基于QoS參數(shù)的Web服務(wù)選擇優(yōu)化模型?

黎玉琴

（平?jīng)鲂畔⒐こ虒W(xué)校 平?jīng)?744000）

1 引言

隨著Web服務(wù)的迅速發(fā)展，在Internet這種開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中涌現(xiàn)了大量的功能相同的Web服務(wù)，如何在眾多的服務(wù)中選取最符合用戶需求的服務(wù)成為其中一個急需解決的問題。Web服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量QoS（Quality of Service）在Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和選擇過程中扮演著重要的角色?，F(xiàn)有的Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)完成了服務(wù)注冊、發(fā)現(xiàn)、綁定等，但對QoS考慮較少。針對QoS的研究目前已經(jīng)提出了大量的模型，這些研究包括文獻［1～2］提出的Web服務(wù)模型及體系結(jié)構(gòu)，文獻［3～6］提出的QoS驅(qū)動的服務(wù)選擇。國內(nèi)的學(xué)者也就該問題展開了較多的研究。

綜觀這些成果，它們的研究都基于兩種基本思想：1）引入某個新的基礎(chǔ)設(shè)施來解決Web服務(wù)的QoS問題。2）擴展UDDI的功能，進行QoS參數(shù)管理。在Web服務(wù)選擇算法中，對這些QoS參數(shù)按照權(quán)重逐個匹配，最后返回滿足消費者需求的服務(wù)。上述模型和算法存在一個重要的缺陷：Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程和相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，服務(wù)選擇復(fù)雜度高。一方面，執(zhí)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)和選擇算法過程中，要求其了解所有QoS參數(shù)及其屬性，增加了算法復(fù)雜度，降低了匹配的成功率。另一方面，匹配過程漫長，消費者本身關(guān)心的參數(shù)可能是所有參數(shù)中的少數(shù)幾個。本文針對現(xiàn)有的Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，就解決傳統(tǒng)QoS處理中的缺陷，提出了一個基于QoS參數(shù)的Web服務(wù)選擇優(yōu)化模型。

2 QoS參數(shù)模型

Web 服務(wù)的 QoS 參數(shù)如圖 1［7～8］所示，Shuping Ran在文獻［1］中將其分為五類：運行時間相關(guān)的QoS、事務(wù)支持相關(guān)的QoS、結(jié)構(gòu)管理相關(guān)的QoS、費用相關(guān)的QoS和安全相關(guān)的QoS。

設(shè)服務(wù)S的綜合QoS參數(shù)為OverallQoS，由該服務(wù)的m個QoS參數(shù)來刻畫，即

2.1 參數(shù)歸一化

在不同的定義和實現(xiàn)中，不同參數(shù)有著不同的表達形式和數(shù)值范圍，而且有些QoS參數(shù)對于服務(wù)評價產(chǎn)生負面影響，其值越大服務(wù)的QoS評價就應(yīng)該越低，如服務(wù)費用、響應(yīng)時間等；而有些QoS參數(shù)對服務(wù)評價產(chǎn)生正面影響，其值越大服務(wù)的QoS評價就應(yīng)該越高，如可用性、可靠性等，為了進行綜合評價，需要對QoS參數(shù)進行歸一化處理，使得所有QoS參數(shù)取值在［0，1］之間。歸一化采用如下線性方法：

設(shè)服務(wù) Si的第j個QoS參數(shù)取值最大為最小為當前值為則歸一化的表示為

2.2 參數(shù)模型

假設(shè)服務(wù)Si的所有QoS參數(shù)經(jīng)過了歸一化處理，采用加權(quán)和綜合評價模型：

3 體系結(jié)構(gòu)

3.1 QoS體系結(jié)構(gòu)

在Web服務(wù)中，支撐QoS模型的體系結(jié)構(gòu)由四部分構(gòu)成：服務(wù)消費者、服務(wù)提供者、服務(wù)注冊中心以及QoS管理中心。其中，QoS管理中心是在現(xiàn)有Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中引入的一個新的基礎(chǔ)設(shè)施，它負責對QoS相關(guān)參數(shù)的獲取、管理和綜合參數(shù)的評價。其構(gòu)成如圖2所示。

圖2 QoS體系結(jié)構(gòu)

服務(wù)消費者在查找某個服務(wù)時，提供功能性參數(shù)和QoS參數(shù)，以實現(xiàn)服務(wù)的選擇。服務(wù)提供者實現(xiàn)對服務(wù)的發(fā)布和調(diào)用以及配合QoS評價的需要提供其所保證的QoS。

在QoS管理中心，實現(xiàn)各種服務(wù)QoS參數(shù)的管理和維護，為評價和服務(wù)選擇提供支撐；評價算法依據(jù)QoS參數(shù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對參數(shù)的歸一化處理、綜合參數(shù)的計算。

3.2 評價和更新

QoS參數(shù)的獲取和評價在時間上應(yīng)當是同步的，每當QoS管理中心獲取一次數(shù)據(jù)，便可進行一次評價。在該模型中，QoS參數(shù)的獲取和評價采用事件驅(qū)動的方式，它以導(dǎo)致一次評價活動的數(shù)據(jù)變化為依據(jù)，在基于QoS參數(shù)的Web服務(wù)模型中可能導(dǎo)致QoS參數(shù)數(shù)據(jù)變化的事件有：服務(wù)提供者的注冊和注銷；Web服務(wù)的發(fā)布和注銷以及一次Web服務(wù)使用結(jié)束等。采用事件驅(qū)動避免了評價的滯后性，使得更新反映及時、準確。

4 QoS參數(shù)綜合的服務(wù)選擇算法

QoS參數(shù)綜合的服務(wù)選擇算法中，首先依據(jù)服務(wù)消費者所需服務(wù)的功能產(chǎn)生候選資源集合，再按照對應(yīng)的所保證的綜合參數(shù)對其排序，形成候選服務(wù)有序集合S。針對S包含的服務(wù)，在QoS管理中心獲取相應(yīng)綜合參數(shù)值OverallQoS，選擇所需資源。設(shè)某消費者C提出的功能性參數(shù)為FC，綜合參數(shù)為OverallQoSC，算法描述如下：

上述算法在集合S中，就綜合參數(shù)選擇了OverallQoSC≤OverallQoSj，且 (OverallQoSj-OverallQoSC)的值最小，實現(xiàn)了服務(wù)在綜合參數(shù)上的合理選擇，不再選擇OverallQoS參數(shù)最大的而形成服務(wù)的浪費，從而將具有高質(zhì)量保證的服務(wù)提供給對QoS需求更高的消費者，達到負載平衡。

5 模型分析

1）負載均衡。將評價轉(zhuǎn)移到另一基礎(chǔ)設(shè)施中去完成，可實現(xiàn)系統(tǒng)整體的負載均衡。

2）服務(wù)選擇過程優(yōu)化。由于采用了綜合參數(shù)處理，QoS綜合參數(shù)算法服務(wù)選擇過程得到了優(yōu)化，減少了在QoS參數(shù)上逐個匹配而導(dǎo)致的迭代過程。

3）服務(wù)利用率最大化。QoS綜合參數(shù)算法不再針對單個QoS最好的服務(wù)，而是在滿足請求要求的范圍內(nèi)試圖使整個系統(tǒng)服務(wù)利用最大化。即選擇服務(wù)時，在候選服務(wù)中尋找綜合參數(shù)上滿足OverallQoSC≤OverallQoSj，且 min(OverallQoSj-OverallQoSC)的服務(wù)。

6 結(jié)語

文章通過對服務(wù)的各個QoS參數(shù)進行綜合處理，形成綜合參數(shù)，在該參數(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)服務(wù)的選擇和調(diào)用。一方面，它減少了服務(wù)選擇的復(fù)雜度，提高了服務(wù)匹配效率，實現(xiàn)了調(diào)用的優(yōu)化。另一方面，算法選擇了最優(yōu)服務(wù)，即能滿足服務(wù)消費者的功能性需求和QoS需求又最接近QoS需求的服務(wù)，實現(xiàn)了服務(wù)的整體優(yōu)化。

目前，服務(wù)選擇與不同的服務(wù)領(lǐng)域特性相結(jié)合是提高選擇效率與準確性的一種思路，已有相關(guān)成果出現(xiàn)［9～11］。在今后的研究中逐漸將此方法擴展到服務(wù)領(lǐng)域，以更好地服務(wù)于基于QoS的Web服務(wù)選擇。