论文研究-基于MDA的GBDSS决策服务组合平台模型与运作机制.pdf

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论文研究-基于MDA的GBDSS决策服务组合平台模型与运作机制.pdf,  基于网格的决策支持系统(Grid based decision support system, GBDSS)的决策服务组合建模既要考虑领域内特定决策问题的过程建模,又要考虑所采用的方法的可行性和效率.提出了基于模型驱动架构(Model driven architecture, MDA)的GBDSS决策服务组合技术架构
1314 系统工程理论与实践 第30卷 则提供了SOA服务运行平台的相关软硬件环境,实现了从单一系统冋分布式、异构、自治多系统之间的转 换,包括网格资源管理、网格资源调度、服务鄙署、服务执行抔境支撑等;而 Semantic web则贯穿于整个基 于MDA的 GBDSS决策服务组合过程中,它为MDA提供了各类建模元语及领域知识元模型,为SOA定 义了消息传递格式及服务搜索组合算法,为 Grid infrastructure提供了系统和资源元数据语言 模型驱动架构设计支持 面向服务架构运行支持 语义网分析支持 决策支持 网格基础设施平台支持 图1基于MDA的 GBDSS决策服务组合技术架构 22 GBDSS决策服务组合平台模型 本文提出的基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台模型参考O(SA/WSRF标准框架,分为四个层次 网格资源层、网格服务接口层、服务组合核心层、网格访问接口层,如图2所示 网格访问 用户罕间 本体编器 服务浏览器 工作流编器大态监观器 接|层 冈关 APIAgent 本体服务 信息服务 模型映射 作流验训 语义标注 服务组合核 语义搜索 排疗服务 工作流执行 注册服务 推理机 句法搜索 作业调度 资源琪 网桦服务接L 服务部服务容器) 服务实例接凵(服务工厂) 网格资源 服务层 数据 本体库 案例网格服务 资源 We服务 图2基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台模型 网格资源服务层包括各种异构、广域分布的网格资源及服务,如计算资源、网络资源、数据资源、存储 资源和网格服务、W服务等.其中数据资源中的服务兀数据库、本体库、案例库存储了大量的服务、本体 和知识信息,为实现决策服务组合提供了丰富的信息支持 网格服务接口层包括服务实例接口与服务容器两大模块.其中,服务实例接口接受作业调度模块提交的 单个服务清求,查询服务及资源的当前状态,按照服务的WSDL文件描述创建服务实例,执行、监控作业,并 将结果返回给工作流引擎.服务容器则在网格环境内的各个节点上,提供一个网格服务实例安装、部署、运 行、监控的环境,采用GT4的核心服务实现. 服务组合核心层模块实现三大功能:本体构建及服务语义标注、服务搜索、服务组合构建与执行 1)本体构建及服务语义标注包括本体服务、语义标注、注册服务等模块,其中本体服务实现模型结构本 体和领域信息本体的构建、管理和查询,是其他模块访问本体库的唯一入口;语义标注模块采用KⅠM语义标 第7期 王煜,等:基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台模型与运作机制 1315 注平台作为插件,实现了服务及服务组合模型的语义标注功能:注册服务模块则实现了服务元数据的注册和 发布 2)服务搜索包括信息服务、语义搜索、句法搜索、推理机、排序服务等模块,其中信息服务负责收集并 管理网格环境中各种资源(如节点信息、网络信息和计算信息等)、服务和其他主体的描述元数据信息,通过 扩展CGSP的信息服务模块实现;语义搜索模块实现基于领域本体的决策服务搜索,句法搜索实现基于同等 措述句法语法格式的非语义决策服务搜索;推理机采用 Racer1l作为推理工具提供了针对本体库中多种知 识实体间相同或相似关系的推理功能如用语断言推理、包含关系检查、概念层次导航等,以扩大决策任务与 决策服务之间的匹配集供语义搜索模块使用;排序服务则接收满足需求的决策服务候选集,并通过基于语义 相似度的服务排序算法将候选决策服务按服务匹配度的高低排疗供用户选取,其中语义相似度算法采用本体 模型的概念包含计算和概念在 WordNct中的词汇相似度计算12共同实现 3)服务组合构建与执行包括模型映射模块、工作流验证模块、工作流执行引擎、作业调度模块和资源管 理模块,其中,模型映射模块釆用UML模型转换工具UMT实现业务逻辑平台无关模型到决策服务组合平 台相关模型间的映射,即抽象模型到叮执行模型间的转换;工作流验让模块使用符号模型检测技术·验证 特定有限状态机是否潢足时序逻辑中指定的特定属性,以瑊少运行时错误及故障;工作流执行引擎实例化决 策服务组合平台相关模型中的各子服务并提供给作业调度模块进行作业执行,采用 ActiveBPeL引擎国实 现;作业调度模块以SOAP消息的形式接收决策者的作业请求,根据广域环境内的任务类型、资源节点状态、 网络通信性能等参数,采用基于 GBDSS全局QoS最优的作业调度策略将服务作业分配到合理的资源服务 容器中运行,并在服务作业执行完之后,负责将结果返回给工作流执行引擎;资源管理模块采用CGSP网格 域和集群节点的分层模型实现了网格的全局资源管理,通过对资源建立全局统一命名空间,实现对资源 元数据的全局管理及资源的全局映射,协调组合服务执行过程中的资源访问管理及资源生命周期中的状态收 集 网格访冋接口层是用户访问服务组合网格平台的入口,包括与网格系统直接相连的网关API,与用户操 作相关的本休编辑器、服务浏览器、工作流编辑器、状态监视器以及用户空间等.其中,网关API提供了 套标准的网格环境访间接,用户可以根据自身需求定义与开发遵循此API的领域化、个性化应用模块,从 而访间 GBDSS中的资源、服务等;本体编辑器采用集成 Protege-OWLI6的方式实现,提供给知识工程师 个可视化编辑界面以构建领域本体、结构本体、UML本体等;服务浏览器则为用户提供服务的描述、语义 标注、注呖、搜索、选择的可视化编辑与浏览界面;工作流编辑器提供了决策任务建模及决策服务组合建模 的图形化界面;状态监视器负责显示 GBDSS中各类资源的当前运行状态信息;用户空间则是整个 GBDSS 对访问网格的用户及其权限进行管理的模块,用户的具体操作均在用户空间中验证与记录. 3 GBDSS决策服务组合运作机制 基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台模型集成了MDΔ及语义技术,提高了 GBDSS的智能生、开 放性和动态性.与此同时,随着新模块的加入, GBDSS的决策服务组合运作机制也变得更加复杂,为了更清 晰地勾勒出基于MDA的 GBDSS决策服务组合的整伓概貌,本文给出了 GBDSS决策服务组合运作机制 该运作机制包括两个方面内容:平台模型各模块相互调用协作的运作流程和各模块消息交互的建模协议簇. 3.1 GBDSS决策服务组合模型运作流程 我们给出的基于MDA的GR冂SS决策服务组合包括三个运作流程:服务语义标注流程、服务搜索匹配 流程和决策服务组合及执行流程 1)服务语义标注流程是指在服务开发工程师利用领域本体标注决策服务领域语义信息的过程中, GBDSS 决策服务组合平台模型中相关模块的活动序列,如图3所示 a)服务开发工程师通过服务浏览器编辑所开发服务的相关元数据.其中,一部分元数据由服务接口自动 生成,另一部分则由服务开发工程师手动编辑; b)服务开发工程师通过服务浏览器凋用语义标注模块实现服务的领域相关语义标注:首先语义标注模 块调用本体服务从本体库中査询相关领域概念作为语义元数据供服务开发工程师选择,然后语义标注模块调 用自带的话义标注工具进行服务元数据的标注,最终将标注结果返回给服务浏览器供服务开发工程师査看; c)服务开发工程师通过服务浏览器调用注册服务将服务语义元数据注册到服务元数据库 1316 系统工程理论与实践 第30卷 服务浏览器语义标注模块体服务本体库注册服务服务元数据库 服务元数据浏览语义标注、获取本体概念}本体查洵 概念返回查询返回 标注结果返叫 概念标注 注册服务调用 服务元数据注册 语义标注完成确i 注册服务完成确认 注册确认 图3服务语义标注流程 2)服务搜索匹配流程是指在决策者依照领域业务逻辑PIM的语义信息搜索符合要求的原子服务的过 程中, GBDSS决策服务组合平台模型中相关模块的活动序列,如图4所示. a)决策者通过工作流编辑器的图形操作界面构建决策叫题的领域业务逻辑PIM; b)工作流编辑器调用信息服务进行决策服务的搜索匹配,得到满足PIM中子任务需求的服务候选集 c)信息服务调用语义搜索模块来计算PIM中用于服务匹配的任务元数据慨念与同领域本体中相关概 念的相似度:并得到给定阈值之上的各任务元数据的相似本休概念集,以扩大服务的搜索匹配范围,其中相 似度计算在推理机中进行,而同领域本体概念通过本体服务访问本体库获取; d)信息服务接收语义搜索模块返回的服务元数据相似慨念集,调用句法搜索模块进行服务元数据的搜 索,并将满足査询条件的服务集返回给工作流编辑器 工作流编辑器 信息服务义搜索 推理机 本体服务 本体库 句法搜服务元数据库 领域业务模型构建 服务搜索匹配 仁务元数据 相似度计算 相似概念获取1概念获取 1服务搜索相似概念集 概念返回 依据相似概念釣服务搜索 服务搜索 兀配结果返回仁务匹配服务返回 相似服务集返回 服务集返回 L 图4服务搜索匹配流程 3)决策服务组合及执行流程是指从决策者构建待解决的领域业务逻辑PIM到得到决策服务组合执行 结果的过程中, GBDSS决策服务组合平台模型中相关模块的活动序列.如图5所示 a)决箎者通过工作流编辑器的图形操作界面构建抽象领域业务逻辑PIM; b)工作流编辑器启动服务搜索匹配流程,得到满足PIM中子任务的服务候选集; c)工作流编辑器调用排序服务,采用特定的服务选择算法从服务候选集中筛选出与PIM相似度最高的 优化决策服务组合方案; d)工作流编辑器调用模型映射模块将U定义的领域业务逻辑PⅠM转换为依照优化决策服务组合 方案规划的BPEL4WS定义的可执行决策服务组合PSM; e)工作流编辑器调用工作流验证模块验证PSM运行时的故障诊断和错淏补偿能力,以提高 BPELAWS 模型执行的容错性: f)工作流编辑器调用工作流执行引擎执行PSM,并接收最终的集成运行结果 第7期 王煜,等:基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台模型与运作机制 1317 g)工作流执行引擎依据PSM中服务类型和服务端口信息将单个子服务或组合服务作业分配给作业调 度模块,控制服务的运行模式并接收单个子服务的执行结果; h)作业调度模块依据单个服务的wSDL文档中服务调用地址、端口和相关资源元数据信息,将服务作 业分配到指定资源的服务容器的服务实例接 i)服务实例接∏接收服务的调用指令,采用工厂模式创建服务实例并执行,将结果返回给工作流执行引 擎;在实例执行过程中,资源管理模块负责收集各资源的状态信息,并通过状态监控器返冋给决策者,以实现 运行时控制 j)工作流执行引擎接收PSM的最终执行结果,集成结果并将结果或建议通过工作流编辑器返回给决 策者 ⊥作流‖仁息服务服差MFM校丛⊥作粒验订模基流执行悦业调度楼源管理块服务例L 决策任务 务流PⅣ型构建 服务搜索 务相以度排与 优服务 ML到BPEL模門转奐 次策服务合BPE1模返p BPLL模验 刂执们模p 纠介服务行 服务分 什资源分配 源管 服务结果 务调川 返结根 成结果 ⊥_二 图5决策服务组合及执行流程 3.2 GBDSS决策服务组合建模协议簇 基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台是以服务为实现核心,以接口和协议为信息描述和传输基础 的决策支持系统,标准协议簇的制定能够更好的指导平台模型各模块接口旳没计与开发.因此,本文在分析 MIDA、语义网和网格相关协议的基础上,给出∫基于MDA的 GBDSS决策服务组合平台模型的建模协议 簇.该协议簇实现了任务和组合服务的标准化普适建模,屏蔽了资源、服务、基础设施的异构性,为后续的业 务模型映射与组合服务执行提供了标准化协议基础和消息传递机制 协议簇分为四个层次,包括:元素标记结构层、元元模型层、元模型层和工作流模型层(如图6所示),它 们与服务实例层和硬件平台层共同实现系统的运作 元素标记结构层采用XML作为核心协议,定义了 GBDSS中数据的呈现方式和其他协议语言的信息定 义语法.是协议格式类型交换和跨平台通讯的基础. 元元模型层定义了描述 GBDSS决策服务组合各类元模型的模型,是任务、资源建模框架的元结构,包 括MOF与RDF.MOF是MDA的元元模型语言,定义了描述UML元模型的必要概念、语法和结构;RDF 则用于描述 GBDSS资源的元数据关系,使用三元组形式定义资源与知识的信息措述结构与交互框架以支持 资源、知识、服务的发布与发现,同时实现了本体概念在工作流措述元数据上的标注 元模型层采用ⅩML作为语法格式,采用MOF和RDF作为句法框架,定义了描述 GBDSS抽象一般任 务模型、知识结构模型的元语,是对象模型实例、流程模型实例、领域规则实例的词汇与结构基础,使用的协 议有 UML profile,ODM7,RDFS和OWI.其中, UML profile定义了摧述领域相关的决策任务模型的元 语言,RDFS和OWL定义了领域相关的本体知识,ODM则完成MOF到RDFS/OWL的映射 工作流模型层包括PIM和PSM两种类型的工作流模型实例,利用元模型层的 UML profile和RDFS/ OWL实现领域特定决策问题的抽象业务逻辑建模及具体决策服务组合建模.其中,基于MA的业务对象模 1318 系统工程理论与实践 第30卷 元素标记结构层 交互格式 交互格式 元元模型层 MOF RDE 语法框架 扩展的 元模型层 映射 RDI S UML Profile 语 扩展的 扩展的平台无关模型、(扩展的 扩展的 工作流模型层 UML活动图模 M类图到平台特有模BPEL4WK映射入0Ws 模型 型的转换 模型 模型 在流绑完 服务部署 (平台特有模型到 软件实例层 执行代码的映射) (服务实例层) 执行器 资源 Weo服务 网格服务 任务执行 硬件平台层 中间件,基硏设施,运行环境,执行平台 图6基于MDA的 GBDSS决策服务组合模型的建模协议簇 型与业务逻辑模型分别由扩展的UML类图和UML活动图描述,属于PIM,由用户通过自身的业务需求并 借助专业的领域知识标注完成;而决簧服务组合PSM则由通过RDFS/OWL语义标注的扩展的 BPEL4WS 或OWLS模型描述,此类模型并非山用户手动建立,而是通过对服务元数据库中服务描述的自动查找以及 动态匹配,并采用PIM到PSM的转换机制8得到 服务实例层包含具体执行代码,解析PSM中各组成部分的WSDL文件信息,产生网格服务、Web服 务、资源、执行器的工厂实例,并部署到硬件平台层进行任务执行 4结束语 本文从基于MDA的 GBDSS决策服务组合的基本思想和技术框架入手,对基于MDA的 GBDSS决策 服务组合的基本平台模型和运作机制进行了探讨和分析.与传统的服务组合模型相比,MDA和语义技术的 引入给 GBDSS的决策服务组合带来了许多新的特性,如标准化的系统架构和协议支持、智能化的服务匹配 和模型映射、迅速化和图形化的构建方法、实时化和动态化的服务组合方式、验证后的服务执行等,有效地 加强了决策者利用决策组合服务辅助决策支持的能力.后续工作将集中在苿例的分析与构建上,以验证模型 的效率 参考文献 1 Chen X G, Chi Y, Sun L, et al. 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