● 摘要
随着互联网应用与Web服务技术的发展，如何基于服务组合技术将分布在网络上已有的动态、自治、异构的服务进行集成，并通过服务间协作共同完成业务目标，已经成为实现网络化软件设计开发的重要研究问题，得到国内外学术界和产业界的持续关注。然而，由于组合服务开发和运行环境的开放性、动态性，服务资源的自治性及应用需求的多样性，对网络软件的可信保障和动态优化提出新的要求，成为服务组合技术研究的重要问题和关键挑战之一。由于网络应用面临的环境逐渐从封闭式向开放式演变，计算模式也逐渐从紧耦合向松散耦合发展，因此，在这种开放、自治和动态的环境中实现Web服务的可信组合和动态管理面临着许多新的挑战。首先，基于服务组合的网络软件开发要按照需求(功能和非功能需求)集成不同供应商提供的服务，这些服务位于不同的管理域，具有异构性、自治性和动态性等特点，如服务运行在不同系统平台之上、具有不同的自治策略(如访问控制、事务处理等)，且根据提供者的本地策略或运行情况，服务可能被部署或删除，服务规约和实现可能改变，其服务质量(QoS)也会动态变化等，导致组合服务的可用状态和质量属性随之变化，因此需要构造一种有效的机制在基本服务状态和属性动态变化的情况下，保证组合服务可用，并及时感知服务可用状态的变化，减少因成员服务的退出或失效导致组合服务可用性下降；其次，服务组合技术为按需集成异构、自治服务并构造跨域网络应用提供了一种有效方法，因此，组合服务的可信性直接影响着最终用户的体验和组合服务的应用效果，但目前的组合服务技术中还缺乏对组合可信保障和动态优化的系统研究，特别是长期运行的服务需要多种机制对基本服务的可信属性进行自动度量、监测和评估，并尽量减少通过人工干预实现服务的动态管理和维护，因此需要研究一种经济、灵活、自动的可信控制机制，以满足组合服务的可信性需求；第三，由于网络软件开发运行环境的开放、应用需求的动态变化和服务资源的无中心控制等特征，使构建组合服务时处理服务间的动态依赖关系面临着很多难题，同时由于网络环境下，服务请求者、提供者及服务实体间难以维持稳定的依赖关系，因此需要建立一种适应性的组合服务优化调节机制，描述和监测用户、服务及其依赖关系的动态变化，并据此优化组合服务流程及动态优化服务的选用。针对上述问题，本文通过分析开放网络环境下面向服务的软件开发对服务组合可信管理及其动态优化的要求，重点研究了基于冗余机制的组合服务可用性增强技术、可信服务组合的自适应控制机理、基于依赖关系的服务组合动态优化等三个问题，并通过服务软件开发运行实验系统的研制，进一步了验证研究的有效性与合理性。本文主要贡献如下：1. 针对计算环境、服务资源和应用需求动态变化导致的服务组合软件可信问题，及服务依赖关系和质量属性动态变化引发的不确定性问题，提出了服务组合的可信保障和动态优化机制、层次结构和服务资源的监测机制，通过服务功能、行为、质量三个层面分析组合服务的动态优化，给出了可信服务组合及优化控制方法；2. 针对组合服务的可用性问题，提出基于冗余机制的组合服务可用性模型，支持服务组合的可用性计算和多种方式配置冗余服务，通过将冗余服务选择问题转换为非线性混合整数规划问题，并设计高效的启发式冗余服务的优化算法，增强组合服务的可用性；设计了服务状态监控和检测机制实现组合服务的可用性维护；仿真实验的结果表明，该方法有效避免了使用过程中组合服务的可用性下降；3. 提出了一种可信组合服务的自适应控制方法，设计了基于卡尔曼滤波的服务属性预测方法；并采用自适应控制方法实现组合服务的可信保证，其中基于缓存机制构造的组合服务作为被控对象，可信性维护策略作为相应的可调节控制器，基本服务、维护策略、组合构造及监测机制共同构成一个自适应控制系统；在马尔科夫决策过程框架下建模和优化组合服务的可信性维护过程，并通过基于Q学习的算法，实现了组合服务可信性的自适应控制，实验表明该方法能明显改善组合服务的可信性；4. 建立了支持动态优化机制的服务组合框架，支持服务交互关系的运行时监测，组合服务失效在线诊断和动态优化，通过交互依赖关系的动态优化，实现组合服务的动态构造和优化；采用规则和协议相结合的方法，设计了基于关系监测的故障诊断处理和组合服务流程调节算法，改善了组合服务运行时的可信性，支持组合服务的动态优化，并通过仿真实验验证了方法的有效性和性能；5. 基于上述研究结果，设计实现了支持可信与动态优化的服务组合原型系统，讨论了其体系结构、运行原理和执行流程。