CN103905548B - 一种信息服务的替换对象选择方法 - Google Patents

Abstract

随着用户需求的多样性和网络环境的日益复杂性，对信息服务系统的用户个性化需求越来越高，组合服务的复杂程度也越来越高，选择最优的替换对象对解决服务替换相关问题具有重要意义。本发明提出了一种信息服务的替换对象选择方法，基于已有分服务流程分层方法，提出了从上下文感知的角度，确定服务成本决策因素，在此基础上，提出了一种替换对象的判断模型和替换对象决策方法(Decision Making Method for Substitution Object,DMMSO)，进而确定替换对象。本方案能有效降低服务替换成本，提高对用户个性化需求的适应性，更加适应用户个性化需求越来越高的环境。

Description

一种信息服务的替换对象选择方法

技术领域

本发明是一个在开放、异构的复杂网络环境下，实现在服务发生故障后，一种选择替换对象的方法。主要针对开放网络环境的动态性、异构性及服务日益增多特点，提出的一个服务替换对象决策模型。利用此模型实现对上下文实时感知的最优替换对象的选择过程，解决服务替换过程越来越复杂的问题，属于信息服务、分布式计算、计算机软件技术应用领域。

背景技术

信息服务是以开发利用信息资源为基础，根据用户需求，运用电子信息技术对相关知识内容进行采集、加工、存储、传输、检索和利用，以新的序列化的知识单元提供给用户的服务工作。在信息服务的演变过程中，P2P服务、网格服务、Web服务、SOA和云服务扮演着重要的角色，可以说，信息服务是诸多具体服务形式高层次的抽象与凝练。信息服务具有与平台无关、松耦合、可表达、可发现、可组合和可替换等服务特性。

面对日益个性化的用户需求，单个服务往往不能满足，这时就需将已有的多个原子服务进行组合，以便产生满足用户特定的复杂功能需求的、增值的组合服务。然而，由于硬件或软件的原因，某些服务在执行时可能出现失效的情况，为了解决这个问题，服务的替换研究成了必不可少的一部分，目前这部分的研究工作已经取得了许多成果。另外，服务的替换问题与服务的发现问题密切相关，服务发现领域的一些研究成果为服务的可替换分析作出了重要贡献，主要集中在如何找出与需求功能相似的服务。找出最优替换对象对降低服务替换成本，满足用户的个性化需求和提高服务替换效率均具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种开放复杂网络环境下的信息服务的替换对象选择方法，即基于上下文的实时感知结果，构建服务替换成本决策信息模型，得出服务替换成本及替换成本决策矩阵，并最终实现基于此模型的服务替换对象选择实现方案。

技术方案：首先，给出本发明中的概念定义如下：

1）连接样式是指在组合服务流程中，两个服务之间的执行流程的方式，如顺序，选择，并列等。

2）第k层邻居是指服务的第k(k≥0)层邻居指所有与服务之间有k个连接样式的服务。

3)上下文模型（ContextModel,CM）是由影响服务运行与维护的一系列因素，如组合服务的操作流程，输入输出消息，网络流量延时等，包括服务组合上下文，服务运行时的网络上下文等等，所组成的多维元组，模型中描述方式是基于XML语言的以满足与用户请求信息的匹配要求，即CM={con₁，con₂，…，con_n}，其中con_i表示上述各因素。

4)替换成本（Substitution Costs，SC）即完成对替换对象的替换过程所需的替换代价的集合，包括耗费的时间多少，占用网络资源的多少，耗费的流量等等，也是一个维数不确定的多元组，即SC={cost₁，cost₂，…，cost_n}，其中cost_i表示耗费的时间、占用的网络流量等。

5)替换成本决策信息模型（The Decision-making information Model ofCosts,DMC）是由一系列用户关心的影响服务替换代价的因素，本发明将替换成本决策信息模型中的信息分为两个部分：第一为固定部分，目的是降低替换成本，包括延迟、服务时耗、服务空耗、服务大小四个方面；第二为可变部分，目的是提高替换质量，满足用户个性化需求，这部分的因素和个数并不固定，包括例如用户对服务的QoS要求，位置，网络，及用户的特殊要求等等，根据实际情况确定。即DMC={con₁，con₂，…，con_m}，是上下文模型CM的子集。

6)替换对象决策矩阵（Substitution range Decision Matrix,SDM）是计算最优替换对象的依据，是替换成本的集合，即

其中SC_i表示以序号为i的子服务为替换对象时的替换成本，cost_ij表示序号为i的子服务为替换对象的替换成本中第j维属性的替换代价。

本发明中服务替换对象指当组合服务出现故障时，在组合服务流程中需要进行替换的某失效子服务或者由若干包括失效子服务组合而成的新的子服务。

因为在服务软件体系中，三种关键技术，包括Web服务描述语言Web ServiceDescription Language(WSDL)、Web服务交互协议Simple Object Access Protocol(SOAP)和Web服务发布和发现的规范Universal Description，Discovery,Integration(UDDI)，他们均是基于XML进行统一格式封装的，为了便于匹配计算，本文对上下文模型中的信息元素，也进行基于XML的统一封装。

由于网络环境和服务的上下文信息中的某些属性具有一定的随机性和偶然性，所以需要根据当前的实时数据计算服务替换对象，本文将此过程分三步进行：1）在不同的替换对象下，计算替换成本决策信息模型中某个属性的替换代价；2）在相同的替换对象下，计算替换成本决策信息模型中每个属性的替换代价。完成以上两步的计算会得到服务替换对象决策矩阵。3）考虑到用户的个性化需求，从服务替换对象决策矩阵中计算出最优的替换对象。

本发明的一种信息服务的替换对象选择方法根据上下文信息对服务的替换对象进行动态选择，该方法首先根据使用目的给出了一种上下文模型，然后构建替换成本决策信息模型，通过计算替换成本得出替换对象决策矩阵，进而得到一个最优的服务替换对象，具体步骤如下：

第一步，对服务按组合流程图进行分层，服务s1与服务s2之间有k个连接样式，则服务s2是服务s1的第k层邻居，依次增大，得到各服务替换对象的集合；

第二步，获取上下文信息，构建上下文模型；

第三步，从上下文模型中，得到替换成本决策信息模型中的固定部分和可变部分；

第四步，根据替换成本决策信息模型，计算得到各替换对象的替换成本集合；

第五步，得到各替换对象替换成本集合后，通过计算得到替换对象决策矩阵；

第六步，对得到的替换对象决策矩阵中各替换对象的相同维度的替换代价进行归一化处理，得到归一化后的替换对象决策矩阵;

第七步，计算归一化处理后的替换对象决策矩阵中，各替换对象的替换成本值，得到一个各替换对象替换成本值的集合；

第八步，从替换对象替换成本值的集合中，选择值最小的替换对象，此对象即为最优替换对象。

其中：

第二步获取上下文信息，构建上下文模型中的相关定义和构建方法如下：

上下文：包括服务组合上下文，服务运行时的网络上下文；将服务的上下文定义为影响服务运行与维护的一系列因素，有组合服务的操作流程、输入输出消息和网络流量延时，

上下文模型：将上下文信息进行了归纳整理，分为服务外部属性、服务内部属性。使用CM表示上下文模型。

服务内部属性：包括基本属性和扩展属性，服务外部属性是指服务所处外部环境的相关信息，包括位置、网络和消息，

服务内部属性：指服务内部自身的相关信息，分为基本属性和扩展属性，包括内部操作流程、QoS、接口信息，

构建方法：将上下文模型中的信息构建成如下形式：

CM={服务内部属性，服务外部属性}={{服务内部属性，{基本属性，扩展属性}}，并将CM中各属性数据使用XML语言进行统一封装。

第三步得到替换成本决策信息模型中的固定部分和可变部分，具体方法如下：

1）固定部分：包括延迟、服务时耗、服务空耗、服务大小四个方面，

对于替换成本决策信息模型中的固定部分的获取问题：

如值为空，则返回值NULL，如不为空，则按顺序复制各值；执行过程中将XML的数据封装格式去除，只保留数字内容，时间统一单位为秒s，空间统一单位为千字节KB，

2）可变部分：这部分的因素和个数并不固定，包括用户对服务的QoS要求、位置、网络及用户的特殊要求，

对于替换成本决策信息模型中的可变部分的获取：

本方法中的上下文信息和用户请求信息均基于XML统一的文档封装，将用户的请求信息与上下文模型中的信息进行直接文本匹配确定替换成本决策信息，然后，按固定部分介绍的获取方法将匹配到的属性信息，从上下文模型中向替换成本决策信息模型中的可变部分对应一一转换。

第四步根据替换成本决策信息模型，计算得到各替换对象的替换成本集合，所用的公式如下：

cos_t＝t_min∈DMC_t＝{con₁,con₂,...,con_n}，式中cos_t表示在时耗维度上的替换代价，t_min表示最小时间，DMC_t表示在时耗维度上的替换成本决策信息模型，con_i表示第i个替换对象的时耗，用于得到替换成本。

第六步对得到的替换对象决策矩阵进行归一化处理，得到归一化后的替换对象决策矩阵，所用的公式如下：

1）i＝1,2,…,m,j＝1,2,…,n，式中cost_ij表示序号为i的子服务为替换对象的替换成本中第j维属性的替换代价，用于对各替换成本进行归一化处理；

2）式中SDM′_m×n表示归一化后的替换成本决策矩阵，m表示替换对象的个数，n表示各替换成本中属性的个数，SC_i表示以序号为i的子服务为替换对象时的替换成本，此式用于表示归一化处理后的替换对象决策矩阵。

第七步计算得到一个各替换对象替换成本值的集合，所用的公式如下：

ω₀+ω₁+…+ω_n＝1,ω_k∈[0,1]，式中cost_ij与SC_i和上文表述的意思相同，ω_k表示用户对第i个替换对象的替换决策信息中的第k个属性所给的权重，用于计算各替换对象的所需的替换成本值。

有益效果：本发明介绍了一种信息服务的替换对象选择方法，根据上下文信息对服务的替换对象进行动态选择，而非传统的大多方法中单纯选择组合服务中的失效部分作为替换对象，更加适用于当前的网络环境和满足用户的个性化需求，具体有益效果如下：

1）方案中对上下文的相关信息进行了分类整理，并根据用途给出了上下文的定义，能够容易地理解和使用上下文解决问题。

2）该方案中将用户的个性化需求作为计算替换对象决策信息中变化部分的依据，为在服务的替换问题中考虑用户的个性化需求提供了一种有效且合理的途径。

3）方案中的替换对象决策信息中的固定部分，定义为延迟、服务时耗、服务空耗、服务大小四个方面从不同角度反映替换的成本，通过计算，能够找到替换成本相对最低的替换对象。

4）方案与现有的服务替换方法是兼容的，该方案是执行替换方法的上一步骤，因为方案中的替换对象集中的各元素具有自包含性，即各元素均为粒度大小不同的子服务，所以计算得出的最优替换对象仍适用现有的替换方法。

5）方案中在计算服务替换成本决策矩阵时，考虑到用户的个性化需求，使用加权的方法对服务替换成本决策矩阵进行了修正，更加有益于满足用户的偏好需求。

在以用户体验为中心的软件服务体系中，服务的替换问题同样应该考虑用户的个性化需求，该方案提供了一种新的途径，找到最优的替换对象不仅能够降低替换成本，提供替换的效率，而且以用户为中心，可以实现更加优质的用户体验。

附图说明

图1所示为服务上下文模型；

图2所示为替换对象决策模型；

图3所示为信息服务的替换对象选择方法流程。

具体实施方式

由于失效子服务与其他子服务组合后，成为一个新的子服务，仍可以把这个新的子服务整体当成新的失效子服务，以此类推，即可得到各替换对象，故本文只介绍失效子服务的替换成本，在其他替换对象情况下，以此类推即可。由定义4知，服务替换成本决策信息模型中的信息并不是固定的，其维数也不是固定的，由上下文模型中的信息确定，但各维信息是相互独立的，因此本文通过举某一维信息的计算方法，即可类推其他维度信息的计算过程。例如计算的某维度是时间t，则可按公式1得到在时耗维度上的替换代价cos_t。

cos_t＝t_min∈DMC_t＝{con₁,con₂,...,con_n} (1)

按定义2中所述，其他维度以此类推，即可得到替换成本SC。

上文得到了替换成本SC，将各元素归一化后，按定义6所述，即可得到替换对象决策矩阵。经过信息的采集和替换成本的计算，得到了替换对象决策矩阵，需要根据此矩阵得到最优的服务替换对象。考虑到用户的个性化需求，用户对不同服务属性的要求是不同的，有些需要快速响应，有些对服务的可靠性有更高要求等等，所以本文根据用户给出的各属性要求的高低，分配了不同的权重，要求越高的属性，权重越高，反之越低，需要说明的是对于用户给出各属性要求高低的相关研究已有了相关的进展，但不是本文研究重点，故此处不作详细介绍。由公式（2～4）得出最优服务替换对象。

其中公式2是对替换对象决策矩阵中各替换对象的相同维度的替换代价进行归一化，公式3是归一化处理后的替换对象决策矩阵，公式4是用来计算归一化处理后的替换对象决策矩阵中，各替换对象的替换成本值，会得到一个各替换对象替换成本值的集合，即{|SC′₀|,|SC₁′|,…,|SC′_m|}^T。最后对此集合进行排序，取替换成本值最小的第i个替换对象为最优服务替换对象，即|SC_i′|_min∈{|SC′₀|,|SC₁′|,…,|SC′_m|}^T。

具体实施步骤如下：

第一步，按定义1～2，根据服务组合流程，将失效服务分别与第k层邻居集进行排列组合，得到候选替换对象集合；

第二步，获取上下文信息，构建上下文模型；

第三步，将用户的请求信息与上下文模型中的信息进行匹配，确定各候选替换对象的替换成本决策信息DMC；

第四步，根据替换成本决策信息模型，按公式3，得到各候选替换对象的替换成本SC；

第五步，得到替换成本SC后，按定义6所述，即可得到各候选替换对象的替换对象决策矩阵SDM；

第六步，按公式4对得到的替换对象决策矩阵中各替换对象的相同维度的替换代价进行归一化处理，得到归一化后的替换对象决策矩阵SDM′;

第七步，按公式6计算归一化处理后的替换对象决策矩阵中，各替换对象的替换成本值，得到一个各替换对象替换成本值的集合，即{|SC′₀|,|SC₁′|,…,|SC′_m|}^T；

第八步，从各候选替换对象替换成本值的集合中，选择值最小的候选替换对象，此对象即为最优替换对象。

Claims (1)

1.一种信息服务的替换对象选择方法，其特征在于根据上下文信息对服务的替换对象进行动态选择，该方法首先根据使用目的给出了一种上下文模型，然后构建替换成本决策信息模型，通过计算替换成本得出替换对象决策矩阵，进而得到一个最优的服务替换对象，具体步骤如下：

第一步，对服务按组合流程图进行分层，服务s1与服务s2之间有k个连接样式，则服务s2是服务s1的第k层邻居，依次增大，得到各服务替换对象的集合；

第二步，获取上下文信息，构建上下文模型；

第三步，从上下文模型中，得到替换成本决策信息模型中的固定部分和可变部分；

第四步，根据替换成本决策信息模型，计算得到各替换对象的替换成本集合；

第五步，得到各替换对象替换成本集合后，通过计算得到替换对象决策矩阵；

第六步，对得到的替换对象决策矩阵中各替换对象的相同维度的替换代价进行归一化处理，得到归一化后的替换对象决策矩阵；

第七步，计算归一化处理后的替换对象决策矩阵中，各替换对象的替换成本值，得到一个各替换对象替换成本值的集合；

第八步，从替换对象替换成本值的集合中，选择值最小的替换对象，此对象即为最优替换对象；

其中：

第二步获取上下文信息，构建上下文模型中的相关定义和构建方法如下：

上下文：包括服务组合上下文，服务运行时的网络上下文；将服务的上下文定义为影响服务运行与维护的一系列因素，有组合服务的操作流程、输入输出消息和网络流量延时，

上下文模型：将上下文信息进行了归纳整理，分为服务外部属性、服务内部属性，使用CM表示上下文模型，

服务外部属性：包括基本属性和扩展属性，服务外部属性是指服务所处外部环境的相关信息，包括位置、网络和消息，

服务内部属性：指服务内部自身的相关信息，分为基本属性和扩展属性，包括内部操作流程、QoS、接口信息，

构建方法：将上下文模型中的信息构建成如下形式：

CM＝{服务内部属性，服务外部属性}＝{{服务内部属性，{基本属性，扩展属性}}，并将CM中各属性数据使用XML语言进行统一封装；

第三步得到替换成本决策信息模型中的固定部分和可变部分，具体方法如下：

1)固定部分：包括延迟、服务时耗、服务空耗、服务大小四个方面，

对于替换成本决策信息模型中的固定部分的获取问题：

如值为空，则返回值NULL，如不为空，则按顺序复制各值；执行过程中将XML的数据封装格式去除，只保留数字内容，时间统一单位为秒s，空间统一单位为千字节KB，

2)可变部分：这部分的因素和个数并不固定，包括用户对服务的QoS要求、位置、网络及用户的特殊要求，

对于替换成本决策信息模型中的可变部分的获取：

本方法中的上下文信息和用户请求信息均基于XML统一的文档封装，将用户的请求信息与上下文模型中的信息进行直接文本匹配确定替换成本决策信息，然后，按固定部分介绍的获取方法将匹配到的属性信息，从上下文模型中向替换成本决策信息模型中的可变部分对应一一转换；

第四步根据替换成本决策信息模型，计算得到各替换对象的替换成本集合，所用的公式如下：

cos_t＝t_min∈DMC_t＝{con₁，con₂，...，con_n}，式中cos_t表示在时耗维度上的替换代价，t_min表示最小时间，DMC_t表示在时耗维度上的替换成本决策信息模型，con_i表示第i个替换对象的时耗，用于得到替换成本；

第六步对得到的替换对象决策矩阵进行归一化处理，得到归一化后的替换对象决策矩阵，所用的公式如下：

1)式中cost_ij表示序号为i的子服务为替换对象的替换成本中第j维属性的替换代价，用于对各替换成本进行归一化处理；

2)式中SDM′_m×n表示归一化后的替换成本决策矩阵，m表示替换对象的个数，n表示各替换成本中属性的个数，SC′_i表示以序号为i的子服务为替换对象时的替换成本，此式用于表示归一化处理后的替换对象决策矩阵；

第七步计算得到一个各替换对象替换成本值的集合，所用的公式如下：

式中cost_ij与SC′_i和上文表述的意思相同，ω_k表示用户对第i个替换对象的替换决策信息中的第k个属性所给的权重，用于计算各替换对象的所需的替换成本值。