CN102571962B

CN102571962B - 一种面向云制造的服务组合路径构造方法

Info

Publication number: CN102571962B
Application number: CN 201210011043
Authority: CN
Inventors: 陶飞; 郭华; 张霖
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: CN102571962A

Abstract

本发明涉及一种面向云制造的服务组合路径构造方法。具体说是在云制造模式中，基于用户服务请求的驱动，“自上而下”的实现从复杂的服务请求到服务组合路径映射的一种方法。本发明基于服务间的可组合关联关系来发现抽象服务间的偏序关系，以实现抽象服务的聚合；利用哈斯图的思想构建了服务组合路径完全图；基于服务组合路径可组合度的计算方法，通过求解最大可组合度来选取服务组合路径。本发明具有如下优点：构造方法简洁，适用性、操作性强，可扩展性好。

Description

一种面向云制造的服务组合路径构造方法

技术领域

本发明涉及一种面向云制造的服务组合路径构造方法，即一种根据抽象服务集生成服务组合路径完全图，并从中选取最优服务组合路径的方法。该发明属于分布式制造系统信息集成技术领域。

背景技术

虽然网络化制造已经有了较大的发展，但是无论在技术上还是运营模式还存在着一定的问题，如缺乏服务的集中管理和运营，没有很好地解决制造资源的动态共享与智能分配以及在网络通信、数据传输中的安全性等，这些问题严重阻碍了网络化制造的推广应用。针对当前制造业信息化发展和应用过程中遇到的瓶颈问题，结合云计算、物联网、面向服务的技术、高性能计算技术等理念和新技术，中国工程院李伯虎院士及其团队提出了一种基于云计算服务模式的网络化制造新模式——云制造(Cloud manufacturing，CMfg)，并已在学术界和工业界都得到了广泛的认可。云制造是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化智能制造新模式，是对现有网络化制造与服务技术进行的延伸和变革。它将各类制造资源和制造能力虚拟化、服务化，构成制造资源和制造能力池，并进行统一的、集中的智能化管理和经营，实现智能化、多方共赢、普适化和高效的共享和协同，通过网络和云制造系统为制造全生命周期过程提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的服务。

在基于服务的虚拟企业应用过程中，服务被认为是最重要的组成单元，通过服务提供者(Service Provider)、服务请求者(Service Requester)和服务注册中心(Service Registry)三个基本角色的交互，完成服务的封装、发布、查找、组合、绑定和调用等活动，进而实现具体的应用。但是，注册中心中的服务一般保持着较小的粒度，即以功能相对简单的单个服务或原子服务的形态出现。当服务请求者提出复杂任务需求时，单个服务往往不能满足用户的需求，就需要将若干个服务进行组合，形成功能更强的组合服务以实现服务增值的目的，即服务组合。

在云制造模式下通过服务的组合实现资源及服务的整合，首先需要将无法被已有服务所满足的复杂任务请求分解为一系列的子任务，针对每一子任务，为其分配合适的具体服务，实现复杂任务请求到云制造系统中已有具体服务的映射，为下一步通过执行服务来完成用户的服务请求提供可能。在这个过程中，首要的就是将由子任务匹配得到的抽象服务按照一定的逻辑顺序和流程构造成服务组合路径，然后再对服务组合路径进行抽象服务到具体服务的实例化操作。因此，服务组合路径的构造是一个关键性的问题。

但是，目前针对服务组合的研究大多都是假设在服务组合路径的实例化操作已经完成的情况下，进行的服务组合方法和优化研究，忽略了服务组合路径构造这一重要环节，对服务组合路径构造没有可行性的技术细节方面的研究工作。鉴于现有研究中的不足，为了解决服务组合路径构造问题，给出服务组合路径构造方法是目前云制造技术中一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明涉及一种面向云制造的服务组合路径构造方法，即一种只需要把用户的服务请求和匹配得到的抽象服务集信息输入，便可构造出服务组合路径，从而为下一步具体服务组合方案的生成和优选等操作提供技术支持的方法。

本发明提出一种面向云制造的服务组合路径构造方法，即一种在服务请求的驱动下，根据抽象服务集生成服务组合路径图，并由此选取最优服务组合路径的方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1)把服务请求也看成一个有着输入\输出功能的服务，因此，将服务请求分解为输入请求抽象服务和输出请求抽象服务，其中输入请求服务为只包含了服务请求的输入而输出为0的服务，输出请求服务为只包含了服务请求的输出而输入为0的服务。

步骤2)对于给定的任务分解后为子任务所匹配到已存在的抽象服务构成的服务集，要生成服务组合路径，首要的问题就是发现各个抽象服务之间的偏序关系，即为每个抽象服务寻找它所有可能的前序服务或后序服务。对于由输入请求抽象服务、输出请求抽象服务和一系列抽象服务组成的集合，建立两个数组，一个为各个服务的输入参数数组，另一个为各个服务的输出参数数组，然后计算两个数组中元素的相似度，进而推理找出这些抽象服务间的偏序关系。

步骤3)利用哈斯图来表示所有抽象服务以及抽象服务间的偏序关系，就可以得到服务组合路径完全图。鉴于服务组合路径构造的特殊性，需要将服务请求的输出和输入必须分别置于在哈斯图的第一层和最末层，并且当抽象服务间的偏序关系中出现并行关系或分支关系时，就把具有并行关系或分支关系的抽象服务画在同一层上。

步骤4)在服务组合路径完全图中寻找可组合关联度均值最大的那一条服务组合路径。由于每一条服务组合路径上的抽象服务的个数并不相同，因此，最优的服务组合路径在服务组合路径完全图中应为可组合关联度均值最大的那条连通路径。同时，鉴于抽象服务间关系的复杂性，服务组合路径中可能不仅包含简单的顺序结构形式，很可能还包含着并行、分支和循环结构，因此，在对服务组合路径进行选取前，首先要对服务组合路径中包含的并行、分支和循环结构进行化简和合并，将所有的服务组合路径均转化为仅含有顺序结构的形式，然后在服务组合路径完全图中寻找以输入请求抽象服务为起始点、以输出请求抽象服务为终点，并且可组合关联度均值最大的连通路径。

本发明具有以下优点：

1、本发明针对现有研究缺乏服务组合路径构造方法的技术细节的可行性成果，详细给出了服务组合路径的生成与选取过程，不仅实现了服务组合路径的构造，而且为后续的服务组合操作提供了支撑。

2、本发明设计了服务组合路径的生成方法，可以准确、全面的生成所有的服务组合路径。

3、本发明设计了服务组合路径的选取方法，可以有效的选取最优的服务组合路径。

附图说明

图1是面向云制造的服务组合路径构造过程示意图；

图2是抽象服务间偏序关系形成过程图；

图3是服务组合路径生成过程图；

图4是服务组合路径选取过程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明主要包括一种面向云制造的服务组合路径构造方法。对于用户提出的服务请求这一任务需求，将此服务请求任务分解为多个子任务，基于服务请求分解后每一子任务所匹配到的已存在的抽象服务，依据这些抽象服务之间的偏序关系构造出不同的服务组合路径，再通过可组合关联度的评估就可以选取到最优的服务组合路径，从而实现服务组合路径的构造，其过程参见附图1。具体实现步骤如下：

第一步，抽象服务间偏序关系的形成，其过程参见附图2。

首先，将服务请求分解为输入请求抽象服务和输出请求抽象服务，连同为子任务所匹配到的那些抽象服务就形成了总的抽象服务集。然后建立两个数组，一个为存放所有抽象服务的输入参数的输入参数数组，另一个为存放所有抽象服务的输出参数的输出参数数组。

其次，为每一个抽象服务的输入参数，在输出参数数组中寻找与其有一定相似性的输出参数。这里，抽象服务的输入参数和输出参数是由多个参数概念、属性和属性值构成的，输入参数和输出参数的相似性是指两者是否具有相同的参数概念、属性和属性值。

再次，如果此抽象服务的输入参数仅与一个抽象服务的输出参数具有相似性，则标记这两个抽象服务具有顺序关系；如果此抽象服务的输入参数与两个或两个以上的抽象服务的输出参数的合集具有相似性，则标记这些抽象服务具有并行关系；如果此抽象服务的输入参数与两个或两个以上的抽象服务的输出参数分别都具有相似性，则标记这些抽象服务具有分支关系；如果此抽象服务的输入参数与某一个抽象服务循环多次的输出参数的合集具有相似性，则标记这两个抽象服务具有循环关系。例如，如果一个抽象服务S_i的输入参数仅与抽象服务S_j的输出参数具有相似性，则S_i和S_j具有顺序关系；如果一个抽象服务S_i的输入参数与抽象服务S_j和抽象服务S_k的输出参数的合集具有相似性，则S_j和S_k具有并行关系；如果一个抽象服务S_i的输入参数不仅与抽象服务S_j的输出参数的具有相似性，并且与抽象服务S_k的输出参数也具有相似性，则S_j和S_k具有分支关系；如果一个抽象服务S_i的输入参数与抽象服务S_j循环多次的输出参数的合集具有相似性，则S_j和S_k具有循环关系。

最后，搜索输入参数数组中的所有元素直至所有的输入参数均被搜索完毕，则可以找出所有抽象服务间的偏序关系。

第二步，构造服务组合路径完全图，其过程参见图3。

首先，输入两个集合，一个集合中包含了所有的抽象服务，另一个集合中包含了抽象服务间的偏序关系。

其次，哈斯图是指图中的每个结点表示集合中的一个元素，结点的位置按它们在偏序中的次序从底向上排列，这样画出的图叫做哈斯图。这里，将输出请求抽象服务画在哈斯图的第1层，寻找与输出请求抽象服务具有偏序关系的服务并将它们画在哈斯图的第2层，再寻找与第2层的服务具有偏序关系的服务并将它们画在哈斯图的第3层，以此类推，直至到达输入请求抽象服务，并将输入请求抽象服务画在哈斯图的最末层。

最后，将具有偏序关系的抽象服务节点之间用有向边连接，对具有并行、分支或循环关系的服务进行标记，就得到了服务组合路径完全图。

第三步，选取最优服务组合路径，其过程参见图4。

首先，将服务组合路径完全图中包含的所有并行、分支和循环结构均作为一个整体，把每个整体结构中的所有抽象服务的输入参数集合起来作为这个整体的输入参数集，同样的，把每个整体结构中的所有抽象服务的输出参数也集合起来作为这个整体的输出参数集，这样就把所有的服务组合路径均转化为仅含有顺序结构的形式。

其次，计算具有顺序结构关系的各个抽象服务间可组合关联度，即在输入参数和输出参数上相似的程度，并将其作为服务组合路径完全图中有向边的权重。

再次，从第1层的输出请求抽象服务开始，在第2层的抽象服务中找出存在有向边指向输出请求抽象服务的抽象服务，并标记第2层的这些抽象服务到输出请求抽象服务的路径长度。然后，为第3层的每一个抽象服务寻找到达输出请求抽象服务最长的路径，并标记第3层的这些抽象服务到输出请求抽象服务的路径长度，重复这样的过程直至到达最末层输入请求抽象服务，由此得到多条从输入请求抽象服务指向输出请求抽象服务的服务组合路径。

最后，计算所得到的每一条服务组合路径上的所有抽象服务间的可组合关联度，选取可组合关联度均值最大的那条路径就为所要求的最优服务组合路径。

Claims

1.一种面向云制造的服务组合路径构造方法，用于分布式制造系统信息集成，其特征在于：以用户的服务请求为驱动，对于用户提出的服务请求这一任务需求，将此服务请求任务分解为多个子任务，针对由子任务匹配得到的抽象服务集，找出这些抽象服务之间的偏序关系，并按照流程逻辑关系构造出具有最大可组合关联度均值的服务组合路径；包括以下步骤：

步骤1）将服务请求分解成两个抽象服务，即输入请求抽象服务和输出请求抽象服务；

步骤2）对于由输入请求抽象服务、输出请求抽象服务和一系列抽象服务组成的集合，建立两个数组，一个为各个抽象服务的输入参数数组，另一个为各个抽象服务的输出参数数组；

步骤3）基于输入参数数组和输出参数数组中元素的相似度，找出这些抽象服务间的偏序关系；

步骤4）将所有抽象服务以及抽象服务间的偏序关系用哈斯图表示，得到服务组合路径完全图；

步骤5）在服务组合路径完全图中寻找以输入请求抽象服务为起始点、以输出请求抽象服务为终点的连通路径，选取可组合关联度均值最大的连通路径就得到了所要求的服务组合路径；可组合关联度即在输入参数和输出参数上相似的程度，并将其作为服务组合路径完全图中有向边的权重；

步骤4）中所说的服务组合路径完全图是指以输入请求抽象服务为起点，以输出请求抽象服务为终点，用服务间的有向边来表示服务之间的偏序关系，以有向边所连接的两个服务之间的可组合关联度作为该有向边的权重，并且包含了所有可能的服务组合路径的服务组合路径图。

2.根据权利要求1所述的一种面向云制造的服务组合路径构造方法，其特征在于：步骤1）中所说的输入请求抽象服务为只包含了服务请求的输入而输出为0的服务，输出请求抽象服务为只包含了服务请求的输出而输入为0的服务。

3.根据权利要求1所述的一种面向云制造的服务组合路径构造方法，其特征在于：步骤2）中所说的一系列抽象服务是指将服务请求分解成子任务后，对子任务进行解析，并为每个子任务匹配到的抽象服务。

4.根据权利要求1所述的一种面向云制造的服务组合路径构造方法，其特征在于：步骤3）中所说的抽象服务间的偏序关系是指服务的前序、后序关系。

5.根据权利要求1所述的一种面向云制造的服务组合路径构造方法，其特征在于：步骤5）中所说的可组合关联度均值最大的连通路径的计算方法为：连通路径中所有有向边的权重之和取平均值。