保证服务质量的动态Web服务组合及其性能分析研究

摘要

Web服务吸收了分布式计算、Grid计算和XML等各种技术的优点，解决了异构分布式计算以及代码与数据重用等问题，具有高度的互操作、跨平台和松耦合的特点，成为WWW发展的主要趋势。然而，单个Web服务的功能有限，只有通过对单个Web服务的组合，实现服务增值和服务重用，Web服务的潜力才能真正发挥出来。 以Internet为代表的分布、异构、多自治域的广域网环境向Web服务组合提出了更高的要求。动态变化的运行环境和业务需求要求Web服务组合跳出静态模式，能够在运行中调整自身，适应广域网的动态性，提供高效率、低成本的服务组合。 在满足功能需求的前提下，组合服务的性能是赢得用户的关键，最终体现在它所提供的服务质量上。随着Web服务的发展，各行业和领域内服务功能不断细分和深化，用户对服务质量也有更高更多的要求。能够提供保证服务质量的组合服务是动态Web服务组合走向实用的必要条件。 论文以广域网环境为背景，分别采用仿真和数学分析两种方法从模型建立、性能分析和性能优化等多个角度研究了动态Web服务组合的应用框架、体系结构、概念建模、性能建模、性能仿真、性能分析和性能优化的方法，通过一个贯串全文的实例——“产品订购Web服务组合”验证了论文提出的模型和方法。主要成果包括以下四个方面: (1)提出了一种基于服务集成商的动态Web服务组合的应用框架 针对广域网环境下动态Web服务组合的特点，论文提出了基于“Web服务集成商”的动态Web服务组合的应用框架，阐述了“Web服务集成商”的体系结构和工作机制。 (2)提出了一种动态Web服务组合概念模型和元模型以及支持迭代设计的建模方法 针对直接采用Petri网对Web服务组合建模的不足，论文提出了一种支持Web服务组合动态建模的具有三层视图结构的概念模型——DWSCHM模型。该模型通过用户视图、设计视图和实例视图支持自顶向下、从抽象到具体的迭代式设计方法。DWSCHM模型具有易于用户理解和能够表达业务逻辑的优点。并且，DWSCHM模型可以在不同抽象层次上描述组合服务，提高了概念模型的可重用性。针对运行环境和用户需求的动态变化，论文提出了基于DWSCHM模型的动态建模方法，通过在组合服务的运行阶段动态调整模型可以适应运行环境和用户需求的变化，避免撤销已投入运行的组合服务，提高了动态Web服务组合系统的效率。 (3)针对动态Web服务组合设计阶段的性能分析和性能优化问题，提出了一种基于仿真的组合服务性能模型和性能分析及其优化方法。 动态Web服务组合的性能指标分为与时间相关的和与时间无关的两类。论文首先提出了组合服务的随机时间性能仿真模型——STPM和相应的性能分析方法。在此基础上，通过扩充STPM模型，提出了支持非时间特性的组合服务性能仿真模型——STPM+，并且，设计开发了支持STPM+模型的可视化性能仿真工具——VisualWSCPE，介绍了基于VisualWSCPE的组合服务性能分析方法。 (4)针对动态Web服务组合运行阶段的性能分析和性能优化问题，提出了一种基于数学分析的组合服务性能模型和性能分析及其优化方法。 论文分别探讨了基于马尔可夫过程和基于性能等价化简的两种组合服务性能分析方法，阐述了动态Web服务组合性能优化的基本原理，提出了基于遗传算法的Web服务优化选择方法，描述了性能优化的核心部件——遗传选择器的原理、机制和算法。通过与随机选择方法的实验对比，显示了基于遗传算法的Web服务优化选择方法的优越性。

目录

声明

摘要

第1章引言

1．1研究背景

1．1．1 Web服务组合的起源

1．1．2 Web服务组合的概念和特点

1．1．3 Web服务组合的目标和方式

1．1．4组合服务的性能分析、评价及其优化

1．2论文的工作

1．3论文的组织

第2章动态Web服务组合的应用框架

2．1对动态Web服务组合环境的基本假设

2．2动态Web服务组合的应用框架

2．3 Web服务集成商的体系结构和工作机制

2．4本章小结

第3章动态Web服务组合概念建模

3．1概述

3．2 DWSCHM模型的基本概念

3．3 DWSCHM模型的用户视图

3．4 DWSCHM模型的设计视图

3．5 DWSCHM模型的实例视图

3．6 DWSCHM的动态建模方法

3．7本章小结

第4章动态Web服务组合元模型

4．1组合逻辑与元模型

4．2 DWSCHM元模型

4．3 DWSCHM元模型的描述能力分析

4．4产品订购服务的DWSCHM模型实例

4．5本章小结

第5章支持服务质量的组合服务性能仿真

5．1组合服务随机时间性能模型STPM

5．2 STPM模型的激发规则和变迁使能条件

5．3从DWSCHM模型到STPM模型的映射规则

5．4产品订购组合服务STPM模型实例

5．5基于STPM模型的组合服务时间特性QoS仿真

5．5．1服务请求平均延迟时间的性能仿真

5．5．2服务请求队列平均长庄的性能仿真

5．5．3服务请求平均响应时间的性能仿真

5．5．4组合服务平均利用率的性能仿真

5．6支持非时间特性的组合服务性能模型STPM+

5．7支持STPM+模型的性能仿真工具VisualWSCPE

5．7．1 VisualWSCPE的界面

5．7．2网络元素状态

5．7．3 VisualWSCPE的功能

5．8基于VisualWSCPE的组合服务性能分析

5．9本章小结

第6章动态Web服务组合性能分析及其优化

6．1基于马尔可夫过程的性能分析

6．2基于等价化简的性能评价

6．3动态Web服务组合性能优化的基本原理

6．4基于遗传算法的优化Web服务选择

6．5遗传选择器的工作机制

6．6遗传选择器的算法设计

6．6．1遗传表达和遗传操作以及适应度函数

6．6．2遗传选择算法

6．7对比实验

结论与展望

参考文献

发表的学术论文和参加的科研项目

致谢