论文研究-物联网需求驱动的服务组合方法.pdf

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为实现依据用户需求动态地组合原子服务, 形成服务集合, 提出一种基于本体的服务组合方法。首先对物联网服务进行多视图建模, 使用服务交互模型描述服务与物理实体的交互过程, 服务功能模型刻画物理世界中服务的属性和行为, 服务状态模型表示服务引起的期望状态变化, 并采用扩展的OWL描述面向物理对象的服务。同时, 采用多维QoS模型对用户的需求进行建模, 使用语义的方法进行服务的匹配与组合, 并基于QoS选择满足约束的服务。最后, 通过案例研究和实验验证了所提方法的正确性和有效性。
1758 计算机应用研究 第30卷 STset← SerSet;/初始化临服务集 STset、 SerRet为服务集 domain←c/设置语义相似度的阈值 domain for each s: in STset do get req from user ∥s;为原了服务,由一个三元组(sb;,sa;,sf;)表示 //mq为用户的需求,由四元组(j,alr, relat,cri)表 SDse←;/清空候远服务集合 /s1为原子服务,由一个三元组(sb,sa1,sf1)表示 while(s≠)do dis=dis(req2,sa);//计算语义距离 *与用户的需求m相匹配,即服务的属性1实现语义匹配,所 den= densitv(req2,sa);/计算密度囚子 需资源sb1能被满足,条件函数sf13能被满足* α←x;阝←y;//为α和阝赋值 if( Match(s, req )) //计算语义相似度 SD set= SD set U{s;;/匹配成功,服务加人到 SD: set中 if(sim≥ domain){//属性实现语义匹配 STSet=Sset-s1};/将服务从服务集中删去 if(req2≤sb&&req4≥s3) /所需资源dhi能被满足,且条件函数小能被满足 eturn failure;//候选集为空,则儿失败 et←-;//清空组合服务集合 return false; h SD: set do 1.=0 pina Is( SD: sel 3.2服务选择的QoS规则 /根据用户的QS需求,选择综合QS最高的服务 S;set=S; setU t};//加入组合服务集 本文从消费者的角度考虑QoS,将QS建立为多维模型, 包含服务性能相关的属性,如执行时间(time)、费用(cost)、信 return Sset: 誉度( reputation)、可靠性( reliability)、可用性( availability)1 QnS度量的组合规则可以描述为」结构QS的函数,称为QnS 若选择服务时,出现QS评价相同的服务,则选取占用资组合函数,Q组合函数具有结构相关性。设Cs( composite 源较少的服务;若服务的这两项都相同,则随机选取一个服务 service)是组合服务的 Qos. Cs=(T.C,Re,R,A),Ps、(proo 进行组合。 service)为第i个原子服务的Qo,P,=〈T,C,Re,R,,A,〉。 采用文献[18]中对顺序、并行、选择和循坏结构的Qo组合规 则。在多维QoS模刑下,满足组合服务综合质量的组合服务 本体与映射 领域本体 选择问题可以建模为多目标优化问题。设定用户约束为 需求获取 匹配 功能属 cons(4),则基于用 服务发现 用户需求功能需求 户约束的组合服务择问题是指寻找组合方案p,使得 非功能属性 QoS≤cons 领域特定数据 服务组合 组合分析-服务组合方法 本体 是 合服务集 OoS 匚其他服务组合分析 4案例研究与实验分析 非功能需求 服务选择 4.1案例研究 Qos规则 令服务选择 本节以物流企业的中转发货(内部公司从其他地方运来 选择策 的货物还需要经过合作公司继续运输的部分)为例,说明如何 组合服 按照用户需求进行物联网服务组合。中转发货的流程如图5 图4需求驱动的服务组合过程 所示。在屮转发货屮,资源Res={ waybill, entrustment, trans- 3.1服务匹配方法 port, assignment, dispatchlist}五类服务:运输委托服务SI 服务相似度计算是以概念间语义相似度为基础叫的。本托运服务Sn、仓库管理服务SⅢ、运输委托书管理SN和托运 文借鉴概念间语义相似度思想,给出服务相似度计算式 单管理SV。其服务动作和服务状态如表2和3所示。 定义6服务相似度sim用一个二元组〈R,D)表示 服务的静态属性SAtr={ convenience, timeliness,re- min Length.D) sponse, quality, complaints 语义距离为dis(R,D)= weight (i) 用户请求Req为一个五元组〈Ol,Atr, Relat,Cmi)。 密度因子为 density((R,D)=g(B)+ sibling(D)+7 Obj=i waybill, entrustment, transport, assignment, dis- atheist sim(R, D)=(rX di(,D)+“B× density(R,D) Attr=:( waybill, t s2. 5), ( entrus tment, a>0.2),(trans 其中: weight()来源于用户需求模型中的SR的权值,a+B=pomt,e>1),( assignment,<4),( dispatchlist,>0.1) Relat=;sqi( entrustment→→ transport),( transport→→assg 服务匹配方法 Match的描述如下 ment),( assignment→ dispatchlist)},pa{( waybill→〈en- Procedure match/原子服务是否与用户的需求re相匹配 Lruslmenl, transport)):, sli, loup i933; 第6期 张婷,等:物联网需求驱动的服务组合方法 1759 way 4.2实验分析 货物管理 车队 1仓库管理 开始 1)服务组合效率与成功率运输类货运企业物流信息系 统中,在服务总数为200400600、800、100的五个数据集上 杏询货运单 对用户的100个随机服务请求进行服务组合,平均组合时间和 圆运价卖托书[中转托运单 服务组合成功率如图7所示 提交车队 提交仓库 鲁平均组合 应300 时间/ 合成 达运输任务!发货管理」 功率 生成任务单 生成发货单 q 方案编号 服务总数 接收反馈 图6服务组合方案的QoS值图7服务组合效率与成功率 结束 服务的组合成功率会随着服务总数的增多呈现上升趋势 图5中转发货流程 说明候选服务增多的情况下,叮较刘地满足各和用户需求。服 表2服务动作 务的平均组合时间会随着服务总数的增多呈出现激增的现象 这是由于服务集增大后,其中的原子服务增多,语义匹配过程 Perr Poster SI bill 的开销增大 sⅡ sybill 2)服务组合质量运输关货运企业物流信息系统中,分 Ⅲl 别在服务总数为200,600、1000的数据集上随机产生服务请 sⅣ waybill 求。在服务请求为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100时,得 S\ 到的平均服务组合满意度如图8所小 表3服务状态 200个服务 CondofBeh ntrustmc ercatc entrustment transport 1000个服务 SⅡl 1020304050607080901 服务请求数 sⅢ create dispatchlist 图8服务满意度 SⅣ way bill sign entrustment Sy 在服务总数为200个时,由于原子服务和候选的服务集较 sIgn transport 小,可能会出现某些用户需求无法满足的情况,服务满意度不 使用服务匹配方法Mach后形成的候选服务集合如表4稳定。但在服务总数为600与1000时,服务满意度在区间 所示,有5类,共10个,QoS值随机生成。结合QoS组合规则, L0.8,1」,比较稳定。 计算出八种服务组合方案的QoS值如图6所示。 表4候选服务的QS矩阵 5结束语 服务Os(7)(os( QoS(h 为了获得广泛的认可,在设计基于QoS的物联网服务发 1/ 1/5 7/3 5/3 现与组合方法时必须考虑到的因素有动态性、自动化组合、层 次性和技术的灵活性。按照用户的需求对封装特定功能的 SⅣ 8/7 1/5 现有服务进行动态发现、组装和管理,实现了动态性;可自动化 l/5 发现和选择服务,实现了组合过程的自动化;对服务进行粒度 3:4 4/5 划分,通过重用和组合原子服务来生成大粒度的服务,具有层 74 7/3 7/5 次性;在OWL的基础上,对物理对象的服务进行扩展,具备 1/7 5/4 /3 2门7 定的技术灵活性。在运输类货运企业物流信息系统中的实验 4 表明,在候选服务增多的情况下,本文方法可较好地满足各种 V l/5 4/3 用户需求,服务满意度也比较稳定 使用服务组合方法 Compser后形成的侯选服务组合方案参考文献 如表5所示。根据用户的QS约束:≤2.58&a>0.2&&r>[1TU. The Internet of thingsLEB/OL].(2005-1-02).htp:/ww l&&c<4&&r>0.1,依据服务的QoS选择规则,组合方案应为 ilu inl/osg/ interneiothings/ Internel of Things summary. pdf 方案1或2。 [2]孙其博,刘杰,黎羴,等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述 表5候选服务组合力案 「J.北京郎电大学学报,2010,33(3):1-9 「3]茅维华,守囯,高溆娟,等.基于S0A架构的业务协同关鍵技木 方案运输委托托运仓库管理运输委托书管理托运单管理 平台[J,计算机工程,2009,35(19):280-281 [4 Barry& Associates Inc. Service-orienled ar: ture definition[ EB II 1 Ol.http://www.service-arehitecture.com/web-services/articles sⅣ1 service-oriented architecture soa definition html SⅣ [5]ERLT.SOA概念、技术与没计[M].北京:机械工业出版社 Ⅳ SⅡl1 Ⅳ [6] BROWN P O.SOA实践指南:应用整体架构[M].北京:机械工业 SⅢ 出版社,200 sⅡ Ⅳ (下转第1763页 第6期 赵跃些,等:基于故障树分析的软件安全性测试研究 1763 3.3安全性测试用例的生成 例数为2.39×c,安全性测试用例数约为原来的1/2 软件安全性统计测试用例的产生包括两方面:a)依据安 安全性测试所需测试用例数将小于基于 Bayesian统计理 全性测试剖面选择相应的运行;b)产生触发软件运行的相应论的软件测试所需的用例数。如果需要测试的安全性相关功 的输入变量的貝休取值。 能是极小概率事件,这样的方法会显得更加有效。 抽取运行的过程如下:将安全性测试剖面中所有运行5结束语 发生的概率p,求前j项和S,S=∑P,形成一个数列S,其中 j=1,2,…,n,n为安全性测试剖面中运行总数,规定S=0,并有 本文对现有的安全关键软件的测评方法进行研究,分析了 S=p1,Sn=1.0,S-S-1=P。任给一个随机数m∈(0,1.0) 它们在安全性测试中存在测试用例数过大的局限,提出了一种 观察落在哪个区间,若n满足S<n≤S,则该随机数5利用故障树的分析结果对软件统计测试功能剖面进行调整生 成安全性测试剖面的过程,利用该测试剖面生成测试用例进行 这个概率值对应,那么这次随机抽到的运行为 operalion 要进行第次抽样来确定运行中每个输入变量将取到的安全性測试。这样便能加大安全相关的功能在测试屮的测试 具体取值。由于输入变量的取值类型可以是离散的,也可以是方度,以更好地满足安全性测试的要求。通过例子分析可以发 连续的,在随机抽样时要分别考虑这两种类型输入变量的抽样现,采用这种方法进行软件测试可以有效地减少测试用例量 方法。连续性的输入变量婁在其取值区冋内,依概率密度函数 提高测试效率。本方法不仅可以提高对安全性相关功能的测 抽样;离散型的要在其可取值集合内依概率分布抽样。 试,而且对安仝性影响大的功能测试也会更加充分。 通过对运行和各输入变量取值两个步骤的抽样,就生成了参考文献 一个测试数据。每个输入变量的测试数据构成一个输入向量,[1杨仕平,桑楠,航光泽安会关锭软件的防危性测评技术研究[J 用于测试被选定的功能。不断重复上述步骤,直到生成所需数 计算机学报,204,27(4):442-450 量的测试数据为止。 [2 PARNAS D L, Van SCHOUWEN A I, KWAN S P Evaluation of safe- ty-critical software[ J]. Communication of ACM, 1990, 33(6): 636 4安全性测试的停止标准 3 IIOWDEN W E. Good enough versus high 对于给定的安全性测试指标,可以计算出无失效测试所需 d analysis methods[ C]//Proc of the 3rd International High Assur- 的测试用例数,并且在3.1节中,给出了安全性测试的加速因 ance Systems Engineering Symposium. Washington DC: IEEE Com 子∧(x)=Pe,下面计算安全性测试所需的测试用例数。 puter Society, 1998: 166-175 依据统计测试剖面产牛n个测试用例,其中发生r个失[4】 LITTLEWOOD B, STRIGINI L. Assessment of ultra-high dependability 效。根据安仝性测试运行剖面抽样需要抽取n/Pe个测试用例 for software-based systems [J]. Communications of the ACM 才能导致这r个失效。那么P的后验分布为 1993,36(11):69-80 [5 MILLER W M, MORELL L J, NOONANR E, ct al. Estimating the f(plr,mPe,1,1)=B(1+,1+m/t-p)(1-)P probability of failure when testing reveals no failures[J]. IEEE 假设给定的安全性指标为(p,C),根据f(p≤p) Trans on Software Engineering, 1992, 18(1): 33-43 [6 TANG D, HECHT H A possible approach to assessing dependability (1,1+n/P) (1-p)“dn≥C。可以计算出安全性测试所 for safety-critical software[C//Proc of the 2nd Annual Conference of Computer Assurance. 1997 需的测试用例数,n=Pm(1-C) [71 LEVESON N. Software safety: why, what and how[ J]. ACM Com po puting Surveys, 1986, 18(2): 125 由于Pe<l,例子中给出的P值为0.52,也即安全关键性[8]覃忘东,雷航,桑,等.安全关键钦件可靠性验证测试方法研究 功能占总的功能剖面的比例为0.52。当给定的安全性指标 [J].航空学报,2005,6(3):334-339 (p,C)为(10-8,0.99)时,基于 Bayesian统计理论的软件测试[9]郭黩,艾渤,钟章队重要性采样研究进展J].信息与电子工猩 方法所需的测试用例数为4.6×e3;安全性测试所需的测试用 2011,9(5):604-609 (上接第1759页 [14]李曼,王大治,杜小勇,等,基于领域本体的Web服务动态组合 「7杨斌,张卫冬,张利欣,等.基于SOA的物联网应用基础框架「J] 「J.计算机学报,2005,28(4):644-650. 计算机工程,2010,36(17):95 [15]胄步清,亵兵.-种网络仳软件的按需服务发现方法[冂].计算机 [8」蒋林岑,季一木.物联网业务模型捎述语言的研究与谩丬[冂].计 科学,2012,39(1):9-123 算机技术与发展,2012,22(2):249-253 [16 LIU Yu-tu, NGU A H, ZENG L Z. QoS computation and policing in [9]侯丽珊,金芝,吴步丹,需求驱动的Web服务建模及其验证:一 service select tion Cl//Proc of the 13th International 基于本伓的方法「J1.中国科学E辑:信息科学,206,36(10) World Wide Web Conference. New York: ACM Press 2004: 66-7 l18y-1219. L17 TAO Fei, ZIIAO Dong-ming, IIU Ye-fa, et al. Resource service L10」汤健,郑丽伟,金芝.需求驱动的服务aent协作及其协商框架 composition and its optimal selection based on particle swarm optimi- J].模式识别与人工智能,2008,21(5):643-653 zation in manufacturing grid system[ J. IEEE Trans on Industrial [l1]田加丘.物联网环境下基于QS的Web服务组合研究[D].北 Informatics,2008,4(4):315-327. 京;中国石油大学,2011. Ll8」刘必欣.动态Web服务组合关键技术硏究LD」.长沙:国防科学 [12]许蕾,陈林,徐宝文.用户需求驱动的WΦ服务测试[J.计算机 技术大学,2005 学报,2011,34(6):1029-1040 19]龚小勇.基于QS的Wh服务发現与合方法研究[D].亘庆 [13]万长林,陈立民,竹晓,等.语义W服务组合中的服务建模及 重庆大学,2008 规划算法[J].智能系统学报,2009,4(6):490-496.

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