基于不确定QoS感知的服务组合方法研究

发布时间：2020-06-10 23:13

【摘要】：随着互联网的高速发展,越来越多的资源以Web服务的形式发布和使用,服务数量的爆炸式增长,使得互联网上出现了许多功能相似或相同的服务。如何选择高性能的服务来构建增值的应用已成为国内外学术界和商业界的研究热点。通常,服务质量(Quality of Service,QoS)被认为是衡量功能相似或相同的Web服务性能的重要标准。现有的基于服务质量感知的服务组合研究方法有整数线性规划、混合线性规划和人工智能算法等。然而,这些方法大多只考虑确定性QoS,而忽略现实中互联网环境的动态变化引起的QoS的不确定性,导致服务选择结果不准确。如何解决不确定QoS带来的问题已成为一项极具挑战的研究课题。一方面,现有的QoS感知服务组合方法只考虑Web服务的运行时性能,而忽略服务组合的成功在很大程度上取决于不同Web服务组件保持长期稳定服务质量的能力,组合时具有最佳QoS性能的服务在一段时间之后不一定是最佳的。另一方面,现阶段,互联网处在一个高动态环境中,不同时刻访问服务,其QoS值可能不同,QoS连续变化会打破原有系统组件的最优状态,需要动态调整以追踪系统的最优状态。为此,需要在QoS连续变化的情况下为用户寻求最优的服务组合解决方案。基于此,本文针对不确定QoS感知的服务组合优化问题,从不确定QoS建模、服务组合建模及算法分析等方面进行了一些研究。本文的主要研究工作如下:(1)提出了一种基于不定长时间序列的服务组合方法(Uncertain Long Time Series,ULTS)。首先,该方法基于用户对服务的访问规律,将服务质量的长期变化过程构建为不定长时间序列模型,该模型能够准确地描述一段时间内用户对服务的真实QoS访问记录。其次,提出一种基于不定长时间序列模型的改进遗传算法(Genetic Algorithm Based on Tournament Selection Strategy,T-GA),该算法采用锦标赛选择策略从种群中随机选择部分个体直接遗传到子代,接着随机选择无重复的个体进行单点交叉,两次操作产生的个体组成新的子代种群,然后,从新的种群中选择部分个体进行变异操作。所提出算法不仅能够保持种群多样性,而且加快了种群收敛速度。(2)提出一种基于有向搜索策略的动态服务组合方法(Directed Search Strategy,DSS)。该方法认为动态网络环境下,不同时刻访问服务的QoS值不同,提出一种基于有向搜索策略的动态服务组合方法。该方法包含两种机制,第一种机制用于环境变化后重新初始化种群,另一种机制用在种群进化的每一代。在检测到环境(QoS发生变化)变化后,部分种群在新的非支配解可能位于的预测区域被重新初始化;另外,种群中剩余个体是通过沿着预测的非支配解移动方向的正交方向进行局部搜索来生成的,目的是提高种群的多样性。相反,第二种机制,旨在提高种群的收敛速度。每一代利用历史信息在非支配解的区域周围生成一些适应度好的个体插入到种群中,以加快收敛速度。通过两种机制的结合,既保持了种群的多样性又加快了收敛速度。(3)在真实数据集WS-Dream上进行了大量实验,实验结果表明,基于不定长时间序列的服务组合方法能够有效地解决不确定QoS感知服务组合问题,所提算法T-GA在寻优结果和稳定性方面均优于(Genetic Algorithm Based on Elite Selection Strategy,E-GA)算法,且运行速度提高近一倍。基于有向搜索策略的动态服务组合方法能够及时的响应QoS的连续变化,且获得的非支配最优解具有很好的多样性。最后,对基于不确定QoS感知的服务组合方法问题进行了分析总结,并给出了下一步研究方向。
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酒店,旅游需要,旺季

图１．１邋ＱｏＳ的变化逡逑Ｆｉｇ．邋Ｉ．邋Ｉ邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ＱｏＳ逡逑，外出旅游需要订酒店。一般酒店的价格都是不确定的，，旺季、节假日、周末、团购、连续入住天数等多种因素。对

体系结构图,面向服务,体系结构,服务提供者

了一种获得增值应用的通用工具，是从架构角度支持服务计算的基础。三类角色逡逑包括：服务提供者、服务注册中心和服务请求者。所有角色之间的基本操作包括：逡逑发布、查找、绑定和调用。角色之间基本操作关系如图２．１所示。逡逑ｙ／逦ｆ服务描述逡逑／邋服务注册中心逡逑查询布逡逑／逦＼逦绑定和调用逦／逦＞￣＾逡逑＜邋服务谓求者逦服务提供者逡逑＼邋／邋＼逡逑图２．１面向服务的体系结构逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｅｒｖｉｃｅ邋ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑三类角色详细描述如下：逡逑（丨）服务提供者。服务提供者可以是具有应用开发能力个人、组织和企业。逡逑一般情况下，其工作是提供应川服务，并将该服务的地址、功能、价格等详细服逡逑务质量信息描述发布到服务注册中心，使服务诘求者T以通过信息匹配到该服务逡逑并调用服务。逡逑（２）
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.09

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