全艦計算環(huán)境下服務自適應方法研究

李海浩 費琪 盧重陽

摘 要：

在全艦計算環(huán)境中，針對應用需求變更，應用服務高效的進行自適應演化才能夠充分的利用好各種有限資源。在服務變量定義的基礎上，提出了影響服務質量的相關指標;對服務組合的結構路徑進行了說明，給出不同結構路徑形式下服務質量的計算方法，并提出了組合服務質量模型;對服務變更實例情況進行了分析，最終提出了服務自適應模型算法。

關鍵詞：

全艦計算環(huán)境; 組合服務; 自適應

中圖分類號： TP 311

文獻標志碼： A

Research on Self-adaptation Method of Services in Total Ship Computing Environment

LI Laihao1，? FEI Qi2，? LU Chongyang2

（1. No. 91404 Troops of PLA， Hebei Qinhuangdao 066000， China;

2. Jiangsu Automation Research Institute， Lianyungang， Jiangsu 222061， China）

Abstract：

In the total ship computing environment， for the changes of application requirements， the efficient self-adaptive evolution of application services can make full use of various effective resources. Based on the definition of service variables， this paper proposed the related indexes affecting service quality; explained the structural path of service composition， gave the calculation method of services quality under different structural path forms. It also put forward the composite service quality model; analyzed the service change instance. Finally gave the service self-adaptive model algorithm.

Key words：

total ship computing environment; composite service; self-adaptation

0 引言

全艦計算環(huán)境是將艦艇裝備研發(fā)的關鍵技術，具有標準性、通用性、可裁剪、可移植等特點[1]。全艦計算環(huán)境向應用系統(tǒng)以服務的形式提供各類支撐，針對用戶需求，支撐服務怎樣能夠合理、快速、高質量的進行有效組合、重組甚至自適應演化，是公用計算環(huán)境應用的重點難點。針對服務各類屬性，對服務變量進行了定義，明確了影響服務質量的各類指標;通過組合服務結構的分析和質量計算方法的研究，提出了組合服務自適應優(yōu)選方法，該方法可為全艦計算環(huán)境各類服務的高效組合提供借鑒。

1 服務屬性

1.1 服務變量的定義

在全艦計算環(huán)境下，功能的實現(xiàn)過程可以總結為三步，首先用戶向計算環(huán)境提出需求，其次計算環(huán)境選擇對應用戶需求的服務，通過算法將服務調用的順序、邏輯結構進行組合，最后將組合服務進行執(zhí)行，并將結果返給用戶。當計算環(huán)境進行服務選擇或組合過程中，用戶的需求發(fā)生變化，改變原功能需求，針對新需求，會進行服務重組，為量化優(yōu)化重組的優(yōu)劣，給出影響服務組合質量的變量因子。

服務S（Service），在全艦計算環(huán)境中，由各類計算資源通過虛擬化而成的服務，比如：存儲服務、分布式計算服務、通信服務[2]等。通過對服務自適應方法存影響因素的總結和分析[3]，得出S={ID，F(xiàn)unction，In/out，State，Qos}。

其中：ID為服務的唯一標示;Function為服務的功能描述;In/out為服務的輸入輸出;State為服務的狀態(tài)，使用-1、0和1分別表示服務不存在，服務異常、無法啟用和服務正常、可正常使用[4]。

2.2 服務質量的定義

衡量服務質量的優(yōu)劣是一個復雜且不易量化的問題，很少有規(guī)范性的標準[5]。這里提出的Qos只是針對有限的評價指標嘗試對服務質量進行量化，根據(jù)服務特性，本文給出評價服務質量的7個指標，即Qos={T，Ar，Ad，Ev，Re，Rur，Sa}，其中各參數(shù)含義如下。

①時間（T）：從用戶提出需求到收到響應結果之間的時間。該時間越長，說明服務代價越高。T由兩部分組成，即服務請求識別時間Treq和響應時間Tresp，T=Treq+Tresp。Treq為用戶提交請求后，計算環(huán)境查找到歷史記錄是否存在相同或類似的服務請求所花費時間;Tresp為計算環(huán)境執(zhí)行服務所花費時間，包括服務查找、服務組合、服務響應和網(wǎng)絡傳輸?shù)葧r間。

②可用率（Ar）：服務成功訪問率，某服務成功訪問次數(shù)n與總訪問次數(shù)N的比值，即Ar=n/N。

③調整性（Ad）：服務由于不同原因無法完成任務時，能夠被其他服務替代的能力。某服務因異常被掛起，是否有其他服務替代該服務。該調整參數(shù)Ad為有替代服務的數(shù)量m與服務總數(shù)量M的比值，即Ad=m/M。

④評價值（Ev）：用戶對服務的評價，數(shù)值可根據(jù)需求進行確定，并對未評價的服務設置默認值。評價值是長期累計的結果，會在使用過程中趨于穩(wěn)定，計算方法為：Ev=1n∑ni=1Ev（i）。

⑤效率（Re）：單個服務工作時間Tsi與組合服務工作總時間Tto的比值，即Re=Tsi/Tto。

⑥資源利用率（Rur）：服務執(zhí)行所利用的資源主要與環(huán)境的CPU和內存有關，為了更加明了的說明過程，這里以CPU的利用率為例進行說明。CPU利用率為服務執(zhí)行時所占CPU資源的比值，數(shù)值可通過性能監(jiān)視等工具獲取。

⑦安全性（Sa）：服務的安全性直接關系上層應用是否能夠正確實現(xiàn)，對武器裝備的戰(zhàn)技指標影響至關重要。全艦計算環(huán)境下服務安全值可參考云服務的保密性、完整性、可控性和不可抵賴性等因素[6]設置。

2 服務自適應優(yōu)選方法研究

服務優(yōu)選就是在完成用戶需求的情況下，綜合服務的時間消耗、成功訪問率、替代調整能力、評價效果、資源占用率和安全性等方面，得出優(yōu)化的組合服務的過程。

2.1 組合服務結構分析

根據(jù)服務變量定義，組合服務模型為：

F= f（Si）= f{ID（Si），F(xiàn)unction（Si），In/out（Si），State（Si），Qos（Si）};

根據(jù)服務質量定義，組合服務中任意服務的質量評價模型為：

Q=g（Qos（F））=g{T（F），Ar（F），Ad（F），Ev（F），Re（F），Rur（F），Sa（F）}

通過路徑結構分析，任何組合服務的執(zhí)行路徑都可由多個服務根據(jù)順序結構、并行結構、選擇結構和循環(huán)結構組成[7]，組合服務的執(zhí)行路徑示意圖如圖1所示。

2.2 組合服務質量計算方法

為分析組合服務質量模型方便，現(xiàn)假設組合服務只由順序、并行、選擇和循環(huán)4個單一結構組成，參與四個結構的服務數(shù)量分別為：a、b、c、d，現(xiàn)分別對組合服務質量模型中各變量進行計算，結果如表1所示。

組合服務的實現(xiàn)結構往往由多種結構形式組成，且較為復雜，根據(jù)表1中計算方法，可將組合服務分解成多級結構，分別迭代對應公式，可最終計算出組合服務質量評價表達式。

其中：a1…a7分別表示服務質量各指標參數(shù)的權重。

3 組合服務自適應優(yōu)選方法

3.1 服務變更實例

用戶需求發(fā)生變更后，簡單的對服務進行刪除或替換操作，可能會引發(fā)一系列問題。為便于說明，現(xiàn)用S（a/b）表示服務S的輸入為a，輸出為b，服務變更問題如表2所示。

為保障組合服務變更后的延續(xù)性，在服務進行刪除或替換操作時，應考慮有效迭代關系，進行關聯(lián)服務的刪除和添加，具體過程如表3所示。

3.2 服務自適應方法

當組合服務接收到用戶新需求后，服務自適應算法會對原組合服務進行異常判斷，分析出那些服務需要進行修改，并根據(jù)服務Qos制定新的組合服務，服務自適應方法分析過程如圖2所示。

自適應算法概述如下：

（1） 針對①、②和③，由于能夠滿足用戶需求的服務往往不唯一，算法采用“組合服務質量計算方法”，選取相關服務進行最優(yōu)組合。

（2） 針對④，分析用戶新需求，在原組合服務中確定不滿足用戶新需求的服務S↓。

（3） 如果S↓是單服務或后續(xù)關聯(lián)服務刪除需求，直接將相關服務進行刪除操作;如果S↓是單服務替換需求，將S↓確定為被替換服務;如果S↓是后續(xù)關聯(lián)服務替換需求，將S↓及后續(xù)關聯(lián)服務一并確定位被替換服務集S↓i。為了方便后續(xù)計算，這里將被替換服務集統(tǒng)一為S↓i，當i=1時，即為單服務替換。

（4） 選擇替換服務集CS，將滿足新需求的組合服務S↑j添加到CS中。S↓i和S↑j中i和j的值并非完全相同，根據(jù)用戶新需求確定替換和被替換需求的對應數(shù)量。

（5） 若CS為空，在組合服務中向前增加被替換服務變更S↓i，重新調用步驟（1）-（4）。若CS不為空，采用“組合服務質量計算方法”，在CS中選取Q最優(yōu)的S↑j替換S↓i。

（6） 進行服務異常監(jiān)控，對運行服務狀態(tài)進行監(jiān)控，防止服務異常造成用戶響應中斷。當監(jiān)測都某服務異常后，記錄發(fā)生服務名稱、異常發(fā)生時間和原因等信息，將異常服務掛起，調用步驟（1）-（5）。

4 總結

全艦計算環(huán)境技術的應用，一定程度上提升了裝備的戰(zhàn)技指標和資源利用率，針對裝備用戶需求的變更，應用服務自適應組合方法可以有效保障裝備的實用性[8]。在全艦計算環(huán)境中服務的有效組合在功能屬性的基礎上，需重點考慮服務質量特性。同時，服務的實時自適應動態(tài)演化，可以在一定程度減少人工干預，保證服務能夠高質量、高效率的完成用戶提交的各類任務請求。

參考文獻

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（收稿日期： 2019.12.23）