CN102546754B

CN102546754B - 服务质量可定制的Web服务组合方法

Info

Publication number: CN102546754B
Application number: CN201110409915.4A
Authority: CN
Inventors: 薛霄; 罗军伟; 王淑芳; 侯占伟
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-11-23
Also published as: CN102546754A

Abstract

本发明公开了一种服务质量可定制的Web服务组合方法，包括：接受用户需求并将所述用户需求解析成功能需求和服务质量需求；根据功能需求组建Web服务组合网络有向图；获得和功能需求匹配的Web服务组合集合；从获得的Web服务组合集合中选取一个Web服务组合，计算其所包含的各Web服务在组合中的子目标的服务质量；根据服务质量需求，计算出该Web服务组合的最短关键路径，然后基于该路径获得该Web服务组合的子目标服务质量；获取与所述服务质量需求最为接近的一组；把获得的Web服务组合集合中各Web服务组合，作为和用户需求匹配的结果反馈给用户。本发明提供的方法能够使得Web服务组合满足个性化的服务质量要求。

Description

服务质量可定制的Web服务组合方法

技术领域

本发明属于Web服务技术领域，特别是Web服务组合系统和服务质量优化方法。

背景技术

Web服务是一种面向服务架构的分布式计算模型，它能够实现在不同的平台上、不同的程序语言编写的应用程序之间无缝的互操作。Web服务组合是将现有的Web服务根据用户需求进行集成，构建出满足更为复杂需求的Web服务组合。在构建Web服务组合时，网络上有大量服务质量(QoS，Quality of Service)有很大差别的Web服务，如何从数量众多的Web服务中选取一组Web服务构建满足用户需求Web服务组合，并使所构建的Web服务组合满足用户个性化的服务质量要求是Web服务技术领域亟待解决的问题。

目前工业界对Web服务组合的研究主要集中在自动化服务组合方法。主要包括基于线性和非线性规划、基于遗传算法、启发式算法、基于蚁群算法、基于粒子群算法的组合Web服务选择方法，基于多准则决策和整数规划的选择方法等。而当前公开的Web服务组合方法研究主要存在以下几个个问题：

(1)现有的Web服务组合的服务质量评价比较单一，往往把各个Web服务的服务质量看作是一个多属性的单一加权值，最终转化在一些约束条件下的一个单目标函数优化问题。而在实际中，用户往往有多方面的需求，并且需求之间具有优先性和等级性，比如用户对价格首先有一个要求，其次对成本有另一个要求，最后对可靠性也有一个要求等等，这些需求不能简单地加权统一到一个值。

(2)现有的Web服务组合选择方法仅以Web服务组合的一般服务质量属性作为选择依据，没有考虑它们的领域服务质量属性。Web服务的GQoS是指所有Web服务都具备的非功能属性，包括费用(Cost)、反应时间(Response Time)、可用性(Availability)、可靠性(Reliability)、信誉度(Reputation)、安全度(Security)等。Web服务的DQoS是指Web服务本身或与Web服务绑定的实体所属领域特有的质量属性。比如，宾馆预订服务的DQoS可以是与该服务绑定的宾馆的入住率、整洁度、安静度、舒适度、安全度、交通便利度等；航班预订服务的DQoS可以是与该服务绑定的航班的安全性、上机率、准时性、舒适度等；流媒体服务的DQoS可以是该服务提供的媒体的清晰度、连续性、完整性等；现有的组合Web服务选择方法仅将组合Web服务的GQoS作为选择的依据，没有考虑其DQoS。

(3)在对Web服务进行服务质量评价时，往往假设在评价和选择Web服务时这些Web服务的服务质量是不变的，也就是各Web服务被认为是相互独立的，Web服务的服务质量独立于其他Web服务。事实上，Web服务的服务质量往往依赖于其他Web服务。由于现有的组合服务选择方法缺乏对这种关联关系的考虑，使得可选服务的服务质量在关联关系出现时与其所宣称的服务质量值产生偏离，即采用静态的服务质量来评价和选择Web服务将不能准确地度量Web服务和Web服务组合的服务质量，造成被选择的Web服务组合不能满足用户的服务质量需求。

(4)在对Web服务组合进行服务质量评价时，往往都是Web服务组合中包含的各Web服务的服务质量加权和，忽略了Web服务组合中服务质量最短关键路径的作用。

另外，一个完整的Web服务组合应该包括两个基本过程：发现存储过程和组合匹配过程。在发现存储过程中，专门负责Web服务搜集的人员或自动化程序，从网络中搜集各种各样的Web服务，并对这些Web服务进行分析，并按照一定的规则和方式将这些Web服务存储到数据库中。组合匹配过程中，用户首先表达自己的需求，然后根据用户的需求在Web服务数据中找出匹配的Web服务组合，并对匹配的Web服务组合进行评价，最后输出结果。

现有技术只关注在Web服务组合方法，而忽略了Web服务组合的系统性，只有充分考虑发现存储过程和组合匹配过程，才能发现满足用户需求的服务组合。因此，有必要提供一种新的Web服务组合系统和Web服务组合评价方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种服务质量可定制的Web服务组合方法，能够满足用户个性化的服务质量要求。

本发明提供了一种服务质量可定制的Web服务组合方法，包括：

步骤1、由WEB服务管理模块发现网络上的Web服务，并将所发现的Web服务存储到相应的数据库中；

步骤2、接受用户需求并将所述用户需求解析成功能需求和服务质量需求；

步骤3、Web服务匹配与组合模块根据所述功能需求组建Web服务组合网络有向图；

步骤4、获得和所述功能需求匹配的Web服务组合集合；

步骤5、从获得的Web服务组合集合中选取一个Web服务组合，计算其所包含的各Web服务在组合中的子目标的服务质量；

步骤6、根据所述服务质量需求，计算出该Web服务组合的最短关键路径值，然后基于该路径值获得该Web服务组合的服务质量；

步骤7、从获得的Web服务组合集合中依次选取下一个Web服务组合，继续计算其服务质量，直至获得Web服务组合集合中全部Web服务组合的服务质量，并对其进行筛选，获取与所述服务质量需求最为接近的一组；

步骤8、然后把获得的Web服务组合集合中各Web服务组合，作为和所述用户需求匹配的结果反馈给用户。

本发明提供的方法考虑了Web服务服务质量的一般服务质量和领域服务质量，并且在计算Web服务组合中各Web服务的服务质量时，考虑了各Web服务之间的相互影响，最终利用最短关键路径计算出Web服务组合的服务质量，能够满足用户个性化服务质量要求。

附图说明

图1所示为本发明涉及到的网络有向图的例子；

图2所示为基于图1进行分解后的多个Web服务组合的例子；

图3所示为本发明服务质量可定制的Web服务组合系统图；

图4所示为本发明服务质量可定制的Web服务组合方法的流程图；

图5为图4中步骤3的实现流程图；

图6为图4中步骤4的实现流程图。

具体实施方式

Web服务描述就是服务提供者对Web服务功能属性、非功能属性和行为信息进行的描述，目的是使服务请求者能够准确理解服务的功能和行为。Web服务描述是完成Web服务请求和服务描述之间准确匹配的前提。

本发明提供了一个新的Web服务的描述模型WS＝(GQos，GP，DQos，DP，input，output)，其中GQos是Web服务的一般服务质量指标向量，例如WEB服务的可靠性、可达性、可用性、声誉等，GPrecondition是GQos中各指标的取值的前提条件向量；DQos是Web服务的领域服务质量指标向量，例如物流服务中的价格、时间、物流网络节点数和仓储能力等，DPrecondition是DQos中各指标取值的前提条件向量，input为调用Web服务输入参数向量，output为Web服务输出参数向量。

其中DQos为Web服务的领域服务质量向量，DQos＝(dq₁，dq₂，...dq_n1)；其中dq_i(i＜n1并且i＞0)为领域服务质量的第i个指标。Web服务的领域服务质量DQos＝∑w_i*dq_i。GQos为一般服务质量向量，GQos＝(gq₁，gq₂...gq_n2)；其中gq_j(j＜n2并且j＞0)为一般服务质量的第i个指标。Web服务的一般服务质量GQos＝∑w_i*gq_i。Web服务的Qos值由该Web服务的GQos值和DQos值计算得到，定义一个Web服务的Qos＝q*GQos+(1-q)*DQos。其中GQos和DQos中各指标取值都已经标准化到[0，1]。GPrecondition是GQos中各指标取值的前提条件的向量，GPrecondition＝(GP₁，GP₂，...GP_n)，其中GP_i为关于输入参数，输出参数和第i个GQos指标之间关系的逻辑表达式GPi＝(q₀，default|q₁，expression₁|q₂，expression₂...|q_n，expression_n)。其中任意两个expression_i和expression_i不能同时为真。DPrecondition是DQos中各指标取值的前提条件的向量，DPrecondition＝(DP₁，DP₂，...DP_n)，其中DP_i为关于输入参数，输出参数和第i个DQos指标之间关系的逻辑表达式。

用户需求包括两个方面：功能需求和非功能性需求。功能需求是用户对Web服务能够完成任务的描述，由Web服务中的output属性确定。非功能性需求(例如系统的稳定性、可靠性、反应速度、可扩展性等)是用户对Web服务的服务质量的要求，由Web服务中的GQos和DQos属性确定。

Web服务组合网络是满足用户功能需求的网络有向图，如图1所示，其中V₀和V_t是起点和终点，代表用户的功能需求。而其余结点代表Web服务。在这个Web服务组合网络有向图中可以分解出多个Web服务组合，如图2所示。

一个Web服务组合都能够满足用户的功能需求，但是用以标识非功能性需求的服务质量却可能差异很大。

如图3所示为本发明服务质量可定制的Web服务组合系统图，图4所示为本发明服务质量可定制的Web服务组合方法的流程图，下面结合图3和图4说明本发明的实现过程。

本发明的Web服务组合系统主要包括以下部分：

用户需求模块主要实现系统和用户的交互，包括接受用户的输入和用户需求的解析，主要是功能需求和服务质量(Qos)需求。

Web服务匹配与组合模块根据用户的功能需求从数据库中查找Web服务，并进行组合，最终构建满足用户需求的Web服务组合。

服务组合的服务质量(Qos)选择与评价模块，根据用户Qos需求，对Web服务组合进行评价和筛选。

Web服务管理模块从外部的信息源向系统进行输入操作，整个过程由Web服务发布、查找、绑定组成。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤1、由Web服务管理模块发现网络上的Web服务，并将所发现的Web服务存储到相应的数据库中。

步骤2、接受用户需求并将所述用户需求解析成功能需求和服务质量需求。

步骤3、Web服务匹配与组合模块根据所述功能需求构建Web服务组合网络有向图。图5所示为构建Web服务组合网络有向图的流程图，步骤3具体可以包括：

步骤31、输入用户需求，创建结果集合，初值为空。创建一个Web服务组合有向图G，G中没有结点和有向边。

步骤32、在G中，创建一个起始结点V₀，该结点的input和output均为功能需求Q的input，再创建一个终止结点V_t，该结点的input和output均为Q的output。

步骤33、在图G中，找出除了V_t外出度为零的结点，获得这些结点或结点组合的output与其他Web服务或组合的input相似度大于阀值的Web服务或组合；以单个或多个Web服务的output出发，找相似input的Web服务时，分为以下情况：

1)如果为单个Web服务和单个Web服务相似，则直接连线，箭头指向新的Web服务，并连线标明为a_i，其中i为整数，表明第几个相似的单个Web服务。

2)如果单个Web服务和多个Web服务组合相似，则以单个Web服务为起点，多个Web服务均为终点，箭头指向终点，分别连线。并连线标明为b_i，其中i为整数，表明第几个相似的组合Web服务。

3)如果多个Web服务和单个Web服务相似，则以多个Web服务均为起点，以单个Web服务为终点，箭头指向终点，分别连线。并连线标明为c_i，其中i为整数，表明第几个相似的单个Web服务。

4)如果多个Web服务和多个Web服务相似，则目标Web服务均为起点，相似Web服务均为终点，箭头指向终点，分别连线。并连线标明为d_i，其中i为整数，表明第几个相似的组合Web服务。

output向量和input向量之间的语义相似度通过计算output向量和input向量中各指标分量概念间路径长度以及概念深度来求得。概念间路经长度和概念深度都是在语义网络上计算，在本发明中语义网络是一个IS_A网络，在该网络中，概念与概念之间的关系通过“is a”或“is a kind of”表示，也就是概念中包含与被包含的关系一致，这个同本体结构中概念之间的关系一致，在本发明中两个概念c1，c2的语义相似度S(c1，c2)计算式为：其中：d是c1和c2之间的最短路径长度；h是c1和c2的深度最大的共同祖先概念的深度；α∈(0，1)，β∈(0，1)分别是概念之间最短路径长度和概念深度两个因素对概念语义相似度的影响系数，本发明采用α＝0.2，β＝0.6；S(c1，c2)取值在0～1。计算input向量和output向量中向对应指标的语义相似度，最后获得两个待匹配input和output向量之间夹角的余弦值作为它们的语义相似度。

步骤34、以获得的相似Web服务或组合作为结点用有向线连接到有向图中，起点为有向图中已有的结点，其中箭头指向这些相应的相似结点。

步骤35、获得除了终止结点外出度为零的结点，获得output与终止结点的input相似度大于阀值的结点或结点组合，并用有向线段连接终止结点，箭头指向终止结点；可以重复步骤33-35，直到除V_t外不存在出度为零的结点。

步骤36、输出该Web服务组合网络有向图G。

步骤4、从WEB服务组合网络有向图中，获取与用户功能需求相匹配的Web服务组合集合，如图6所示。步骤4具体可以包括：

步骤41、输入上一步骤获得的Web服务组合网络有向图，创建结果集合R，R＝NULL。

步骤42、i＝0；j＝0；m＝0；n＝0；t＝0；创建一个子图G_ij，在G_ij中只有一个结点为终止结点。

步骤43、m＝i；令中间变量G_temp＝G_mn，获得G中入度为零的结点。

步骤44、判断入度为零的结点是否为起始结点，如果是，执行步骤48，否则执行步骤45。

步骤45：在G中，找到箭头指向这些结点的连线，每一种连线类型相同的连线和连线的起始节点都分别加入到G_temp中并分别创建子图，G_(i+1)t，t++；至到所有的连线都完毕，n++。

步骤46：判断n＞j是否为真，如果否，执行步骤43；如果是，执行步骤47。

步骤47、i++；j＝j+t；t＝0；然后执行步骤43。

步骤48、该G_temp加入到输出结果集合R中。

步骤5、从获得的Web服务组合集合中选取一个Web服务组合，计算其所包含的各Web服务在组合中的子目标的服务质量。步骤5可以包括：

步骤51、从R中选取一个元素，即一个Web服务组合WSC。

步骤52、以起始结点为当前结点V。

步骤53、找到当前结点的前驱结点集合QV。由QV中结点的output具体值确定当前结点V的input值。

步骤54、由当前结点V的input值和GPrecondition，DPrecondition的逻辑表达式确定当前结点V的GQos和DQos向量中各分量的值，并由公式DQos＝∑w_i*dq_i，GQos＝∑w_i*gq_i得到当前结点V的GQos和DQos的值，其中W_i为权重。通过公式Qos＝q*GQos+(1-q)*DQos计算当前结点V的服务质量。

步骤55、分别以当前结点的后继结点为当前结点，重复步骤53和54，直到获得WSC中所有结点的服务质量。

步骤56：从Web服务组合结果集合R中取出下一个元素，即另一个Web服务组合，重复步骤52-55，直到Web服务组合结果集合R中所有的元素都已经处理完毕。

步骤6、根据所述服务质量需求，计算出该Web服务组合的最短关键路径值，然后基于该路径值获得该Web服务组合的服务质量。步骤6具体可以包括：

步骤61、从Web服务组合结果集合R中取出一个元素，即一个Web服务组合WSC。

步骤62、创建两个表，OPEN，CLOSE。OPEN表保存所有已生成而未考察的结点，CLOSE表中记录已访问过的结点。

步骤63、访问WSC中距离起始点最近且没有被检查过的点，把这个点放入OPEN组中等待检查。其中两个结点的距离值为后继结点的服务质量值。

步骤64、从OPEN表中找出距起始点最近的结点，找出这个结点的所有后继结点，把这个结点放到CLOSE表中。

步骤65、遍历考察这个结点的后继结点。求出这些后继结点距起始结点的距离值，放后继结点到OPEN表中。

步骤66、重复步骤63到65，直到OPEN表为空，或找到终止结点。

步骤67、最后求出的终止结点距起始结点的最小值为最短关键路径值，并且该值为该Web服务组合WSC的服务质量值。

步骤7、从获得的Web服务组合集合中依次选取下一个Web服务组合，继续计算其服务质量，直至获得Web服务组合集合中全部Web服务组合的服务质量，并对其进行筛选，获取与所述服务质量需求最为接近的一组。

步骤8、根据服务质量(Qos)需求的要求，按照服务质量从大到小的顺序排列获得的Web服务组合集合中各Web服务组合，并作为和用户需求匹配的结果输出。

本发明提供了一种新的Web服务组合及其服务质量的评价方法，考虑了Web服务服务质量的一般服务质量和领域服务质量，并且在计算Web服务组合中各Web服务的服务质量时，考虑了各Web服务之间的相互影响，最终利用最短关键路径计算出Web服务组合的服务质量，能够满足用户个性化服务质量要求。

Claims

1.一种服务质量可定制的Web服务组合方法，其特征在于，包括：

步骤4、获得和所述功能需求匹配的Web服务组合集合；

步骤8、然后把获得的Web服务组合集合中各Web服务组合，作为和所述用户需求匹配的结果反馈给用户；

其中，所述步骤3包括：

步骤31、创建一个Web服务组合网络有向图G，G中没有结点和有向边；

步骤32、在G中，创建一个起始结点V₀，该结点的input和output均为所述功能需求的input，再创建一个终止结点V_t，该结点的input和output均为所述功能需求的output；所述input为调用Web服务输入参数向量，output为Web服务输出参数向量；

步骤33、在图G中，找出除了V_t外出度为零的结点，获得这些结点或结点组合的output与其他Web服务或组合的input相似度大于阀值的Web服务或组合；

步骤34、以获得的相似Web服务或组合作为结点用有向线连接到有向图中，起点为有向图中已有的结点，其中箭头指向这些相应的相似结点；

步骤35、获得除了终止结点外出度为零的结点，获得output与终止结点的input相似度大于阀值的结点或结点组合，并用有向线段连接终止结点，箭头指向终止结点；

步骤36、输出该Web服务组合图G；并且，

所述步骤4包括：

步骤41、输入上一步骤获得的Web服务组合网络有向图，创建结果集合R，R＝NULL；

步骤42、i＝0；j＝0；m＝0；n＝0；t＝0；创建一个子图G_ij，在G_ij中只有一个结点为终止结点；

步骤43、m＝i；令G_temp＝G_mn，获得G中入度为零的结点；

步骤44、判断入度为零的结点是否为起始结点，如果是，执行步骤48，否则执行步骤45；

步骤45：在G中，找到箭头指向这些结点的连线，每一种连线类型相同的连线和连线的起始节点都分别加入到G_temp中并分别创建子图，G_(i+1)t，t++；至到所有的连线都完毕，n++；

步骤46：判断n＞j是否为真，如果否，执行步骤43；如果是，执行步骤47；

步骤47、i++；j＝j+t；t＝0；然后执行步骤43；

步骤48、该G_temp加入到输出结果集合R中；以及，

所述步骤5包括：

步骤51、从R中选取一个Web服务组合WSC；

步骤52、以起始结点为当前结点V；

步骤53、找到当前结点的前驱结点集合QV，由QV中结点的output具体值确定当前结点V的input值；

步骤54、由当前结点V的input值和GPreeondition，DPreeondition中的逻辑表达式确定当前结点V的GQos和DQos向量中各分量的值，并由公式DQos＝∑w_i*dq_i，GQos＝∑w_i*gq_i得到当前结点V的GQos和DQos的值，其中w_i为权重，通过公式Qos＝q*GQos+(1-q)*DQos计算当前结点V的服务质量；其中，GPrecondition是GQos中各指标的取值的前提条件向量，DPrecondition是DQos中各指标取值的前提条件向量；

步骤55、分别以当前结点的后继结点为当前结点，重复步骤52-54，直到获得WSC中所有结点的服务质量；

步骤56：从Web服务组合结果集合R中取出下一个元素，即另一个Web服务组合，重复步骤51-55，直到Web服务组合结果集合R中所有的元素都已经处理完毕；以及，

所述步骤6包括：

步骤61、从Web服务组合结果集合R中取出一个Web服务组合WSC；

步骤62、创建两个表，OPEN表和CLOSE表；OPEN表保存所有已生成而未考察的结点，CLOSE表中记录已访问过的结点；

步骤63、访问WSC中距离起始结点最近且没有被检查过的结点，把这个结点放入OPEN组中等待检查，其中两个结点的距离值为后继结点的服务质量值；

步骤64、从OPEN表中找出距起始结点最近的结点，找出这个结点的所有后继结点，把这个结点放到CLOSE表中；

步骤65、遍历考察这个结点的后继结点，求出这些后继结点距起始结点的距离值，放后继结点到OPEN表中；

步骤66、重复步骤63到65，直到OPEN表为空，或找到终止结点；

步骤67、最后求出的终止结点距起始结点的最小值为该Web服务组合WSC的服务质量值。