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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/26卷 第8期2009年8月微 电 子 学 与 计 算 机MICROELECTRONICS&COMPUTERVol.26No.8August 2009收稿日期:2009-04-03基金项目:四川省教育厅自然科学基金(07ZC002);阿坝师专校级重点课程(09Abs13)一种基于云计算的语义Web服务组合模型研究周相兵,马洪江,杨兴江(阿坝师范高等专科学校 计算机科学系,四川 成都611741)摘 要:提出一种基于云计算
2、的语义服务组合模型.通过云计算中的云概念,把云中的云滴与Web服务结合起来进行研究,并采用正态云进行刻画,分析出具有正态云特征的Web服务,并进行相关定义与描述;同时,采用正态云发生器算法来实现服务发现、组合.采用一种云计算的语义服务组合的结构进行实验表明,此方法可行.关键词:云计算;正态云;语义Web服务;服务组合中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1000-7180(2009)08-0206-05Semantics Web Service Composition ModelBased on Cloud ComputingZHOU Xiang2bing,MA Hong2jian
3、g,YANG Xing2jiang(Department of Computer Science,Aba Teacher College,Chengdu 611741,China)Abstract:We proposed a semantics service composition model based on cloud computing,which employ cloud concept andcloud particle to express Web service in the cloud computing,and employ normal cloud to facet We
4、b service,we analyseWeb service characteristic,which have normal cloud,and implement definition and description.At the same time,weemploy normal cloud generator algorithm to implement service discover and composition.We adopt a cloud computing ar2chitecture of semantics Web service composition to ma
5、ke experiment and show,it is more feasible and efficient.Key words:cloud computing;normal cloud;semantics web service;service composition1 引言面向服务计算(SOC)是分布式计算很有效的方法,具体体现在服务高效组合和编排执行1,但因服务自身存在处理语法、语义、识别、抽取等方面的问题,因此众多研究者提出了许多相关的方法进行解决,主要从形式化逻辑描述(非功能性描述),人工智能计算,语义识别,逻辑推理等角度进行研究服务223,以达到满意的服务组合,直接表现在服务组
6、合有效性上,但大多只是从一定程度改进了服务组合体系,未解决服务组合快速、精确性.目前,语义服务组合是对传统服务组合更深层次的研究,采用基于Ontology的OWL2S和WSMO进行服务功能语义描述,即编制和编排4,对传统服务组合模型处理语义方面进行改进和增强,提高服务组合效率,实现了不同程度的服务识别和抽取,完成了不同的业务逻辑需求,并通过服务质量(QoS)衡量服务组合的好坏.但因服务是分散的、不确定的、自由的等诸多因素的影响,导致服务组合总不能真正达到需求的要求.文中从云计算的角度,提出一种基于云计算的语义服务组合方法,其云计算是一种定性与定量之间相互转换的有效理论体系,它把概念的模糊性和随
7、机性有机结合在一起,因此已经在智能控制、模糊评测等多个领域得到应用.正态云模型是最重要的一种云模型,由于其具有良好的数学性质,可以表示自然科学、社会科学中大量的不确定现象5.在应用上,主要以Google和Microsoft为代表,而涉及的 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/平台主要有Google的Google Apps Engine、S,Microsoft的Office Live,Amazon的EC2,NetSuite的Suiteflex.文中主要依据正态
8、云计算的特征来实现语义服务组合方法,其通过云的云滴来刻画服务,从而使用云的性质来组合服务,得出更精确、更可靠的服务结果.2 基于云计算的语义服务组合方法Web服务组合的业务功能主要通过WSDL描述来实现,而WSDL只具有纯的语法规则,缺少语义上的识别;并通过SOAP完成业务交换和实现.为了增强服务组合的选择、识别能力,需要向WSDL中注入语义,目前最常用的方法就是采用基于本体的OWL2S和WSMO向服务中注入语义.而云是用定性值表示的某个定性概念与其定量表示之间的不确定性转换模型.云由许许多多云滴组成,单个云滴是定性值在数量上的一次具体实现;且每次产生的云滴具有不确定性,某一个云滴也许无足轻重
9、,但云的整体形状反映了定性概念的重要特性.云的数字特征用期望Ex(expected value)、熵En(entropy)和超熵He(hyper entropy)三个数值来表征,它们反映了定性概念的定量特性.定义1云与云滴:设U是一个用数值表示的定量论域6,C是U上的定性概念,若定量值xU是定性概念C的一次随机实现,x对C的确定度(x)0,1是有稳定趋向的随机数:U0,1,xU,x(x),则x在论域上的分布称为云(Cloud),记为云C(X).每一个x称为一个云滴,记为C(X(x).定义2一维正态云算子A rForward(C(Ex,En,He)是一个把定性概念的整体特征变为定量表示的映射:C
10、,且满足以下条件:=ti|Norm(En,He)的一次实现,i=1N,X=xi|xi为Norm(Ex,ti)的一次实现,ti,i=1N,=(xi,yi)|xiX,ti,yi=e-(xi-Ex)2/(2t2i).其中,Norm(,)为期望为的方差为的正态随机变量,N为云滴个数.这样就可以利用正态云算子把定性概念C(Ex,En,He)变换为数值表示的云滴集合,实现概念空间向数值空间转换.定义3一个语义算子SO(CT,P,R,A)是实现语义的基本结构,分别表示概念、属性、关系和规则的联系,且对 CTP,RA,有R(CT)ACT(P),表示对于任意具有属性的概念,存在规则的关系,并在规则的约束下,使用
11、关系把各具有属性的概念连接在一起,形成一个有联系的语义算子.定义4一个原子Web服务A WS(SN:ID,RP,Q,U,FDA,OP)是对服务描述总体表示,分别表示服务名:编号,服务消费、服务提供、UDDI注册中心、业务逻辑描述方法和服务操作方法.且它们之间满足下列条件:SC=rpi|WSS(RP)是一个服务请求序列,i=1N,S P=rqi|WSS(RQ)是一个服务响应序列,i=1N,DA=(f dai,uj)|OP(rpi,rqi)是表示逻辑描述和UDDI对SC,S P的描述,i,j=1N ,WS=wsi|(SN:ID,AD)是一个服务的实现,i=1N .定义5一个SWS(SD,DL)是对
12、语义的表示,其各项分别表示语义描述和语义描述语言,主要包括OWL2S和WSMO,根据定义3、定义4须满足条件:对SD(SO)DL(DA)存在,就表明WS的实现就具有语义.即一个语义Web服务可表示为SA WS=swsi|WS是语义Web服务的实现,i=1N .定义6语义服务相似度采用余弦夹角来定义:Sim(i,j)=cIij(Ri,c-珚Ri)2(Rj,c-珚Rj)2cIi(Ri,c-珚Ri)2cIj(Rj,c-珚Rj)2其中,i,j分别表示两个SA WS,Iij表示i,j共同评分集,Ii和Ij分别表示i,j单独评分集,Ri,c表示i对服务需求C的评分,Rj,c表示j对服务需求C的评分.Ri,
13、Rj分别表示i,j对服务需求平均评分.定义7语义服务匹配度定义为:Mat(i,j)=Sim(c,i)+Sim(c,j)+,0+1其中,Sim(c,i)和Sim(c,j)分别表示服务需求c与服务响应间的相似度,分别各自的平衡系数.这时,需要假设一个SA WS就是一个云滴C(X(x),因为这针对在WWW下的服务形态是与702 第8期周相兵,等:一种基于云计算的语义Web服务组合模型研究 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/定义1是相吻合的,也就是服务的形态定义就
14、可以采用云的定义去表述是合理的5.一直以来,关于云的研究都是建立在很强数学基础上的,其主要从正态性去研究,但由于正态分布适合自然规律,因此,正态云的研究是具有普适性的;正态云模型是用语言值表示的某个定性概念与其定量表示之间的不确定性转换模型,它主要反映客观世界中事物或人类知识中概念的2种不确定性:模糊性(边界的亦此亦彼性)和随机性(发生的概率),并把二者完全集成在一起,构成定性和定量相互间的映射5.当然分布在WWW中的服务也是不确定的,即具有模糊性和随机性.因此,长期以来要获得高精确度、满足用户需求的服务一直以来都是困难的,而且效率不高.据此,在文中采用正态云发生器算法来组合服务7,该算法用A
15、CG(Ex,En,He)来表示.算法1A CG(Ex,En,He)输入:表示语义服务的定性概念A的3个数字特征期望Ex,熵En,超熵He,分别表示服务的样本点,存在的模糊度和随机度,且所处的论域是1维的;以及云滴N.输出:N个云滴的定量值,以及每个云滴代表概念A的的确定度,即采用云计算的服务的确定度.(1)生成以En为期望值,He为标准差的一个正态随机数En;(2)生成以Ex为期望值,abs(En)为标准差的正态随机数x;(3)令x为定性概念A的一次具体量化值,称为云滴,即服务,用值Mat(i,j)来量化;(4)计算y=exp-(x-Ex)2/2(En)2;(5)令y为属于定性概念A的确定度;
16、(6)x,y完整地反映了这一次定性定量转换的全部内容;(7)重复步骤(1)(6),直到产生N个云滴为止.当在采用一维论域正态云发生器发现服务时,En取值Sim(i,j).定义8一个SWSC(SA WS,A CG(Ex,En,He),QoS,EV)是表示语义服务组合模型,其中QoS是服务质量,EV是服务组合评价器.定义9一个SWSCM(S,C,J,S P,AO)是语义服务组合方式,分别代表顺序、选择、合并、分支和无序组合结构.因设语义服务的前置条件为Pre,后置条件为Post,这时,分别可描述如下:S:Pre(S(SAWS1,SAWS2)=(Pre(SAWS1)Pre(SAWS2)/Post(S
17、AWS1)Post(S(SA WS1,SA WS2)=Post(SA WS1)Post(SA WS2)Pre(S)Post(S)SWSC例:如登陆服务S(Login,Confirm)表示用户当登陆后才能确认,即才能完成登陆服务的组合.C:Pre(C(SAWS1|SAWS2)=Pre(SAWS1),Pre(SAWS2)Post(C(SAWS1|SAWS2)=Post(SAWS1),Pre(SAWS2)Pre(C)Post(C)SWSC/表示根据选择条件执行服务组合.例:一个订单C(HandelOrder,CancelOrder)表示用 户 要 么 选 择“HandelOrder”,要 么 选 择
18、“CancelOrder”,要求用户必须执行一个过程.J:Pre(J(SAWS1|SAWS2)=Pre(SAWS1)Pre(SAWS2)Post(J(SAWS1|SAWS2)=Post(SAWS1)Post(SAWS2)且Pre(SAWS3)Post(J(SAWS1|SAWS2)Pre(J)Post(J)SWSC/表示采用合并结构执行服务组合例:J(USER OK|PWD OK)表示只有当正确输入用户名和密码才能进行预订商品.S P:Pre(S P(S A W S1|S A W S2)=Pre(SA WS1)Pre(SA WS2)且Pre(S P(SA WS1|SA WS2)Pre(SA WS
19、0)Post(SP(SAWS1|SAWS2)=Post(SAWS1)Post(SAWS2)Pre(S P)Post(S P)SWSC/表示采用分支结构执行服务组合例:SP(SearchGood|ViewGood)表示当用户登陆后,是进行检索商品,还是直接查看商品.AO:是以上四种方法的综合.即根据不同的需求进行采用不同的方式组合服务.算法2 语义服务组合算法输入:服务消费SA WS,服务提供SA WS.输出:一个用户需求.(1)确定需求的服务范围,并计算一组Sim(i,j)和Mat(i,j);(2)按需求得到En;(3)调用算法ACG(Ex,En,He),得到一组初始化云滴,即一组服务;/实现
20、服务发现(4)switch(Lookupapproach)/Lookupapproach表示采用什么样的服务组合方式Case“S”:Operating(SWSC);Case“C”:Operating(SWSC);802微电子学与计算机2009年 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/Case“J”:Operating(SWSC);Case“S P”:Operating(SWSC);Case“AO”:Operating(SWSC);default:(5)判断是否
21、满足需求,若满足就转向(6),否则转向(2);(6)终止算法.算法中的Operating表示对语义服务组合的方式的操作.3 面向云计算的语义服务组合应用分析在云实现的方案中,主要表现两层含义:一方面是底层构建的云计算平台基础设施,是用来构造上层应用程序的基础;另外一方面是构建在这个基础平台之上的云计算应用程序8.文中主是从云计算应用程序角度进行分析研究,如图1是一个面向电子商务的一个云计算平台9.图1 一种云计算体系结构在图1中,Resource Allocator是构建在云计算硬件平台之上的,文中采用Amazon做为实验分析对象来说明、实验面向云计算的语义服务组合方法.Amazon的弹性计算
22、云由名为Amazon网络服务(A2mazon Web services)的现有平台发展而来.2006年3月,Amazon发布了简单存储服务(simple storageservice,简称S3),用户使用SOAP协议存放和获取自己的数据对象.在2007年7月,Amazon公司推出了简单队列服务(simple queue service),这项服务能够使得托管虚拟主机之间发送的消息,支持分布式程序之间的数据传递,无须考虑消息丢失的问题.Amazon又继续提供了EBS(elastic block storage)服务,为用户提供块级别的存储接口.在提供这些基础设施的同时,Amazon公司开发了弹性
23、计算云EC2系统.开放给外部开发人员使用8,10.因此,文中采用Amazon提供的商品交易服务进行实验分析,并用Java语言实现面向云计算的语义服务组合模型和算法,同时,根据定义9中的例子进行实验,因此,需要设置三个服务计数器和两个计时器分别计数参与实验的服务数(包括服务请求数X1、响应数X2和服务组合数X)和时间(包括请示时间T1,响应时间T2).并与基本的服务组合方法进行满意度和精确度进行比较,如图2、图3所示表示满意度和精确度的时间关系图.分别将满意度(SOD)和精确度(PRS)定义如下:SOD=|X1|/X2|;PRS=|X|/|X1+X2|.图2 基本服务组合方法与云计算的服务组合满
24、意度比较图3 基本服务组合方法与云计算的服务组合精确度比较4 结束语文中从现阶段服务研究的角度,提出了一种基于云计算的语义服务组合模型,通过云计算的云滴和正态云的性质进行服务研究,并将语义注入到服务中去使服务具有语义.因此,首先采用云计算的定义方法为语义服务建立计算模式,据此定义了语义服务的相似度和匹配度,是为了采用正态云发生器算法去发现服务做准备;接着定义了语义服务组合的多种模式,并进行了详细的描述定义,建立了一种语义服务组合算法.通过在Amazon下提供的商品交易例子进行了实验表明,该方法可行且有效.902 第8期周相兵,等:一种基于云计算的语义Web服务组合模型研究 1994-2009
25、China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/参考文献:1 Alonso G,Casati F,Kuno H,et al.Web service concepts,architectures and applications M.Berlin:Springer,2004.2王杰生,李舟军,李梦君.用描述逻辑进行语义Web服务组合J.软件学报,2008,19(4):967-980.3张佩云,黄波,孙亚民.一种基于语义匹配的Web服务混合选择机制J.南京理工大学学报:自然科学版,2007,3
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