CN101170499B - 一种自组织网络上的组合服务执行路径的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自组织网络技术领域，具体为一种自组织网络上的组合服务执行路径的选择方法。主要包括：执行路径的选择策略、自组织网络上QoS模型建立和服务执行有向无环图的构造。整个流程是：通过服务发现得到组合服务所需要的基本服务的信息，并对这些信息进行建模，得到具有较高QoS且离请求节点较近的节点上的基本服务，根据服务有向无环图构造出执行有向无环图。用户在自组织网络上提出一个组合服务的请求时，利用该选择方法，自组织网络会自动选择一个较优的执行路径，在执行整个组合服务中能够达到较小的网络代价。

Description

一种自组织网络上的组合服务执行路径的选择方法

技术领域

本发明属于自组织网络技术领域，具体涉及一种自组织网络上的组合服务执行路径选择方法。

背景技术

自组织网络是当今的研究热点之一，其应用前景被广泛看好，服务计算同样是当前研究的热点，特别是Web服务在Internet网络上得到大量应用，本发明所涉及的正是以上两个领域的交叉。在自组织网路环境下的服务组合方面目前在中国和美国都还没有专利授权。

用户在自组织网络上提出一个组合服务的请求，自组织网络会自动选择出一个较优的执行路径，使得在执行整个组合服务中能够达到较小的网络代价并保证QoS(服务质量)。

自组织网络上服务合成是指在自组织网络上，每个节点拥有一些基本服务，当用户提出一个组合服务的请求时，需要通过多个节点上的多个服务进行协作，来满足所请求的组合服务的需求。

传统的Web服务的服务发现是由注册中心来控制，注册中心给出了每个基本服务的所在节点信息，同时给出了这些节点的QoS信息，以QoS为依据来进行基本服务选择。QoS需要考虑的因素包括：可访问性、可靠性、性能、容量、鲁棒性、互操作性、可移植性。通过对服务节点QoS的这些方面考虑来选择出服务合成过程中所需要的基本服务。选择过程中会对整个Web服务的QoS进行一个评估，现行的评估方法包括蚁群算法、遗传算法等。

在自组织网络中，由于其具有动态拓扑、无中心节点、网络带宽有限及节点资源有限等特点，上述以QoS为基准来选择基本服务提供节点的策略是不全面的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于自组织网络的组合服务的执行路径的选择方法。本方法使用户在自组织网络上提出一个组合服务的请求后，自组织网络会自动选择出一个较好的执行路径，在执行整个组合服务中能够达到较小的网络代价；同时更好地适应自组织网络的结构和要求，更好的满足实际应用中的要求。

下面介绍一些相关的基本概念。

服务是指一种部署在网络上的、自包含的、模块化的应用程序，它可以在网络中描述、发布、查找以及调用。

自组织网络是指一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性自治系统，具有动态网络管理和网络优化的功能，主要用于在高移动性和无线通信的环境下为移动节点提供通信服务，特别适合于抢险救灾、临时集会、野外施工作业和军事等应用场合。

组合服务的服务有向无环图是指把组合服务用基本服务表示出来时所使用的一种逻辑结构。它描述了这个组合服务由哪些基本服务构成，以及这些基本服务的构成方式。

组合服务的执行有向无环图是指在整个执行组合服务过程中经过的整个路径的逻辑结构。它包括了执行路径上的所有节点和对应的基本服务，以及这些节点的连接方式。

执行路径是指在整个组合服务的执行过程中，服务的数据传输所经过的所有节点。

服务合成就是将多个自治的服务根据应用需要，通过服务发现以及服务间的接口集成来提供新的、功能更强的服务。一个合成的服务是一些独立的、相互交户的服务的聚集，并把它所聚集的服务当作自己的组件来看待，从而获得比原有的服务更复杂的功能。从“粒度”上讲，服务合成是对服务进行更大的封装后作为一个服务暴露给外界；从“顺序”意义上讲，合成是定义一系列的服务调用顺序。

从服务合成过程来看，服务可以分为基本服务和组合服务。基本服务是指事先已存在、开发好的服务，对于其它服务或者用户来说，它是透明的；而组合服务是指对一些其它服务(可能是基本服务，也可能是组合服务)的合成，需要通过多个主体的协作才可以提供的服务，并以一个接口的形式提供给用户或者其它服务使用。

在自组织网络的服务合成方法中，组合服务请求节点通过服务发现策略找到该组合服务所需的每一个基本服务具体所在节点后，服务请求节点需要从获得的服务中选择出较好的基本服务，使之能够满足整个组合服务的请求，同时在完成这个服务过程中所有的代价是较优的，这些选中的基本服务提供节点即构成执行路径。

基于以上问题，本发明方法综合考虑到基本服务的执行QoS代价、网络传输代价和节点稳定性，选出较优的执行路径。其中网络传输代价由服务提供节点和服务请求节点的距离决定，节点稳定性由所经过节点的剩余能量决定。本方法包括以下几个步骤(如图1所示)：首先服务请求节点通过服务发现收集节点服务信息，然后根据执行代价、传输代价和节点特性选择基本服务，最后把选择出来的基本服务的所在节点构成执行路径。

下面对选择方法的各个步骤作进一步的描述：

(1)收集节点服务信息

服务请求节点主要通过服务发现引擎来进行服务的查找和服务信息的查找。通过服务发现引擎，服务请求节点广播它所要求的组合服务的基本服务，每个节点收到服务请求后返回本节点上符合要求的基本服务信息，同时给服务请求节点发送应答包。应答包中的信息包括在此节点上的基本服务的执行代价信息、此服务所在的节点的信息和此节点距离服务请求节点的跳数。其中节点的信息和节点距离服务请求节点的跳数根据服务请求包中的已经过节点信息和路由表内容计算得到，而基本服务执行代价信息是在节点上自行对本节点上符合要求的服务进行计算得到。

(2)选择基本服务

服务请求节点获得所有基本服务的信息以后，根据优先权(节点成为服务提供者的优先权)计算函数选择出基本服务的优化的服务提供节点，这些基本服务能够满足组合服务的需求，同时能够达到较好的QoS性能和网络传输性能。选择的约束条件主要是由服务提供节点和服务请求节点间的距离、服务的QoS信息和服务所在的节点的基本信息决定。服务提供节点和服务请求节点间的距离为它们两点间的跳数，记为Hop；服务的QoS信息主要由这个服务的QoS决定，记为Q，包括了服务的可访问性、可靠性、响应时间、鲁棒性和安全性能，每一方面的性能由q_i来表示，Q的值是所有这些QoS性能的线性加和，即

其中c_i代表了第i个性能指数在整个性能指数的权重，

节点的基本信息用N来表示，主要是由节点的剩余能量E来决定，它是由整条路径上节点的剩余能量的最小值来评估，即

其中E_i是第i个节点的剩余能量，E_T是传输所消耗的能量，E_Hop是服务提供节点的剩余能量，E_X是执行服务所消耗的能量。选择基本服务所在的节点的优先权由Hop、Q和N共同决定，具体是函数如下：

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{Q^{\mathrm{\&alpha;}}\&times;N^{\mathrm{\&beta;}}}{\mathrm{Hop}},(0<\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}<10)\\ N=\min \left\{\underset{1}{\overset{\mathrm{Hop}}{\min }}\right\{E_i-E_T\},E_{\mathrm{Hop}}-E_X\}\end{array}\right.$

其中P指一个节点成为执行路径上的节点的优先权，值越大越有可能成为执行节点，α和β是一定范围内的权重。经过选择，同种服务提供节点中优先权最高的节点成为执行节点。

(3)构成执行路径

把选择出来的每一个服务节点作为执行路径上的点，通过服务的有向无环图构成执行的有向无环图。

附图说明

图1所示为本方法的具体的步骤和产生的中间结果。其中1、3、5是具体的步骤，2，4是中间结果，6是最终结果。

图2所示为会议场景中整个讨论会移动设备组成的自组织网络模型。图中N_i代表了场景中一个移动设备的编号。

图3所示为组合服务的服务有向无环图。其中S_i代表了服务的编号。

图4所示为组合服务的执行有向无环图。其中N_i代表了节点的编号。

图中标号：1为服务发现模块，2为服务信息，3为QoS建模，4为服务执行节点，5为构造执行的有向无环图，6为执行的有向无环图。

具体实施方式

不失一般性，本发明将以会议场景下的服务组合为例来详细介绍整个选择方法，以便进一步阐述本发明的目的、特征和优点。但本发明的保护范围不限于下述实例。

在一个会议场景中，有十个客户到一个会议室里开讨论会，每个客户都有自己的移动设备，或者是PDA，或者是手提电脑，整个网络的场景如图2所示，移动设备间是多跳连接的，形成一个自组织网络。

每一个节点上都提供若干服务，具体的服务和位置见表1。

表1会议场景上移动设备的服务列表

移动设备号

移动设备上的服务

N1	从外网上下载东西；打印服务；
		N2	解压服务；
N3	打印服务；PDF放映；
		N4	PS转化为PDF；
N5	从外网上下载东西；PS转化为PDF；
		N6	解压服务；PDF的放映；
N7	PS转化为PDF；打印服务；
		N8	从外网下载东西；
N9	压缩服务；
		N10	解压服务；

现在N₃上的用户要把他放在办公室网上的一个RAR文件调来放映，他发出一个组合服务请求，要执行这样一个服务：从外网上下载一个RAR文件，并且把这个文件进行解压并把结果返回到节点N₃。这里我们就用S₁代表从外网下载服务，S₂代表文件解压服务。这个请求的服务就是由S₁S₂串行构成的，并且这个请求的组合服务的有向无环图如图3所示。

步骤1：通过服务发现得到基本服务的信息。

在整个会议场景中临时组成的自组织网络上查询所有的节点上的服务。满足的节点返回这个服务的QoS信息，本身的节点信息和离节点N₃的距离。最后节点N₃得到的S₁和S₂所在的节点的所有信息，主要见表2和表3。其中表中的QoS值是按Web服务中的QoS评价体系进行评价所得到的值，通过对服务的一系列性能的线性求和得到。N是从服务请求节点到达服务提供节点中整条执行路径上的节点剩余能量的最小值。

表2 S₁所在的节点的所有信息

S1所在的节点编号	QoS	Hop	N
				N1	2.7	3	2.8
N5	2.8	1	3.6
				N8	3.9	5	6.8

表3 S₂所在的节点的所有信息

S2所在的节点编号	QoS	Hop	N
				N2	4.5	2	4.2
N6	2.9	3	2.0
				N10	6.1	4	3.2

根据对S₁和S₂每一个服务的信息和节点信息计算它们的优先权，根据表中的数据，依照下面的公式来计算优先权P。

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{Q\&times;N}{\mathrm{Hop}}\\ N=\min \left\{\underset{1}{\overset{\mathrm{Hop}}{\min }}\right\{E_i-E_T\},E_{\mathrm{Hop}}-E_X\}\end{array}\right.$

根据此优先权的计算，我们就可以得出节点N₅上的S₁服务，节点N₂上的S₂服务优先权最高。所以选择者两个节点上的服务作为请求的组合服务的基本服务，因此组合服务的执行有向无环图见图4。

从上面的例子可以看出本方法同时考虑了自组织网络上的服务的QoS代价，提供服务的节点稳定性和网络的传输代价，因此本方法选择出来的执行路径的具有较好的QoS性能，并且有着较优的网络传输代价和节点有效性。

Claims (1)

1.一种自组织网络上的组合服务执行路径的选择方法，其特征在于首先由服务请求节点通过服务发现收集节点服务信息，然后根据执行代价、传输代价和节点特性选择基本服务，最后把选择出来的基本服务的所在节点构成执行路径；其中：

(1)收集节点服务信息

服务请求节点通过服务发现引擎来进行服务的查找和服务信息的查找，通过服务发现引擎，服务请求节点广播它所要求的组合服务的基本服务，每个节点收到服务请求后返回本节点上符合要求的基本服务信息，同时给服务请求节点发送应答包，应答包中的信息包括在此节点上的基本服务的执行代价信息、此服务所在的节点的信息和此节点距离服务请求节点的跳数；

(2)选择基本服务

服务请求节点获得所有基本服务的信息以后，根据优先权计算函数选择出基本服务的优化的服务提供节点，选择的约束条件是由服务提供节点和服务请求节点间的距离、服务的QoS信息和服务所在的节点的基本信息决定；其中：

服务提供节点和服务请求节点间的距离为它们两点间的跳数，记为Hop；

服务的QoS信息由这个服务的QoS决定，记为Q，包括了服务的可访问性、可靠性、响应时间、鲁棒性和安全性能，每一方面的性能由q_i来表示，Q的值是所有这些QoS性能的线性加和，即

，其中c_i代表了第i个性能指数在整个性能指数中的权重；

$\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c}_i=\mathrm{1,0}<c_i<1;$

节点的基本信息用N来表示，由节点的剩余能量E来决定，由整条路径上节点的剩余能量的最小值来评估，即

其中E_i是第i个节点的剩余能量，E_T是传输所消耗的能量，E_Hop是服务提供节点的剩余能量，E_X是执行服务所消耗的能量；

选择基本服务所在的节点的优先权由Hop、Q和N共同决定，优先权计算函数如下：

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{Q^{\mathrm{\&alpha;}}\&times;N^{\mathrm{\&beta;}}}{\mathrm{Hop}},0<\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}<10,\\ N=\min \left\{\underset{1}{\overset{\mathrm{Hop}}{\min }}\right\{E_i-E_T\},E_{\mathrm{Hop}}-E_X\},\end{array}\right.$

其中P指一个节点成为执行路径上的节点的优先权，值越大越有可能成为执行节点，α和β是权重，经过选择，同种服务提供节点中优先权最高的节点成为执行节点；

(3)构成执行路径

把选择出来的每一个服务节点作为执行路径上的点，通过服务的有向无环图构成执行的有向无环图。

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