云服务组合中支持QoS的服务动态替换机制模型研究

摘要

云计算作为一种新兴的商业计算模型，已取得长足的发展。软件即服务（SaaS云）是最常见的云服务交付模式之一，在云用户数量极具增长的同时，消费者的业务需求也从单一功能的服务向着具有复杂功能的组合服务方向发展，这个发展趋势促使云服务供应商提供了大量功能相同但其非功能（QoS）属性不同的云服务组件。在高度复杂且动态变化的云计算环境中，云服务组合是一个NP-hard问题。由于系统运行的网络环境，用户需求，特别是参与服务组合的组件本身是动态变化的，即当绑定的服务组件不可用时，就会造成云服务应用的中断，导致服务结果交付时间的严重推迟或不能交付等一些服务质量问题。
　　针对这一问题，本文提出的云服务组合系统中支持QoS的服务动态替换机制模型，旨在解决云服务组合应用中因组件更新维护、意外断电等等因素不可用时，系统动态的选择与被替换服务组件功能相同、语义兼容且OoS属性相匹配的服务组件进行替换，以重建该服务组合应用，从而避免云服务组合应用的中断，提高系统的服务水平。
　　本文的研究工作主要有：
　　1.给出两种服务替换的定义：一致性替换与等价性替换。本文使用系统自动机对可动态替换云服务组件进行建模，引入操作流程（Operating Guidelines）的概念来描述服务操作过程，并给出了操作流程匹配算法。
　　2.提出信用驱动的QoS全局最优服务替换方法。在服务替换模型中引入信用记录以感知每一个云服务组件的可用性进而驱动服务替换，将服务替换优化问题形式化为混合整数线性规划MILP问题进行求解。使云服务组合系统在运行时可以根据与用户协商的SLAs以及系统感知的云服务组件高可用性对服务替换进行约束，从而动态地绑定并调用一组最佳服务以便满足用户的QoS要求。
　　3.给出支持QoS的云服务动态替换模型QDRCM及云服务动态替换算法。依据IBM的MAPE-K（Monitor、Analyze、Plan、Execute和Knowledge）参考模型构建了云服务动态替换模型QDRCM，并给出云服务动态替换执行流程及云服务动态替换算法。
　　4.设计并实现了支持QoS的云服务动态替换机制的旅行云服务系统TCSS，以验证本文提出的云服务动态替换方法的有效性。基于QDRCM模型架构，给出原型系统TCSS的实现框架，并对服务动态替换模块进行了详细分析。