CN108270621A

CN108270621A - 一种基于mas的多云服务管理技术架构及模型

Info

Publication number: CN108270621A
Application number: CN201810060856.6A
Authority: CN
Inventors: 毛新军; 侯富; 刘佩妮; 张帅
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2018-07-10

Abstract

本发明属于多云服务管理技术领域，公开了一种基于MAS(Multi‑Agent System)的多云服务管理技术架构及模型；根据多云服务管理过程中自主、灵活、适应性的需求，提出多云服务管理方法和基于MAS的多云服务管理模型。该管理模型由三部分组成：云用户层、MAS管理层、云服务层，并能够利用自组织的方法对多云服务以一种统一、有序的方式来进行组织和汇聚，同时能够针对用户的需求及其变化自主透明的向用户提供服务。使用该方法和模型能更好的应对多云服务管理汇聚和提供过程中的内在和外在变化，使得基于MAS的多云服务管理更加的高效。

Description

一种基于MAS的多云服务管理技术架构及模型

技术领域

本发明属于多云服务管理技术领域，尤其涉及一种基于MAS的多云服务管理技术架构及模型。

背景技术

假设有一个用户请求某种类型的服务，该用户关于服务的需求主要体现在服务的响应时间上；假设有三个云提供相应的服务，分别为Cloud₁、Cloud₂和Cloud₅，其中Cloud₁上的S₁₂、Cloud₂上的S₂₁和Cloud₅的S₅₂都是用户所需要的服务类型。当用户只通过Cloud₂上的S₂₁实现服务的请求时，如果S₂₁发生变化而不能满足用户需求，那么Cloud₂会重新调整S₂₁运行所需的云资源来降低它的响应时间，但是在同一个云内部的服务会受到影响，例如，S₂₂，S₂₃或者S_2k。然而，从多云服务提供的角度出发，可以发现S₁₂和S₅₂都能够满足用户需求的，但是用户通过Cloud₂是无法了解或获取到这两个服务的。然而用户如果能够通过某种方法获取到S₁₂和S₅₂，那么用户就可以保证他的持续稳定运行，而在Cloud₂中的其他服务所受的影响也会被降低。多云服务提供方法能够解决云服务提供阶段的动态不确定性问题，然而用户的需求往往是多样和变化的，导致多云服务提供过程中，由于服务的动态变化性，用户与服务间的关系会变得更加复杂难控。最根本的原因是，当前互联网上的云服务管理多数以发散的方式实现的，而且云服务的管理是由提供商自身在其云内部管理实现的。此外，云及其部署环(如互联网)境通常是开放的，而随着云技术的普及应用，将会有越来越多的云和各种类型的云服务被部署和发布到互联网上，随着云用户的规模及数量急剧地扩大，这将导致多云服务的管理和提供变得愈发困难和复杂，而针对这种管理的复杂性，完全由人工的方式实现是不现实和低效的。因此，需要一种能够对分布在多个云上的服务(简称多云服务)管理的方法，该方法的目的是使得多云服务被统一、有序、自主地管理，进而使得云服务能够以一种自主透明方式提供给用户，降低管理和提供过程的复杂性。当前多云服务的管理所面临的挑战可以解释为下三方面子问题：如何以自主的方式汇聚分散于互联网上的云服务并对多云服务的变化进行管控，使得所汇聚的云服务的管理变得更加有序，保证多云服务能够以透明的方式被提供？针对服务状态的变化情况，如何快速发现并准确地提供满足用户多样需求的云服务，即如何优化提供多云服务？针对用户需求及其变化，如何提供多云服务并保证多云应用的持续稳定运行？

综上所述，现有技术存在的问题是：多云服务能够解决云服务动态不确定性所产生的管理问题，但是频繁的服务切换会增加多云服务管理的代价，同时降低应用运行性能，而用户需求的多样和变化性特征，将使得用户与服务间关系变得复杂难控。此外，云及其部署环境(如，互联网)的开放性会使得越来越多的云服务被部署和发布到互联网上，而云用户的规模及数量也会急剧地扩大，将使得多云服务的管理的复杂性和困难性进一步提升。针对这种管理的复杂性，完全由人工的方式解决是不现实和低效的。因此，需要一种能够对分布在多个云上的服务(简称多云服务)管理的方法，该方法的目的是使得多云服务被自主、有序地管理，进而使得云服务能够以一种透明方式提供给用户，降低管理过程的复杂性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于MAS的多云服务管理技术架构及模型。

本发明是这样实现的，一种基于MAS的多云服务管理方法，所述基于MAS的多云服务管理方法包括：

将多云服务按照规则分类，指定相应管理者对服务管理，管理者向用户服务自主提供服务；

基于多云服务的自主汇聚结果，构建多云服务的场模型，利用模型对同类型的云服务精化分类；

基于博弈的服务优化提供方法，根据多云服务场模型中服务的发现结果，分析服务动态不确定性对用户选择影响，同时将用户的选择行为因素引入多云服务竞争博弈决策过程；

根据用户的需求，自主汇聚和提供的服务会在服务场模型和优化提供方法优化处理后提供给多云应用。

本发明的另一目的在于提供一种所述的基于MAS的多云服务管理方法的基于MAS的多云服务管理系统，所述基于MAS的多云服务管理系统包括：

多云服务自主汇聚和提供模块，用于将多云服务按照规则分类，指定相应的管理者对服务进行管理，管理者向用户服务自主提供服务；

服务场模型及服务发现模块，用于基于多云服务的自主汇聚结果，构建多云服务的场模型，利用模型对同类型的云服务进行精化分类，使得多云服务的动态演化性变化能够被直观地刻画；

服务优化提供模块，用于根据多云服务场模型中服务的发现结果，分析服务动态不确定性对用户选择影响；

云应用ARE2模式模块，用于根据用户的需求，自主汇聚和提供的服务会在服务场模型和优化提供方法优化处理后提供给多云应用。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于MAS的多云服务管理方法的管理模型，所述管理模型包括：

用户层，是管理模型的最上一层，用户是实际的云服务的使用者，包括人和软件应用；当用户请求某一服务时，用户与负责服务管理的软件agent，软件agent会根据用户的需求获取服务并向用户提供相应的服务功能；

云服务层，位于管理模型的底层，由一系列的云组成，每个云中包含着服务，服务会被一系列的软件agent所管理；

MAS管理层，位于管理模型的中间层，实现用户和多云服务间连接、沟通和管理的一层；由一组软件agent构成，根据软件agent自身所管理的服务类型和职责，将他们自主的划分成若干的服务管理组，当服务管理组中软件agent数量太多或者有新类型的服务被管理，服务管理组就会自动的分裂或创建新的服务管理组。

进一步，所述管理模型MAS管理层，从云服务层的角度看负责对动态不确定性云服务的管理，通过对云服务动态方面的感知，根据服务的功能和状态对多云服务聚合、组织和分类，实现对多云服务的聚合和组织的目的就是使得发散的云服务能够以统一、有序的方式被整合和管理；从用户层的角度看负责完成高质量服务的高效透明提供的任务，以自主的方式向用户提供服务。

本发明的另一目的在于提供一种所述管理模型的软件agent，所述软件agent包括：

服务管理者，根据给定的规范管理一组服务，每一个管理者通常被设计来管理一组具有相似功能的服务并向用户提供其所管理的服务；当服务管理者接收到用户的服务请求后，管理者根据用户的需求搜索并选择恰当的服务，然后返回给用户；服务请求代理，应用的用户需求管理和服务请求发现，包括：分析和管理用户所请求服务的功能和非功能需求。

本发明的另一目的在于提供一种所述管理模型MAS层运行机制，所述机制采用自组织的思想，该思想的本质是在没有明确的外部控制情况下运行态系统能改变自身的组织结构。在MAS管理模型中运用自组织管理思想，从云服务层的角度看，关注多云服务的汇聚组织；从用户层的角度看，关注多云服务提供变化。

服务的汇聚和组织发生在新服务部署阶段和服务管理平衡阶段。在新服务部署阶段，新服务将会被分配给对应的服务管理者进行管理，如果该管理者不负责管理这个新服务，则会与其它管理者交互协商，直到找到对应职责的服务管理者来管理该新服务。在服务平衡阶段，服务管理者对服务管理关系进行调整，在发生服务失效或不可访问的情况下，通过对服务管理结构的调整和重组保证服务的平衡。

服务提供变化发生在用户需求变化或用户需求不可满足时，需求变化情况下，服务请求代理通过重新搜索、过滤、发现新的服务来满足用户的需求变化；需求不可满足情况下，服务管理者通过与其它管理者交互协作实现服务提供的目标满足用户需求。

本发明分析了多云服务的特点，以及多云服务管理的自主性需求。为了满足这些需求，应对多云服务和用户需求的动态性、不确定的特征，以及多云服务管理过程中自主、灵活和适应性的需求，提出了一个多云服务自主管理的技术架构和基于MAS的多云服务管理模型，该模型由三部分组成：云用户层、MAS管理层、云服务层，模型能够支持对多云服务的管理，使得多云服务以一种统一、有序的方式组织，同时能够针对用户的需求及其变化自主透明的向用户提供服务。同时，提出了该模型的管理核心思想——自组织思想，该思想主要是利用自组织的方法使得基于MAS的多云服务管理更加的高效，能够更好的应对服务管理和提供过程中的内在和外在变化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于MAS的多云服务管理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的多云服务自治管理和优化提供技术架构示意图。

图3是本发明实施例提供的多云服务的MAS管理模型示意图。

图4是本发明实施例提供的多云服务的MAS管理模型中两类软件agent及其关系示意图。

图5是本发明实例提供的多云服务自组织思想示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于MAS的多云服务管理方法包括：

S101：将多云服务按照某种既定的规则分类，然后会指定相应的管理者对服务进行管理，管理者通过一定的方式向用户服务自主提供服务；

S102：基于多云服务的自主汇聚结果，构建多云服务的场模型，利用该模型对同类型的云服务进行精化分类，使得多云服务的动态演化性变化被直观地刻画；

S103：基于博弈的服务优化提供方法，根据多云服务场模型中服务的发现结果，利用博弈论和市场经济学的思想和理论，分析服务动态不确定性对用户选择影响，同时将用户的选择行为因素引入多云服务竞争博弈决策过程，实现多云服务的优化提供；

S104：云应用的ARE2模式，根据用户的需求，自主汇聚和提供的服务会在服务场模型和优化提供方法优化处理后提供给多云应用，多云应用利用ARE2模式持续运行，并能适应多云服务和用户需求的变化，并实现多云应用的在线演化。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

1、多云服务自主管理的技术架构，如图2所示，包括多云应用的ARE2模式、多云服务的自主汇聚和提供方法、服务场模型及服务发现方法和基于博弈的服务优化提供方法四个部分。

多云服务的自主汇聚和提供方法(Autonomous Aggregation and Provision)，是多云服务管理的技术基础，为多云服务管理及发现的提供了精化的服务基础，同时也能够实现多云服务的优化提供和支持多云应用的服务请求。多云服务的自主汇聚和提供方法将多云服务按照某种既定的规则分类，然后会指定相应的管理者对服务进行管理，这些管理者将通过一定的方式向用户服务自主提供服务。

服务场模型及服务发现方法(Service Field Model and Discovery Method)，基于多云服务的自主汇聚结果，构建多云服务的场模型，利用该模型对同类型的云服务进行精化分类，使得多云服务的动态演化性变化能够被直观地刻画，同时基于该服务场模型，能够快速搜索、过滤多云服务并准确地找到满足用户需求的云服务。

基于博弈的服务优化提供方法(Provision Method Based on Game Theory)，根据多云服务场模型中服务的发现结果，利用博弈论和市场经济学的思想和理论，分析服务动态不确定性对用户选择影响，同时将用户的选择行为因素引入多云服务竞争博弈决策过程，实现多云服务的优化提供，既满足了用户的需求，又使得所有服务提供商获得最高的收益。

云应用的ARE2模式(Multiple Cloud Application ARE2 Pattern)，根据用户的需求，自主汇聚和提供的服务会在服务场模型和优化提供方法优化处理后提供给多云应用，多云应用利用ARE2模式持续运行，并能适应多云服务和用户需求的变化，并实现多云应用的在线演化。

2、基于MAS的管理模型

2.1多云服务管理的MAS模型

为了降低多云服务的管理复杂性，提升多云服务的提供效率，多云服务管理应主要关注用户对用户需求和服务变化的管理，能够针对服务和用户需求的变化调整服务提供和管理过程，而该过程需要以自主透明的方式实现。因此，为了实现该过程，云服务的管理需要具有服务状态变化信息的感知能力，尤其是在应用运行过程中对这些信息的监控(例如，服务的功能和QoS)，同时能组织和整理服务功能和非功能信息。换言之，除了服务的功能性信息外，多云服务的自主管理还需要监控服务运行状态以及它们所在云环境的变化状态，然后根据这些信息以自主的方式对服务聚合和分类，进而提升服务的搜索和提供效率。此外，多云服务的管理和提供过程应该适应服务及用户需求的变化。即当用户请求某一服务过程中，如果该服务状态发生变化而不能满足用户的需求，那么为了保证用户能够获得持续可靠地服务，多云服务管理应具有主动发现并根据服务的状态选择类似服务来满足用户需求的能力。直观的说，多云服务管理能够根据服务的状态和用户的需求自主的决策如何向用户提供服务。

根据上述多云服务管理和提供过程中所提能力的分析可知，可以利用软件agent对多云服务管理和提供实体进行抽象和封装，利用MAS的交互协作能力实现服务及其状态的管理和多云服务的自主透明提供。软件agent是一种位于特定环境的被封装的软件实体，灵活自主的行为能力保证了它的设计目标的实现，自主性和交互性是软件agent的本质属性。而一个MAS则是由一系列的软件agent构成，它们之间彼此能够交互协作。不像其他软件实体，如对象或actor，在某一定环境中的软件agent能够自主的应对外界环境和自身所发生的变化。此外，软件agent间可以利用它们的交互能力实现个体或全局性目标，而MAS技术利用它自身的构造结构，为复杂性问题的解决和建模提供了一种更为灵活的模式。因此，本发明将利用MAS技术对多云服务管理所面临的问题进行建模(如图3所示)，该模型包括三个不同的层次：

用户层(Tenants Layer)，它是该模型的最上一层，在该层中用户是实际的云服务的使用者，包括人和软件应用。当用户请求某一服务时，用户要与负责服务管理的软件agent(见图3中的中间层次)交互，然后这些软件agent会根据用户的需求获取服务并向用户提供相应的服务功能。

云服务层(Cloud Service Layer)，它位于该模型的底层，该层由一系列的云组成，每个云中包含着一定数量和类型的服务，这些服务将会被一系列的软件agent所管理。

MAS管理层(Multi-Agent System Management Layer)，它位于该模型的中间层，是实现用户和多云服务间连接、沟通和管理的一层。该层由一组软件agent构成，根据软件agent自身所管理的服务类型和职责，可以将他们自主的划分成若干的服务管理组，当服务管理组中软件agent数量太多或者有新类型的服务被管理，这些服务管理组就会自动的分裂或创建新的服务管理组。

MAS管理模型的核心就是MAS管理层，而从不同的角度观察该层，它体现出不同的功能和特性：

从云服务的观点，MAS管理层主要负责对动态不确定性云服务的管理，它的核心能力就是通过对云服务动态方面的感知，然后根据服务的功能和状态对多云服务聚合、组织和分类。而实现对多云服务的聚合和组织的目的就是使得发散的云服务能够以统一、有序的方式被整合和管理，同时能够支持高效透明化服务提供。

从用户的观点，MAS管理层主要负责完成高质量服务的高效透明提供的任务，而不需要考虑服务的部署和资源配置情况。由于云是随着时间动态变化和演化的，同时几乎所有的用户都期望从云中获取高质量有效的服务，而他们会随着对服务要求的变化而改变他们的需求，所以用户和云服务之间的复杂交互关系的管理将是一个极大的挑战。因此，多云服务的管理需要以自主的方式向用户提供服务，而这种自主管理和提供的过程则需要由MAS管理层实现，并且是在无人或较少的干涉下完成。

2.2 MAS管理模型中软件agent的分类

由于MAS管理层所扮演的是云服务和用户之间连接桥梁的角色，所以该层主要实现对用户层和云服务层上下两端关系的管理。从用户层到MAS管理层这端主要实现用户需求的管理以及向用户提供合适的云服务的功能，从云服务层到MAS管理层这端主要实现多云服务的汇聚和组织的功能。因此，在MAS管理模型中，为了支持多云环境下服务的管理和提供，软件agent应该被分成了两类：服务管理者和服务请求代理(如图4所示)。

1)服务管理者(Service Manager)

服务管理者是一种软件agent，它根据一个给定的规范(本发明称它为管理者职责)管理一组服务，每一个管理者通常被设计来管理一组具有相似功能的服务并向用户提供其所管理的服务。当服务管理者接收到用户的服务请求后，该管理者会根据用户的需求搜索并选择恰当的服务，然后返回给用户。在此过程中，服务管理者会感知云服务的上下文，并根据所感知的服务状态和用户的需求进行推理决策，然后自主地向用户提供服务；同时该管理者也会根据服务的请求数量自主地进行负载保持和平衡。一个服务管理者通常只管理某类型服务的一个或多个实例，但是一类服务可以被多个服务管理者所管理。此外，某类型服务的管理者集合会随着服务的数量的变化而动态变化的，而单个管理者所管理的服务集合会因为各种原因发生拆分或合并，例如，新服务被分配给服务管理者等。

通常云服务和服务管理者间的初始管理关系是由云服务管理人员利用服务的配置信息以手工的方式随机建立的，而该被选择的服务管理者会分析该配置信息并根据它的职责判断和确定云服务的最终管理关系：如果所配置的服务与其职责一致，那么该管理者将管理此服务；否者它将以其他的管理者协商确实该服务的最终管理者。在服务的管理过程中，如果某一服务管理者所管的服务数量超过它所能管理的范畴，该管理者会自动分裂为几个服务管理者，而这些管理者具有相同的管理职责，因此这些服务管理者会形成一系列的服务管理者群组(见图5中虚线椭圆型)，而在同一个组内的服务管理者具有相似的管理职责。在同一组内的服务管理者彼此之间会平衡它们的服务管理量，尤其是在新服务被配置或已有服务突然不可访问的情况下。

2)服务请求代理(Service Request Broker)

服务请求代理是一类软件agent，它本质是应用的一个服务代理，主要负责应用的用户需求管理和服务请求发现，该需求管理主要包括两种功能：分析和管理用户所请求服务的功能和非功能需求，以及保证服务请求负载的平衡。而每个应用都有一个独属它自身的服务请求代理，进而帮助应用处理它们变化的用户需求和功能任务。一个服务请求代理通常会利用用户的需求信息向它所了解的服务管理者请求应用所需的服务，在此过程中它会根据服务管理者和它之间的访问数量平衡它们之间的负载关系。

3、基于MAS的多云服务管理思想，MAS管理层的主要职责是实现多云服务汇聚组织，并能根据用户需求和服务状态实现高质量服务的提供。依据多云服务的MAS管理模型，在汇聚和提供服务的过程中，服务管理者会和其他管理者或者服务请求代理间交互协作完成服务的管理汇聚和提供，这将是一个复杂爆炸式的通信组合过程，将会影响多云服务自主管理的效率。为了促进和提升服务管理的效率，根据它们的职责、服务信息及状态，服务管理者会重新组织它们所管理的云服务，而该过程需要降低服务管理者之间的交互代价，自组织思想是一个有效和有吸引力的解决方案。

根据自组织的特征和定义可知，自组织就是在没有明确的外部控制情况下运行态系统自身改变其组织结构的过程或者机制，该机制通常用于处理信息系统内的动态变化的需求。换言之，自组织指的是一个系统在没有外部控制或约束下对外表现出的状态，一个组织系统应该根据内在约束或机制进行自组织运行，而该过程则是通过系统内构件间的局部交互实现的。由于自组织系统系统对环境和目标变化所具有适应性能力，而软件agent环境具有动态开放性和应用需求的不断增长分布及动态变化的特性，因此自组织技术常被用于建模、获取和实现MAS的自组织行为。图5所示自组织思想示意图描述了通过使用自组织思想的服务管理过程。大量服务从无序的状态，通过服务管理者之间的自组织交互，形成服务管理组，从而使得服务变得有序。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种基于MAS的多云服务管理方法，其特征在于，所述基于MAS的多云服务管理方法包括：

2.一种如权利要求1所述的基于MAS的多云服务管理方法的基于MAS的多云服务管理系统，其特征在于，所述基于MAS的多云服务管理系统包括：

多云服务自主汇聚和提供模块，用于将多云服务按照规则分类，指定相应的管理者对服务进行管理，管理者向用户服务自主透明的提供服务；

3.一种如权利要求1所述基于MAS的多云服务管理方法的管理模型，其特征在于，所述管理模型包括：

4.如权利要求3所述的管理模型，其特征在于，所述管理模型MAS管理层，从云服务层的角度看，负责对动态不确定性云服务的管理，通过对云服务动态方面的感知，根据服务的功能和状态对多云服务聚合、组织和分类；实现对多云服务的聚合和组织的目的就是使得发散的云服务能够以统一、有序的方式被整合和管理；从用户层的角度看，负责完成高质量服务的高效透明提供的任务，以自主透明的方式向用户提供服务。

5.一种如权利要求3所述管理模型的软件agent，其特征在于，所述软件agent包括：

服务管理者，根据给定的规范管理一组服务，每一个管理者通常被设计来管理一组具有相似功能的服务并向用户提供其所管理的服务；当服务管理者接收到用户的服务请求后，管理者根据用户的需求搜索并选择恰当的服务，然后返回给用户；

服务请求代理，应用的用户需求管理和服务请求发现，包括：分析和管理用户所请求服务的功能和非功能需求。