基于QoS的Web服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)的高效多Agent架構(gòu)

趙軍富，趙宇紅

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，包頭 014010）

Internet技術(shù)的快速發(fā)展提供了一個(gè)分布式系統(tǒng)發(fā)展的新時(shí)代.目前大部分信息系統(tǒng)的發(fā)展是專注于Web應(yīng)用程序.Web系統(tǒng)的信息資源通常是分布式的、動(dòng)態(tài)的和多樣的.以往關(guān)于Web服務(wù)的描述側(cè)重于服務(wù)的功能屬性，如WSDL（Web services description language）是描述Web服務(wù)接口的標(biāo)準(zhǔn).在經(jīng)典的SOA（service oriented architecture）體系中，服務(wù)的注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)中心 UDDI（universal discription，discovery，and integration）使用WSDL作為服務(wù)的主要注冊(cè)信息.然而，隨著SOA的推廣，Web服務(wù)提供商不斷增加，由于多個(gè)Web服務(wù)提供類似功能，Web服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）[1]需求已經(jīng)對(duì)服務(wù)提供者和消費(fèi)者至關(guān)重要.服務(wù)質(zhì)量（QoS）描述了Web服務(wù)的各種參數(shù)，是Web服務(wù)非功能性屬性的主要方面.因此，必須具有支持QoS的驗(yàn)證、選擇、談判和監(jiān)控的架構(gòu).為了解決上述問題，本文引入一個(gè)基于Web服務(wù)集群技術(shù)的QoS，提出了一種使用多Agent系統(tǒng)的新的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，根據(jù)用戶的QoS偏好來(lái)幫助選擇適合用戶質(zhì)量偏好的最佳服務(wù).

1 Web服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)的MAS架構(gòu)

Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)的目的是給特定的任務(wù)選擇最佳Web服務(wù).當(dāng)Web服務(wù)使用動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)時(shí)，一般會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)服務(wù)提供者.本文提出一種動(dòng)態(tài)Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)處理Web服務(wù)的冗余問題.通過圖1所示的Web服務(wù)多Agent架構(gòu)[2-3]來(lái)解決常見問題Agent間的交互.本架構(gòu)由基本的Web服務(wù)模型組件組成，比如Web服務(wù)提供者、Web服務(wù)使用者和UDDI注冊(cè)中心.通過使用Agent系統(tǒng)（MAS）完成與UDDI的信息交互，并進(jìn)行儲(chǔ)存QoS信息.

圖1 Web服務(wù)多Agent架構(gòu)Fig.1 Web service architecture with multi-agents

1.1 響應(yīng)Agent

響應(yīng)Agent包括檢索Agent和質(zhì)量分析器.檢索Agent的主要活動(dòng)是選擇最合適的Web服務(wù)滿足請(qǐng)求者的QoS約束條件、偏好以及服務(wù)功能需求.消費(fèi)者為特定的服務(wù)可以通過檢索Agent搜索UDDI注冊(cè)中心.質(zhì)量分析器從服務(wù)消費(fèi)者收集關(guān)于Web服務(wù)的QoS反饋意見并檢查服務(wù)的質(zhì)量.最后，響應(yīng)Agent收集查詢結(jié)果、排序并根據(jù)比例關(guān)系將它們顯示出來(lái).

1.2 認(rèn)證Agent

認(rèn)證Agent由服務(wù)的提供者、驗(yàn)證和認(rèn)證器、Web服務(wù)存儲(chǔ)（WSS）組成.服務(wù)出版商進(jìn)行Web服務(wù)相關(guān)信息的注冊(cè)、更新和刪除.驗(yàn)證和認(rèn)證器負(fù)責(zé)認(rèn)證Web服務(wù)的QoS屬性；證書信息包括證書號(hào)碼、發(fā)證日期、從業(yè)的年數(shù)和服務(wù)位置；如果證書不能被發(fā)布，信息將反饋到提供者，從而由認(rèn)證Agent驗(yàn)證并提供證書.此外，證書副本存儲(chǔ)在WSS以供將來(lái)使用.

1.3 查詢Agent[4]

服務(wù)提供者通過服務(wù)出版商發(fā)布它們?cè)谧?cè)表中的服務(wù)信息.查詢Agent充當(dāng)響應(yīng)Agent和Web服務(wù)消費(fèi)者之間的中介.Web服務(wù)消費(fèi)者向查詢Agent發(fā)送查詢請(qǐng)求；查詢Agent收到消費(fèi)者發(fā)出的請(qǐng)求以后開始和檢索Agent進(jìn)行通信，在檢索Agent的幫助下給出檢索結(jié)果；最后由響應(yīng)Agent向查詢Agent提供查詢及檢索到的服務(wù).

1.4 多Agent系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

多Agent系統(tǒng)提供了一種子系統(tǒng)松散耦合的有效途徑，其主要優(yōu)點(diǎn)包括:

（1）縮短了基于應(yīng)用程序Agent的交易時(shí)間；

（2）為大量用戶提供好的性能；

（3）提高了可維護(hù)性；

（4）降低復(fù)雜性.

1.5 組件交互的序列

圖2中給出了一個(gè)消費(fèi)者在應(yīng)用程序中使用了一些組件之間的交互序列[5].

圖2 架構(gòu)組件的交互Fig.2 Architectural component interactions

（1）最初由MAS向UDDI注冊(cè)中心發(fā)布查詢接口.

（2）Web服務(wù)提供者在UDDI注冊(cè)中心發(fā)現(xiàn)查詢接口.

（3）服務(wù)提供者在MAS中注冊(cè)QoSWeb服務(wù)，提供關(guān)于該服務(wù)的功能性和非功能性信息.

（4）MAS的認(rèn)證Agent驗(yàn)證QoS信息并頒發(fā)證書.

（5）QoS證書的一份副本存儲(chǔ)在WSS，并且這份副本被發(fā)送給服務(wù)提供者.

（6）服務(wù)出版商根據(jù)QoS證書在UDDI注冊(cè)中心發(fā)布Web服務(wù).

（7）消費(fèi)者應(yīng)用程序向查詢Agent（MAS）提出服務(wù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求，并且提供功能和QoS要求.

（8）響應(yīng)Agent（MAS）根據(jù)所需要的服務(wù)功能和服務(wù)質(zhì)量需求在UDDI注冊(cè)中心找到相應(yīng)服務(wù).

（9）響應(yīng)Agent在檢索Agent幫助下驗(yàn)證提供的QoS證書和存儲(chǔ)在WSS中的等級(jí)，進(jìn)行質(zhì)量的分析.

（10）檢索Agent報(bào)告發(fā)現(xiàn)的服務(wù)，通過查詢A－gent反饋到應(yīng)用程序.

（11）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)客戶綁定發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù).

（12）消費(fèi)者通過查詢Agent調(diào)用服務(wù)后向質(zhì)量分析器反饋信息.

（13）質(zhì)量分析器計(jì)算客戶反饋的評(píng)分，然后將評(píng)分存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)（WSS）中，為接下去的服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程做準(zhǔn)備.

1.6 QoS匹配[6]、反饋評(píng)價(jià)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法

如圖3所示，Web服務(wù)消費(fèi)者通過查詢Agent向響應(yīng)Agent發(fā)送一個(gè)服務(wù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求，查詢Agent然后聯(lián)系UDDI注冊(cè)中心去查找滿足客戶功能和QoS要求的服務(wù).如果有一個(gè)服務(wù)滿足客戶的功能需求和其QoS信息，則該服務(wù)被認(rèn)為是一個(gè)“匹配”.如果沒有一個(gè)Web服務(wù)滿足則由響應(yīng)Agent返回一個(gè)空結(jié)果給客戶.如果多個(gè)服務(wù)都匹配功能和QoS要求，響應(yīng)A－gent對(duì)每個(gè)匹配的服務(wù)根據(jù)客戶提出的主要QoS屬性或者默認(rèn)的主要屬性以及平均響應(yīng)時(shí)間來(lái)計(jì)算QoS分?jǐn)?shù).最好的服務(wù)排名第一，其它服務(wù)的排名由主要QoS屬性的值決定.具有最高的QoS排名的前M個(gè)服務(wù)被返回到客戶端.

圖3 質(zhì)量匹配、反饋評(píng)價(jià)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)算法Fig.3 Quality matching，feedback rating and service discovery algorithm

2 QoS屬性[7]與Web服務(wù)

為了有助于創(chuàng)建一個(gè)通用的QoS[8]描述模型，將一個(gè)通用的QoS屬性集合列舉在表1中.

表1 一組QoS屬性通用集合Tab.1 Common set of Qos attributes

每個(gè)Qos屬性的定義如下:

（1）響應(yīng)時(shí)間:指從服務(wù)請(qǐng)求結(jié)束到服務(wù)響應(yīng)開始的運(yùn)行時(shí)間.響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)典型的性能屬性，可以用如下公式所示:

響應(yīng)時(shí)間=執(zhí)行時(shí)間+等待時(shí)間式中:執(zhí)行時(shí)間是指執(zhí)行服務(wù)功能的持續(xù)時(shí)間；等待時(shí)間是指所有可能調(diào)解事件花費(fèi)的時(shí)間，如服務(wù)消費(fèi)者和提供者信息傳輸所需的時(shí)間.

（2）服務(wù)可用性:一個(gè)服務(wù)可操作和可訪問的程度決定了服務(wù)的可用性.服務(wù)可用性可以用如下服務(wù)的正常運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間的比例來(lái)定義:

服務(wù)可用性=正常運(yùn)行時(shí)間/（正常運(yùn)行時(shí)間+停機(jī)時(shí)間）

式中:服務(wù)的正常運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間可以通過失效時(shí)間的平均時(shí)間（MTBF）和修復(fù)時(shí)間的平均時(shí)間（MTTR）分別來(lái)計(jì)算.

（3）反饋評(píng)價(jià)得分:是指服務(wù)消費(fèi)者對(duì)于Web服務(wù)的QoS反饋評(píng)價(jià)得分，假設(shè)所有評(píng)價(jià)都是可用的、客觀的和有效的，服務(wù)消費(fèi)者在使用服務(wù)后對(duì)服務(wù)的滿意度提供一個(gè)評(píng)價(jià).反饋評(píng)價(jià)是一個(gè)從1到10的整數(shù)，10表示非常滿意，1表示強(qiáng)烈的不滿.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文通過實(shí)驗(yàn)比較多Agent架構(gòu)和現(xiàn)有系統(tǒng)，以此來(lái)評(píng)價(jià)本文方法的有效性.通過一組并發(fā)客戶調(diào)用MAS來(lái)計(jì)算響應(yīng)時(shí)間（RT）和服務(wù)的可用性；然后增加客戶的數(shù)量直到達(dá)到最大容量數(shù)，檢查隨之負(fù)載的增加響應(yīng)時(shí)間是否仍然穩(wěn)定.圖4比較了MAS系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和現(xiàn)存的QoS服務(wù)中間代理的響應(yīng)時(shí)間.

圖4 客戶數(shù)量與響應(yīng)時(shí)間Fig.4 Distribution of reaction time with increased number of clients

從圖4中可以看出，隨著用戶數(shù)量的增加，MAS和現(xiàn)存的QoS[9]中間代理的響應(yīng)時(shí)間都呈線性增加.但是MAS的響應(yīng)時(shí)間和現(xiàn)存系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間相比，是非常短的.

圖5比較了2個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)可用性.

圖5 客戶數(shù)量與可用性分布Fig.5 Distribution of availability with increased number of clients

從圖5可以看出，第一個(gè)客戶使用了服務(wù)后，現(xiàn)存系統(tǒng)的服務(wù)可用性先有一定波動(dòng)，然后服務(wù)的可進(jìn)入性逐漸穩(wěn)定；當(dāng)客戶數(shù)量到達(dá)220個(gè)時(shí)，服務(wù)可用性達(dá)到85%；接著，當(dāng)客戶數(shù)量達(dá)到280時(shí)，服務(wù)變得不可用.但是，如果使用MAS系統(tǒng)，服務(wù)的可用性會(huì)大許多，其可用性優(yōu)于現(xiàn)存系統(tǒng).

圖6比較了2個(gè)系統(tǒng)的反饋評(píng)價(jià)打分.從圖6中可以看出本文提出的MAS的打分遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的QoS代理.

圖6 反饋評(píng)價(jià)打分比較Fig.6 Comparison of feedback rating score

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種使用多Agent的新技術(shù)用于Web服務(wù)發(fā)現(xiàn).該架構(gòu)通過QoS登記、驗(yàn)證、認(rèn)證和確認(rèn)有效等方式支持Web服務(wù)發(fā)現(xiàn).該方法使用響應(yīng)Agent、認(rèn)證Agent和查詢Agent，這些Agent程序運(yùn)行特定的功能可以很好地選擇合適的Web服務(wù).對(duì)本文方法和傳統(tǒng)方法進(jìn)行性能比較，結(jié)果表明，本文方法在響應(yīng)時(shí)間、服務(wù)可用性和反饋評(píng)價(jià)得分等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法.

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