李海浩 費(fèi)琪 盧重陽

摘 要：

在全艦計(jì)算環(huán)境中，針對(duì)應(yīng)用需求變更，應(yīng)用服務(wù)高效的進(jìn)行自適應(yīng)演化才能夠充分的利用好各種有限資源。在服務(wù)變量定義的基礎(chǔ)上，提出了影響服務(wù)質(zhì)量的相關(guān)指標(biāo);對(duì)服務(wù)組合的結(jié)構(gòu)路徑進(jìn)行了說明，給出不同結(jié)構(gòu)路徑形式下服務(wù)質(zhì)量的計(jì)算方法，并提出了組合服務(wù)質(zhì)量模型;對(duì)服務(wù)變更實(shí)例情況進(jìn)行了分析，最終提出了服務(wù)自適應(yīng)模型算法。

關(guān)鍵詞：

全艦計(jì)算環(huán)境; 組合服務(wù); 自適應(yīng)

中圖分類號(hào)： TP 311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Research on Self-adaptation Method of Services in Total Ship Computing Environment

LI Laihao1，? FEI Qi2，? LU Chongyang2

（1. No. 91404 Troops of PLA， Hebei Qinhuangdao 066000， China;

2. Jiangsu Automation Research Institute， Lianyungang， Jiangsu 222061， China）

Abstract：

In the total ship computing environment， for the changes of application requirements， the efficient self-adaptive evolution of application services can make full use of various effective resources. Based on the definition of service variables， this paper proposed the related indexes affecting service quality; explained the structural path of service composition， gave the calculation method of services quality under different structural path forms. It also put forward the composite service quality model; analyzed the service change instance. Finally gave the service self-adaptive model algorithm.

Key words：

total ship computing environment; composite service; self-adaptation

0 引言

全艦計(jì)算環(huán)境是將艦艇裝備研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，具有標(biāo)準(zhǔn)性、通用性、可裁剪、可移植等特點(diǎn)[1]。全艦計(jì)算環(huán)境向應(yīng)用系統(tǒng)以服務(wù)的形式提供各類支撐，針對(duì)用戶需求，支撐服務(wù)怎樣能夠合理、快速、高質(zhì)量的進(jìn)行有效組合、重組甚至自適應(yīng)演化，是公用計(jì)算環(huán)境應(yīng)用的重點(diǎn)難點(diǎn)。針對(duì)服務(wù)各類屬性，對(duì)服務(wù)變量進(jìn)行了定義，明確了影響服務(wù)質(zhì)量的各類指標(biāo);通過組合服務(wù)結(jié)構(gòu)的分析和質(zhì)量計(jì)算方法的研究，提出了組合服務(wù)自適應(yīng)優(yōu)選方法，該方法可為全艦計(jì)算環(huán)境各類服務(wù)的高效組合提供借鑒。

1 服務(wù)屬性

1.1 服務(wù)變量的定義

在全艦計(jì)算環(huán)境下，功能的實(shí)現(xiàn)過程可以總結(jié)為三步，首先用戶向計(jì)算環(huán)境提出需求，其次計(jì)算環(huán)境選擇對(duì)應(yīng)用戶需求的服務(wù)，通過算法將服務(wù)調(diào)用的順序、邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，最后將組合服務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，并將結(jié)果返給用戶。當(dāng)計(jì)算環(huán)境進(jìn)行服務(wù)選擇或組合過程中，用戶的需求發(fā)生變化，改變?cè)δ苄枨螅槍?duì)新需求，會(huì)進(jìn)行服務(wù)重組，為量化優(yōu)化重組的優(yōu)劣，給出影響服務(wù)組合質(zhì)量的變量因子。

服務(wù)S（Service），在全艦計(jì)算環(huán)境中，由各類計(jì)算資源通過虛擬化而成的服務(wù)，比如：存儲(chǔ)服務(wù)、分布式計(jì)算服務(wù)、通信服務(wù)[2]等。通過對(duì)服務(wù)自適應(yīng)方法存影響因素的總結(jié)和分析[3]，得出S={ID，F(xiàn)unction，In/out，State，Qos}。

其中：ID為服務(wù)的唯一標(biāo)示;Function為服務(wù)的功能描述;In/out為服務(wù)的輸入輸出;State為服務(wù)的狀態(tài)，使用-1、0和1分別表示服務(wù)不存在，服務(wù)異常、無法啟用和服務(wù)正常、可正常使用[4]。

2.2 服務(wù)質(zhì)量的定義

衡量服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣是一個(gè)復(fù)雜且不易量化的問題，很少有規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)[5]。這里提出的Qos只是針對(duì)有限的評(píng)價(jià)指標(biāo)嘗試對(duì)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行量化，根據(jù)服務(wù)特性，本文給出評(píng)價(jià)服務(wù)質(zhì)量的7個(gè)指標(biāo)，即Qos={T，Ar，Ad，Ev，Re，Rur，Sa}，其中各參數(shù)含義如下。

①時(shí)間（T）：從用戶提出需求到收到響應(yīng)結(jié)果之間的時(shí)間。該時(shí)間越長(zhǎng)，說明服務(wù)代價(jià)越高。T由兩部分組成，即服務(wù)請(qǐng)求識(shí)別時(shí)間Treq和響應(yīng)時(shí)間Tresp，T=Treq+Tresp。Treq為用戶提交請(qǐng)求后，計(jì)算環(huán)境查找到歷史記錄是否存在相同或類似的服務(wù)請(qǐng)求所花費(fèi)時(shí)間;Tresp為計(jì)算環(huán)境執(zhí)行服務(wù)所花費(fèi)時(shí)間，包括服務(wù)查找、服務(wù)組合、服務(wù)響應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葧r(shí)間。

②可用率（Ar）：服務(wù)成功訪問率，某服務(wù)成功訪問次數(shù)n與總訪問次數(shù)N的比值，即Ar=n/N。

③調(diào)整性（Ad）：服務(wù)由于不同原因無法完成任務(wù)時(shí)，能夠被其他服務(wù)替代的能力。某服務(wù)因異常被掛起，是否有其他服務(wù)替代該服務(wù)。該調(diào)整參數(shù)Ad為有替代服務(wù)的數(shù)量m與服務(wù)總數(shù)量M的比值，即Ad=m/M。

④評(píng)價(jià)值（Ev）：用戶對(duì)服務(wù)的評(píng)價(jià)，數(shù)值可根據(jù)需求進(jìn)行確定，并對(duì)未評(píng)價(jià)的服務(wù)設(shè)置默認(rèn)值。評(píng)價(jià)值是長(zhǎng)期累計(jì)的結(jié)果，會(huì)在使用過程中趨于穩(wěn)定，計(jì)算方法為：Ev=1n∑ni=1Ev（i）。

⑤效率（Re）：?jiǎn)蝹€(gè)服務(wù)工作時(shí)間Tsi與組合服務(wù)工作總時(shí)間Tto的比值，即Re=Tsi/Tto。

⑥資源利用率（Rur）：服務(wù)執(zhí)行所利用的資源主要與環(huán)境的CPU和內(nèi)存有關(guān)，為了更加明了的說明過程，這里以CPU的利用率為例進(jìn)行說明。CPU利用率為服務(wù)執(zhí)行時(shí)所占CPU資源的比值，數(shù)值可通過性能監(jiān)視等工具獲取。

⑦安全性（Sa）：服務(wù)的安全性直接關(guān)系上層應(yīng)用是否能夠正確實(shí)現(xiàn)，對(duì)武器裝備的戰(zhàn)技指標(biāo)影響至關(guān)重要。全艦計(jì)算環(huán)境下服務(wù)安全值可參考云服務(wù)的保密性、完整性、可控性和不可抵賴性等因素[6]設(shè)置。

2 服務(wù)自適應(yīng)優(yōu)選方法研究

服務(wù)優(yōu)選就是在完成用戶需求的情況下，綜合服務(wù)的時(shí)間消耗、成功訪問率、替代調(diào)整能力、評(píng)價(jià)效果、資源占用率和安全性等方面，得出優(yōu)化的組合服務(wù)的過程。

2.1 組合服務(wù)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)服務(wù)變量定義，組合服務(wù)模型為：

F= f（Si）= f{ID（Si），F(xiàn)unction（Si），In/out（Si），State（Si），Qos（Si）};

根據(jù)服務(wù)質(zhì)量定義，組合服務(wù)中任意服務(wù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)模型為：

Q=g（Qos（F））=g{T（F），Ar（F），Ad（F），Ev（F），Re（F），Rur（F），Sa（F）}

通過路徑結(jié)構(gòu)分析，任何組合服務(wù)的執(zhí)行路徑都可由多個(gè)服務(wù)根據(jù)順序結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)組成[7]，組合服務(wù)的執(zhí)行路徑示意圖如圖1所示。

2.2 組合服務(wù)質(zhì)量計(jì)算方法

為分析組合服務(wù)質(zhì)量模型方便，現(xiàn)假設(shè)組合服務(wù)只由順序、并行、選擇和循環(huán)4個(gè)單一結(jié)構(gòu)組成，參與四個(gè)結(jié)構(gòu)的服務(wù)數(shù)量分別為：a、b、c、d，現(xiàn)分別對(duì)組合服務(wù)質(zhì)量模型中各變量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

組合服務(wù)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)往往由多種結(jié)構(gòu)形式組成，且較為復(fù)雜，根據(jù)表1中計(jì)算方法，可將組合服務(wù)分解成多級(jí)結(jié)構(gòu)，分別迭代對(duì)應(yīng)公式，可最終計(jì)算出組合服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)表達(dá)式。

其中：a1…a7分別表示服務(wù)質(zhì)量各指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重。

3 組合服務(wù)自適應(yīng)優(yōu)選方法

3.1 服務(wù)變更實(shí)例

用戶需求發(fā)生變更后，簡(jiǎn)單的對(duì)服務(wù)進(jìn)行刪除或替換操作，可能會(huì)引發(fā)一系列問題。為便于說明，現(xiàn)用S（a/b）表示服務(wù)S的輸入為a，輸出為b，服務(wù)變更問題如表2所示。

為保障組合服務(wù)變更后的延續(xù)性，在服務(wù)進(jìn)行刪除或替換操作時(shí)，應(yīng)考慮有效迭代關(guān)系，進(jìn)行關(guān)聯(lián)服務(wù)的刪除和添加，具體過程如表3所示。

3.2 服務(wù)自適應(yīng)方法

當(dāng)組合服務(wù)接收到用戶新需求后，服務(wù)自適應(yīng)算法會(huì)對(duì)原組合服務(wù)進(jìn)行異常判斷，分析出那些服務(wù)需要進(jìn)行修改，并根據(jù)服務(wù)Qos制定新的組合服務(wù)，服務(wù)自適應(yīng)方法分析過程如圖2所示。

自適應(yīng)算法概述如下：

（1） 針對(duì)①、②和③，由于能夠滿足用戶需求的服務(wù)往往不唯一，算法采用“組合服務(wù)質(zhì)量計(jì)算方法”，選取相關(guān)服務(wù)進(jìn)行最優(yōu)組合。

（2） 針對(duì)④，分析用戶新需求，在原組合服務(wù)中確定不滿足用戶新需求的服務(wù)S↓。

（3） 如果S↓是單服務(wù)或后續(xù)關(guān)聯(lián)服務(wù)刪除需求，直接將相關(guān)服務(wù)進(jìn)行刪除操作;如果S↓是單服務(wù)替換需求，將S↓確定為被替換服務(wù);如果S↓是后續(xù)關(guān)聯(lián)服務(wù)替換需求，將S↓及后續(xù)關(guān)聯(lián)服務(wù)一并確定位被替換服務(wù)集S↓i。為了方便后續(xù)計(jì)算，這里將被替換服務(wù)集統(tǒng)一為S↓i，當(dāng)i=1時(shí)，即為單服務(wù)替換。

（4） 選擇替換服務(wù)集CS，將滿足新需求的組合服務(wù)S↑j添加到CS中。S↓i和S↑j中i和j的值并非完全相同，根據(jù)用戶新需求確定替換和被替換需求的對(duì)應(yīng)數(shù)量。

（5） 若CS為空，在組合服務(wù)中向前增加被替換服務(wù)變更S↓i，重新調(diào)用步驟（1）-（4）。若CS不為空，采用“組合服務(wù)質(zhì)量計(jì)算方法”，在CS中選取Q最優(yōu)的S↑j替換S↓i。

（6） 進(jìn)行服務(wù)異常監(jiān)控，對(duì)運(yùn)行服務(wù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，防止服務(wù)異常造成用戶響應(yīng)中斷。當(dāng)監(jiān)測(cè)都某服務(wù)異常后，記錄發(fā)生服務(wù)名稱、異常發(fā)生時(shí)間和原因等信息，將異常服務(wù)掛起，調(diào)用步驟（1）-（5）。

4 總結(jié)

全艦計(jì)算環(huán)境技術(shù)的應(yīng)用，一定程度上提升了裝備的戰(zhàn)技指標(biāo)和資源利用率，針對(duì)裝備用戶需求的變更，應(yīng)用服務(wù)自適應(yīng)組合方法可以有效保障裝備的實(shí)用性[8]。在全艦計(jì)算環(huán)境中服務(wù)的有效組合在功能屬性的基礎(chǔ)上，需重點(diǎn)考慮服務(wù)質(zhì)量特性。同時(shí)，服務(wù)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)演化，可以在一定程度減少人工干預(yù)，保證服務(wù)能夠高質(zhì)量、高效率的完成用戶提交的各類任務(wù)請(qǐng)求。

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（收稿日期： 2019.12.23）