于 磊 王智立 戢 勇 孟洛明 邱雪松

(北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100876)

1 引言

企業(yè)的業(yè)務(wù)市場變化正在加劇，客戶的需求和維護(hù)成本與日俱增。面對市場的不確定性，企業(yè)必須找到維持自己競爭力的方式。信息系統(tǒng)可以提高企業(yè)對市場的快速反應(yīng)能力，面向服務(wù)的體系(SOA)已經(jīng)成為一種對信息系統(tǒng)的構(gòu)造方法。企業(yè)對與其目標(biāo)相關(guān)的，可以滿足客戶需求和期望的高質(zhì)量IT服務(wù)的需求越來越強(qiáng)烈，促進(jìn)了傳統(tǒng)的以技術(shù)為中心的IT管理模式向以服務(wù)為中心的IT管理模式轉(zhuǎn)移[1]。業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的服務(wù)管理研究已成為目前信息領(lǐng)域的熱點(diǎn)[2,3]。然而，以前的研究主要關(guān)注IT系統(tǒng)問題，很少考慮企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略，戰(zhàn)術(shù)和收益問題。所以企業(yè)需要考慮3個(gè)層面的決策問題[4]：(1)戰(zhàn)略決策：在市場中建立企業(yè)的核心競爭力，例如產(chǎn)品價(jià)格和客戶滿意度等；(2)運(yùn)營決策：決定服務(wù)的QoS屬性，例如響應(yīng)時(shí)間和可靠性等等；(3)戰(zhàn)術(shù)決策：找出每個(gè)業(yè)務(wù)對企業(yè)的貢獻(xiàn)并且在戰(zhàn)略層面衡量QoS權(quán)重，例如核心業(yè)務(wù)的可靠性和響應(yīng)時(shí)間比成本更重要，次要業(yè)務(wù)的成本比其它屬性更重要。

在戰(zhàn)略層面，一個(gè)企業(yè)可能決定要提供響應(yīng)時(shí)間更快，成本更低的業(yè)務(wù)給客戶，以保持最優(yōu)競爭力。一家企業(yè)提供的業(yè)務(wù)是由不同部門協(xié)同完成的，這些部門分別進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)層面的決策。因?yàn)榻档统杀镜拇鷥r(jià)過高，各部門可能決定把所有資源集中在提高響應(yīng)時(shí)間上，而把降低成本放在較低的優(yōu)先級上。缺少通訊渠道，標(biāo)準(zhǔn)化流程，以及較差的IT服務(wù)支持都可能使戰(zhàn)術(shù)層面的決策不符合企業(yè)戰(zhàn)略層面的決策。

多準(zhǔn)則決策方法是一種對具有多個(gè)屬性的方案進(jìn)行排序的方法[5]，可以用于解決企業(yè)的3個(gè)層面的決策問題。很多研究者[6-9]使用層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)，即一種多準(zhǔn)則決策方法，對具有多個(gè)QoS屬性的服務(wù)進(jìn)行排序。然而，該方法沒有把運(yùn)營層面的決策和戰(zhàn)術(shù)層面的決策聯(lián)系起來，并且沒有區(qū)分服務(wù)對企業(yè)業(yè)務(wù)的重要程度。Casola等人[10]用層次分析法來獲取用戶的偏好，然后根據(jù)這些偏好來評估這些服務(wù)。盡管考慮到客戶的滿意度，但作者沒有考慮戰(zhàn)略因素。Godse等人[6]考慮了一些服務(wù)的業(yè)務(wù)屬性，例如采購成本和使用成本等，但仍沒有觸及戰(zhàn)略問題。還有一些研究者[8,11,12]針對多個(gè)用戶的場景提出了基于層次分析法的協(xié)同過濾方法。Büyük?zkan等人[13]考慮到語言表達(dá)的模糊性，將模糊層次分析法應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)中。Tao等人[14]使用層次分析法在動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)的環(huán)境下選擇最可信的交易伙伴服務(wù)。

以前的研究假設(shè)一個(gè)Web服務(wù)中QoS屬性間的關(guān)系是獨(dú)立的，但這并不符合實(shí)際情況，不同QoS屬性是正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)的，并且某些 QoS屬性具有匯聚性(匯聚成幾個(gè)集合)，集合內(nèi)的互相作用關(guān)系要強(qiáng)于集合間的關(guān)系，低層次的集合更大地影響高層次的集合。因此，我們把QoS屬性分類，并確定類間的關(guān)系，然后計(jì)算出具有依賴關(guān)系的QoS權(quán)重。以前的Web 服務(wù)選擇方法根據(jù)綜合的QoS權(quán)重計(jì)算出最優(yōu)的候選服務(wù)提供給用戶，但這樣綜合最優(yōu)的候選服務(wù)并不一定是用戶最需要的。例如，有兩個(gè)候選服務(wù)，一個(gè)服務(wù)具有綜合最優(yōu)的QoS值，但是一些QoS屬性不滿足用戶約束，另一個(gè)服務(wù)的綜合QoS值比較低，但滿足所有的用戶約束。在這種情況下，以前的服務(wù)選擇方法將選擇第1個(gè)服務(wù)，但這不一定是用戶最想要的服務(wù)。

本文提出一個(gè)改進(jìn)的層次分析法，綜合考慮企業(yè)的3個(gè)層面的決策來選擇和部署服務(wù)。本文的目標(biāo)是減少技術(shù)視角和業(yè)務(wù)視角的差距，從而能讓信息系統(tǒng)更好地服務(wù)于業(yè)務(wù)策略。本文的方法可以給出將Web 服務(wù)部署在最優(yōu)服務(wù)器上的決策方案。

2 本文提出的服務(wù)選擇和部署方法

本文提出的服務(wù)選擇和部署方法分兩個(gè)階段：第1階段進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層面的決策，第2階段根據(jù)第1階段的決策篩選出符合戰(zhàn)略層面的決策。

2.1 戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層面決策

這一層決策首先需要確定 QoS屬性權(quán)重。在Web 服務(wù)服務(wù)選擇問題中，QoS屬性權(quán)重的取值直接影響了組合服務(wù)的質(zhì)量。通常，QoS屬性間具有依賴關(guān)系。例如，可擴(kuò)展性影響可靠性，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)系統(tǒng)不能很好地?cái)U(kuò)展來應(yīng)對增加的負(fù)載時(shí)，其可靠性也隨之降低。如果忽略這些依賴關(guān)系來進(jìn)行服務(wù)選擇，則優(yōu)選服務(wù)的準(zhǔn)確性將降低。

QoS屬性有很多，本文取其中常用的幾種，如圖1所示，QoS屬性間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)由相關(guān)領(lǐng)域的專家指定(圖中箭頭)，QoS屬性間關(guān)系的權(quán)重可由AHP方法計(jì)算得出。不失一般性，通過在 QoS屬性成對比較矩陣(表1)中增加或刪除QoS屬性來保證QoS屬性的完整性和定制性需求。根據(jù)QoS屬性間依賴關(guān)系的強(qiáng)弱，本文將各QoS屬性分成3類，其中前兩類和性能相關(guān)，后一類和非性能相關(guān)。前兩類中一類是高層QoS，一類是低層QoS。低層QoS直接被網(wǎng)絡(luò)延遲等因素影響，同時(shí)可能造成一個(gè)或多個(gè)高層QoS屬性的極大變化。

圖1 本文提出的QoS屬性依賴圖

高層QoS包括：可用性(AV)，可靠性(RL)，可擴(kuò)展性(SC)。低層QoS包括：響應(yīng)時(shí)間(RT)，吞吐率(TH)。非性能 QoS類包括：成本(CO)，信譽(yù)(RP)，安全(SE)。

在QoS屬性分類圖中，箭頭表示依賴關(guān)系，帶箭頭的一端表示被影響的屬性，雙向箭頭表示互相影響。對于圖 1，我們構(gòu)造了成對比較矩陣，具體見表1。如果最上面一行的一個(gè)QoS屬性影響了最左邊一列的某一個(gè)QoS屬性，那么在圖表中的相應(yīng)值大于零，如果不影響則等于零。

使用AHP方法計(jì)算表1的成對比較矩陣，可以求出QoS的權(quán)重，如表2所示。

傳統(tǒng) Web 服務(wù)選擇方法很少考慮所選服務(wù)間的關(guān)系。例如，把所選服務(wù)部署在一個(gè)服務(wù)器上可能降低服務(wù)器的性能或者增加預(yù)期的成本。我們用方案來表示戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層面的決策，一個(gè)方案是企業(yè)的服務(wù)在服務(wù)器上的一個(gè)分配方案。每個(gè)方案在戰(zhàn)略層面可能具有不同的戰(zhàn)略優(yōu)勢和劣勢。企業(yè)可以決定響應(yīng)時(shí)間、成本、可靠性和可擴(kuò)展性等戰(zhàn)略評價(jià)指標(biāo)。使用層次分析法進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層面的決策，層次結(jié)構(gòu)圖的目標(biāo)是各個(gè)戰(zhàn)略指標(biāo)，戰(zhàn)略指標(biāo)即QoS屬性，具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

表1 QoS屬性成對比較矩陣

表2 QoS屬性權(quán)重

圖2 戰(zhàn)術(shù)與運(yùn)作層的AHP結(jié)構(gòu)圖

以圖2為例，如果選擇了服務(wù)a且選擇其戰(zhàn)略指標(biāo)是可擴(kuò)展性，那么所選的方案應(yīng)該是對服務(wù)a具有最好擴(kuò)展性的方案。如果戰(zhàn)略指標(biāo)是響應(yīng)時(shí)間，那么所選的方案應(yīng)該是對服務(wù)a具有最短響應(yīng)時(shí)間的方案。從用戶價(jià)值的角度來看，用戶可能選擇那些具有最小響應(yīng)時(shí)間和最低成本的方案。

2.2 戰(zhàn)略層面決策

戰(zhàn)略就是要保證公司根本的、長遠(yuǎn)的和整體的利益，起到對下屬部門所制定方案的糾正作用。首先，公司要制定戰(zhàn)略決策，其次，從下屬部門的戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作決策中選擇最貼近戰(zhàn)略決策的方案。這一節(jié)需要對上一節(jié)提出的方案從戰(zhàn)略角度進(jìn)行排序。上一節(jié)提出的戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層決策方案，一般是由企業(yè)中不同部門的管理者根據(jù)自己部門的業(yè)務(wù)特點(diǎn)提出的。這些分散的和局部化的方案需要符合企業(yè)的總體戰(zhàn)略決策，本節(jié)主要討論如何選擇符合企業(yè)戰(zhàn)略的方案。

對于兩個(gè)方案，Pi和Pj，在所有戰(zhàn)略指標(biāo)上Pi優(yōu)于Pj被量化可表示為

第k個(gè)戰(zhàn)略指標(biāo)的權(quán)重w如表2所示，m是戰(zhàn)略指標(biāo)的數(shù)量，A是方案在指標(biāo)下的值。

一個(gè)方案相對于其它所有方案的優(yōu)化值Δ+，以及一個(gè)方案對于其它所有方案的差距Δ-可用式(2)和式(3)計(jì)算：

其中，x是所有可選方案的數(shù)量，P表示可選方案的集合。一個(gè)方案的Δ+和Δ-值很可能不同。本文采用式(4)進(jìn)行權(quán)衡。

按式(4)排出的方案順序可以作為最終的排名列表，但還需考慮客戶的確切需求?？蛻舻拇_切需求意味著客戶需要最符合他要求的方案，而不是各方面最好但可能有一兩個(gè)方面不符合需求的方案。因此，我們提出了新的排名方法，用式(5)表示用戶需要的方案對所選方案的差別。差別越小，排名越高。

結(jié)合式(4)的排名(Δ)和用戶需求排名(Δs)，本文還提出另一種排名方法：

如果企業(yè)管理者偏向于綜合優(yōu)先排名，可以提高a的值。如果企業(yè)管理者偏向于用戶需求排名，可以提高b的值。

3 案例研究

在本例中，有兩個(gè)提供云服務(wù)的提供商，提供商1和提供商2，提供Web 服務(wù)托管服務(wù)，并且QoS屬性值有差異。一個(gè)客戶企業(yè)將部署兩個(gè)Web 服務(wù)(分別是WSa和WSb)在這兩個(gè)云服務(wù)提供商上?？蛻羝髽I(yè)需要平衡成本，根據(jù)性能和客戶價(jià)值等來決定哪些Web 服務(wù)部署在哪些云服務(wù)提供商上，并且制定的方案要符合企業(yè)戰(zhàn)略。云服務(wù)提供商提供的各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

表3 提供商提供的服務(wù)QoS屬性值

不同的Web 服務(wù)給企業(yè)產(chǎn)生了不同的商業(yè)價(jià)值，并且同一個(gè)Web 服務(wù)部署在不同的服務(wù)器上會(huì)有不同的成本和性能。綜合這兩個(gè)因素，IT管理者需要平衡運(yùn)營成本和服務(wù)的商業(yè)價(jià)值。本文提出的方法綜合了戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層和運(yùn)作層3個(gè)層次的決策。首先從表1中抽取出本例涉及的QoS屬性，然后使用層次分析法計(jì)算出響應(yīng)時(shí)間，成本和可用性的權(quán)重，如表4所示。

表4 QoS權(quán)重

3.1 戰(zhàn)術(shù)層和運(yùn)作層決策

戰(zhàn)術(shù)層和運(yùn)作層的決策是第1階段的決策，其結(jié)構(gòu)如圖 2所示。在該案例中，共有兩個(gè) Web 服務(wù)和兩個(gè)云服務(wù)提供商，即有2×2種方案，例如方案1是將服務(wù)a部署在提供商1上，服務(wù)b部署在提供商2上。管理者設(shè)計(jì)了在響應(yīng)時(shí)間屬性下部署服務(wù)a的成對比較矩陣并得出了結(jié)果如表5。

表5 涉及WSa時(shí)間屬性的方案比較矩陣

接下來設(shè)計(jì)在響應(yīng)時(shí)間屬性下部署服務(wù)b的成對比較矩陣并求出結(jié)果，與表5的結(jié)果合并得到表6。

表6 涉及時(shí)間屬性的方案匯總

此時(shí)，管理者需要做出決定，哪一個(gè)服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間對企業(yè)的業(yè)務(wù)策略更重要，設(shè)計(jì)出表7。

表7 服務(wù)在時(shí)間屬性上對業(yè)務(wù)的重要程度

根據(jù)服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間對業(yè)務(wù)的重要程度，方案的得分由式(7)求得。

接下來用同樣的方法求出方案在成本和可用性上的得分，綜合這些得分，得到如表8所示的結(jié)果，S是企業(yè)制定的戰(zhàn)略目標(biāo)，在本文中為已知值。

表8 企業(yè)戰(zhàn)略與各戰(zhàn)術(shù)方案

3.2 戰(zhàn)略層決策

根據(jù)上一步求得的方案值(表8)和QoS權(quán)重(表4)，按照式(1)~式(5)，可以得到各方案的排序，如表9所示，從而選出最符合戰(zhàn)略層決策的方案。

從表9中可以看出，以Δ排序，方案3的排名最高，但其Δs中的排名僅為第2。根據(jù)式(6)，可以調(diào)整a和b的值來得到一個(gè)唯一的排名列表。排到最頂端的是最符合企業(yè)戰(zhàn)略的方案。

表9 戰(zhàn)術(shù)方案的排序結(jié)果(按Δ排)

4 結(jié)論

業(yè)務(wù)能力與IT水平相匹配一直是企業(yè)發(fā)展的最高優(yōu)先級，SOA是推動(dòng)這種匹配的關(guān)鍵技術(shù)。然而，如果沒有一個(gè)可以銜接戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層面的方法，使用SOA的優(yōu)勢將很難在企業(yè)的業(yè)務(wù)層展現(xiàn)出來。此外，如果認(rèn)為服務(wù)的QoS屬性間的關(guān)系是相互獨(dú)立的，將不能很好地判斷QoS屬性的變動(dòng)對客戶價(jià)值的影響。因此，考慮上述兩方面因素，本文提出了一種改進(jìn)的層次分析法，該方法結(jié)合戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)作層面的決策，同時(shí)考慮相互依賴的QoS屬性，對服務(wù)選擇和部署的方案進(jìn)行了排序，從中選擇出最適合企業(yè)戰(zhàn)略的方案。

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