的節(jié)點(diǎn)與信息的實(shí)際需求節(jié)點(diǎn)間可能距離較遠(yuǎn)，造成信息獲取的時延偏大，以基于結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方式為基礎(chǔ)，研究構(gòu)建一種以需求為中心的發(fā)布/發(fā)現(xiàn)方式，減少信息發(fā)布的目的節(jié)點(diǎn)與信息的實(shí)際需求節(jié)點(diǎn)間的平均距離，從而進(jìn)一步減少整體發(fā)現(xiàn)時延、提高發(fā)布/發(fā)現(xiàn)效率將是下一步工作的重點(diǎn)。

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