面向執(zhí)行效率和可靠性約束的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取算法研究

陳偉，程永靖

（國(guó)防信息學(xué)院 湖北 武漢430019）

面向執(zhí)行效率和可靠性約束的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取算法研究

陳偉，程永靖

（國(guó)防信息學(xué)院 湖北 武漢430019）

針對(duì)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取問(wèn)題，分析了指揮業(yè)務(wù)服務(wù)可靠性度量的方法，建立了基于冗余的指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)可靠性評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合指揮業(yè)務(wù)自身的特殊需求，提出了一種面向執(zhí)行效率和可靠性約束的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取算法，該方法是在滿足指揮業(yè)務(wù)整體約束條件和可靠性保證的前提下得出的近優(yōu)解，因此能滿足聯(lián)合調(diào)度指揮業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、多變的特性，為實(shí)現(xiàn)聯(lián)合指揮調(diào)度的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)自動(dòng)組合奠定了基礎(chǔ)。

服務(wù)組合；服務(wù)選??；可靠性；執(zhí)行效率

軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)是以軍隊(duì)為主導(dǎo)，整合武警、公安、黨政等多方資源和力量遂行聯(lián)合行動(dòng)應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件的一種應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)。聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)上的指揮業(yè)務(wù)組織運(yùn)用是一項(xiàng)嚴(yán)密科學(xué)的組織活動(dòng)，指揮業(yè)務(wù)組織運(yùn)用的科學(xué)性、高效性是聯(lián)合行動(dòng)指揮調(diào)度系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提，是軍警民聯(lián)合快速及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的重要保證。一方面，軍警民聯(lián)合力量在隨行多樣化任務(wù)時(shí)處于經(jīng)常變化的業(yè)務(wù)環(huán)境中，聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)必須能根據(jù)業(yè)務(wù)需求，快速、靈活地實(shí)現(xiàn)指揮業(yè)務(wù)流程集成，才能適應(yīng)這種變化；另一方面，由于軍警民聯(lián)合行動(dòng)中的指揮業(yè)務(wù)多樣性，以及各部門(mén)各組織力量之間指揮業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性，如何有效的支持軍警民各部門(mén)各力量之間指揮業(yè)務(wù)的集成已成為軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)研究所面臨的重大挑戰(zhàn)。

以開(kāi)放技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)為核心，強(qiáng)調(diào)互操作性和開(kāi)放性的服務(wù)組合技術(shù)為解決此問(wèn)題提供了一種極佳的解決方案。指揮業(yè)務(wù)服務(wù)組合能夠?qū)⒁延邢鄬?duì)簡(jiǎn)單的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)，按照一定的業(yè)務(wù)邏輯組合起來(lái)，集成為具有復(fù)雜功能的指揮業(yè)務(wù)流程，從而提供更強(qiáng)大、更完整的指揮業(yè)務(wù)能力。當(dāng)指揮業(yè)務(wù)流程發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)組合已有的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)，而無(wú)需重構(gòu)單一復(fù)雜的指揮業(yè)務(wù)，可較好地適應(yīng)業(yè)務(wù)環(huán)境中的多變性和動(dòng)態(tài)性，同時(shí)指揮業(yè)務(wù)流程集成的復(fù)雜性也能得到較好的解決。

服務(wù)選取是服務(wù)組合的一個(gè)關(guān)鍵步驟，是指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)能否完成指揮實(shí)體個(gè)性化指揮需求的前提和重要保障。由于軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)中指揮業(yè)務(wù)的特殊需求，導(dǎo)致其尤為強(qiáng)調(diào)指揮業(yè)務(wù)的可靠性和執(zhí)行效率，因此本文在研究指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取方法時(shí)將這兩個(gè)因素作為首要考慮的條件，以此來(lái)進(jìn)行指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取的研究。

1 指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性度量

指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性定義指的是在規(guī)定條件下和約束時(shí)間內(nèi)，指揮業(yè)務(wù)服務(wù)滿足用戶需求且完成既定功能的能力。在指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)的研究過(guò)程中，指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性計(jì)算從發(fā)出業(yè)務(wù)請(qǐng)求開(kāi)始，指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性除受到服務(wù)器端可靠性的影響外還受到網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的影響，這樣指揮業(yè)務(wù)的可靠性即是指揮業(yè)務(wù)從源端到目的端每一階段可靠性的乘積。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)可靠性的計(jì)算公式為

整個(gè)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)可靠性能細(xì)化為請(qǐng)求消息傳輸?shù)椒?wù)器端的可靠性Reltran-up、服務(wù)器端處理服務(wù)請(qǐng)求的可靠性Relproc以及響應(yīng)消息傳輸?shù)秸?qǐng)求端的可靠性 Reltran-down三部分。然而按照該公式計(jì)算業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性并不方便，指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性可通過(guò)在服務(wù)調(diào)用端統(tǒng)計(jì)服務(wù)執(zhí)行成功次數(shù)與被調(diào)用總次數(shù)之比來(lái)計(jì)算其可靠性

其中 countstotal代表服務(wù)被調(diào)用次數(shù)，countssucceed代表countstotal次調(diào)用中成功返回服務(wù)執(zhí)行結(jié)果的次數(shù)。該方法是目前最常用的Web服務(wù)可靠性計(jì)算方法，本文也采用此算法來(lái)計(jì)算指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性。

2 指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)可靠性評(píng)價(jià)模型

軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)流程可被定義為一個(gè)具有不同業(yè)務(wù)功能的指揮業(yè)務(wù)相互關(guān)聯(lián)形成一組具有依賴關(guān)系的組合任務(wù)，從而形成更大粒度的指揮業(yè)務(wù)，滿足指揮力量的更高級(jí)的指揮業(yè)務(wù)需求。近年來(lái)，人們使用了多種方法對(duì)組合服務(wù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，如有向圖、Petri網(wǎng)以及UML的狀態(tài)圖等。文中將指揮業(yè)務(wù)服務(wù)組合流程限制為由最常用的順序流程結(jié)構(gòu)、分支流程結(jié)構(gòu)、并行流程結(jié)構(gòu)和循環(huán)流程結(jié)構(gòu)這四種結(jié)構(gòu)之間有限次的遞歸嵌套。目前，組合服務(wù)的可靠性研究均是基于非儲(chǔ)備的可靠性模型進(jìn)行研究，而本文借鑒軟件容錯(cuò)的思想，即在指揮業(yè)務(wù)服務(wù)組合流程上的各個(gè)任務(wù)選取多個(gè)待執(zhí)行的備選指揮業(yè)務(wù)服務(wù)，每個(gè)指揮任務(wù)不僅對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)實(shí)例來(lái)執(zhí)行，通過(guò)冗余的指揮業(yè)務(wù)來(lái)保證組合服務(wù)流程的可靠性。下面對(duì)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的原子業(yè)務(wù)以及四種組合服務(wù)流程的可靠性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1）原子業(yè)務(wù)

原子業(yè)務(wù)是指完成某類特定的指揮業(yè)務(wù)的單個(gè)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)，是指揮業(yè)務(wù)服務(wù)組合流程的最小單元。其構(gòu)成可描述為：＜原子業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)，原子業(yè)務(wù)名稱，原子業(yè)務(wù)描述，可靠性描述，執(zhí)行效率＞等；設(shè)原子業(yè)務(wù)taski所對(duì)應(yīng)的第j個(gè)Web服務(wù)的可靠度為WSi，jR，則原子任務(wù)taski的可靠度taskiR可由并聯(lián)系統(tǒng)公式寫(xiě)出

2）順序流程結(jié)構(gòu)

指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)中的每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)多個(gè)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)，則順序流程結(jié)構(gòu)在基于冗余情況下的可靠性模型如圖1所示，圖中假設(shè)流程中的每個(gè)任務(wù)均為原子業(yè)務(wù)。

圖1 指揮業(yè)務(wù)順序流程結(jié)構(gòu)圖

設(shè)該流程結(jié)構(gòu)中有n個(gè)任務(wù)，則整個(gè)順序結(jié)構(gòu)的組合服務(wù)可靠度sf.R又可用串聯(lián)系統(tǒng)公式得到

由于每個(gè)任務(wù)均為原子業(yè)務(wù)，則該流程結(jié)構(gòu)的組合服務(wù)可靠性sf.R為

3）分支流程

基于冗余的思想，指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)中的每個(gè)任務(wù)應(yīng)該對(duì)應(yīng)多個(gè)備選服務(wù)，則分支流程的可靠性模型如圖2所示，圖中假設(shè)流程中每個(gè)分支均由原子任務(wù)組成。

圖2 指揮業(yè)務(wù)分支結(jié)構(gòu)流程圖

設(shè)該流程結(jié)構(gòu)共有n個(gè)分支，由圖2可知，每個(gè)分支上的任務(wù)均有可能被選取執(zhí)行，所以分支結(jié)構(gòu)的可靠性值應(yīng)等于分支結(jié)構(gòu)上所有任務(wù)的可靠度最小值，具體計(jì)算公式如下

4）并行流程

指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)并行流程的可靠性評(píng)價(jià)模型如圖3所示，圖中假設(shè)每個(gè)并行路徑均由原子任務(wù)組成。

圖3 指揮業(yè)務(wù)并行結(jié)構(gòu)流程圖

設(shè)該流程共有n個(gè)并行分叉，由圖3可看出，并行結(jié)構(gòu)與順序結(jié)構(gòu)的處理方法應(yīng)相同，故計(jì)算方法類似，得到公式如下

5）循環(huán)流程

指揮業(yè)務(wù)循環(huán)流程的組合服務(wù)可靠性模型，如圖4所示。圖中假設(shè)被循環(huán)執(zhí)行的路徑由一個(gè)原子任務(wù)組成。

圖4 指揮業(yè)務(wù)分支結(jié)構(gòu)流程圖

其中g(shù)為循環(huán)次數(shù)，則該循環(huán)結(jié)構(gòu)可看成g個(gè)順序結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，則其處理方法與順序流程類似，計(jì)算公式如下

3 指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取方法

文中在指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取的過(guò)程中加入執(zhí)行效率和可靠性雙重約束，因此要建立面向執(zhí)行效率和可靠性的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取的數(shù)學(xué)模型，該模型應(yīng)遵循如下基本原則：

1）組合服務(wù)流程的各個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)盡量多的待執(zhí)行備選服務(wù)；

2）組合服務(wù)流程中的單個(gè)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)在執(zhí)行效率上的評(píng)價(jià)值不低于組合服務(wù)執(zhí)行效率的全局約束值；

3）組合服務(wù)的可靠性達(dá)到最優(yōu)；

綜上所述，可以將面向執(zhí)行效率和可靠性約束的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取問(wèn)題轉(zhuǎn)化為下面的數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解決

指揮業(yè)務(wù)服務(wù)與傳統(tǒng)的部署在Internet上的Web服務(wù)具有較大的不同，Web服務(wù)是由分屬于不同的人或企業(yè)在Internet上部署滿足其特定需求的服務(wù)，用戶在調(diào)用該服務(wù)時(shí)并不能完全掌握該服務(wù)的具體信息，只能單純的使用其提供的服務(wù)能力；而指揮業(yè)務(wù)服務(wù)是部署在軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度信息服務(wù)中心，即是由內(nèi)部人員自行部署，因此指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的描述信息將比Web服務(wù)的描述信息更詳細(xì)且更透明。例如原子指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性可通過(guò)前期的測(cè)試清楚的寫(xiě)入到該指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的描述信息中，并通過(guò)執(zhí)行過(guò)程中的不斷測(cè)試來(lái)更改其值?；诖颂攸c(diǎn)，該描述模型中的約束值均可通過(guò)預(yù)計(jì)算得到。式中，WSi，k表示第i個(gè)任務(wù)的第k個(gè)服務(wù)實(shí)例，WSi，kE表示第i個(gè)任務(wù)第k個(gè)服務(wù)實(shí)例的執(zhí)行效率評(píng)價(jià)值，其是業(yè)務(wù)執(zhí)行時(shí)間的倒數(shù)，n是組合流程任務(wù)數(shù)，taskiE表示第i個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)的待執(zhí)行備選服務(wù)中執(zhí)行效率的最大評(píng)價(jià)值，QE為指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)執(zhí)行效率的全局約束值，每一個(gè)指揮業(yè)務(wù)的單個(gè)執(zhí)行效率值均不能低于全局約束值，Si代表第i個(gè)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)最終的服務(wù)評(píng)價(jià)選取值。由此可知，在各個(gè)待執(zhí)行備選服務(wù)集中任選一個(gè)服務(wù)實(shí)例組成指揮業(yè)務(wù)服務(wù)組合的執(zhí)行方案，則該方案的約束值均不大于全局既定的約束值。所以，在進(jìn)行服務(wù)替換時(shí)，無(wú)需考慮替換后組成的新執(zhí)行方案是否滿足全局約束的情況。

針對(duì)上面提出的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取模型，面向執(zhí)行效率和可靠性約束的軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)選取算法流程，如圖5所示。

該算法首選確定指揮業(yè)務(wù)組合流程中每個(gè)指揮業(yè)務(wù)階段的備選服務(wù)集并設(shè)定指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)的全局執(zhí)行效率約束值，通過(guò)對(duì)每個(gè)備選服務(wù)集上的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的執(zhí)行效率預(yù)計(jì)算，剔除不滿足全局約束值得候選服務(wù)，將滿足執(zhí)行效率約束條件的按照?qǐng)?zhí)行效率和可靠性權(quán)重分配比計(jì)算指揮業(yè)務(wù)服務(wù)最終的選取參考值，并對(duì)其進(jìn)行排序，最終選擇排名最高的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)。每一階段均按照此法進(jìn)行計(jì)算，最后計(jì)算指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)的整體可靠性，判斷是否滿足全局可靠性約束。

4 結(jié)束語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)上日趨成熟的服務(wù)自動(dòng)組合技術(shù)為軍警民聯(lián)合指揮調(diào)度系統(tǒng)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)自動(dòng)組合提供了一種極佳的解決方案，避免了各職能部門(mén)獨(dú)立建設(shè)的應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)自成體系、互不兼容，在應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件時(shí)指揮信息流轉(zhuǎn)不暢，資源共享效率較低，各方力量難以有效協(xié)調(diào)。本文針對(duì)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取問(wèn)題，對(duì)指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的可靠性度量及可靠性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了詳細(xì)描述，并以指揮業(yè)務(wù)服務(wù)的執(zhí)行效率和可靠性為約束條件，給出指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取模型，并設(shè)計(jì)了基于執(zhí)行效率和可靠性的指揮業(yè)務(wù)服務(wù)選取算法。本文提出的選取算法并不是全局最優(yōu)的指揮業(yè)務(wù)組合服務(wù)，但本算法是在滿足指揮業(yè)務(wù)整體約束條件和可靠性保證的前提下得出近優(yōu)解，因此可基本滿足指揮實(shí)體對(duì)指揮業(yè)務(wù)的需求。

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A commanding service selection algorithm for execution efficiency and reliability constraints

CHEN Wei，CHENG Yong-jing
（Defense Information School，Wuhan 430019，China）

Aiming at commanding services selection，this paper proposed a commanding service reliability evaluation model based on redundancy，andthe reliability measure method for Commanding Services is analyzed.Considering the special requirement of commanding services，we proposed a commanding service selection algorithm for execution efficiency and reliability constraints.This method is a good choice which is to meet the overall constraints and reliability assurance of commanding services，it can satisfy the command process`s complexity and variability of the joint command information system，and lay the foundation of the automatic commanding service composition for unified command.

service composition；service selection；reliability；execution efficiency

TN99

A

1674－6236（2016）24-0057-03

2016-03-07 稿件編號(hào)：201603076

陳 偉（1988—），男，山東萊州人，碩士研究生，助理工程師。研究方向：軍事運(yùn)籌學(xué)。