Web服務可信評價方法研究路線圖

◆張軍偉李德玉范小芹

（1.山西大學計算機與信息技術學院 山西 030006；2.山西醫科大學管理學院 山西 030001）

Web服務可信評價方法研究路線圖

◆張軍偉1，2李德玉1范小芹1

（1.山西大學計算機與信息技術學院 山西 030006；2.山西醫科大學管理學院 山西 030001）

Web服務技術正在改變組織和機構部署應用的方式，現在已得到了廣泛關注。Web服務最吸引人的地方在于已有服務的組合能夠創建新的增值服務。為了使Web服務能夠有效地組合，組合進程需要保證參與某一特定組合服務的組件服務比其他提供相同功能的服務更可信。本文分析討論了Web服務可信的不確定性，提出Web服務可信評價方法研究路線圖，倡導基于不確定性理論和方法對Web服務可信進行建模，并在其中融入系統論和社會網絡的理論和方法，將基于可信的服務選擇和服務組合有機地結合起來，將服務消費者的可信、服務提供者的可信與Web服務的可信有機地結合起來，解決服務消費者的個性化選擇、新服務參與競爭、由組件服務可信導出組合服務可信等問題。這種新的Web服務可信評價方法應該保持普遍性和一致性，將上述幾個問題的求解納入到同一個可信評價模型。本文提出的Web服務可信研究路線圖試圖為Web服務可信研究提供啟迪和指導。

Web服務；可信性評價；不確定性；服務選擇；服務組合

0 引言

當前，軟件所處的環境呈現出新的特征，需要研究新的軟件開發方法與技術以適應這些特征。很多組織和機構出于管理的需要部署了許多應用。不同的應用之間經常需要相互交互。面向服務（Service Oriented Computing，SOC）程序設計作為一種新的軟件范型，為那些需要集成眾多應用的組織和機構提供了一種新的方法。“面向服務”現已成為軟件領域的主流思想之一，各種基于服務的軟件應用給人們的日常生活、金融、醫療、生產、通信、交通等領域帶來了巨大變化。與此同時，用戶訪問呈現出分散化的趨勢，對軟件系統的可信性提出了更為嚴格的要求。

Web服務作為SOC中服務概念的一種具體表現形式和功能載體，是一個平臺獨立的、松耦合的、自包含的應用程序，可使用開放的XML標準來描述、發布、發現、協調、配置及訪問[1，2]，適用于分布式的互操作的應用環境。與傳統軟件相比，Web服務的應用環境存在極大的不確定性，如訪問的用戶類型、并發用戶數量、Web 服務調用的裝載模式和訪問方式等。另外，Web 服務的發布、展現和綁定都是動態完成的，具有很高的不確定性和不可見性。

網絡上發布的 Web 服務大多結構簡單、功能單一，不能很好地滿足復雜業務需求，所以Web服務組合應用而生。一個基本服務是一個完成某一特定任務的獨立的網絡可訪問進程。兩個或多個基本服務的組合可以產生一個新的服務，這個新的服務可以執行更復雜的任務，而這個復雜的任務是任何一個基本服務無法獨立完成的。在這種情況下，包含基本服務的那個新服務叫做組合服務，而那些被包含的基本服務叫做組件服務。構造組合服務的過程可以不斷迭代進行，也就是說，一個組合服務可以作為另一個更復雜組合服務的組件服務。Web 服務不僅能夠在組織的管理域內組合集成，也能在組織的管理域之間組合集成[3]。Web服務的強大就在于此，它可以動態地集成組合服務去執行新的任務，引導新的事務[3，4]。

隨著Web服務市場的不斷發展，不同的服務提供者提供了很多執行相同任務的服務。此時，服務消費者不僅需要知道一個Web服務能夠做什么，還需要知道這個服務做得有多好[5]。如何合理地選擇合適的Web服務已經成為Web服務研究領域一個重要的課題。服務選擇不僅是與服務直接交互的需要，也是集成組合服務的需要。當服務消費者從眾多執行相同功能的Web服務中選擇期望的Web服務時，Web服務的非功能特性成了非常重要的指標，比方說QoS（Quality of Service）、可信等。這些特性不僅適用于基本服務，也適用于組合服務。

服務選擇是一項困難的任務，因為它需要面對開放和松耦合環境的挑戰。隨著網絡性能的動態變化，一個特定Web服務所提供的QoS不是確定的，也不是可預見的。這將產生Web服務的可信問題，也就是說哪一個Web服務更可能提供消費者所期望的QoS。應該基于過去的體驗和反饋來創建可行的可信評價方法，通過可信評價方法在候選Web服務集中選擇更可信的服務。如何創建可行的Web服務可信評價模型，是當前服務選擇和服務組合研究領域的重要課題。

在《未來10年中國學科發展戰略· 信息科學》 一書中，專家們將面向服務的軟件設計方法與技術和高可信軟件理論與工程方法列為軟件技術的兩個發展方向。Web服務作為新的軟件形式，與傳統軟件之間有許多不同之處，研究可信Web服務具有重要的意義。

1 相關工作

QoS被視作是選擇服務時需要考量的重要指標。QoS在各種文獻中已經討論了很多，它被不同的方式定義，用不同的指標來測量。為了給特定的應用選擇合適的服務，研究者們已經在QoS感知的服務選擇和服務組合方面做了很多研究工作[6]。Zeng等人在文獻[2]中提出了AgFlow。這是一個中間件平臺，能執行質量驅動的服務組合。AgFlow在組合服務級優化服務選擇，將Web服務選擇問題表示成QoS屬性上的效用函數的最大化問題。在這篇文章中，作者沒有考慮如何獲得各QoS屬性的權重值，這些權重值都是直接指定的。Dou等人在文獻[6]中引入層次分析法，將用戶的偏好和優先級都轉換為權重，并利用層次分析法提出了QoS感知的服務評價方法，用來解決共享服務的共選問題。在這種方法中，各權重值是計算出來的。以上這兩篇文章中都使用精確的QoS值來進行服務選擇，沒有考慮服務選擇中QoS的不確定性。Fu等人在文獻[7]中設計了QoS的不確定表示方法，利用區間數比較的可能度方法和逼近理想點的多屬性決策方法，建立基于不確定QoS信息的Web服務選擇模型。在這篇文章中，作者沒有考慮QoS值的概率分布情況。

全面地獲取一個服務的QoS是比較困難的，因為不可能給每一個服務消費者都安裝一個QoS測量裝置。況且不同的服務消費者偏好不同的質量屬性。服務消費者并不關心某一質量屬性的具體數值是多少，在乎的是自己的主觀感受，即QoE[8]。QoE（Quality of Experience）是指用戶對設備，網絡和系統，應用或業務的質量和性能（包括有效性和可用性等方面）的綜合主觀感受，也就是從業務應用的舒適度來定義的。正因為如此，很多研究者從可信和信譽等主觀的角度來研究服務選擇和服務組合。

可信在服務選擇中也扮演著重要角色。在一個開放和動態的網絡環境中，Web服務的可信是服務被廣泛采用的先決條件[3，9]，應該制定一系列可信指標和框架來保證Web服務的可信。基于對可信文獻的綜合，Aljazzaf 等人在文獻[10]中提出了可信的定義和原理，這些構成了Web服務可信的基礎。Singh在文獻[11]中描述了在可信Web服務組合中所要面臨的挑戰和研究問題，試圖引導先進的可信評價和管理方法。

Web服務中基于信譽的可信試圖根據過去的體驗和消費者的反饋來選擇合適的服務或服務提供者，為解決Web服務選擇問題提供了一條希望之路。和其他的方法進行比較，它有很多優點。Mi?i?在文獻[12]中闡述了Web服務選擇應該基于可信和信譽的觀點。

技術路線：文獻檢索、政策調研—走訪、會議、實地調查—信息系統技術調研—財務專家咨詢—設計信息化管理模式—探索財務信息化管理體系的搭建—培訓和選拔科研財務助理—試行信息化管理系統的運行—方案評審和完善。

對于 Web 服務可信評價問題，研究者已經提出了很多方法，但這些方法大多只著重于某一個側面，沒有將服務選擇和服務組合有機地統一起來。Wahab 等在文獻[13]中對Web服務可信評價模型進行了分類，將其分為單個服務的可信，組合服務的可信以及群體服務的可信。

文獻[14]-[16]主要描述組件服務的可信或信譽的的建立或更新。Wang等人在文獻[14]中基于公式來計算和更新可信，并提出了一個基于模糊邏輯的可信評價模型，用來決定服務提供者的信譽等級。Wu等人在文獻[15]中提出了一個新的兩階段方法，用以計算服務的信譽。第一階段用動態權重公式計算信譽，能反映服務的最新趨勢；第二階段用嗅覺反應公式消除不公正評價的負面影響。Wang等人在文獻[16]中構建了一個形式化模型，認為可能性和確定性是可信的兩個維度，并提出一種機制。在這種機制下，一個agent可以更新它所在的整個區域其他agent的可信。以上方法都只考慮單個服務的可信或信譽，沒有考慮組合服務的計算方法。另外，文獻[14]中的方法沒有考慮新Web服務的可信或信譽初始化問題，文獻[13]和文獻[15]中的方法雖然考慮對新Web服務的可信或信譽進行初始化，但并沒有使新Web服務具有競爭力，新Web服務依然無法有效地參與競爭。

文獻[17]-[20]中側重考慮組合服務的可信評價方法。Yang等人在文獻[17]中利用統計技術和Petri網提出了一個可信服務組合的評價方法。所涉及的Web服務的可信是通過分析過去的體驗來評價的，這樣的話，組合服務的可信可以通過組件服務的可信和組合服務的聚合拓撲估計得到。Paradesi等人在文獻[18]中采用了一個Web服務可信的形式化模型，從單個服務的可信模型來推導組合服務的可信模型。但是在這個方法中，組合服務的可信計算過程較為復雜，而且組合服務的可信和組件服務的可信可能具有不同的特性。Hang和Singh在文獻[19]中提出了兩個分布式可信感知服務選擇方法。這兩種方法根據服務提供的質量懲罰和獎勵服務，在對服務的觀察不完全時也是有效的。Mehdi等人在文獻[20]中用概率模型來對Web服務的可信進行建模，并提出了兩種組件和組合服務的可信學習算法。

文獻[21]和[22]中考慮了可信的主觀不確定性。Wang等人在文獻[21]中提出用基于云模型理論的可信模型來描述可信的主觀不確定性，然后提供一個形式化的計算方法評價服務請求者的可信度。Malik等人在文獻[22]中用處理不確定問題的“統計云模型”來聚集不同的評價。這個模型可以統一地定量描述模糊性、隨機性以及它們之間的關系。在這個模型中綜合評價者的信任值，可以評估服務提供者的可信。這些方法雖然考慮到可信的不確定性，但在可信模型中卻依然將不確定轉化為確定，沒有真正地用不確定性思維去解決問題。

前述的這些方法大都不能實現服務消費者的個性化選擇，即不同的服務消費者依照某種方法所選擇的 Web服務都是一樣的，不能體現服務消費者的個性化差異。

文獻[23]-[25]中考慮了基于社會網絡的可信評價方法。Yang等人在文獻[23]中為新加入的Web服務提供了一種基于相似性理論的信譽評價算法，將相似性和可信作為計算信譽的權重。和文獻[23]一樣，Deng等人在文獻[24]中也采用了相似性理論，提出了一個帶可信增強的基于社會網絡的服務推薦系統。Liu等人在文獻[25]中利用可信構建了一個新的Web服務評價模型，首先在SOA模型中加入一個可信管理模塊，然后這個基于修正主觀邏輯的Web服務評價模型把Web服務網絡的服務實體之間的關系是做是一個小世界網絡。

另外一些研究者總結歸納了基于可信Web服務選擇領域的研究現狀，用某些指標對可信系統進行分類，強調了每個類別和整個領域的局限，并指出Web服務選擇的一些潛在的研究方向[6，26]。

2 Web服務可信研究路線圖

圖1 Web服務可信研究內容

本文針對可信服務的用戶需求，全面剖析現有Web服務可信評價方法存在的局限性，以服務的個性化選擇為基本出發點，以提高組合服務的可信性為目標，面向Web服務組合的控制流程，從Web服務用戶反饋的角度研究可信。圖1展示了Web服務可信評價方法的研究內容。

基于對Web服務可信文獻的綜合分析，本文提煉出在Web服務可信研究中需解決的關鍵問題，具體如下：

（1）Web服務的可信如何建模？

可信這個概念是模糊的，可信是一個程度問題。對于一個具體的服務，不能簡單地認為它是完全可信的，或是完全不可信的。事實上，一個服務應該是部分可信的，部分不可信的。可信本身又是動態變化的。在不同時間，同一服務消費者對同一個服務的可信可能是不同的；在相同時間，不同服務消費者對同一服務的可信也可能是不同的。綜上所述，可信具有模糊性和隨機性，也就是說，可信本質上是不確定的，如何對Web服務可信建模是一個關鍵問題。

（2）無用戶反饋的新服務如何參與競爭？

網絡是動態變化的，舊的服務退出消失，新的服務不斷涌現。但是新的服務沒有被服務消費者使用過，沒有用戶反饋，也就無法根據服務消費者反饋對這個服務可信做出評價，這個新服務也就無法和其他服務進行有效競爭。這是許多評價系統都要面臨的問題，也是一個Web服務可信研究中需要解決的關鍵問題。解決這個問題的一般方法是給這個新服務賦一個初始可信值，但是這個初始可信值不好確定。如果可信初始值太高，新服務將具有較強的競爭力，但是會抑制舊服務；如果可信初始值太低，又起不到對新服務的鼓勵作用。

（3）如何由組件服務的可信導出組合服務的可信？

組合服務包含組件服務，組合服務也能夠做為更復雜組合服務的組件服務。在某些場合，服務消費者需要計算根據組件服務的可信來評估組合服務的可信。一個組合服務的可信應該由組成這個組合服務的組件服務的可信和組合業務流程結構所決定。組合服務可信的計算方法應該易于理解并且計算簡便，還應該保證組合服務的可信和組件服務的可信表達形式的一致性，即組合服務的可信和組件服務的可信具有相同的特性。

（4）如何實現服務消費者的個性化服務選擇以及如何消除惡意反饋對可信評價方法的影響？

每一個服務消費者都是獨立的個體，具有自主決策能力，能夠根據自身所處的社會關系網絡和所獲得的信息做出個性化的選擇。面對相同的反饋信息，不同的服務消費者對同一服務所形成的印象可能是不同的，也就是說這些反饋信息對不同服務消費者的影響是不同的。一個服務消費者對某個服務的可信是個性化的，它不僅與這個服務消費者收集到的反饋信息有關，而且與這個服務消費者所處的社會關系網絡有關。如何將社會關系網絡中個體與個體之間的關系融合到Web服務可信評價中來，是一個值得研究的關鍵問題。另外，評價系統中普遍存在的一個問題是惡意反饋的影響。某些人可能會惡意貶低或過譽一個服務而提交虛假反饋。這些惡意反饋不能真實反映服務的服務質量，在進行服務可信評價時應該盡可能地對這些惡意反饋進行識別并消除它們的影響。

（5）服務消費者反饋信息如何存儲管理以方便支持服務消費者的個性化服務選擇？

大多數評價系統中，消費者的反饋信息由一個可信的第三方（Trusted Third Party，TTP）來進行存儲管理。這種反饋信息存儲方式簡單方便，易于管理。但是，服務消費者在檢索反饋信息時可能會被隱藏某些細節。集中式反饋信息存儲管理對實現個性化選擇不夠靈活。服務消費者應該在獲得反饋信息的同時獲得社會關系網絡信息，以便實現個性化服務選擇。分布式反饋信息存儲管理對于個性化服務選擇來說是一個更好的方案。

2.2 研究內容和研究路線圖

圖2 Web服務可信研究路線圖

如相關工作所述，研究者已經提出了許多行之有效的Web服務可信評價方法，但是，已有的方法沒有將前述關鍵問題的求解綜合在一起。

事實上，將多個問題的求解方法納入到一個統一的模型里來進行統籌分析，更能體現方法的一致性和實用性。鑒于此，本文提出如圖 2 所示的研究路線圖。

首先，從Web服務信譽的角度出發，研究基于不確定性理論的服務消費者、服務提供者和Web服務的可信形式化模型構建方法；其次，研究基于不確定性理論的Web服務可信比較方法，進而研究基于不確定性理論的新Web服務可信初始化方法和Web服務個性化選擇方法；最后，為了導出組合服務的可信性，從系統論角度研究基于不確定性的組合服務可信的計算方法。

（1）用不確定性理論和方法對可信進行建模。

用不確定性理論和方法來對Web服務可信進行建模，是由Web服務本身的不確定本質所決定的。已有的方法很少考慮Web服務可信的不確定性，即使考慮，也沒有真正用不確定的理論和方法來解決問題，因而不能真正反映出Web服務可信的不確定本質。本文建議用不確定理論和方法對 Web服務可信進行建模，契合Web服務的本質特征，也契合可信的本質特征。同理，Web服務消費者和Web服務提供者的可信也應該使用不確定理論和方法進行建模。Web服務可信、Web服務消費者可信以及Web服務提供者可信應該納入到一個統一的可信模型里來。Web服務可信的不確定性決定了服務可信比較的不確定，即一個服務較之另一個服務更可信是相對而言的，而不是絕對的。Web服務可信比較與應用環境和服務消費者的偏好有關。同樣的，Web服務可信初始化的值不應該是一個定值，也應該具有不確定性，只有這樣才能真正實現服務的個性化選擇。

（2）以系統論的觀點對待組件服務和組合服務的關系，將基于可信的服務選擇和服務組合有機地結合起來。

兩個或多個組件服務的組合可以產生一個新的組合服務，這個新的組合服務可以執行更復雜的任務，而這個復雜的任務是任何一個組件服務所無法獨立完成的。這個組合過程是不斷迭代進行的。從系統論的觀點來看，組合服務和組件服務之間是整體和部分的關系，一個組合服務的可信與組成這個組合服務的組件服務的可信有關。確定組合服務的可信和組件服務的可信之間的關系是計算組合服務可信的關鍵，也就是說要確定系統中整體對部分的依賴關系。在這個計算過程中，還要保證組合服務的可信和組件服務的可信具有一致性，即組合服務的可信和組件服務的可信具有相同的描述方法。此外，可信的建模方法不僅適用于服務選擇階段，也適用于服務組合階段，兩者是有機結合在一起的。

（3）以社會網絡的觀點看待服務消費者和服務消費者之間以及服務消費者和服務提供者之間的關系，將服務消費者的可信、服務提供者的可信與Web服務的可信結合起來，以實現個性化服務選擇。

可信是一個明顯具有社會學特征的概念。將可信應用到計算機科學領域的過程，也是將社會學的概念映射為計算機科學的概念的過程。可信描述的是人與人之間、人與物之間的信任關系，這是一種社會關系，可以用社會網絡來進行刻畫。每一個消費者都是獨立的個體，具有自主決策能力，應該能夠根據獲得的反饋信息做出個性化的選擇。同時，從服務消費者之間的相似性出發，社會網絡在消除惡意反饋的影響方面也有天然的優勢。以社會網絡的觀點看待服務消費者和服務消費者之間以及服務消費者和服務提供者之間的關系，將服務消費者的可信、服務提供者的可信與Web服務的可信結合起來，可以更準確地抽象現實世界。網絡中的每一個節點代表一個個體，每個個體都有其獨特的網絡連接關系，以此可實現個性化服務選擇。

（4）基于P2P的Web服務可信管理機制支持實現個性化服務選擇。

每一個服務消費者可以作為P2P網絡中的一個節點，自行存儲和維護其對Web服務的反饋評價和對其他服務消費者的可信。相較于集中式的反饋信息存儲管理機制，基于P2P的反饋信息管理機制更靈活，服務消費者在檢索其他消費者對服務的反饋信息時，可以方便地將自己與其他消費者之間的關系融合進去，更能體現出各個消費者的個性化特性。另外，基于P2P的反饋信息管理機制不依賴于某個中心存儲節點，具有更高的抵御風險的能力。

3 結束語

基于對Web服務可信文獻的綜合分析，本文提煉出Web服務可信研究中需要解決的關鍵問題，并針對這些問題給出了研究路線圖。本文提出的研究路線圖將多個關鍵問題的求解方法納入到一個統一的模型里來進行統籌分析，并針對每個關鍵問題給出求解的思路，試圖為相關研究者提供啟迪和指導，最終得到一個更全面、可行、有效的Web服務可信評價方法。

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