服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法

摘要

本发明公开了一种服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法，在将业务逻辑描述数据存入计算机存储器后，包括以下步骤：CPU读取存入计算机存储器的业务过程中的业务逻辑描述。得到各个业务角色；分析业务角色关系，确定质量要求，确立质量判定依赖关系；建立质量依赖图；对每一个业务角色进行分析时依据的质量判定规则；确定其质量判定方；确定各个业务角色选取的具体执行的顺序；建立成对比较矩阵；计算各个业务角色候选对象对质量判定方的质量要求的满足程度；CPU选择合适的候选对象。本发明从建立对服务的描述开始，整个选取过程是由计算机实现自动化计算的，提高了客观性和运行效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种服务组合环境下选取质量最优的候选服务的方法，尤其适用于大型计算机网络商务平台下选取业务逻辑描述中参与实施商务业务过程的服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法。

背景技术

在服务组合环境下，不同的逻辑上描述的服务、组织相互进行信息、资源的交互完成某一业务目标。在执行这一业务逻辑时就需要将逻辑上的服务、组织实例化一从能提供与需求相同的候选的服务、组织中选取最合适的参与到业务逻辑的执行中来。目前，已经提出的基于服务质量(QoS)进行服务、组织选择的方法中，很少有方法考虑到某一服务、组织的质量判定应由哪些与之相关的服务、组织执行；并且现阶段由于用于描述服务质量的大多数质量判定规则(Quallity Criteria)都是依据人的主观判断，Liangzhao Zeng，Boualem Benatallah，Marlon Dumas，Jayant Kalagnanm，and Henry Chang，的论文就给出了一些服务质量判定参数。[QoS-Aware Middleware for web service composition in IEEETransaction On Software Engineering(Liangzhao Zeng，Boualem Benatallah，MarlonDumas，Jayant Kalagnanm，and Henry Chang，IEEE Transactions On SoftwareEngineering，VOL.30，No.5，May 2004)]。但是，在利用计算机处理服务组合环境下的最优服务时，以及进行系统服务运算时，对服务依赖的判定是主观的，仍需要在某些特定步骤中，由使用者根据主观判断输入或选择相应的数据，因此如何在此基础上建立相对客观的评判标准进行判定，也是服务选取的一个问题所在。现有的工作绝大多数都关注于服务质量的定义、范围以及描述、定量化方式，以上两个问题中只有第二个问题有少量相关工作关注。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术的不足，提供了一种服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法。

技术方案：本发明公开了一种服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法，在将业务逻辑描述数据存入计算机存储器后，包括以下步骤：

CPU读取存入计算机存储器的业务过程中的业务逻辑描述，业务逻辑描述是业务角色间“服务、被服务”关系描述的集合。

分析业务逻辑描述，得到各个业务角色；

分析业务角色之间“服务——被服务”关系，确定被服务方对服务提供方的质量要求，确立业务角色之间的质量判定依赖关系；

依据建立的质量判定依赖关系建立质量依赖图；

利用拓扑排序分析质量依赖图得到对每一个业务角色进行分析时依据的质量判定规则；

对于每一个业务角色，依据质量判定规则确定其质量判定方；每个业务角色有若干能够提供与该业务角色相同逻辑功能的业务角色候选对象，以供在业务逻辑真正执行时被选取；

根据拓扑排序得到的拓扑有序序列确定各个业务角色选取的具体执行的顺序；

对于每一个待选取的业务角色，量化其质量判定方对其的质量要求，建立成对比较矩阵；

利用最大特征根迭代法计算各个业务角色候选对象对质量判定方的质量要求的满足程度；

CPU对每个业务角色候选对象对质量判定方的质量要求的满足程度排序，选择合适的候选对象。

所述业务逻辑描述、业务角色之间的质量判定依赖关系通过建立了标签的XML(全称，eXtensible Markup Language)文件形式提供。

所述依据建立的质量判定依赖关系建立质量依赖图包括以下步骤：

(301)取得所有包含在业务逻辑内描述质量判定依赖关系的文件；

(302)读取XML文件的标签取得服务方、被服务方；

(303)对于每一次分析得到的服务方、被服务方，判断服务方或被服务方是否已经在图中建立，是则跳至步骤(305)，否则进行下一步；

(304)建立节点，用以在图中形式化的表示各业务角色间的质量依赖关系；

(305)从服务使用方向服务提供方建立一个有向连接；

(306)判断业务逻辑描述内质量判定依赖关系的描述文件是否读尽，是则结束，否则跳至步骤(302)。

有益效果：本发明公开的服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法，从建立对服务的描述开始，整个选取过程是由计算机实现自动化计算的，无须人为因素的加入，提高了客观性和运行效率，采用AHP模型，使选择结果相对以往方法也更为客观。同时全面的考虑了服务选取情况下的质量判定要求以及质量依赖关系，使得被选取的服务能更好的满足业务逻辑的需要。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明中涉及的质量依赖图示例。

图3为实施例中服务组合、服务选取环境下的服务三角模型。

图4为质量依赖关系分析框架。

图5为每一个候选业务角色质量判定的AHP模型。

图6为建立质量依赖图的步骤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法，在将业务逻辑描述数据存入计算机存储器后，开始程序运行后包括以下步骤：步骤1，CPU读取存入计算机存储器的业务过程中的业务逻辑描述；步骤2，分析业务逻辑描述，得到各个业务角色；步骤3，分析业务角色之间“服务——被服务”关系，确定被服务方对服务提供方的质量要求，确立业务角色之间的质量判定依赖关系；步骤4，依据建立的质量判定依赖关系建立质量依赖图；步骤5，利用拓扑排序分析质量依赖图得到对每一个业务角色进行分析时依据的质量判定规则；步骤6，对于每一个业务角色，依据质量判定规则确定其质量判定方；步骤7，对于每一个待选取的业务角色，量化其质量判定方对其的质量要求，建立成对比较矩阵；步骤8，利用最大特征根迭代法计算各个业务角色候选对象对质量判定方的质量要求的满足程度；步骤9，对每个业务角色候选对象对质量判定方的质量要求的满足程度排序，选择合适的候选对象；步骤10，判断当前是否仍存在业务角色未被选取，如果全部业务角色选取结束，本过程结束，否则转到步骤6，继续取得未选取的业务角色进行判定过程；所有所述业务逻辑描述、业务角色之间的质量判定依赖关系通过建立了标签的XML文件形式提供。

如图6所示，所述依据建立的质量判定依赖关系建立质量依赖图包括以下步骤：步骤301，取得所有包含在业务逻辑内描述质量判定依赖关系的文件；步骤302，运用包含的质量判定依赖关系文件分析器取得建立了标签的XML文件中的服务方、被服务方；步骤303，对于每一次分析得到的服务方、被服务方，判断服务方或被服务方是否已经在图中建立，是则跳至步骤305，否则进行下一步；步骤304，建立节点，用以在图中形式化的表示各业务角色间的质量依赖关系；步骤305，从服务使用方向服务提供方建立一个有向连接；步骤306，判断业务逻辑描述内质量判定依赖关系的描述文件是否读尽，是则结束，否则跳至步骤302。

所述业务角色指参与到整个业务流程中的、独立的、提供服务或接受服务的主体。在业务逻辑描述阶段它只是逻辑上的描述，并不是一个实体。在服务组合环境下需要通过如附图3所示的服务三角模型选择合适的业务角色候选对象。图3中包括服务注册中心，服务请求者以及服务提供者。服务请求者可以向服务提供者发出服务请求或向服务注册中心要求服务查询，服务提供者可以向服务注册中心要求服务注册。在计算机服务器中得到所有可以完成这个业务角色逻辑上的要求的主体，而后通过本发明方法在所有的候选者中选取最合适的一个。当一个服务提供者提供一个新的Web服务供使用时，服务提供者向服务注册中心发布其接口，主要包括输入/输出参数(I/O)，消息类型、操作和功能描述等。同时服务提供者还需要提供自身的信息，如名称、联系等，还需要提供的一个关键信息是请求该服务的URL。服务请求者所期望的是通过请求符合自身需求的Web服务，从而可以花较小代价(不需要自己开发该服务功能)的情况下完成该需求。为此，服务请求者需要在注册中心罗列的可用服务中寻找需要的服务，然后绑定该服务，根据服务描述向服务提供者请求该服务。

业务逻辑描述是业务角色间“服务、被服务”关系描述的集合。业务逻辑描述，业务角色间“服务、被服务”的质量判定依赖关系通过XML文件以如下形式提供：

<contract>

    <service provider＝‘Supporter’，user＝‘Fabricant’outsourcer＝’Null 

Outsourcer’>

   <quality criteria>

      <quality variants name＝‘price’>

      <quality variants name＝‘reputation’>

      <quality variants name＝‘available’>

      <quality variants name＝‘duration’>

      <quality variants name＝‘successful rate’>

    </quality criteria>

</contract>

以上文件格式是使用本发明时必须遵循的格式。service表示“服务，被服务”关系。其中provider表示服务提供方，user表示关系中服务使用方，outsourcer是一个可选对象，它主要应用于如下场合：当存在A、B、C三个业务角色，B对A提供的服务中有部分服务项目“外包(outsourcing)”给C完成，就可以得到如下的关系：

<service provider＝‘C’，user＝‘A’，outsourcer＝‘B’>

质量判定要求集合是一个个数可变集合，范例文件中给定的五个判定参数来自于Liangzhao Zeng，Boualem Benatallah，Marlon Dumas，Jayant Kalagnanm，and Henry Chang的论文中提出的服务质量判定参数。在执行本方法时，质量判定参数可以依据具体服务使用方要求的不同进行增删以满足具体应用的需要。

所述质量判定依赖关系文件分析器工作过程如下：

读入业务逻辑描述文件(即“服务、被服务”质量判定依赖关系的描述集合)；读取每个contract标签，建立对其的存储；读取该contract内的服务提供方、服务判定方；读取contract标签内的quality variants值集合并保存至contract存储中去；遍历每个contract标签直至读尽所有contract标签内的内容。

依据拓扑排序得到质量判定规则时，需要遵循以下过程：

其中，质量判定规则形式如下所示：对于任意一个候选业务角色P以Quality(P)表示依据本方法得到的质量判定值；对于任意一组“服务、被服务”质量依赖关系，以Satisfy(U，P)形式化的表示服务提供方P对服务使用方U的满足程度；对于任意一个候选角色P，它的质量判定方可能不止一个。将所有的形式化表示的质量依赖关系构成的一个集合，作为后续判定的依据-即质量判定规则，形如Quality(P)＝∪Satisfy(U_i，P)，其中Quality(P)是一个在区间(0，1)内变化的值，表示P对使用其服务一方来说表现出的质量如何；Satisfy(U_i，P)表示在质量判定规则中的一个组成元素，U_i是业务角色P的服务使用者之一。

依据如下过程取得所有候选业务角色的质量判定规则：读取质量依赖图；遍历质量依赖图，并将所有入度为0的节点的位置依遍历顺序保存为一个序列；依据上一步中保存的入度为0的节点顺序，第一步从第一个入度为0的节点开始，而后依据节点顺序取得处理节点；在这个入度为0的节点所有的出边指向的节点中添加这个入度为0的节点作为它的质量判定方之一，而后将出边指向的节点的入度减1。如果减1之后该节点的入度为0，则将其加入到入度为0的节点序列中去；如果已经将图中所有节点遍历，退出本步骤，否则重复执行上一步。

步骤7到步骤9是典型的层次分析法(Analytic Hierarchy Process)的应用过程。层次分析法由美国运筹学家T.L.Saaty于上世纪70年代提出，是一种简单易用、有效、适用性强的决策工具。AHP的最初的应用多集中于运筹决策领域，本发明所述服务组合环境下的服务选取是一个新研究。对于每一个业务角色的选取，都要进行步骤7到步骤9描述的过程，直至所有的业务角色全部选取结束。

在步骤4中建立的有向质量依赖图在经过步骤5遍历之后得到的业务角色的质量判定规则是拓扑有序的，因此在步骤7中要依据这个拓扑顺序进行业务角色选取；

步骤7中需要依据的1-9理论是在Saaty提出AHP模型时同时提出理论：对于判定某一目标是否满足要求时需要一系列的判定标准，这些判定标注之间有一个“相对”的重要程度比较。本方法中这个程度比较需要判定者在步骤3中提供的质量判定依赖关系描述文件中确定。步骤7中通过所有的质量判定方之间对于选取业务角色时起到作用的重要性建立第一个成对比较矩阵，而后根据每个质量判定方提出的质量判定要求以及它们之间对于上一层的重要程度比较，得到第二个成对比较矩阵；最后根据每个业务角色中所有的候选者对质量判定要求的满足程度做出第三个成对比较矩阵。其结构如附图5所示：经典AHP模型分为三个层次：第一层为目标层，表示模型需要达到的目标。第二层为准则层，表示判定第三层的候选者时使用到的判定准则。在本发明中，采用多层AHP模型，即在第二层准则层，另分为两个层次：业务判定方层和每个质量判定方提出的质量判定要求层。

所依据的Saaty的1-9理论可见下表：

  尺度a_ij  1  2  3  4  5  6  7  8  9  比较准则  相同  稍强  强  明显强  绝对强

其中2，4，6，8对应它们左右临近比较准则的中间程度。

步骤8依据最大特征根迭代方法依次计算由步骤7中得到成对比较矩阵的过程如下：计算矩阵A₂的最大特征根λ⁽²⁾及其对应的特征向量ω⁽²⁾；计算矩阵A_3i的各个最大特征值λ⁽³ⁱ⁾及对应的特征向量ω⁽³ⁱ⁾，由特征向量构成矩阵W⁽³⁾；计算矩阵A_4i的各个最大特征值λ⁽⁴ⁱ⁾及对应的特征向量ω⁽⁴ⁱ⁾，由特征向量构成的矩阵W⁽⁴⁾；得到业务角色P的所有候选组织对业务目标的满足度向量：ω＝W⁽⁴⁾W⁽³⁾ω⁽²⁾。ω是一个n维向量(n为候选组织的数量)，的第i个分量代表第i个候选组织对业务角色质量需求的满足程度；每个分量的取值范围为[0，1]。

步骤9对ω中的分量进行排序，其中具有最大值的分量对应的候选者是该次业务角色选取中的最优候选者。

本方法的模型框架可见附图4。附图4表示了本发明提出的模型的基本框架：在一个由服务组合形成的“虚拟组织”(框架的第一层)中，提供不同功能的成员被成为“业务角色”(框架第二层)，业务角色是一个逻辑上的功能描述，它们需要在每个业务角色候选对象中选择真正的执行者。业务角色之间存在着交互和“服务、被服务”的质量依赖关系，这种关系通过交互双方的“协定”描述(框架第三层)。通过本发明对协定的定义和自动读取，可以得到选取业务角色候选对象时所依据的“质量判定规则”。附图5主要应用于确定了质量判定规则后对各个业务角色进行在候选业务角色中进行选取的过程。

实施例2

服务组合环境下基于质量依赖关系的候选服务选取方法的基本出发点是基于分析业务逻辑描述，建立对参与业务过程的业务角色的依赖关系描述文件，并根据自动分析建立的描述文件建立质量依赖图；对质量依赖图进行拓扑遍历得到质量判定规则及判定顺序。而后应用AHP方法进行候选服务选取。

以如下业务逻辑的选取过程为例介绍本发明方法的具体实施例。

某生产商(Manufacture)希望通过服务选取的模式找到一个合适的原料供应商(Supplier)提供其生产所需原料。如附图2所示，在通过服务三角模型中的服务注册中心中可以得到一批能够提供其所需原料的供应商。在目前的市场情况下绝大部分原料供应商外包其运输服务给物流运输公司(Shipment)，并且三者之间的货款交互通过在线银行(Online Bank)完成。

在上述业务逻辑描述中包含四个业务角色：生厂商(Manufacture)、供应商(Supplier)、物流运输公司(Shipment)及在线银行(Online Bank)。按如图1所示步骤进行业务角色供应商、物流公司、在线银行的选取。初始动作之后步骤1读入包含所有业务角色之间“服务、被服务”的质量判定依赖关系的描述文件。本例中的质量判定依赖关系描述文件(业务逻辑)如下：

<contract>

   <service provider＝‘Supplier’，user＝‘Manufacture’，outsourcer＝‘NULL’>

   <quality criteria>

<quality variants name＝‘price’>

      <quality variants name＝‘reputation’>

      <quality variants name＝‘after service’>

   </quality criteria>

</contract>

<contract>

   <service provider＝‘Shipment’，user＝‘Manufacture’，outsourcer＝‘Supplier’>

   <quality criteria>

      <quality variants name＝‘duration’>

      <quality variants name＝‘after service’>

  </quality criteria>

</contract>

<contract>

   <service provider＝‘Shipment’，user＝‘Supplier’，outsourcer＝‘NULL’>

  <quality criteria>

     <quality variants name＝‘reputation’>

     <quality variants name＝‘successful rate’>

     <quality variants name＝‘price’>

     <quality variants name＝‘after service’>

 </quality criteria>

</contract>

<contract>

   <service provider＝‘Online Bank’，user＝‘Manufacture’，outsourcer＝‘NULL’>

   <quality criteria>

      <quality variants name＝‘security’>

      <quality variants name＝‘reputation’>

      <quality variants name＝‘available’>

  </quality criteria>

</contract>

<contract>

   <service provider＝‘Online Bank’，user＝‘Manufacture’，outsourcer＝‘NULL’>

   <quality criteria>

     <quality variants name＝‘security’>

     <quality variants name＝‘reputation’>

     <quality variants name＝‘available’>

 </quality criteria>

 </contract>

<contract>

   <service provider＝‘Online Bank’，user＝‘Shipment’，outsourcer＝‘NULL’>

   <quality criteria>

      <quality variants name＝‘security’>

      <quality variants name＝‘reputation’>

      <quality variants name＝‘available’>

   </quality criteria>

</contract>

上述文件中Contract标记表示这个标记中描述了业务角色之间的服务依赖关系；依据步骤2分析业务逻辑得到业务角色：Manufacture，Supplier，Shipment，Online Bank。业务逻辑文件中的Service provider、user、outsourcer三者表示本方法中的“服务、被服务关系”中的服务提供方、服务使用方、外包者。通过步骤3可以判定得到的业务角色之间的质量依赖关系，Quality variants表示服务使用方对服务提供方的质量要求；其中出现的质量要求含义依次为：价格(price)、声誉(reputation)、售后服务(after service)、服务执行时间(duration)、服务成功率(successful rate)、服务安全性(security)、服务的可实用性(available)。

通过对上述文件的自动分析提取得到质量依赖关系并依据步骤4建立一张质量依赖图如附图2所示。

依据步骤5对建立的质量依赖图进行遍历得到的质量判定规则如下：

①Quality(Supplier)＝Satisfy(Manufacture，Supplier)；

②Quality(Shipment)＝Satisfy(Supplier，Shipment)∪Satisfy(Manufacture，Shipment)；

③Quality(OnlineBank)＝Satisfy(OnlineBank，Manufacture)∪Satisfy(OnlineBan-k，Supplier)∪Satisfy(OnlineBank，Shipment)；

通过步骤5得到的质量判定规则以及判定顺序，可以得到业务角色判定顺序：Supplier→Shipment→OnlineBank

假设Supplier共有6个候选者，Shipment共有5个候选者，OnlineBank共有3个候选者。

步骤7根据步骤5、6确定的候选业务角色的质量判定方以及质量判定方对

质量提供方的质量要求建立成对比较矩阵。

在确定业务角色Supplier时，根据质量判定规则①，它的质量判定方只有Manufacture，因此得到的AHP模型只有典型的三层结构。质量判定要求作为第二层，所有Supplier的候选者作为第三层。

在确定业务角色Shipment时，根据质量判定规则②，它的质量判定方有Manufacture和Shipment，因此需要采用如附图5所示的多层AHP模型。质量判定方作为第二层，每个质量判定方对Shipment的质量判定要求作为第三层。

在确定业务角色OnlineBank时，根据质量判定规则③，它的质量判定方有Manufacture、Supplier、Shipment。采用如附图5所示的多层AHP模型。质量判定方作为第二层，每个质量判定方对OnlineBank的质量要求作为第三层。

以确定OnlineBank为例说明AHP的计算过程：

层次结构如附图5第一层为目标：选取最合适的Online Bank业务角色；第二层为选择Online Bank时有权利发表意见的质量判定方；第三层为每个质量判定方对其的质量要求，具体要求已经于步骤3中读出并保存；第四层为所有(本例中为3个)候选的能够提供Online Bank功能的候选者。

步骤8根据特征根迭代方法求各个业务角色候选组织对各个质量判定者的满足程度，见表1-表6：

第二层元素关于第一层总目标的成对判断矩阵：

第二层元素关于第一层总目标的成对判断矩阵：

表1：

  G：目标 Manufacture  Supplier  Shipment  ω₂  Manufacture  1  1/5  1  0.143  Supplier  5  1  5  0.714  Shipment  1  1/5  1  0.143

第三层各子标准对第二层质量判定方的成对判断矩阵：

表2：

 Manufacture  Security  Available  Reputation  W  Security  1  3  1/3  0.258  Available  1/3  1  1/5  0.105  Reputation  3  5  1  0.637

表3：

  Supplier  Security  Available  Reputation  W  Security  1  1/7  1/3  0.081  Available  7  1  5  0.731  reputation  3  1/5  1  0.188

表4：

  Shipment  Security  Available  Reputation  W  Security  1  3  5  0.659  Available  1/3  1  1  0.185  Reputation  1/5  1  1  0.156

第四层业务角色OnlineBank的候选者对上层各子标准的成对比较矩阵(候选OnlineBank对每个质量判定方提出的质量判定要求相对性的比较矩阵，共9个，略)。

根据第三层对第二层各质量判定方的成对比较矩阵的特征向量，可以得到

第三层对各个质量判定方的综合权重矩阵W⁽³⁾：

表5：

  Securi  ty  Availa  ble  Reput  ation  Secu  rity  Availa  ble  Reputa  tion  Securi  ty  Availa  ble  Reput  ation  Manu  factur  e  0.258  0.105  0.637  0  0  0  0  0  0  Suppli  er  0  0  0  0.08  1  0.731  0.188  0  0  0  Shipm  ent  0  0  0  0  0  0  0.659  0.185  0.156  综合  权重  0.037  0.015  0.091  0.05  8  0.522  0.134  0.094  0.026  0.022

同理，根据第四层所有候选者对各个质量判定方提出的质量判定标准的成对比较矩阵，可以得到第四层对第三层的综合权重矩阵W⁽⁴⁾：

表6：

  OnlineBank  候选者1  OnlineBank  候选者2  OnlineBank  候选者3  Security       --  Manufacture  0.333  0.333  0.333  Available      --  Manufacture  0.429  0.429  0.142  Reputation     --  manufacture  0.333  0.333  0.333  Security-Supplier  0.200  0.600  0.200  Available-Supplier  0.258  0.637  0.105  Reputation       -  Supplier  0.333  0.333  0.333  Security-Shipment  0.143  0.714  0.143  Available        -  Shipment  0.200  0.600  0.200  Reputation      --  shipment  0.333  0.333  0.333  综合权重  0.266  0.551  0.182

ω＝W⁽⁴⁾W⁽³⁾ω⁽²⁾＝{0.266，0.551，0.182}

依据步骤9，对ω内的分量进行排序，得到的序列：候选者2：0.551，候选者1：0.266，候选者3：0.182。因此选定候选者2作为OnlineBank逻辑功能的真正执行者。每选择一个业务角色之后，依据步骤10判定是否仍有业务角色没有被选择，如有，则继续取得其对应的质量判定规则继续依据步骤6-9进行选取，如已经取尽本方法结束。

本发明提供了一种服务组合环境下基于质量依赖关系的服务选取方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。