开放网络环境中动态自适应服务组合技术研究

论文摘要

随着越来越多的存储资源、计算资源、应用资源甚至软件资源以可被获取和访问的网络资源形式发布在Internet上,使得Internet逐渐成为一个开放的分布式计算平台。以Web服务组合方式实现开放网络环境中资源共享与应用集成成为近年来的研究热点。本文以“分布式建模与仿真资源管理”项目为背景,针对Web服务组合协调框架、自适应性等进行研究,目的是使Web服务组合具有较高的性能、灵活的协调模式并能够适应系统环境和需求的变更。论文的主要研究工作和创新点如下:1、基于数据流优化的分散式服务组合方法研究。目前服务组合主要采用集中式的协调模式。但在集中式协调模式中所有的数据都要经过服务组合引擎中转,系统的运行效率、可伸缩性均受到引擎所在节点的计算能力和通信能力的限制,因此本文提出了一种基于数据流优化的分散式服务组合方法。该方法将原有集中式的服务组合流程按照不同参与角色进行分割,将分割之后的组合服务流程片断分散的执行,但是单纯的组合服务流程分割并不能减少数据量的传递,因此在分割的同时优化数据流,使不同流程片断之间消息传递次数最少,数据传输量最小。实验结果表明,该方法响应时间比集中式协调模式缩短了30%-50%,且和相关工作比较,算法复杂度由O（en）降为O（n2）。2、支持数据流分发的服务组合协调框架研究。分散式的服务组合虽然性能有所提高,但是系统结构相对复杂,参与服务的可重用性降低。针对这一问题,本文提出了支持数据流分发的服务组合协调框架。该框架将组合服务的控制流与数据流分开,组合服务的控制信息还是集中管理,但是参与服务之间的数据流采用分布式处理。这样的协调模式不仅能够有效减少数据传递,而且也能够对组合服务中的各个服务进行有效的控制。在该框架实现过程中定义了协调协议的形式化定义和参考模型,采用数据流分析方法优化组合服务,并提出了将BPEL流程转换为协调协议的算法。实验结果表明,该方法与集中式服务组合相比,响应时间明显缩短,事务处理能力显著提高;与分散式服务组合相比,系统结构更加合理,因参与服务不包含组合逻辑,服务的可重用性得到提高。3、基于计算反射框架的自适应服务组合研究。针对基于面向服务体系结构的商业应用如何快速、自动的适应业务需求或者运行环境变化的问题,本文提出了基于计算反射框架的自适应服务组合方法。该方法定义了组合服务的元模型及修改元模型的原子操作,使系统具有自描述和自计算的能力,通过组合原子操作对元模型进行调整,调整操作在经过数据流和控制流方面的验证后,才能反射到组合服务上,从而实现组合服务结构的自适应调整。4、满足端到端QoS约束的组合服务修复方法研究。由于服务运行在动态变化的环境中,服务失效的情况时有发生,这时需要对组合服务进行修复。修复可以采用自适应调整的方法,也可以不改变组合服务的结构,通过用满足功能和性能要求的服务替代失效服务来实现。但在实际应用中,很难找到与失效服务功能和性能一致的服务。针对这一问题,本文提出了一种满足端到端QoS约束的组合服务修复方法。该方法为每一个失效服务划分影响区域,计算影响区域所应满足的QoS约束,在该约束下,重新组合服务修复影响区域。若找不到组合服务修复影响区域,则逐步扩大影响区域并重新尝试修复,若不同影响区域发生交叠,则将发生交叠的两个区域合并成一个区域。实验结果表明,与重新组合整个组合服务相比,基于影响区域的组合服务修复时间平均减少80%-90%,修复涉及的服务数量也大大减少。5、面向服务的建模与仿真资源管理系统设计与实现。通过对可靠服务运行支撑平台-LLAMA扩展和改造,本文设计实现了支持动态自适应的αLLAMA平台系统。该系统对LLAMA中可靠代理等模块进行改造,使平台能够灵活地支持不同的服务组合协调模式,并增加了组合服务的元模型描述模块、反射模块,以及自适应管理器中的流程修复模块,使平台具有完善的自适应处理能力。另外,通过分析建模与仿真资源管理系统和SOA体系结构,本文设计实现了面向服务的建模与仿真资源管理系统,该系统充分利用αLLAMA平台的可靠性以及动态自适应性,并实现了基于αLLAMA平台的仿真服务总线结构,为核心仿真服务和仿真应用服务提供可靠平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图索引
• 表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 服务组合研究现状
• 1.2.1 面向服务体系结构
• 1.2.2 服务组合方法
• 1.2.3 著名服务组合项目
• 1.2.4 当前服务组合研究存在的问题
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 基于数据流优化的分散式服务组合
• 2.1 引言
• 2.2 相关研究介绍
• 2.3 分散式服务组合
• 2.4 BPEL 流程变换
• 2.4.1 赋值变换
• 2.4.2 异步化变换
• 2.4.3 消息展开
• 2.5 组合服务数据流分析与优化
• 2.5.1 数据流信息收集
• 2.5.2 数据流优化
• 2.6 BPEL 流程分割
• 2.7 方法的实例说明
• 2.8 实验分析
• 2.8.1 复杂性分析
• 2.8.2 性能测试
• 2.9 本章小结
• 第3章 支持数据流分发的服务组合协调框架
• 3.1 引言
• 3.2 协调框架的体系结构
• 3.3 协调协议定义
• 3.3.1 基本概念定义
• 3.3.2 协调协议模型
• 3.4 BPEL 到协调协议的转换
• 3.5 协调框架系统实现
• 3.6 协调框架性能实验
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于计算反射框架的自适应服务组合
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究介绍
• 4.2.1 计算反射
• 4.2.2 自适应服务组合
• 4.3 基于反射框架的服务组合
• 4.3.1 组合服务元模型
• 4.3.2 自适应元模型管理
• 4.3.3 因果相连的实现
• 4.4 元模型正确性验证
• 4.4.1 控制流正确性
• 4.4.2 数据流正确性
• 4.5 系统实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 支持端到端QOS约束的自适应组合服务修复
• 5.1 引言
• 5.2 可靠SOA 概述
• 5.3 服务流程QOS 模型
• 5.3.1 QoS 模型
• 5.3.2 组合服务QoS 模型
• 5.4 基于影响区域的组合服务修复
• 5.4.1 服务流程修复算法
• 5.4.2 划分影响区域算法
• 5.4.3 松弛QoS 约束
• 5.5 流程修复实验
• 5.6 流程修复的系统支持
• 5.7 本章小结
• 第6章 服务组合支撑平台与其在面向服务仿真资源库中的应用
• 6.1 组合服务运行支撑平台
• 6.1.1 可靠服务组合中间件平台——LLAMA
• 6.1.2 具有动态自适应特性的组合服务支撑平台——αLLAMA
• 6.2 面向服务的仿真资源管理系统
• 6.2.1 传统分布式建模与仿真资源库
• 6.2.2 面向服务的建模与仿真资源管理系统
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 主要创新点
• 7.3 未来展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及成果
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 致谢