基于云計(jì)算的復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型服務(wù)化技術(shù)研究

塔 娜

（呼倫貝爾學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

0 引言

大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)仿真具有實(shí)體規(guī)模大、模型復(fù)雜程度高以及平臺(tái)工具需求多樣化等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)對(duì)仿真平臺(tái)的計(jì)算性能與易用性等均提出了較嚴(yán)格的要求?；谠朴?jì)算的復(fù)雜系統(tǒng)仿真是一種對(duì)云計(jì)算資源共享以及計(jì)算能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)加以運(yùn)用，將優(yōu)質(zhì)建模服務(wù)提供給復(fù)雜系統(tǒng)仿真的一種新型仿真模式［1］。對(duì)仿真模型服務(wù)化進(jìn)行研究，能夠?yàn)樵撔滦头抡婺Ｊ降膶?shí)現(xiàn)提供重要支撐。作為云計(jì)算下復(fù)雜系統(tǒng)仿真的一個(gè)基本要素，服務(wù)的本質(zhì)體現(xiàn)為模塊化的程序段，這些程序段在系統(tǒng)仿真網(wǎng)格內(nèi)部運(yùn)行，而與之對(duì)應(yīng)的服務(wù)技術(shù)能夠很好地發(fā)揮對(duì)仿真任務(wù)執(zhí)行的支撐作用?；谠朴?jì)算的復(fù)雜系統(tǒng)仿真不僅將仿真任務(wù)的完成作為目標(biāo)，還要向滿足用戶多樣化需求及高體驗(yàn)質(zhì)量需求的方向發(fā)展。分析基于云計(jì)算的復(fù)雜系統(tǒng)仿真的執(zhí)行過程得知，云計(jì)算下的系統(tǒng)仿真是對(duì)諸多單一服務(wù)進(jìn)行組合，以提供一組語(yǔ)義關(guān)聯(lián)、存在互操作性的服務(wù)集合。

現(xiàn)階段，越來越多的企業(yè)開始投入人力及財(cái)力進(jìn)行復(fù)雜仿真系統(tǒng)的建設(shè)，取得了一定的系統(tǒng)建設(shè)成果。在此背景下，對(duì)云計(jì)算理念加以運(yùn)用的復(fù)雜系統(tǒng)仿真有了更加清晰的目標(biāo)，即以服務(wù)化技術(shù)的有效運(yùn)用為支持，對(duì)這些以獨(dú)立形式存在的仿真服務(wù)進(jìn)行聚合，達(dá)到共同為外界提供服務(wù)的重要目的［2］。從實(shí)質(zhì)上看，這一過程需要做到有效克服以前存在于不同服務(wù)之間的語(yǔ)義鴻溝，提升服務(wù)化技術(shù)的發(fā)現(xiàn)效率和準(zhǔn)確率，還需要采用某種語(yǔ)義互操作方式，促進(jìn)服務(wù)協(xié)同，使目標(biāo)得以順利與高效實(shí)現(xiàn)。本文研究一種云計(jì)算下的復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型服務(wù)技術(shù)，通過服務(wù)本體實(shí)現(xiàn)服務(wù)的語(yǔ)義聚合。

1 云計(jì)算簡(jiǎn)述

云計(jì)算是一種計(jì)算方式，主要基于對(duì)相關(guān)需求的把握，執(zhí)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等各種計(jì)算資源的有效組配任務(wù)［3］。云計(jì)算作為服務(wù)器虛擬化技術(shù)和基礎(chǔ)架構(gòu)的結(jié)合，其核心工作則可作如下概述：對(duì)從某一或是某幾個(gè)數(shù)據(jù)中心處獲取的計(jì)算資源所作的虛擬化處理，通過對(duì)外出租處理之后的計(jì)算資源，云計(jì)算將相應(yīng)的用戶所需服務(wù)提供給客戶。根據(jù)該核心工作的概述得知，云計(jì)算提供的服務(wù)并不是對(duì)新技術(shù)的研發(fā)，而是針對(duì)業(yè)務(wù)模式做出的相應(yīng)重組或創(chuàng)新。簡(jiǎn)單而言，就是執(zhí)行對(duì)之前處在相同或不同地點(diǎn)的很多臺(tái)計(jì)算機(jī)的集合任務(wù)，通過相應(yīng)的統(tǒng)一處理，讓這些計(jì)算機(jī)共同為某個(gè)具體的企業(yè)或者個(gè)人提供服務(wù)。對(duì)比以往很多技術(shù)，云計(jì)算有其明顯的特殊性，它幾乎可以為用戶提供無界限限制的存儲(chǔ)以及計(jì)算能力。云計(jì)算所具有的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 超大規(guī)模

“云”意味著非常大的規(guī)模，云計(jì)算能夠?yàn)橛脩籼峁O強(qiáng)的計(jì)算能力。在虛擬化的云計(jì)算的強(qiáng)力支持下，用戶能夠在任意位置，通過使用不同類型終端，獲取相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)，滿足自己的具體需求。從資源上來看，用戶基于云計(jì)算獲得的資源以“云”為來源，它們并不是固定存在的有形實(shí)體。所有的應(yīng)用都是在“云”中的某一個(gè)位置運(yùn)行。用戶并不需要對(duì)此作過多的考慮或擔(dān)憂，僅需一臺(tái)電腦或手機(jī)，便能借助網(wǎng)絡(luò)獲取所需內(nèi)容，甚至完成超級(jí)計(jì)算等具有更大難度的任務(wù)。

1.2 高可靠性

云計(jì)算的支撐來源于有著龐大規(guī)模的集群計(jì)算系統(tǒng)，但如果該集群計(jì)算系統(tǒng)的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，其可靠性與穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)也會(huì)更加嚴(yán)峻。云計(jì)算采用的手段具有多樣化的特點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換手段等，能夠極大地保證云計(jì)算服務(wù)的可靠性。

1.3 高可擴(kuò)展性

“云”的規(guī)模具有動(dòng)態(tài)性的伸縮特點(diǎn)，在“云”的強(qiáng)有力支撐下，能夠?qū)⒑芏鄳?yīng)用構(gòu)造出來，相同一個(gè)“云”能夠?yàn)椴煌瑧?yīng)用的運(yùn)行提供支持，高效滿足用戶規(guī)?；鲩L(zhǎng)的需求。

1.4 按需服務(wù)

“云”是一個(gè)十分龐大的資源存儲(chǔ)空間，可稱作資源池，它所具有的自動(dòng)化以及集中式的管理功能在很大程度上讓很多企業(yè)降低了數(shù)據(jù)中心管理支出，而其通用性則顯著提升了資源的利用率。對(duì)用戶而言，“云”所具有的低成本優(yōu)勢(shì)尤為突出，基于“云”的支持，極大程度地減少了他們的工作時(shí)間以及財(cái)力消耗。

對(duì)云計(jì)算的基本原理進(jìn)行歸納，即在并行計(jì)算的支持下協(xié)同很多分布式計(jì)算機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)工作上的統(tǒng)一。上述分布式計(jì)算機(jī)所指的并不僅僅是本地的計(jì)算機(jī)，它們還是存在于網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)的遠(yuǎn)程服務(wù)器。此外，還包括處在不同節(jié)點(diǎn)的計(jì)算。從主要的運(yùn)行方式上來看，數(shù)據(jù)中心其實(shí)和互聯(lián)網(wǎng)有一定的相似性，云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方可以在很短的時(shí)間內(nèi)將資源查找以及處理轉(zhuǎn)換至所需的應(yīng)用之上，用戶可以結(jié)合自身需求訪問計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)系統(tǒng)。

2 云計(jì)算下復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型的本體構(gòu)建

本體概念模型執(zhí)行的是對(duì)語(yǔ)義進(jìn)行表達(dá)的任務(wù)，從本質(zhì)上看本體構(gòu)建是在語(yǔ)義層面上表征信息的概念模型，以獲得特定領(lǐng)域中被大家認(rèn)可的概念或術(shù)語(yǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定領(lǐng)域概念或信息的準(zhǔn)確認(rèn)知，并基于術(shù)語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系，完成特定領(lǐng)域知識(shí)的推理，最終解決人與計(jì)算機(jī)之間的語(yǔ)義問題。Perez等結(jié)合既往經(jīng)驗(yàn)提出本體建模的源語(yǔ)涉及包含概念、關(guān)系、函數(shù)、公理、實(shí)例等五類原語(yǔ)，根據(jù)五類原語(yǔ)及表1的本體關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)本體構(gòu)建?；谠朴?jì)算的復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型主要包括實(shí)體、行為、任務(wù)以及交互模塊。

表1 本體的基本關(guān)系

2.1 實(shí)體本體

在云計(jì)算下的復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型中，仿真任務(wù)以及仿真資源等各要素都可被視作實(shí)體，它們屬于抽象概念，表示一類特征，表現(xiàn)相同的個(gè)體集合，因?yàn)榱６炔煌M成樹狀結(jié)構(gòu)。實(shí)體僅有hasAttribute一個(gè)特性，是具備某種屬性的體現(xiàn)。

2.2 事件本體

對(duì)事件進(jìn)行抽象的理解，即導(dǎo)致系統(tǒng)原本狀態(tài)出現(xiàn)相應(yīng)改變的各類參數(shù)的集合，它所反映的是實(shí)體所具有的能力及其相應(yīng)的功能屬性。以SCOM中對(duì)事件所作的具體描述為依據(jù)，可以將事件中的相應(yīng)參數(shù)規(guī)定為屬性，其同樣表現(xiàn)出hasAttribute的特性。

2.3 動(dòng)作本體

動(dòng)作與事件兩者之間存在密切的聯(lián)系，前者是后者的載體，且前者涉及的內(nèi)容同樣有實(shí)體。實(shí)體是動(dòng)作的發(fā)送方和接收方，均由實(shí)體啟動(dòng)與結(jié)束，所以動(dòng)作表現(xiàn)出hasIni與hasTer兩個(gè)特性。

2.4 狀態(tài)機(jī)本體

仿真任務(wù)的實(shí)現(xiàn)以仿真動(dòng)作為支持，某一動(dòng)作一定會(huì)令動(dòng)作的啟動(dòng)方和接收方在狀態(tài)上發(fā)生相應(yīng)的變化。通常情況下，存在于仿真任務(wù)中的仿真動(dòng)作是有限的，因此這一過程可以基于有限狀態(tài)機(jī)的支持實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模擬，并完成對(duì)狀態(tài)機(jī)本體的構(gòu)建任務(wù)。其中，一個(gè)狀態(tài)機(jī)本體可表現(xiàn)出一個(gè)hasStateTrans特性，以StateTrans為值域。

2.5 服務(wù)本體

服務(wù)本體所表示的是某一特定類型的抽象服務(wù)，若從結(jié)構(gòu)視角對(duì)其進(jìn)行分析，需要將接口成員包括其中；若是從服務(wù)自身層面上看，主要包括服務(wù)能力成員以及QoS成員。除此之外，還應(yīng)涉及自我表述的那一類服務(wù)描述成員。對(duì)一個(gè)服務(wù)本體而言，其基本屬性為服務(wù)描述，涉及的內(nèi)容主要有ServiceName、本體類別以及本體對(duì)象。hasInterface是服務(wù)的輸入和輸出參數(shù)集合，接口有input與output兩個(gè)特性，值域用params來表示。另外，對(duì)服務(wù)能力進(jìn)行分析，其所表示的是在執(zhí)行某一具體服務(wù)時(shí)，需要事先滿足的各項(xiàng)前提條件以及在服務(wù)執(zhí)行結(jié)束以后整個(gè)系統(tǒng)因?yàn)榉?wù)的執(zhí)行而受到的影響，含Precondition與Effect兩個(gè)屬性；QoS表示的是服務(wù)質(zhì)量，移動(dòng)涉及QosName，Unit，Max與Min 4個(gè)特性參數(shù)；服務(wù)類別的功能在于標(biāo)識(shí)服務(wù)本體屬于哪一類本體。

3 基于本體服務(wù)化技術(shù)的云計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型服務(wù)聚合

服務(wù)聚合的進(jìn)行要求先做好對(duì)不同服務(wù)提供人員所提供的差異化服務(wù)的準(zhǔn)確分析工作，通過該工作的開展確定滿足相應(yīng)要求的服務(wù)。不過從整體層面上看，該搜索作業(yè)的執(zhí)行空間較大，耗費(fèi)的搜索時(shí)間長(zhǎng)，不僅不能保證搜索效率，搜索效果也不理想。所以，需要先執(zhí)行聚類任務(wù)，聚合處理有類似功能的服務(wù)，將其置于一個(gè)邏輯集合，以形成服務(wù)類簇，匹配那些通過統(tǒng)一接口表達(dá)自身信息的服務(wù)集合，選取出更加適宜對(duì)仿真需求予以滿足的服務(wù)［4］。

3.1 服務(wù)聚類

筆者分別從Service Name，Interface，Capability以及QoS 4方面展開，對(duì)計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行加權(quán)處理，確定兩個(gè)不同服務(wù)本體之間的相似度。

(1）服務(wù)描述相似度。最初，基于Onto Type的參照，執(zhí)行對(duì)服務(wù)本體類別的過濾處理任務(wù)，只有確定研究的兩個(gè)服務(wù)本體之間有一樣的類別，才能求解它們的相似度，即求解Service Name的相似度。

在對(duì)Service Name的相似度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要執(zhí)行對(duì)兩個(gè)不同字符串之間相互匹配程度的求解任務(wù)。針對(duì)英文形式的字符串，可以采用編輯距離的方法，以此完成針對(duì)性的計(jì)算任務(wù)；而針對(duì)中文形式的字符串，在計(jì)算其匹配程度時(shí)，可以采用漢字/字符串編輯距離算法。服務(wù)名稱的相似度表述如下：Sim(ServiceNam-e1，ServiceName2）

(2）接口相似度。接口相似度的確定主要完成的任務(wù)是計(jì)算服務(wù)本體input集合與output集合。在上述兩個(gè)集合中，所有參數(shù)的表示均采用Rsc中的概念，基于這一前提條件，要想達(dá)到對(duì)接口相似度進(jìn)行求解的目的，只需要求解兩個(gè)不同概念集合之間的實(shí)際距離。如表2所示，兩個(gè)概念的匹配結(jié)果一共有5種類型的劃分。

表2 IN1j與IN2k的匹配結(jié)果含義

(3）能力相似度。其計(jì)算主要涉及兩部分內(nèi)容，分別為Precondition相似度與Effect相似度，前者的計(jì)算采用構(gòu)建THSM的方法，后者的計(jì)算與前者類似，不過因?yàn)镋ffect是兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的構(gòu)成，所以需要對(duì)轉(zhuǎn)換之前以及轉(zhuǎn)換之后的兩種狀態(tài)的相似度進(jìn)行分別計(jì)算，之后求解平均值。

(4）QoS相似度。QoS實(shí)際上是一組參數(shù)的集合，其相似度需要計(jì)算集合中各QoS類別的相似度，如果待匹配服務(wù)的QoS位于Max與Min兩者之間，則認(rèn)為兩個(gè)QoS是相似的，否則即為不匹配。

對(duì)待匹配服務(wù)本體和匹配服務(wù)本體聚類的相似度閾值進(jìn)行設(shè)置，若是所得計(jì)算結(jié)果大于此閾值，則視兩個(gè)服務(wù)本體聚為同一種類型，由此達(dá)到服務(wù)聚類的目的。

3.2 服務(wù)聚合

服務(wù)聚合以對(duì)本體的協(xié)定為基礎(chǔ)。首先，需要用CO交換的Messi尋找對(duì)應(yīng)的實(shí)體，執(zhí)行對(duì)其狀態(tài)變化參數(shù)的抽取任務(wù)。之后，計(jì)算匹配于相似服務(wù)能力本體的程度，在類簇中加入匹配的SO，承兌存儲(chǔ)服務(wù)本體及其交換的信息；針對(duì)并無分簇的服務(wù)本體，求解服務(wù)的執(zhí)行前提以及服務(wù)能力的匹配程度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)云計(jì)算下復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型的服務(wù)聚合問題，研究服務(wù)化技術(shù)的應(yīng)用。具體而言，先基于服務(wù)聚類技術(shù)的支持得出服務(wù)類簇，以此達(dá)到有效縮小服務(wù)查找空間的目的，有效提升了查找效率。之后，從語(yǔ)義互操作層次執(zhí)行對(duì)服務(wù)本體的聚合處理任務(wù)，針對(duì)有著相同功能以及相似服務(wù)能力的服務(wù)，進(jìn)一步對(duì)它們進(jìn)行集成，以一個(gè)整體的形式對(duì)外發(fā)布，提升了云計(jì)算下復(fù)雜系統(tǒng)仿真模型服務(wù)查找效率以及準(zhǔn)確率。