面向服務體系結構soa下優化服務時間的混合策略方法
2023-09-20 13:15:55 3
專利名稱：面向服務體系結構soa下優化服務時間的混合策略方法
技術領域：
本發明屬於SOA技術領域
背景技術：
面向服務體系結構(Service Oriented Architecture，SOA)正以鬆散耦合、自底向上、點對點的方式改變著傳統的系統架構方法，以適應大規模、高複雜度的市場需求；服務選擇問題是SOA的一個核心問題，指使用者經由服務代理(Broker)可能發現具有相同(可替代)功能、不同服務質量(Qua1ity of Service，QoS)的多個服務提供者，此時使用者所面臨著的如何選擇服務提供者來獲得最佳服務的難題；由於廣泛存在的競爭壓力，服務時間常常成為優化目標；針對服務時間這一優化目標，張文博等提出一種QoS獲益驅動的調度框架(張文博，陳寧江，魏峻，黃濤.QoS獲益驅動的中間件調度框架研究.軟體學報.2006，17(6)1381-1390)，通過資源規劃方法來優化響應時間；杜增凱等則通過建立一種分布式的調度體系，為滿足更大吞吐量提供可擴展性(杜增凱，鄭名揚，鞠九濱.基於內容的分布式Web伺服器調度算法.軟體學報，2003，14(12)2068-2073)；上述方法存在如下問題·在SOA的對等世界中，並無一個權威的領導者來確定和執行選擇策略，而是由服務使用者分別確定自己的策略，所有的策略共同決定了SOA的總體性能；因此服務選擇問題成為多個具有獨立決策權的使用者之間的動態博弈；然而從博弈論角度看，上述文獻中的方法均是純策略，由於對於多人非合作對策來說，平衡局勢不一定存在，因此上述純策略方法往往不能給出穩定的解；·任何純策略，無論策略多好，都將導致對「優質」服務提供者的爭奪，從而形成「贏者通吃」的局面，即多數使用者會選擇被評價為最好的服務提供者，而其他的提供者將有更大的概率閒置；採用純策略，則這一衝突不可避免；這不僅使平均逗留時間延長，而且造成服務提供者之間負荷不均、利用率下降，從而使整體服務水平下降；因為SOA不再採取傳統的遠程調用(RPC)方式，而是推薦採用一次性文本數據傳輸的方式來建立服務關係，因此服務選擇和服務執行之間的時間差將會加長；此時如果使用者仍採用任何純策略，則這期間的不完全信息將進一步惡化提供者的性能；
發明內容
本發明的目的是針對SOA架構下服務使用者的逗留時間(含服務時間和等待時間)不穩定的現象，對服務使用者提供一種服務選擇的混合策略，使服務提供者的負荷得以均衡化，從而減輕服務質量的波動，提高總體服務水平；本發明的特徵在於依次含有以下步驟步驟(1)初始化服務代理伺服器，設有
偵聽該SOA環境下服務提供者伺服器註冊服務的埠，並執行註冊操作；偵聽該SOA環境下服務使用者服務請求的埠；偵聽和接收服務質量QoS代理伺服器返回的QoS值的埠；偵聽和接收服務提供者反饋的準備時間的埠；一臺或多臺QoS代理伺服器，設有偵聽該SOA環境下服務代理伺服器的QoS詢問的埠；接收該SOA環境下服務提供者伺服器返回的QoS值；服務提供者伺服器，設有服務信息輸入埠；向服務代理伺服器發出註冊請求的埠；偵聽和響應該SOA環境下QoS代理伺服器發出的QoS詢問的埠；服務使用者計算機，設有偵聽該SOA環境下服務代理伺服器返回的服務及QoS信息的埠；步驟(2)把服務代理伺服器、QoS代理伺服器、服務提供者伺服器以及各服務使用者計算機接入網絡；步驟(3)按以下步驟依次執行混合策略方法步驟(3.1)服務使用者計算機向服務代理伺服器發出服務請求；步驟(3.2)服務代理伺服器收到步驟(3.1)中所述的服務請求後，從註冊的服務提供者中搜索滿足請求要求的服務提供者，並向服務QoS代理詢問這些服務提供者的QoS指標；步驟(3.3)QoS代理伺服器從各服務提供者伺服器中獲取步驟(3.2)所述這些能滿足請求的服務提供者伺服器當前的QoS狀態，包括其排隊長度Li(i＝1，2，...，m，m是匹配該服務的服務提供者伺服器總數)、平均服務率(即單位時間內能夠完成的服務請求個數)μi(i＝1，2，...，m)，並反饋給服務代理伺服器；步驟(3.4)服務代理伺服器統計該類服務的到達率(即單位時間內接收到的服務請求個數)λ、平均服務準備時間Tp，並將其和從步驟(3.3)得到的各服務提供者伺服器的信息以及當前QoS狀態一起，反饋給步驟(3.1)中所述的服務使用者計算機；步驟(3.5)服務使用者計算機按以下步驟在各服務提供者伺服器中隨機選擇步驟(3.5.1)求解如下關於p(t)={pi(t)}i=1m]]>的凸規劃問題優化變量{pi}mi＝1約束條件i=1mpi=1pi0i=1,2,...,m]]>優化目標Tpi=1mmax[1i(pi2+Li+1-iTpTppi),0]]]>最小化；λ是服務代理伺服器統計得到的服務請求到達率(單位時間到達的請求數量)；m是服務代理伺服器搜索到的滿足服務請求的服務提供者伺服器數量；Tp是服務代理伺服器統計的綁定服務、傳輸數據的準備時間平均值；
μi是第i個服務提供者伺服器提供的其完成服務的完成率(單位時間完成的服務數量)；Li是第i個服務提供者伺服器提供的當前排隊長度；pi是該服務使用者計算機選擇第i個服務提供者伺服器提供服務的概率，通過求解上述凸規劃得到；步驟(3.5.2)服務提供者伺服器按以下過程選擇服務提供者伺服器設定隨機產生一個(0，1]上的隨機數r；服務提供者伺服器Mi若且唯若k=1i-1pkrk=1ipk]]>成立時被選擇，p0定義為0；步驟(4)按以下步驟完成服務步驟(4.1)服務使用者計算機和步驟(3)所選擇的服務提供者伺服器進行綁定，並開始執行服務；步驟(4.2)準備工作(含服務綁定、數據傳輸)完成後，向服務代理報告準備工作時間，以便服務代理統計準備工作時間平均值Tp；改進效果對比為了驗證上述隨機選擇方法在實際環境中的運行效果，我們對優化結果進行仿真對比；所有的服務請求者、服務代理、QoS代理和服務提供者均在奔騰1.7GHz計算機上，用VB仿真；實驗的參數選擇如下；一類服務，以參數為λ＝100的Poisson過程隨機產生；該服務的10個服務提供者註冊到註冊中心和QoS註冊中心；服務提供者完成請求的時間服從負指數分布，其參數μi隨機選取，分別為19、12、9、7、2、16、8、14、8和5；實驗中，1000個請求被按照本發明方法分配給提供者；Tp設置為0.2；作為對比，我們採用純策略，也進行了同樣的試驗；試驗共重複進行了100次，表1列出了這100次試驗中純策略和本發明方法的性能指標平均值；表1 本發明方法改進效果對比
從表1中可以看出，相比傳統純策略，採用本發明的合作混合策略，能夠平均減少逗留時間、縮短排隊長度47％以上，從而在提供者的能力保持不變的情況下，顯著提高了SOA的服務水平；為了對比平穩性，計算了各個提供者的連續兩個請求分配的到達時間間隔的方差，結果列在圖3中的對數坐標下；從圖3中可以清晰地看出，本發明方法相比純策略具有小得多的方差，到來時間間隔集中在其均值附近，其輸出過程比純策略的穩定大約一個數量級；為了分析平衡性，假設有比例為q的服務使用者是不合作者，他們在通過本方法計算獲得了其他(1-q)的使用者採用的本發明方法策略後，持不合作態度，仍採用純策略，即以概率1選擇最佳的服務者；顯然，當q＝0時，非合作模式退化為合作模式；我們進行了一系列的實驗，對不同的q值下的系統性能進行仿真；實驗參數設置與前述相同；圖4顯示了實驗中記錄下來的與比例q相應的平均總時間；作為對比，所有使用者均採取純策略的系統性能(來自表1)也列在圖4中；從圖4中可以看出(i)平均逗留時間，隨著不合作者的增加，而單調上升；(ii)在同一概率q下，採用不合作策略的服務使用者，其逗留時間反而比合作者長；這一現象應是不合作者相互的對策衝突造成的；因此，選擇不合作態度，不僅未給使用者帶來額外的支付(Payoff)，反而減少了支付；這一統計結果鼓勵理智的使用者選擇本發明方法代替純策略，從而優化自己的服務水平；上述特點使本發明方法就成為了一個理想的方法；不僅如此，從圖4中還可看出，只要不合作者的比例不超過75％，採用本發明方法的結果都優於純策略；由於不合作比例超過75％是對對策各方都不利的局勢，因此系統會在用戶的共同努力下，很快返回平衡點，因此本發明方法是本博弈問題的平衡點；
圖1.系統結構2.系統流程3.提供者的請求到來的時間間隔的方差 純策略---▲---本發明方法圖4.逗留時間指標隨不合作者比例q的變化曲線 採用本方法的合作者--■--採用本方法的不合作者---▲---純策略具體實現方式本發明的實現步驟如下1.初始化設定(1)建立SOA環境SOA環境如圖1所示，其環境建立過程如下1)建立或接入Internet、Intranet或Extranet網絡環境；2)建立一臺或者多臺服務代理，步驟如下A.安裝必要的系統軟體，如作業系統、資料庫軟體；B.接入上述網絡環境；C.安裝服務元模型；D.安裝服務代理軟體a.偵聽該SOA環境下服務提供者的註冊請求；b.偵聽該SOA環境下服務使用者的服務請求，並統計到達率；c.偵聽和接收QoS代理返回的QoS值；d.偵聽和接收服務提供者反饋的準備時間，並統計準備時間平均值；
3)建立一臺或者多臺QoS代理A.安裝必要的系統軟體，如作業系統、資料庫軟體；B.接入上述網絡環境；C.安裝QoS代理軟體a.偵聽該SOA環境下服務代理的QoS詢問；b.接收該SOA環境下服務提供者返回的QoS值；4)QoS代理可以和服務代理使用同一臺伺服器，構成一種簡化的SOA環境；(2)服務提供者安裝及服務發布1)安裝必要的系統軟體，如作業系統、資料庫軟體；2)接入上述網絡環境；3)錄入服務信息，發布(註冊)到服務代理中；4)安裝服務軟體客戶端，偵聽和響應該SOA環境下QoS代理髮出的QoS詢問；(3)服務使用者安裝1)安裝必要的系統軟體，如作業系統、資料庫軟體；2)接入上述網絡環境；3)安裝服務軟體客戶端，偵聽該SOA環境下服務代理返回的服務及QoS信息；2.發起運行過程運行過程如圖2所示；(1)發出服務請求服務使用者通過客戶端軟體，輸入服務請求；軟體將請求傳遞給服務代理；(2)服務匹配服務代理軟體收到服務請求後，從註冊的服務提供者中搜索滿足請求要求的服務提供者，並向服務QoS代理詢問這些提供者的QoS指標；(3)獲取服務QoSQoS代理軟體通過和各服務提供者的客戶端軟體交互，獲取該提供者當前的QoS狀態，包括其排隊長度Li(i＝1，2，...，m，m是匹配該服務的服務提供者總數)、平均服務率μi(i＝1，2，...，m)，並將各服務提供者的QoS信息反饋給服務代理；(4)反饋服務提供者信息服務代理統計該類服務的到達率λ、服務準備時間Tp，並將其和QoS代理返回的相應QoS狀態一起，傳遞給服務使用者客戶端軟體；3.方法運行過程(1)計算每個提供者對應的概率服務使用者依據服務代理傳遞的信息，使用客戶端軟體求解如下關於p(t)={pi(t)}i=1m]]>的凸規劃問題優化變量{pi}i＝1m約束條件i=1mpi=1pi0i=1,2,...,m]]>
優化目標Tpi=1mmax[1i(pi2+Li+1-iTpTppi),0]]]>最小化這裡λ是服務使用者的服務請求到來頻率(單位時間到達的請求數量)，m是服務代理返回的服務提供者數量，μi是第i個服務提供者完成率參數(單位時間完成的服務數)，Tp是所需的綁定服務、傳輸數據的準備時間平均值，Li是當前第i個服務提供者的排隊長度；而pi則是凸規劃的優化變量，即該服務使用者選擇第i個服務提供者提供服務的概率；(2)選擇服務提供者服務使用者根據上述概率pi採用輪盤賭的方法，來決定選擇某個服務提供者；具體做法是首先隨機產生一個(0，1]上的隨機數r；提供者Mi被選擇若且唯若k=1i-1pkrk=1ipk]]>成立，其中p0定義為0；(3)服務綁定和執行服務使用者和所選擇的服務提供者進行綁定，並開始執行服務；執行過程中，準備工作(含服務綁定、數據傳輸)完成後，向服務代理報告準備工作時間，以便服務代理統計準備工作時間平均值Tp。
權利要求
1.面向服務體系結構SOA下優化服務時間的混合策略方法，其特徵在於依次含有以下步驟步驟(1)初始化服務代理伺服器，設有偵聽該SOA環境下服務提供者伺服器註冊服務的埠，並執行註冊操作；偵聽該SOA環境下服務使用者服務請求的埠；偵聽和接收服務質量QoS代理伺服器返回的QoS值的埠；偵聽和接收服務提供者反饋的準備時間的埠；一臺或多臺QoS代理伺服器，設有偵聽該SOA環境下服務代理伺服器的QoS詢問的埠；接收該SOA環境下服務提供者伺服器返回的QoS值；服務提供者伺服器，設有服務信息輸入埠；向服務代理伺服器發出註冊請求的埠；偵聽和響應該SOA環境下QoS代理伺服器發出的QoS詢問的埠；服務使用者計算機，設有偵聽該SOA環境下服務代理伺服器返回的服務及QoS信息的埠；步驟(2)把服務代理伺服器、QoS代理伺服器、服務提供者伺服器以及各服務使用者計算機接入網絡；步驟(3)按以下步驟依次執行混合策略方法步驟(3.1)服務使用者計算機向服務代理伺服器發出服務請求；步驟(3.2)服務代理伺服器收到步驟(3.1)中所述的服務請求後，從註冊的服務提供者中搜索滿足請求要求的服務提供者，並向服務QoS代理詢問這些服務提供者的QoS指標；步驟(3.3)QoS代理伺服器從各服務提供者伺服器中獲取步驟(3.2)所述這些能滿足請求的服務提供者伺服器當前的QoS狀態，包括其排隊長度Li，i＝1，2，...，m，m是匹配該服務的服務提供者伺服器總數，以及平均服務率μi，i＝1，2，...，m，即單位時間內能夠完成的服務請求個數，並反饋給服務代理伺服器；步驟(3.4)服務代理伺服器統計該類服務的到達率λ，即單位時間內接收到的服務請求個數，以及平均服務準備時間Tp，並將其和從步驟(3.3)得到的各服務提供者伺服器的信息以及當前QoS狀態一起，反饋給步驟(3.1)中所述的服務使用者計算機；步驟(3.5)服務使用者計算機按以下步驟在各服務提供者伺服器中隨機選擇步驟(3.5.1)求解如下關於p(t)={pi(t)}i=1m]]>的凸規劃問題優化變量{pi}i＝1m約束條件i=1mpi=1pi0,i=1,2,...,m]]>優化目標Tpi=1mmax[1i(pi2+Li+1-iTpTppi),0]]]>最小化；λ是服務代理伺服器統計得到的服務請求到達率，即單位時間到達的請求數量；m是服務代理伺服器搜索到的滿足服務請求的服務提供者伺服器數量；Tp是服務代理伺服器統計的綁定服務、傳輸數據的準備時間平均值；μi是第i個服務提供者伺服器提供的其完成服務的完成率，即單位時間完成的服務數量；Li是第i個服務提供者伺服器提供的當前排隊長度；pi是該服務使用者計算機選擇第i個服務提供者伺服器提供服務的概率，通過求解上述凸規劃得到；步驟(3.5.2)服務提供者伺服器按以下過程選擇服務提供者伺服器設定隨機產生一個(0，1]上的隨機數r；服務提供者伺服器Mi若且唯若k=1i-1pkrk=1ipk]]>成立時被選擇，p0定義為0；步驟(4)按以下步驟完成服務步驟(4.1)服務使用者計算機和步驟(3)所選擇的服務提供者伺服器進行綁定，並開始執行服務；步驟(4.2)包括服務綁定、數據傳輸的準備工作完成後，服務使用者計算機向服務代理伺服器報告準備工作時間，以便服務代理伺服器統計準備工作時間平均值Tp。
全文摘要
面向服務體系結構SOA下優化服務時間混合策略方法，屬於SOA技術領域，其特徵在於由服務提供者按照自己的需求，為從服務代理得到的、經過匹配的服務提供者設定選擇概率，並從中再用輪盤賭的方法按照隨機數選擇服務提供者；在不合作者的比例小於75％下，在平均逗留時間、最大逗留時間、平均排隊長度、最大排隊長度上都優於其他方法。
文檔編號H04L12/28GK101072185SQ20071011812
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月29日 優先權日2007年6月29日
發明者範玉順, 沈益民 申請人:清華大學