李志明，唐永中

(河西學(xué)院 信息技術(shù)中心，甘肅 張掖 734000)

(*通信作者電子郵箱lzm@hxu.edu.cn)

基于社交網(wǎng)絡(luò)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法

李志明*，唐永中

(河西學(xué)院 信息技術(shù)中心，甘肅 張掖 734000)

(*通信作者電子郵箱lzm@hxu.edu.cn)

網(wǎng)絡(luò)中可用服務(wù)的急劇增加對(duì)面向服務(wù)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。針對(duì)服務(wù)的規(guī)模和利用率遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期，以及服務(wù)之間交互關(guān)系的復(fù)雜性問題，提出基于社交網(wǎng)絡(luò)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。首先，結(jié)合社交網(wǎng)絡(luò)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)方法提出服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(SN)的概念，以提高服務(wù)的規(guī)模及利用率；其次，為了提升服務(wù)發(fā)現(xiàn)的可行性及有效性，構(gòu)建服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)社區(qū)；然后，形式化地表述服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和屬性，以解決服務(wù)之間互操作問題；最后，結(jié)合旅游服務(wù)網(wǎng)絡(luò)案例研究分析所提出的方法。研究結(jié)果表明，基于社交網(wǎng)絡(luò)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的方法可有效解決網(wǎng)絡(luò)服務(wù)利用率低以及服務(wù)關(guān)系復(fù)雜性的問題。

服務(wù)關(guān)系；社會(huì)網(wǎng)絡(luò)；關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)；圖理論；服務(wù)計(jì)算

0 引言

服務(wù)計(jì)算(Service Computing, SC)和面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(Services-Oriented Architecture, SOA)作為潛在的技術(shù)力量，支撐著現(xiàn)代軟件工程行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)間業(yè)務(wù)流程的整合，并作為一種技術(shù)手段開發(fā)了很多復(fù)雜的分布式應(yīng)用[1]。當(dāng)需要開發(fā)某個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)，由于服務(wù)具有松耦合、平臺(tái)獨(dú)立、跨企業(yè)邊界的特性，因此是一個(gè)可選的技術(shù)手段。從另一個(gè)角度來看，服務(wù)還具有創(chuàng)新性和可繁殖性，保證服務(wù)的高可用[2]。服務(wù)的互操作性是設(shè)計(jì)的初衷，自動(dòng)化的信息使用和動(dòng)態(tài)交互是語(yǔ)義服務(wù)的目標(biāo)[3]。

然而，在服務(wù)組合中，服務(wù)之間發(fā)生的交互問題并沒有解決。當(dāng)前，由于SOA的狀態(tài)限制了服務(wù)的廣泛使用，因此很多重要問題懸而未決，比如，如何部署服務(wù)才能更好地發(fā)現(xiàn)并獲取它，如何發(fā)現(xiàn)滿足用戶需求的服務(wù)并響應(yīng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)服務(wù)時(shí)如何信任它們，以及當(dāng)某些服務(wù)失效時(shí)如何平滑地替代它們[4]。從技術(shù)角度來說，Web服務(wù)使用統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成(Universal Description Discovery and Integration, UDDI)部署在網(wǎng)絡(luò)中，或者基于當(dāng)前的服務(wù)描述語(yǔ)言對(duì)Web服務(wù)進(jìn)行描述，如Web服務(wù)描述語(yǔ)言(Web Services Description Language, WSDL)，Web應(yīng)用程序接口(Web Application Programming Interface, WebAPI)，Web服務(wù)本體語(yǔ)言(Ontology Web Language for Services, OWL-S)，以及簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議(Simple Object Access Protocol, SOAP)，在服務(wù)的整個(gè)生命周期，服務(wù)只關(guān)注它們的功能及非功能屬性，忽視了其他的外部特征(如交互歷史)，沒有考慮互聯(lián)服務(wù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和服務(wù)的社會(huì)屬性，這就限制了服務(wù)發(fā)現(xiàn)及組合。服務(wù)只關(guān)注于自己本身，忽略了其他的服務(wù)。此外，部署在網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)數(shù)量遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期[4]。網(wǎng)絡(luò)中大部分的可用服務(wù)幾乎從來沒有被使用過，很少的一部分被發(fā)現(xiàn)、組合或者調(diào)用。最后，大部分的服務(wù)組合方法沒有考慮與服務(wù)消費(fèi)者之間的交互。社交網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以根據(jù)個(gè)人建立的社會(huì)關(guān)系，通過搜索網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面發(fā)現(xiàn)朋友，然而，服務(wù)消費(fèi)者卻不能像搜索社交網(wǎng)絡(luò)一樣，根據(jù)已經(jīng)建立的服務(wù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系來發(fā)現(xiàn)服務(wù)。

在服務(wù)科學(xué)中，服務(wù)環(huán)境的這些不利條件阻礙了服務(wù)的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、綁定及組合。為了連接單個(gè)服務(wù)，提供服務(wù)間更好的交互、發(fā)現(xiàn)及組合，本文提出了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(Service Network, SN)的概念，基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)(linked data)方法，根據(jù)服務(wù)間的關(guān)系將單個(gè)服務(wù)連接到服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，這樣，服務(wù)消費(fèi)者能根據(jù)服務(wù)之間的關(guān)系來發(fā)現(xiàn)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)能傳遞人們每天經(jīng)歷的關(guān)系，比如可信性和公平性，為此，將社會(huì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與面向服務(wù)的計(jì)算技術(shù)相整合，使得服務(wù)能夠了解它的交互歷史，促進(jìn)將來進(jìn)行服務(wù)組合的可能性。本文采用了社會(huì)化這個(gè)術(shù)語(yǔ)，因?yàn)槿藗內(nèi)粘Ｉ钪酗@現(xiàn)出來的社會(huì)性，可以很容易地映射到服務(wù)參與的一些關(guān)系中[4]。當(dāng)前SOA應(yīng)用的設(shè)計(jì)環(huán)境是私密的，在執(zhí)行期間保持靜態(tài)，完全依賴于通用的特征及方法，而引入社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的方法可以消除這些限制。

本文研究的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)來源于服務(wù)計(jì)算領(lǐng)域，結(jié)合了社交網(wǎng)絡(luò)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的觀點(diǎn)，但它同樣可以作為一個(gè)服務(wù)模式，服務(wù)SOA和軟件即服務(wù)(Software as a Service, SaaS)。

1 背景及相關(guān)工作

1.1 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)技術(shù)起源于語(yǔ)義Web研究，衍化的結(jié)果是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Web of data)。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)是指網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布和連接的有結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的一組最佳實(shí)踐[5]。簡(jiǎn)單地說，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)僅僅使用Web來創(chuàng)建不同來源數(shù)據(jù)間的類型連接。這類似于在不同地理上分布的兩個(gè)組織機(jī)構(gòu)，或者一個(gè)組織機(jī)構(gòu)內(nèi)簡(jiǎn)單的異構(gòu)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)，在數(shù)據(jù)層面很難進(jìn)行互操作。技術(shù)上，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)是指以某種方式將數(shù)據(jù)發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)中，這些數(shù)據(jù)是機(jī)器可讀的，并且具有明確的定義。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可以連接到其他外部的數(shù)據(jù)集中，構(gòu)建更大的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，反之也能夠被其他外部數(shù)據(jù)集所連接。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)因此可以看成附加層，與經(jīng)典的文檔網(wǎng)絡(luò)緊密交織，具有很多相同的屬性：

1)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是類屬性，包含任何數(shù)據(jù)類型；

2)任何人都可以將數(shù)據(jù)發(fā)布在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中；

3)數(shù)據(jù)發(fā)布者不受表達(dá)數(shù)據(jù)詞匯選擇的限制；

4)實(shí)體通過資源描述框架(Resource Description Framework, RDF)鏈接相連，跨越各種數(shù)據(jù)源創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)體，確保新數(shù)據(jù)源的發(fā)現(xiàn)。

1.2 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是社會(huì)化的Web，將個(gè)人放在網(wǎng)絡(luò)中的核心位置。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是跨學(xué)科的方法論，它研究個(gè)體間的資源交換，集合了社會(huì)學(xué)、邏輯理論、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的優(yōu)點(diǎn)，以及各領(lǐng)域?qū)W科專家的協(xié)同工作，是一個(gè)非常熱門的科學(xué)研究領(lǐng)域[6]。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)注節(jié)點(diǎn)(人、組織或信息系統(tǒng))間的關(guān)系模式。簡(jiǎn)單來說，社交網(wǎng)絡(luò)就是一張圖，通過節(jié)點(diǎn)之間的邊相連，而邊具有標(biāo)簽元素，比如人們?nèi)粘Ｉ钪械挠押?、合作、討厭。邊有時(shí)是單向的，有時(shí)是雙向的，并具有權(quán)值，有時(shí)則是這些情況的混合。每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了相關(guān)性的一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)，能夠極大地影響行為關(guān)系。

1.3 相關(guān)工作

為了對(duì)本文的研究有很好的了解，首先簡(jiǎn)要介紹與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的一些工作。文獻(xiàn)[7]提出了社會(huì)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(Social Service Network, SSN)的概念，它是一種基礎(chǔ)設(shè)施，為了與社區(qū)進(jìn)行交互，通過整合Web 2.0技術(shù)，應(yīng)用語(yǔ)義符號(hào)自動(dòng)地豐富Web服務(wù)本體。Danylevych等[8]應(yīng)用業(yè)務(wù)關(guān)系的中心和相關(guān)參與者之間的信息交換，研究了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的模式。一種觀點(diǎn)認(rèn)為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建?？梢耘c業(yè)務(wù)流程管理(Business Process Management, BPM)和SOA相結(jié)合。

在服務(wù)組合的過程中，文獻(xiàn)[9]討論了考慮社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的必要性，并指出社會(huì)網(wǎng)絡(luò)為何能夠提高服務(wù)組合的效率。在該問題中，他們引入一個(gè)新的框架SoCo(Social Composer)，旨在幫助端用戶在創(chuàng)建新服務(wù)的過程中基于端用戶的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析推薦服務(wù)。

為了描繪服務(wù)網(wǎng)絡(luò)作為參與者的集群，現(xiàn)有的研究工作提出形式化的表示方法，彼此之間提供、請(qǐng)求并消耗服務(wù)。陳世展等[10]基于服務(wù)之間的關(guān)系建立了一種服務(wù)框架，用以縮小服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)消費(fèi)者之間的差距，該研究主要關(guān)注服務(wù)關(guān)系如何推進(jìn)服務(wù)組合和服務(wù)發(fā)現(xiàn)的過程。王輝等[11]提供了對(duì)Web服務(wù)和服務(wù)關(guān)系的描述，基于語(yǔ)義關(guān)系服務(wù)組織結(jié)構(gòu)構(gòu)建服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)。

在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算時(shí)代，越來越多的工作都將與時(shí)俱進(jìn)。文獻(xiàn)[12]中對(duì)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)提出了概念性和技術(shù)性的介紹。文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)的初衷主要面向?qū)κ褂脭?shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交互以及熱衷于Web研究的技術(shù)人員。文獻(xiàn)[13-14]運(yùn)用SOA分析方法架構(gòu)了采訪微服務(wù)模型，在實(shí)現(xiàn)SOA微服務(wù)自由組配機(jī)制的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了促進(jìn)復(fù)用的采訪業(yè)務(wù)模式，可以移植到圖書館業(yè)務(wù)實(shí)際工作中并加以利用和評(píng)價(jià)。

綜上所述，這些研究者沒有進(jìn)一步地研究服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)，一些基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)原則和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的關(guān)鍵問題和方法沒有被提出并解決。因此，本文從不同的視角提出一種新的思路和方法，基于服務(wù)關(guān)聯(lián)及社交網(wǎng)絡(luò)，解決服務(wù)互操作問題及服務(wù)創(chuàng)新問題。

2 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的提出是為了填補(bǔ)服務(wù)之間交互關(guān)系的空白。在某種程度上，事物的結(jié)構(gòu)決定了事物的功能。服務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，提高了服務(wù)的利用率，增加了服務(wù)的功能。首先，以應(yīng)用數(shù)學(xué)和運(yùn)籌學(xué)的形式來定義服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，它們通常用來表達(dá)網(wǎng)絡(luò)；然后描述服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特性，如服務(wù)社區(qū)和服務(wù)關(guān)系等。

2.1 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

定義1 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(SN)。服務(wù)網(wǎng)路定義為一個(gè)圖GSN=(V,E)，其中：V表示服務(wù)節(jié)點(diǎn)集,v∈V表示服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn);E表示服務(wù)關(guān)系集，e∈E表示服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中邊之間的關(guān)系。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過邊相連，稱這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)為鄰居。邊定義為三元組〈Si,t,w,Sj〉，其中：Si、Sj表示服務(wù)節(jié)點(diǎn)，邊為有向邊從Si到Sj；t是Si和Sj之間的關(guān)系類型，w為服務(wù)關(guān)系的權(quán)值。

圖理論是一種數(shù)學(xué)工具，廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)屬性的研究。本文采用兩種經(jīng)典的圖理論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(矩陣代數(shù)技術(shù))來表達(dá)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)：表結(jié)構(gòu)(liststructure)和矩陣結(jié)構(gòu)(matrixstructure)。它們用來存儲(chǔ)信息，以便進(jìn)一步分析服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的屬性。以服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)提供者的角度來看，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)圖模型的設(shè)計(jì)目的是為服務(wù)之間的交互提供概覽，總結(jié)業(yè)務(wù)過程和服務(wù)建模的技術(shù)細(xì)節(jié)。

2.2 服務(wù)社區(qū)

在類似Web這種開放環(huán)境下，為了提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的可行性及有效性，提出將相似的服務(wù)聚集在一個(gè)群組(group)中，即服務(wù)社區(qū)(servicecommunity)。群組或社區(qū)的概念強(qiáng)調(diào)開發(fā)準(zhǔn)則的重要性，允許服務(wù)的管理成為社區(qū)的一部分。

社區(qū)是生活在一起的人所組成的群組，具有共同的興趣、宗教信仰、或者國(guó)籍等。在Web服務(wù)領(lǐng)域，Benatallah等[15]定義服務(wù)社區(qū)為Web服務(wù)的集合，這些服務(wù)具有不同的非功能屬性，但是具有相同的功能特性。文獻(xiàn)[15]等提出的服務(wù)社區(qū)的屬性如下：

1)在相同的空間，社區(qū)通過聚集具有相似功能的Web服務(wù)，構(gòu)成專業(yè)的群組。發(fā)現(xiàn)所需的服務(wù)可以輕松地縮小到某個(gè)社區(qū)的有限服務(wù)當(dāng)中，不用定期檢查。

2)一旦有服務(wù)失效，社區(qū)簡(jiǎn)化了Web服務(wù)替代過程，在失效服務(wù)所在的社區(qū)中選擇潛在的可替代服務(wù)，直接應(yīng)用于服務(wù)組合場(chǎng)景中。

3)社區(qū)可以基于不同的模型建立內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如主從結(jié)構(gòu)、對(duì)等網(wǎng)(PeertoPeer,P2P)結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)。

雖然Web服務(wù)是服務(wù)社區(qū)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)的新元素，但是該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的服務(wù)發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、綁定具有相同的特性。UDDI協(xié)議注冊(cè)中心的功能屬性同樣適用于服務(wù)提供者和服務(wù)請(qǐng)求者。從服務(wù)社區(qū)中選擇Web服務(wù)對(duì)請(qǐng)求者來說是透明的，這些Web服務(wù)聚集到社區(qū)中是以獨(dú)立的方式進(jìn)行的。服務(wù)代理組件通常引導(dǎo)一個(gè)社區(qū)。在社區(qū)中，服務(wù)代理組件本身可以作為一個(gè)Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)其他Web服務(wù)的兼容性需求。這些Web服務(wù)被表示成服務(wù)節(jié)點(diǎn)，具有相同的功能屬性。

圖1 服務(wù)社區(qū)結(jié)構(gòu)

2.3 服務(wù)關(guān)系

2.3.1 服務(wù)社區(qū)內(nèi)部服務(wù)關(guān)系

描述社區(qū)內(nèi)部具有三種關(guān)系：監(jiān)督關(guān)系(SupervisionRelationship)、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系(CompetitionRelationship)、替代關(guān)系(SubstitutionRelationship)。通過對(duì)每個(gè)服務(wù)關(guān)系構(gòu)建一個(gè)服務(wù)社區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)，其中：監(jiān)督關(guān)系的目標(biāo)旨在幫助服務(wù)代理將請(qǐng)求者的功能和非功能需求分配給最理想的服務(wù)節(jié)點(diǎn)；競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的目標(biāo)旨在當(dāng)一些服務(wù)在執(zhí)行期間偶爾出現(xiàn)較低競(jìng)爭(zhēng)力時(shí)，增強(qiáng)服務(wù)的各種性能；替代關(guān)系的目標(biāo)旨在當(dāng)一些服務(wù)失效時(shí)，使Web服務(wù)具有較高的可用性。

1)監(jiān)督關(guān)系。

構(gòu)建監(jiān)督關(guān)系需要兩類節(jié)點(diǎn)表達(dá)服務(wù)代理和服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以及一種類型的邊來表達(dá)它們之間的關(guān)系。監(jiān)督關(guān)系存在于服務(wù)代理和服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間。在監(jiān)督服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)服務(wù)代理，其他節(jié)點(diǎn)為服務(wù)節(jié)點(diǎn)。服務(wù)代理提供進(jìn)入到服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的入口，其他相關(guān)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)督關(guān)系與服務(wù)代理節(jié)點(diǎn)相連，如圖2所示。這些由服務(wù)代理和服務(wù)節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的關(guān)系邊是雙向的。

考慮有序服務(wù)對(duì)〈Si,Sj〉，本文定義監(jiān)督關(guān)系為Si⊙Sj。監(jiān)督關(guān)系的類型為非對(duì)稱和非傳遞的。監(jiān)督關(guān)系邊的權(quán)值通過以下公式計(jì)算：

(1)

圖2 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督關(guān)系

2)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系只需要一種類型的節(jié)點(diǎn)表示服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以及一種類型的邊表示服務(wù)關(guān)系。在競(jìng)爭(zhēng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，沒有具體的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)進(jìn)入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)入口的角色，社區(qū)中的所有服務(wù)具有相同的功能屬性，但是在業(yè)務(wù)流程執(zhí)行期間只選擇一個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)來滿足用戶的需求，最終這些服務(wù)之間彼此競(jìng)爭(zhēng)。因此，節(jié)點(diǎn)彼此之間通過邊相連，定義這些邊是雙向的，如圖3所示。例如，競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系存在于服務(wù)節(jié)點(diǎn)S1、S3和S4，當(dāng)服務(wù)請(qǐng)求者的非功能屬性需求需要滿足時(shí)，通過這些節(jié)點(diǎn)的非功能屬性來區(qū)分它們。因此，服務(wù)指導(dǎo)它自己所屬網(wǎng)絡(luò)中的競(jìng)爭(zhēng)者，相對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)者，它會(huì)試圖提高自己的非功能屬性。

圖3 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系

考慮一個(gè)有序服務(wù)對(duì)〈Si,Sj〉，定義競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系為Si⊕Sj。競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的類型為對(duì)稱的和傳遞的。競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系邊權(quán)值通過以下公式計(jì)算：

(2)

3)替代關(guān)系。

構(gòu)建替代關(guān)系只需要一類節(jié)點(diǎn)類型表達(dá)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以及一種邊類型表達(dá)關(guān)系。如果服務(wù)提供相同的功能屬性，雖然它們之間會(huì)存在彼此競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，但是當(dāng)某個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的節(jié)點(diǎn)會(huì)替代失效節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)組合的需求。因此，一個(gè)服務(wù)了解它自己所在網(wǎng)絡(luò)的替代服務(wù)，當(dāng)某個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)失效，該服務(wù)就可以替代失效服務(wù)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)面臨服務(wù)節(jié)點(diǎn)具有潛在失效的情況下，服務(wù)節(jié)點(diǎn)能夠滿足服務(wù)等級(jí)協(xié)議(ServiceLevelAgreement,SLA)。替代關(guān)系存在于服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間，因?yàn)樗鼈兌继峁┫嗤墓δ芴匦?，因此它們之間可以彼此替代，定義這些邊是雙向的，如圖4所示。

圖4 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)替代關(guān)系

考慮有序服務(wù)對(duì)〈Si,Sj〉，本文定義替代關(guān)系為Si◎Sj。替代關(guān)系的類型為對(duì)稱的和傳遞的。替代關(guān)系的邊權(quán)值通過以下公式計(jì)算：

(3)

2.3.2 服務(wù)社區(qū)外部服務(wù)關(guān)系

描述社區(qū)外部具有兩種關(guān)系：協(xié)作關(guān)系(CollaborationRelationship)和推薦關(guān)系(RecommendationRelationship)。這兩種關(guān)系都只需要服務(wù)節(jié)點(diǎn)。在協(xié)同和推薦關(guān)系中，服務(wù)節(jié)點(diǎn)在各自的社區(qū)被定位。通過為每個(gè)關(guān)系構(gòu)建一個(gè)社區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)：協(xié)作關(guān)系的目標(biāo)旨在與服務(wù)同伴保持聯(lián)系，與服務(wù)節(jié)點(diǎn)協(xié)作實(shí)現(xiàn)服務(wù)組合；推薦關(guān)系的目標(biāo)旨在建議某個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)推薦給服務(wù)同伴，以便能參與到正在進(jìn)行的服務(wù)組合當(dāng)中。

1)協(xié)作關(guān)系。

構(gòu)建協(xié)作關(guān)系只需要一類節(jié)點(diǎn)類型表達(dá)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以及一種邊類型表達(dá)關(guān)系。協(xié)作關(guān)系是基于服務(wù)組合已經(jīng)完成的情況下構(gòu)建的。服務(wù)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作關(guān)系存在于相同的服務(wù)組合中(如圖5所示)。通過結(jié)合服務(wù)各自的功能，服務(wù)有能力協(xié)作，共同完成用戶的復(fù)雜需求。因此，服務(wù)節(jié)點(diǎn)了解它自己本身網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作節(jié)點(diǎn)，每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)可以基于交互歷史來決定是否與其他同伴進(jìn)行協(xié)作。

圖5 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作關(guān)系

考慮有序服務(wù)節(jié)點(diǎn)對(duì)〈Si,Sj〉，本文定義協(xié)作關(guān)系為Si?Sj。協(xié)作關(guān)系的邊類型為對(duì)稱的和傳遞的。協(xié)作關(guān)系的邊權(quán)值通過以下公式計(jì)算：

(4)

2)推薦關(guān)系。

構(gòu)建推薦關(guān)系只需要一類節(jié)點(diǎn)類型表達(dá)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以及一種邊類型表達(dá)服務(wù)關(guān)系。推薦關(guān)系基于服務(wù)組合已經(jīng)完成的基礎(chǔ)上構(gòu)建，并伴隨著協(xié)作關(guān)系而存在。如前文所述，推薦關(guān)系用于推薦一些服務(wù)節(jié)點(diǎn)，這些服務(wù)節(jié)點(diǎn)如協(xié)作關(guān)系描述的意愿與其他服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作。圖6描述了推薦關(guān)系的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，只需要將協(xié)作關(guān)系的名稱改為推薦關(guān)系即可，定義推薦關(guān)系的邊是單向性的。

圖6 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)推薦關(guān)系

考慮有序服務(wù)節(jié)點(diǎn)對(duì)〈Si,Sj〉，本文定義推薦關(guān)系為SiSj.。推薦關(guān)系的邊類型為對(duì)稱的和傳遞的。推薦關(guān)系的邊權(quán)值通過以下公式計(jì)算：

(5)

3 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)

定義2 基于關(guān)系的索引(relation-basedindexing)：服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中給定一初始服務(wù)節(jié)點(diǎn)S0，通過基于關(guān)系的索引提供了基于服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)集{S}，嚴(yán)格地遵從服務(wù)索引，即?Si∈{S},?R(S0,Si),其中R代表S0和Si之間的關(guān)系。

服務(wù)消費(fèi)者能夠根據(jù)這些關(guān)系來發(fā)現(xiàn)服務(wù)，這種方式類似于用戶在Web頁(yè)面中發(fā)現(xiàn)感興趣的東西。在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，不必關(guān)心服務(wù)部署在哪些位置，相反，服務(wù)請(qǐng)求者可以遵照由過去的一些交互與合作而建立起的關(guān)系來發(fā)現(xiàn)服務(wù)。這個(gè)定義允許服務(wù)請(qǐng)求者從給定的起始節(jié)點(diǎn)，通過服務(wù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)另一個(gè)相關(guān)的服務(wù)。因此，服務(wù)請(qǐng)求者可以靈活地掌握服務(wù)。

定義3 服務(wù)集群(servicecluster)。服務(wù)集群表示由多個(gè)服務(wù)社區(qū)提供的可用服務(wù)集，具有特定的功能，定義為SC={S1,S2,…,Sn}。其中：SC表示n個(gè)服務(wù)的集合，即服務(wù)集群；Si(i=1,2,…,n)表示節(jié)點(diǎn)i的服務(wù)，彼此之間通過協(xié)作，實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)及組合。

服務(wù)集群意味著在相同的領(lǐng)域，抽象的服務(wù)會(huì)聚集到一起。服務(wù)集群是服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中有結(jié)合力的子群，可以看作是服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的子圖，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中還包括服務(wù)鏈。同樣，服務(wù)集群也可被看成通過其他關(guān)系構(gòu)成的組合服務(wù)或團(tuán)。

4 案例分析

服務(wù)網(wǎng)絡(luò)不指任何實(shí)際的或具體的服務(wù)，而是代表多個(gè)服務(wù)提供的服務(wù)集合，通過多個(gè)服務(wù)提供者共同執(zhí)行特定的功能和任務(wù)。如圖7所示，假設(shè)李某擬定一個(gè)旅行計(jì)劃，首先他需要確定旅行的目的地是哪，根據(jù)天氣、地理、資金承受能力選擇期望地點(diǎn)；然后，選擇交通工具，以便在預(yù)訂的日期能夠到達(dá)目的地；此外，還需要預(yù)訂賓館，了解城市的氣候，以及飲食習(xí)慣等。圖7中，服務(wù)社區(qū)1表示交通服務(wù)，服務(wù)社區(qū)2表示酒店服務(wù)，服務(wù)社區(qū)n表示旅游景點(diǎn)服務(wù)，對(duì)于每個(gè)服務(wù)社區(qū)，都由多個(gè)服務(wù)提供者提供多種候選服務(wù)。在該案例場(chǎng)景中，單獨(dú)的一個(gè)服務(wù)無法滿足用戶的所有需求。為了旅行的目的，需要發(fā)現(xiàn)并組合多種相關(guān)的服務(wù)，這就構(gòu)成了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的原型系統(tǒng)。

圖7 旅游服務(wù)網(wǎng)絡(luò)案例示意圖

服務(wù)社區(qū)中的服務(wù)彼此之間依照具體的性能相區(qū)別。比如，交通工具服務(wù)可由火車、汽車、飛機(jī)等服務(wù)提供商來提供，每個(gè)服務(wù)提供商可以提供多種服務(wù)。例如，火車交通工具服務(wù)提供商可提供高鐵、動(dòng)車、特快、直達(dá)等列車服務(wù)，每個(gè)具體的服務(wù)都包含一組特性(比如票價(jià)、時(shí)長(zhǎng))，這些特性用來識(shí)別并選擇特定的服務(wù)。根據(jù)服務(wù)社區(qū)內(nèi)部(2.3.1節(jié))以及服務(wù)社區(qū)外部(2.3.2節(jié))的服務(wù)關(guān)系，幫助用戶選擇最合適的服務(wù)。在服務(wù)選擇及業(yè)務(wù)服務(wù)組合中，一組具體真實(shí)的服務(wù)將會(huì)從服務(wù)社區(qū)中選出，各個(gè)服務(wù)社區(qū)中的服務(wù)相組合，形成服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)原則，提出一種圖理論的方法，即服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)地分析了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系及屬性，以解決服務(wù)之間的互操作問題。結(jié)合旅游服務(wù)網(wǎng)絡(luò)案例介紹，說明了本文方法可有效解決網(wǎng)絡(luò)服務(wù)利用率低以及服務(wù)關(guān)系復(fù)雜性問題。本文的研究框架仍具有一定的局限性，如構(gòu)建方法只考慮單一服務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的關(guān)系。未來需要進(jìn)一步改進(jìn)并優(yōu)化方法的性能，提高服務(wù)推薦及選擇的準(zhǔn)確性，并研究跨網(wǎng)絡(luò)之間服務(wù)的有效利用及互操作問題。

References)

[1] PEDRINACI C, DOMINGUE J.Toward the next wave of services: linked services for the Web of data [J].Journal of Universal Computer Science, 2010, 16(13): 1694-1719.

[2] YAHYAOUI H, MAAMAR Z, LIM E, et al.Towards a community-based, social network-driven framework for Web services management [J].Future Generation Computer Systems, 2013, 29(6): 1363-1377.

[3] AL-SHARAWNEH J, WILLIAMS M A.A social network approach in semantic Web services selection using follow the leader behavior [C]// EDOCW 2009: Proceedings of the 13th Enterprise Distributed Object Computing Conference Workshops.Piscataway, NJ: IEEE, 2009: 310-319.

[4] MAAMAR Z, HACID H, HUHNS M N.Why Web services need social networks [J].IEEE Internet Computing, 2011, 15(2): 90-94.

[5] BIZER C, HEATH T, BERNERS-LEE T.Linked data — the story so far [J].International Journal on Semantic Web and Information Systems, 2009, 5(3): 1-22.

[6] OLIVEIRA M, GAMA J.An overview of social network analysis [J].Wiley Interdisciplinary Reviews: Data Mining and Knowledge Discovery, 2012, 2(2): 99-115.

[7] EL-GOARANY K, SALEH I, KULCZYCKI G.The social service network-Web 2.0 can make semantic Web services happen [C]// Proceedings of the 10th IEEE Conference on E-Commerce Technology and the 5th IEEE Conference on Enterprise Computing, E-Commerce and E-Services.Piscataway, NJ: IEEE, 2008: 419-423.

[8] DANYLEVYCH O, KARASTOYANOVA D, LEYMANN F.Service networks modeling: an SOA & BPM standpoint [J].Journal of Universal Computer Science, 2010, 16(13): 1668-1693.

[9] MAARADJI A, HACID H, DAIGREMONT J, et al.Towards a social network based approach for services composition [C]// ICC 2010: Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Communications.Piscatawa, NJ: IEEE, 2010: 1-5.

[10] 陳世展,馮志勇,王輝.服務(wù)關(guān)系及其在面向服務(wù)計(jì)算中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2010,33(11):2068-2083.(CHEN S Z, FENG Z Y, WANG H.Service relations and its application in services-oriented computing [J].Chinese Journal of Computers, 2010,33(11): 2068-2083.)

[11] 王輝,馮志勇,陳炬,等.基于本體的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及其構(gòu)建方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2010,30(8):2170-2172,2274.(WANG H, FENG Z Y, CHEN J, et al.Ontology-based service network platform and its construction method [J].Journal of Computer Applications, 2010, 30(8): 2170-2172, 2274.)

[12] HEATH T, BIZER C.Linked data: evolving the Web into a global data space [M]// Synthesis Lectures on the Semantic Web: Theory and Technology.[S.l.]: Morgan & Claypool Publishers, 2011: 7-27.

[13] 翟曉娟,聶娜.運(yùn)用微服務(wù)重組機(jī)制構(gòu)建圖書館編目隨需應(yīng)變模型[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù),2010,26(10):23-27.(ZHAI X J, NIE N.Construction of catalog on demand model based on micro-service re-grouping [J].New Technology of Library and Information Service, 2010, 26(10): 23-27)

[14] 劉健,畢強(qiáng),馬卓.數(shù)字圖書館微服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及實(shí)證研究[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù),2016,32(5):22-29.(LIU J, BI Q, MA Z.Assessment of digital library’s micro-services: an empirical study [J].New Technology of Library and Information Service, 2016, 32(5): 22-29)

[15] BENATALLAH B, SHENG Q Z, DUMAS M.The Self-Serv environment for Web services composition [J].IEEE Internet Computing, 2003, 7(1): 40-48.

This work is partially supported by the Young Teacher Foundation of Hexi University (QN2014- 25).

LI Zhiming, born in 1980, M.S., lecturer.His research interests include service computing, complex network analysis, data mining.

TANG Yongzhong, born in 1964, professor.His research interests include computer network, social computing.

Constructing method of service network based on social network and linked data

LI Zhiming*, TANG Yongzhong

(CenterforInformationTechnology,HexiUniversity,ZhangyeGansu734000,China)

An increasing large number of services are available in the network, which plays a great role in promoting the development of service-oriented computing technology.Concerning the problems that services scale and utilization were far from initially expected, and the interactions of making the services work together were complicated, a method for constructing service network based on social network and linked data was proposed.First of all, in order to improve service scale and utilization, the concept of Service Network (SN) combining social network and linked data was proposed.Secondly, the service community in the service network was established for elevating the feasibility and effectiveness of service discovery.Then, in order to solve the problem of service interoperation, the service relationship and property were formally expressed in service network.Finally, a case study of tourism service was used to analyze the proposed method.The analysis results show that the efficiency and feasibility of the proposed method are validated to solve the problems of low service utilization and complex service relationship.

service relationship; social network; linked data; graph theory; service computing

2016- 06- 21;

2016- 08- 05。 基金項(xiàng)目:河西學(xué)院青年教師科研基金資助項(xiàng)目(QN2014- 25)。

李志明(1980—)，男，甘肅張掖人，講師，碩士，主要研究方向：服務(wù)計(jì)算、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)據(jù)挖掘； 唐永中(1964—)，男，甘肅武威人，教授，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、社會(huì)計(jì)算。

1001- 9081(2017)02- 0468- 05

10.11772/j.issn.1001- 9081.2017.02.0468

TP311

A