混合QoS模型感知的語義Web服務(wù)組合決策算法研究.pdf

1、隨著Internet技術(shù)和WWW(World Wide Web)技術(shù)的發(fā)展，近年來互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)呈現(xiàn)一派繁榮的景象?；ヂ?lián)網(wǎng)無論在人民生活中還是商業(yè)領(lǐng)域中都扮演著舉足輕重的角色，特別是越來越多的在線商業(yè)應(yīng)用被構(gòu)建和部署，用來滿足客戶多方位的交易需求。然而隸屬于不同商業(yè)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用在接口設(shè)計(jì)上各不相同且接口與內(nèi)部邏輯之間耦合緊密，這給多應(yīng)用間的互通帶來了很大的困難。另外，Web應(yīng)用的種類眾多、數(shù)目龐大，對(duì)應(yīng)用的查找和訪問都需要消耗大量的人工成本。

2、基于以上現(xiàn)狀，對(duì)于新一代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的需求大致可歸結(jié)為以下兩點(diǎn)：1.建立松耦合、跨平臺(tái)、高互操作性和高可擴(kuò)展性的服務(wù)模型；2.實(shí)質(zhì)性地提高服務(wù)行為的自動(dòng)化程度，解放客戶和開發(fā)人員的工作。 語義Web服務(wù)(Semantic Web Service)技術(shù)致力于滿足人們對(duì)新一代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的期望和需求。語義Web服務(wù)技術(shù)是以Web服務(wù)(Web Service)技術(shù)為基礎(chǔ)，以語義網(wǎng)(Semantic Web)技術(shù)為補(bǔ)充的新一代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)解決

3、方案。其中Web服務(wù)作為一種新興的分布式計(jì)算技術(shù)和一種開放的業(yè)務(wù)提供方式，為Web應(yīng)用提供了松耦合的設(shè)計(jì)模式和無縫互操作的技術(shù)支持。對(duì)Web服務(wù)的研究主要集中在服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)組合和服務(wù)質(zhì)量保障上。語義網(wǎng)技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)信息和資源以知識(shí)的形式描述和存儲(chǔ)，使得機(jī)器能夠?qū)@些知識(shí)進(jìn)行自動(dòng)地處理和集成。因此語義Web技術(shù)允諾與在線商業(yè)應(yīng)用相關(guān)的操作可以自動(dòng)執(zhí)行，在極大程度上提高了應(yīng)用的靈活性和互操作能力。 在語義Web服務(wù)的相關(guān)研究中，服務(wù)組

4、合問題是最為重要和困難的。任何一個(gè)服務(wù)只能滿足相對(duì)單一的客戶需求。服務(wù)提供商們迫切的希望現(xiàn)有的服務(wù)能夠被自動(dòng)地、快速地組合成增值的復(fù)雜服務(wù)用來滿足更為多樣化的需求。在一個(gè)服務(wù)組合場(chǎng)景中，客戶首先向服務(wù)組合引擎提供他對(duì)于組合服務(wù)的功能性和非功能性(在本文中主要指QoS(Quality of Service))需求，然后組合引擎基于工作流技術(shù)生成服務(wù)組合的執(zhí)行路徑，隨后組合引擎將訪問服務(wù)發(fā)現(xiàn)主體，通過語義匹配的方法為執(zhí)行路徑中的每個(gè)任務(wù)找到

5、滿足功能性需求的服務(wù)實(shí)例。在這之后，相對(duì)于每個(gè)任務(wù)會(huì)出現(xiàn)眾多的功能相似的候選服務(wù)，這些候選服務(wù)的每一個(gè)可能的組合被稱作一個(gè)服務(wù)組合執(zhí)行計(jì)劃。最后最優(yōu)的執(zhí)行計(jì)劃通過一個(gè)QOS感知的服務(wù)組合過程得出。從概念上講，目前對(duì)于QoS感知的服務(wù)組合的研究?jī)?nèi)容包括：QoS聚合(根據(jù)單個(gè)服務(wù)的QoS計(jì)算整個(gè)計(jì)劃的總體QOS值)、和最終決策(在候選計(jì)劃中找到滿足客戶QoS限制的綜合最優(yōu)方案)。 本論文的研究重點(diǎn)在于QoS感知的語義Web服務(wù)組合過

6、程，然而就作者的知識(shí)而言，這方面的研究工作還處于起步階段，仍存在一些問題：1.不能支持含有不確定QoS信息的組合決策；2.不支持不確定的客戶偏好和群決策場(chǎng)景；3.組合決策算法在任務(wù)數(shù)量多和候選服務(wù)規(guī)模大的情況下運(yùn)行效率低；4.組合算法的執(zhí)行自動(dòng)化程度低。為了解決上述難題，為服務(wù)組合提供有效地決策支持，本論文分為3個(gè)部分分析與研究了描述混合QoS模型(支持實(shí)數(shù)型、區(qū)間型和語言型QoS數(shù)據(jù))的QoS本體以及該本體的管理框架和進(jìn)化策略，混合Q

7、oS模型感知的服務(wù)組合決策算法和服務(wù)組合系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架。本論文取得了以下幾個(gè)方面的科研成果： 1）混合QoS本體及本體管理框架的創(chuàng)建。以往的QoS模型均以明確的實(shí)數(shù)表示，這種描述方式會(huì)造成大量信息的喪失并會(huì)誤導(dǎo)最終的決策過程，為此本論文提出了一套混合QoS本體—OWL-S-QoS用來對(duì)QoS信息進(jìn)行更為高效、準(zhǔn)確的語義描述，該QoS模型混合了確定和不確定的表示方法(區(qū)間型表示法和語言型表示法)。另外本論文還提出了一種主客觀相結(jié)合

8、的QoS聲譽(yù)屬性模型—WSrep，用來增強(qiáng)現(xiàn)有聲譽(yù)模型抵御惡意打分攻擊的能力。此外本論文還討論了該本體的管理框架和進(jìn)化策略，這主要包括定義了與該本體相關(guān)的添加、修改和刪除操作，提出了本體(連鎖)進(jìn)化算法和基于本體摘要匹配的本體版本控制算法用來保證知識(shí)更新的實(shí)時(shí)性和一致性。仿真試驗(yàn)證實(shí)：WSrep相比與主觀聲譽(yù)模型，具有更高的抵御惡意打分攻擊的能力；基于摘要的本體版本控制算法相比傳統(tǒng)算法具有更高的運(yùn)行效率。 2）提出一種基于不確定

9、多屬性決策理論的服務(wù)組合算法(UncertainMulti-attribute decision making-based service Composition algorithm，UMC)解決混合QoS模型感知的語義Web服務(wù)組合難題。該算法主要是從全局優(yōu)化的角度在考慮客戶QoS限制的基礎(chǔ)上解決最優(yōu)執(zhí)行計(jì)劃的選擇問題，與以往的組合算法不同，UMC不僅能夠支持混合Qos模型，還能有效地適應(yīng)不確定的客戶偏好和群決策場(chǎng)景。另外，UMC還具

10、有良好的運(yùn)行時(shí)效率，推動(dòng)了服務(wù)組合算法在大規(guī)模問題空間情況下的實(shí)用進(jìn)程。UMC分為兩個(gè)主要組成部分：UMC-Core和UMC-DH(Distributed and Heuristic framework for UMC)，其中UMC-Core用于對(duì)混合QoS進(jìn)行綜合評(píng)估，共包括三個(gè)主要的步驟：去模糊化(將語言型表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)數(shù))，決策矩陣規(guī)格化，候選方案綜合評(píng)估。UMC-DH是針對(duì)解決組合算法效率難題而為UMC設(shè)計(jì)的分布式與啟發(fā)式相

11、結(jié)合的執(zhí)行框架，主要包括分布式求解局部最優(yōu)解、并行結(jié)構(gòu)k啟發(fā)聚合和全局回溯控制策略。本文通過仿真試驗(yàn)證實(shí)，UMC算法具有較高的決策靈敏性和穩(wěn)定性，另外相比于其他類似算法UMC算法具有執(zhí)行速度快、最優(yōu)解近似度高和最優(yōu)解成功率高的優(yōu)勢(shì)。 3）組合決策算法的執(zhí)行框架設(shè)計(jì)。本論文研究了UMC的執(zhí)行框架，該框架基于智能多主體系統(tǒng)技術(shù)，其中主要包括服務(wù)組合引擎設(shè)計(jì)、服務(wù)注冊(cè)中心設(shè)計(jì)、客戶主體設(shè)計(jì)和知識(shí)管理主體設(shè)計(jì)。另外，還給出了多主體之間的