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        一種基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型架構(gòu)

        2012-01-15 06:03:04蘇曉凡
        電子設(shè)計(jì)工程 2012年16期
        關(guān)鍵詞:柵格節(jié)點(diǎn)資源

        蘇曉凡,楊 強(qiáng)

        (國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410073)

        近年來(lái),信息柵格技術(shù)的崛起為促進(jìn)信息服務(wù)能力的提升提供了良好的支撐,隨著柵格技術(shù)和信息服務(wù)技術(shù)的不斷融合,現(xiàn)有的信息服務(wù)系統(tǒng)中,服務(wù)資源的存在方式愈來(lái)愈多的呈現(xiàn)為游離態(tài)、獨(dú)立分布式,由于缺少有效的組織、分類和管理方法,其利用效率還比較低,信息共享水平不夠高。因此隨著信息軟件技術(shù)逐漸由網(wǎng)絡(luò)化向柵格化轉(zhuǎn)移,如何在信息柵格環(huán)境下實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)成為一個(gè)值得研究的新問(wèn)題。

        信息柵格是指通過(guò)具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)且更加開(kāi)放的協(xié)議和接口,將分散在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備、軟件和信息及信息存儲(chǔ)、處理能力以合理的方式融合起來(lái),從而形成一個(gè)比任何單臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)都強(qiáng)大得多的網(wǎng)絡(luò)“虛擬計(jì)算機(jī)”,實(shí)現(xiàn)信息的高度融合和共享,為各類用戶提供最佳應(yīng)用服務(wù)[1]。盡管早在2001年,F(xiàn)oster等率先提出的開(kāi)放式網(wǎng)格服務(wù)體系架構(gòu)(OGSA)[2],就已將Web服務(wù)的互操作模型引入到柵格研究中,確立了Web服務(wù)作為柵格資源的新抽象形式和構(gòu)造基礎(chǔ),開(kāi)創(chuàng)信息柵格技術(shù)與信息服務(wù)技術(shù)的首次融合,然而OGSA并沒(méi)有明確指出Web服務(wù)如何直接應(yīng)用于信息柵格的系統(tǒng)構(gòu)造和平臺(tái)建設(shè),特別是沒(méi)有針對(duì)不同用戶的需求動(dòng)態(tài)集成現(xiàn)有服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)的有效方法[3]??v觀各類期刊論文,發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)以信息柵格環(huán)境下的服務(wù)為核心的信息技術(shù)研究,主要側(cè)重于柵格環(huán)境中的服務(wù)描述和服務(wù)組合過(guò)程建模方法,包括Web服務(wù)研究領(lǐng)域也是傾向于對(duì)Web服務(wù)組合語(yǔ)言的描述等軟件層面。

        由于信息柵格環(huán)境本身具有分布廣、節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、異構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn),使得柵格中的資源服務(wù)也有一些特殊的要求,本文結(jié)合信息柵格的特點(diǎn),提出了一種基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型架構(gòu),并在探討實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)的部分關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)模型的邏輯功能結(jié)構(gòu)。該模型能夠根據(jù)服務(wù)的應(yīng)用語(yǔ)義來(lái)組織和管理柵格環(huán)境下的服務(wù)資源,并在設(shè)定有組織良好的服務(wù)資源視圖的基礎(chǔ)上,按照用戶的需求對(duì)可用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源展開(kāi)自動(dòng)搜索、發(fā)現(xiàn)、鏈接和集成,從而初步描述了在信息柵格環(huán)境下實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)的方法。

        1 一種基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型

        作為以Web服務(wù)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息服務(wù),主動(dòng)服務(wù)是指能夠充分利用Internet中海量的信息資源和電子媒介,并根據(jù)用戶需求,提供給用戶自由、一致、簡(jiǎn)潔高效訪問(wèn)電子信息世界的能力[4]。由于Internet上的服務(wù)提供是處于無(wú)序狀態(tài),基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)的主要目的就是為了解決這種服務(wù)無(wú)序性與用戶需求的針對(duì)性之間的矛盾,即通過(guò)在一個(gè)更加開(kāi)放的、資源能量不受限制的、動(dòng)態(tài)和自適應(yīng)的框架內(nèi),對(duì)Internet上的服務(wù)資源進(jìn)行合理規(guī)范的組織、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、定制和運(yùn)行,從而向用戶提供按需的個(gè)性化服務(wù)。

        柵格技術(shù)在幫助獲取Internet上的資源提供了極大的便利,如圖1所示,主動(dòng)服務(wù)首先在信息柵格環(huán)境下,搜索挖掘已經(jīng)發(fā)布和存在的構(gòu)件資源,并按給定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)它們進(jìn)行組織、分類和存儲(chǔ),構(gòu)建一個(gè)本地服務(wù)資源庫(kù);基于本地服務(wù)資源庫(kù),通過(guò)服務(wù)的挖掘來(lái)識(shí)別、發(fā)現(xiàn)和檢索能夠滿足用戶的服務(wù)需求的構(gòu)件,并將它們鏈接執(zhí)行,最終通過(guò)主動(dòng)服務(wù)接口為用戶提供所需的服務(wù)功能[5]。

        圖1 基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)Fig.1 Active services based on information grid

        1.1 模型架構(gòu)

        主動(dòng)服務(wù)是建立在Web服務(wù)的技術(shù)規(guī)范之上,它必須對(duì)Internet上的服務(wù)資源進(jìn)行廣泛的搜索和挖掘,要求在基于更開(kāi)放和動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)框架內(nèi),實(shí)現(xiàn)面向用戶的服務(wù)快速構(gòu)造和按需計(jì)算。因此通過(guò)在Web服務(wù)的基礎(chǔ)上引入主動(dòng)服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、定制、加載與使用等機(jī)制,就可以導(dǎo)出相應(yīng)的主動(dòng)服務(wù)模型。信息柵格環(huán)境的主要特點(diǎn)便是由眾多獨(dú)立分布的柵格節(jié)點(diǎn)組成,本文通過(guò)對(duì)已有的Web服務(wù)模型進(jìn)行分析研究,進(jìn)一步引入了面向終端用戶的柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介,從而推導(dǎo)出一種基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型,如圖2所示。

        圖2 基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型架構(gòu)Fig.2 Active services framework based on information grid

        基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型架構(gòu)主要由4種主體和6類基本操作組成,4種主體分別為服務(wù)用戶、服務(wù)提供者、服務(wù)注冊(cè)中心以及柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介;6類基本操作分別為發(fā)布、查找、綁定、調(diào)用、挖掘和提交。其中,服務(wù)用戶、服務(wù)提供者及服務(wù)注冊(cè)中心的定義和作用與Web服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的角色類似,文中主要介紹柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介及模型基本操作。

        服務(wù)提供者首先將服務(wù)按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述并發(fā)布到服務(wù)注冊(cè)中心,服務(wù)用戶則將請(qǐng)求的服務(wù)以UDDI和WSDL協(xié)議規(guī)定的格式在服務(wù)注冊(cè)中心查找服務(wù),服務(wù)用戶在服務(wù)注冊(cè)中心查找到所需要的服務(wù)后,與服務(wù)提供者之間通過(guò)SOAP協(xié)議所規(guī)定的格式進(jìn)行服務(wù)交互,服務(wù)提供者則將構(gòu)件及所提供的服務(wù)和服務(wù)描述提交到柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介,并將構(gòu)件的描述文件轉(zhuǎn)換成UCDL文件,并通過(guò)綁定操作向服務(wù)用戶提供服務(wù)。主動(dòng)服務(wù)模型的提出源于Web服務(wù)模型,因此基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)協(xié)議規(guī)范,是在以SOAP/WSDL/UDDI為主構(gòu)成的Web服務(wù)協(xié)議規(guī)范基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái),即通過(guò)增加以服務(wù)的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、定制、加載執(zhí)行為主的主動(dòng)服務(wù)層以及用于提供對(duì)主動(dòng)服務(wù)所要求的其他信息的描述方法的服務(wù)描述擴(kuò)展層[6],由此形成新的協(xié)議規(guī)范。

        基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型與Web服務(wù)模型的主要不同在于對(duì)柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介的功能擴(kuò)展和重新描述,除了傳統(tǒng)的Web服務(wù)模型服務(wù)中介所要求的功能之外,本模型中的柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介是針對(duì)信息柵格系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)特性,聯(lián)系信息柵格環(huán)境下信息交互的特殊性設(shè)計(jì)而成,其不僅可以對(duì)本節(jié)點(diǎn)的服務(wù)資源進(jìn)行高效合理的發(fā)現(xiàn)、組織和管理,同時(shí)還充當(dāng)不同柵格節(jié)點(diǎn)間服務(wù)資源的交互執(zhí)行平臺(tái),能夠較好的解決柵格環(huán)境下各類異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間不同性質(zhì)服務(wù)資源的交互,從而實(shí)現(xiàn)信息柵格環(huán)境下的資源共享,是整個(gè)基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型的核心,為確保主動(dòng)服務(wù)提供支撐。一方面,本柵格節(jié)點(diǎn)用戶可以通過(guò)它向系統(tǒng)要求服務(wù),系統(tǒng)則通過(guò)其獲取和分析用戶需求,并在搜索和挖掘出能滿足用戶需求的相關(guān)服務(wù)之后對(duì)其進(jìn)行組裝定制,從而生成新服務(wù),再把新服務(wù)提交給服務(wù)提供者發(fā)布和執(zhí)行;另一方面,若當(dāng)前柵格服務(wù)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有符合服務(wù)使用者的服務(wù)或者只有一部分服務(wù),柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介就可以通過(guò)進(jìn)行UDDI與UCDL之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,在這種協(xié)議轉(zhuǎn)換之下,不同的柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介達(dá)成了資源的聯(lián)系和共享,從而保證了任意一個(gè)柵格節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件服務(wù)也能夠提供給其它柵格結(jié)點(diǎn)的服務(wù)使用者,并最終實(shí)現(xiàn)不同的柵格節(jié)點(diǎn)之間的服務(wù)交互。這種以柵格節(jié)點(diǎn)服務(wù)中介為中心的主動(dòng)服務(wù)模型對(duì)服務(wù)具有很高的查準(zhǔn)率。

        1.2 模型實(shí)現(xiàn)機(jī)制

        通過(guò)上面描述,基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)是通過(guò)組織、分類、管理柵格網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)資源,為用戶提供組織良好的、應(yīng)用級(jí)別上的服務(wù)資源,并在該服務(wù)資源的基礎(chǔ)上,再進(jìn)一步完成用戶所需服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和集成,綜合上文提出的基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型,因此柵格環(huán)境下的主動(dòng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)主要依賴于以下內(nèi)容。

        1)基于信息柵格的服務(wù)挖掘機(jī)制 主動(dòng)服務(wù)需要面向用戶提供信息服務(wù),因而需要服務(wù)挖掘,其目的是從柵格網(wǎng)絡(luò)的海量信息中發(fā)現(xiàn)相關(guān)的信息內(nèi)容,因此不僅要實(shí)現(xiàn)一般意義上的共性挖掘,更要實(shí)現(xiàn)柵格環(huán)境下的以用戶需求為中心的個(gè)性化挖掘,這是提高信息服務(wù)質(zhì)量的重要內(nèi)容,其核心是各種信息挖掘技術(shù),如數(shù)據(jù)挖掘、程序挖掘和Web挖掘等。基于信息柵格的服務(wù)挖掘,可以采用結(jié)合Agent和組件技術(shù)的主動(dòng)Agent構(gòu)件,從大量離散的、松耦合的柵格網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源中分析、識(shí)別出面向用戶需求的具有關(guān)聯(lián)性的能夠便于理解的服務(wù)資源。即根據(jù)柵格網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的特點(diǎn),從服務(wù)的通用描述模型中選取那些與服務(wù)資源的組織管理、集成復(fù)用最相關(guān)的包括服務(wù)應(yīng)用、服務(wù)上下文等在內(nèi)的特性,進(jìn)而構(gòu)建涵蓋服務(wù)分類索引的柵格服務(wù)資源空間,建立用戶需求模型,將和用戶緊密相關(guān)的信息服務(wù)設(shè)計(jì)成一系列關(guān)聯(lián)組件,并將網(wǎng)絡(luò)上的各種基本構(gòu)件自動(dòng)連接形成個(gè)性化的主動(dòng)服務(wù)組件,最終實(shí)現(xiàn)智能按需服務(wù)。

        2)基于語(yǔ)義的服務(wù)資源管理機(jī)制 面向用戶的服務(wù)需求往往不是簡(jiǎn)單存在的某一種服務(wù),個(gè)性化的服務(wù)往往需要對(duì)已存在的簡(jiǎn)單服務(wù)進(jìn)行組合,經(jīng)過(guò)挖掘搜索之后的服務(wù)資源一般是以服務(wù)資源視圖為存儲(chǔ)媒介,因此為了更好地支持服務(wù)集成,就需要一定的服務(wù)資源管理機(jī)制來(lái)進(jìn)一步描述服務(wù)與服務(wù)之間的功能關(guān)系,為此引入服務(wù)功能語(yǔ)義[7]?;诖?,我們不僅可以對(duì)新注冊(cè)的服務(wù)與已有服務(wù)之間的語(yǔ)義關(guān)系加以定義;也可以定義和存儲(chǔ)所有服務(wù)集成的示范,并通過(guò)相應(yīng)的推送機(jī)制,就可以更好地支持服務(wù)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)與集成。

        3)基于分布式策略[8]的服務(wù)集成機(jī)制 由于服務(wù)資源是無(wú)序的分散于網(wǎng)絡(luò)之中,隨著用戶日益?zhèn)€性化的服務(wù)需求,這些單個(gè)的服務(wù)往往難以滿足用戶的服務(wù)目標(biāo),因此在服務(wù)資源視圖基礎(chǔ)之上進(jìn)行服務(wù)的集成,就需要從大量服務(wù)資源中尋找需要的服務(wù)和服務(wù)組合,從而組裝成新的服務(wù)和程序,完成用戶需要的服務(wù)或計(jì)算功能。服務(wù)資源的查詢、選擇以及組合等處理操作都是在服務(wù)構(gòu)件層次,而用戶提出的需求一般是在服務(wù)和計(jì)算功能層次,因此為了在二者之間建立聯(lián)系,可以引入分布式的處理思想,將功能依次分解,并建立一種功能與服務(wù)之間的映射來(lái)描述二者之間的關(guān)系。

        2 基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

        清華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出了一種面向Web主動(dòng)服務(wù)及其應(yīng)用的部署、運(yùn)行、監(jiān)控和管理集成化支撐和管理平臺(tái)COMP[9],該平臺(tái)側(cè)重于日常網(wǎng)絡(luò)資源的主動(dòng)服務(wù)功能實(shí)現(xiàn),對(duì)柵格環(huán)境下服務(wù)資源的異構(gòu)性未列作考慮因素,由此,本文針對(duì)柵格環(huán)境下主動(dòng)服務(wù)的基本特性,導(dǎo)出了一種基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型基本邏輯功能結(jié)構(gòu),如圖3所示。

        圖3 基于信息柵格的主動(dòng)服務(wù)模型邏輯功能結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Function framework for active services model based on information grid

        基于信息柵格的模型邏輯功能結(jié)構(gòu)主要包括服務(wù)窗口模塊、柵格服務(wù)支撐模塊、服務(wù)資源搜索模塊、服務(wù)資源庫(kù)模塊以及主動(dòng)服務(wù)運(yùn)行環(huán)境。區(qū)別于傳統(tǒng)的主動(dòng)服務(wù)系統(tǒng),該結(jié)構(gòu)結(jié)合信息柵格的特性增加了柵格服務(wù)支撐模塊,以實(shí)現(xiàn)柵格服務(wù)資源的管理、共享和交互。

        服務(wù)窗口模塊主要用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的展現(xiàn)和按需操作,用戶可以通過(guò)統(tǒng)一的服務(wù)界面來(lái)進(jìn)行選擇應(yīng)用、配置參數(shù)和提交任務(wù)等所有操作。

        柵格服務(wù)支撐模塊由兩部分組成:智能處理和服務(wù)管理。智能處理主要負(fù)責(zé)分析各柵格節(jié)點(diǎn)的服務(wù)需求,即通過(guò)分析基于XML的服務(wù)描述語(yǔ)言,進(jìn)一步確定用戶任務(wù)里對(duì)服務(wù)的類型和要求等參數(shù)的具體配置,并通過(guò)構(gòu)建整體柵格環(huán)境服務(wù)關(guān)系,從而關(guān)聯(lián)與服務(wù)相關(guān)的信息,采用特定的規(guī)則為用戶選取的任務(wù)制定服務(wù)項(xiàng)目,繼而構(gòu)建服務(wù)實(shí)例,并在執(zhí)行過(guò)程中監(jiān)控任務(wù)的執(zhí)行直到任務(wù)執(zhí)行完畢。在基于柵格的主動(dòng)服務(wù)模型中,服務(wù)的執(zhí)行應(yīng)當(dāng)由服務(wù)代理的參與,當(dāng)用戶的服務(wù)任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后服務(wù)代理則將處理結(jié)果返回至主動(dòng)服務(wù)窗口模塊,并作為一個(gè)領(lǐng)域服務(wù)部署于面向服務(wù)的信息柵格體系結(jié)構(gòu)之中;服務(wù)管理則主要用于對(duì)復(fù)雜柵格環(huán)境下異構(gòu)服務(wù)資源的高效組織,并為不同的柵格節(jié)點(diǎn)間的服務(wù)資源建立互聯(lián)共享機(jī)制,通過(guò)搜索提取到的構(gòu)件資源進(jìn)行組裝和執(zhí)行等,同時(shí)創(chuàng)建新的構(gòu)件和服務(wù)。

        服務(wù)資源搜索模塊包含本地服務(wù)資源搜索和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源搜索,通過(guò)這種雙重的服務(wù)資源搜索機(jī)制,進(jìn)而創(chuàng)建和擴(kuò)展本地資源庫(kù)的部分以滿足不同用戶的各種服務(wù)需求。服務(wù)資源庫(kù)模塊主要用于集中的存儲(chǔ)、組織和管理從網(wǎng)絡(luò)上搜索到的服務(wù)構(gòu)件資源,為用戶搜索服務(wù)資源的來(lái)源和提供者。

        主動(dòng)服務(wù)運(yùn)行環(huán)境是主動(dòng)服務(wù)得以實(shí)現(xiàn)的基本支持,可以全面實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)各種機(jī)制,使服務(wù)資源得到簡(jiǎn)化,通過(guò)對(duì)服務(wù)的部署和組織,實(shí)現(xiàn)服務(wù)功能的共享,并為提升服務(wù)搜索執(zhí)行的效率提供支持。

        3 結(jié) 論

        文中提出了一種在信息柵格環(huán)境下面向用戶以提供按需服務(wù)的主動(dòng)服務(wù)模型,該模型針對(duì)柵格環(huán)境分布廣、異構(gòu)性強(qiáng)的特性,將信息柵格技術(shù)與主動(dòng)服務(wù)技術(shù)相互融合,共同構(gòu)成了一種新的信息服務(wù)模型。通過(guò)介紹主動(dòng)服務(wù)模型和框架結(jié)構(gòu),并分析在柵格環(huán)境下實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù),給出實(shí)現(xiàn)該模型可能需要的邏輯功能結(jié)構(gòu),從而為信息柵格環(huán)境中實(shí)現(xiàn)面向用戶需求的主動(dòng)服務(wù)提供一種新的方法。隨著信息柵格技術(shù)的不斷發(fā)展和主動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)的大量涌現(xiàn),我們有理由相信,在柵格環(huán)境下的主動(dòng)服務(wù)技術(shù)研究必將日益成熟且得到實(shí)際應(yīng)用。然而由于信息柵格與主動(dòng)服務(wù)的融合性研究仍然罕見(jiàn),針對(duì)服務(wù)資源的搜索、組織分類和管理方法、用戶需求的分析、服務(wù)的映射、服務(wù)之間的鏈接和集成機(jī)制以及信息柵格環(huán)境下主動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題,仍然有待進(jìn)一步研究。

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