● 摘要
网格是近年来逐渐兴起的一种网络计算模式，其目的是为了在分布、异构、自治的网络资源环境之上构造动态的虚拟组织，实现各类资源的广泛共享与协同。随着WSRF技术规范的出现，网格技术和Web服务技术进一步相融合，服务网格已经成为网格构建的主流方向之一。工作流作为实现网格中资源协同的一个重要技术手段，可以将网格中多个服务按需组合成一个新的服务，部署在网格中，供其他的服务进一步组合或应用。由于网络环境的各类应用的异构性、动态性，网络应用软件的集约化不仅极大增加了对核心功能需求的复杂度，而且对软件的可靠性、可维护性、安全性和可控性等非功能需求也越来越高；另外，网络环境中同时存在着数量众多、功能相同/相近、分布在不同安全管理域中的服务。因此，如何根据应用和服务质量等需求，动态选择服务进行组合，实现应用软件的“按需服务”机制，成为网格应用软件设计与开发的一个核心问题。在网格工作流中引入服务质量，将其所承诺提供的服务质量作为服务选择的依据，可以使得工作流的执行和调度围绕用户所提出的服务质量参数进行，使得工作流的执行更能够满足用户的要求。本文的主要工作是，讨论了基于服务质量的网格工作流的协商和运行机制。基于BPEL4WS提出了一种新的网格工作流描述语言GPEL；将服务质量引入工作流，建立了网格工作流服务质量的参数体系和计算公式，并给出了相应的算法；在此基础上，讨论了基于服务质量的网格工作流调度问题的数学模型，并给出了调度算法；另外，本文提出了一种网格工作流服务质量的协商协议，最后讨论了网格工作流引擎的设计与实现。本论文的主要贡献和创新之处在于：（1）基于BPEL4WS提出了一种网格工作流描述语言GPEL，并建立了可描述网格工作流结构和执行机制的网格工作流模型，给出了该模型的结构特性分析和描述能力分析，通过分析表明GPEL具有更为紧凑有效的语言结构和良好的结构特性，更加适用于网格应用的构造；（2）基于GPEL描述的工作流模型，提出了一种网格工作流的服务质量参数体系，给出了网格工作流服务质量的估算算法。工作流服务质量的估算算法是实现工作流服务质量管理的基础，为在协商阶段工作流服务质量值的求解和执行阶段工作流执行的规划目标的确立提供了计算方法。该算法具有多项式时间的复杂性，是求解基于GPEL描述的工作流服务质量的有效方法；（3）建立了基于服务质量的网格工作流调度模型，提出了穷举法和基于遗传算法的调度方法，并通过一个假想的实例对基于遗传算法的调度方法进行了仿真和分析，实验结果表明该调度方法具有较好的收敛性，并找到了符合服务质量要求的有效解；（4）提出了一种面向网格工作流服务质量的支持协商过程自动化的协商协议，给出了支持该协商协议的软件系统结构，并实现了原型系统；（5）网格工作流引擎是网格工作流支撑软件系统的核心部件，为网格工作流的协商、运行和管理提供了支持，本文分析了网格工作流引擎的功能，探讨了引擎的体系结构和主要部件的实现机制，并实现了原型系统。