關于一種面向海云協同計算的資源服務框架研究論文
1、引言
近年來，基于服務概念的資源封裝和抽象逐漸成為開放環境下資源發布、共享和協同的主流技術基礎。因此，資源池運行機制的研究問題也就演變為服務封裝、服務發布、服務共享與協同的問題。資源的使用模式涉及資源提供者、資源使用者、資源中介機構三個主要實體，涵蓋資源的對外發布，資源的發現，資源使用者與提供者之間的交互方法等。在資源的發布與查找方面文獻設計了一種新的P2P 網絡模型，資源提供者通過Web 服務發布要共享資源，資源需求者利用Web 服務提供的資源搜索技術，得到提供者的地址，讓提供者和需求者直接交互達到資源共享的目的，最后給出了新的研究方向和應用前景。文獻針對面向服務結構中傳統服務調用帶來的不必要的網絡負載、較長的響應時間和服務提供端的瓶頸問題，結合發布/訂閱模型提出一種推模式服務調用方法，并將其與傳統的拉模式相比較，通過分析和實驗表明該方法在通信量、響應時間等方面具有較強的優勢。
在資源的交互模式方面文獻研究了BPEL4WS 執行引擎WebJetFlow Web 服務的異步調用機制，在引擎的服務調用代理中對Web 服務統一采用非阻塞雙傳輸異步調用，提高了調用線程的利用率。同時引入了cache 機制并設計了相應的cache 替換算法，保證了引擎對異步調用結果消息的匹配效率以及數據安全性，通過實驗驗證引擎的性能有了明顯的提高。文獻從安全性角度提出了一個安全異步資源使用平臺的基本架構和關鍵技術。文獻提出了基于回調機制和消息回執的Web 服務異步調用模式，在不增加系統運行壓力的情況下，實現了Web 服務的異步調用，并能保證消息的可靠性。文獻依據服務描述實現資源的靜態綁定與調用。文獻為了實現BPEL 流程在運行過程中對Web 服務的動態調用，提出了一種通過服務代理為BPEL 流程分配Web 服務的方法。對傳統的Web 服務模型進行分析，指出其不足之處，將服務代理引入傳統的Web 服務模型，提出了基于代理的Web 服務模型，描述了服務代理的功能和結構，以此為基礎構建了基于代理的BPEL 業務流程框架，實現了Web 服務的動態調用，最后通過實例說明了該方法的可行性。文獻該文提出了一種使用語義Web 和Agent 技術在客戶端發現和調度Web Service 的系統模型，并通過原型系統的演示說明其靈活性。在資源評價方面文獻提出: 雖然目前面向服務的架構能夠很好地支持協同服務的注冊、發現和組合，但在如何根據用戶的Qos( Quality of Service，Qos) 請求快速、可靠地為用戶選擇合適的服務仍然存在諸多挑戰。這吸引了來自工業界和學術界的熱切關注，尤其是服務組合過程中基于QoS 度量的服務選擇技術所面臨的挑戰。文獻為了提供滿足客戶服務質量( QoS) 需求的組合Web 服務，提出了一種支持QoS 屬性描述的Web 服務描述模型。通過在原有的Web 服務描述語言的tport 元素中添加operationInst 屬性來描述QoS 屬性，從而獲得了一種可擴展的Web 服務描述語言。在此基礎上給出了基于多目標決策理論和分形理論的服務選擇算法，該算法考慮了QoS 屬性之間的不可公度性和獨立性，同時給出了QoS 驅動的服務組合框架( E -WsFrames) 和具體實現方法。
實驗結果分析表明，E -WsFrame 可以綜合考慮服務組合的功能和QoS 的要求，并可根據服務請求自動地實現組合服務。文獻摘要提出一種用于QoS 感知的Web 服務選擇的遺傳算法該算法采用關系矩陣編碼方式，克服了一維編碼方式表示的局限性，并且可以通過簡單的方法來表示組合服務重計劃及Web 服務循環路徑等情況，通過該算法一次運行，就可以從所有組合路徑的組合方案中選出滿足用戶QoS 需求的組合方案，而一維編碼遺傳算法在多路徑情況下需多次編碼、多次運行。算法還采用一種變異策略來提高算法的適應度。通過仿真比較，關系矩陣編碼遺傳算法比一維編碼遺傳算法獲得了更優解，變異策略在提高算法適應度方面也發揮了作用。文獻針對Web 服務提出一種的新Qos 本體及基于該本體Qos 的評級算法- 層次分析算法，并與基于信譽度的評級算法，基于testing 的評級方法在時間復雜度和準確性進行比較，獲得較滿意的結果。文獻提出在這項工作中，我們提出兩種互補的方法，克服上述缺陷。首先，我們針對已請求過的相關服務提出一個評級的方法，并給出了基于定義于各服務之間的主關系的客觀度量。第二，針對聚類的相關服務研究一種方式從而揭示和反映了不同匹配參數之間的權衡。
文獻設計一種用戶協同過濾機制針對他們過去使用過的服務QoS 信息，然后利用這些QoS 數據，設計協同過濾方法預測評級這些服務的QoS。在資源分析度量方面文獻本文提出了一個完整的Web 服務質量的評估算法，此算法在分析了Web 服務評量和相對服務質量的基礎之上，計算Web 服務質量的綜合評估值，并且建立一個Web 服務質量評估模型，將此算法應用于評估模型中，可以在多個Web 服務中選擇最優的服務提供給用戶。文獻在面向服務的環境下，單個Web 服務往往不能滿足用戶的要求，這時就需將已有的單個Web 服務進行組合，以便產生滿足用戶需求的、增值的組合服務。已有的服務組合方法都很少考慮Web 服務的隨機性和Internet 環境的動態性，從而在服務選擇過程中產生的規劃都是靜態規劃，結果導致在服務組合時都以較大概率出現組合失敗。針對上述問題，提出了Web 服務各隨機QoS 指標的度量方法和自適應QoS 管理體系結構，并利用隨機型離散事件系統唯一的動態控制方法———馬爾可夫決策過程( MDP) ，設計出隨機QoS 感知的可靠Web 服務組合算法。實驗結果表明，考慮隨機性的QoS 度量方法和QoS 管理體系結構，以及平衡了“風險”與“報酬”的MDP 有效地提高了服務組合成功率。文獻就組合服務的總體QoS 計算給出了研究。
2、海云協同環境下資源池運行機制面臨的問題與挑戰
下一代智慧應用的典型特征是在海云協同環境下，以業務需求為驅動，實現人機物的相互協商、自動交互與協同，最終實現和滿足特定的業務需求。但此愿景的實現還面臨諸多技術難題與挑戰。主要體現在資源表述、資源發現、資源組合、資源規劃、資源組裝、資源協作等問題。
( 1) 資源表述: 海云復雜環境下由于資源的多樣性和多變性，導致資源的描述( 即有關服務屬性的描述信息，如服務接口、服務質量等) 不斷變化，需要解決異構資源如何通過統一的接入標準和方法，實現海云資源的虛擬化和服務化。
( 2) 資源發現: 現有的資源發現模式( 如“關鍵詞查找”和“目錄瀏覽”) ，返回資源很難準確滿足用戶的實際需求，大量相關與不相關的返回結果增加了用戶資源選擇的難度，用戶也難以按照“資源質量”，“成本收益”等業務指標對資源進行二次篩選。
( 3) 資源組合: 在整個資源發現和組合的過程中，現有技術通常以一種被動編碼的形式實現，資源的發現和組合均由資源請求者或者資源代理通過直接的服務調用或者用服務組合語言編寫程序等方式進行，其動態性和適應性受到很大的限制。此外，由于資源跨行業、資源粒度的差異性、資源的'靜態運行等限制因素，很難依據用戶需求準確定位資源并對資源進行再組合，形成資源的二次封裝，以滿足用戶不同層面的業務需求。
( 4) 資源評級與監測: 海云協同環境是一個開放的可演進系統，如何基于真實的用戶數據實現資源的評級，如何監測資源的QoS，如何協商服務級別，如何實現資源的優勝劣汰，實現資源使用的效用最大化，以上問題的解決，都亟需建立一套資源評價與監測機制。
( 5) 資源協作: 海云協同環境下，人機物的相互協商、自動交互與協同，最終都體現為資源的交互與協作，要實現此目標，需要海云資源池提供交互協議和協作規則等底層支持。除此之外，在海云開放環境下，資源將以前所未有的數量不斷擴展和更新，資源功能及質量呈現持續變化的特點，對于用戶來說，將面對一個復雜、多變的動態資源環境。由于缺乏統一的資源視圖，缺乏透明和統一的訪問機制，資源發現、使用和協作的復雜度必將猛增。
3、海云協同資源池運行機制的研究內容與創新點
如前所述，傳統的資源發現使用一種公共的、標準化的服務描述語言( 如WSDL) 來描述資源，以使服務搜索和發現程序可以識別該資源。以此為基礎，本文建立一種公共的詞匯表來輔助資源的發現和需求理解，本文主要從資源功能需求角度研究資源的發現和需求匹配，因此，我們建立了一個領域功能詞匯表，這個功能詞匯表在資源發現和資源組合階段中起著關鍵作用，它用于支持需求的功能描述和資源的能力描述，使得在功能層面上資源池運行機制可以理解需求，并且能對是否參與該需求的解決作出判斷。為此，本文提出一些概念定義如下:
( 1) 資源空間( Resource Space，簡稱RS) : 是特定領域中可能的資源構成的概念組成的詞匯表，資源空間包含3 組基本概念: 資源、屬性、服務。
( 2) 資源: 在海云計算領域中，任意可以被需求方識別和訪問的實體稱為資源，例如數據、儀器儀表、軟硬件系統、人等等。所有資源均包含一組特定的屬性，每個屬性用于表征資源某個方面的特征。資源屬性可以分成靜態屬性和動態屬性。靜態屬性是指在資源的整個生命周期中，其值不隨時間發生變化的屬性，例如資源的名稱、資源類型等等; 而動態屬性的值將隨外界條件的改變而發生變化，例如資源的訪問量，資源所處狀態等等。
(3)資源服務: 資源所具備功能的表述形式，資源使用者通過資源服務來操作資源的功能，實現資源的狀態變遷，以達成用戶特定的業務價值。
( 4) 原子資源: 經過一次封裝并提交到資源池中的資源，是可供使用者識別和訪問的不可拆解的實體。
( 5) 事務資源: 資源實體所具備的服務具有事務特性，對服務的調用要么成功改變資源狀態，要么回滾到服務調用前的資源狀態。
( 6) 組合資源: 若干原子資源或組合資源組合編排后形成的可供使用者識別和訪問的資源實體。
以上實現以機器能理解的詞匯進行資源描述是關鍵，在傳統資源上添加概要與功能詞匯標注，將資源的狀態從機器可讀提高到機器可理解，使得資源的屬性和功能能被機器自動識別、處理，這是整個海云協同資源池實現機制的基礎。由于語義信息比語法信息更能準確地描述資源及資源之間的關系，因此從定性角度來看，通過語義獲得的結果比用語法獲得的更好、更準確。
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