GeoQoS
—QoS感知的空間信息服務(wù)組合建模工具

譚振宇，樂(lè)　鵬，張明達(dá)，張錫寧

(1. 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

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GeoQoS
—QoS感知的空間信息服務(wù)組合建模工具

譚振宇1，樂(lè)鵬1，張明達(dá)1，張錫寧2

(1. 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

GeoQoS—A Tool for QoS-aware Geospatial Information Services Composition

TAN Zhenyu,YUE Peng,ZHANG Mingda,ZHANG Xining

摘要：基于服務(wù)質(zhì)量(QoS)的服務(wù)評(píng)價(jià)和服務(wù)鏈優(yōu)化，是空間信息服務(wù)的核心技術(shù)之一。然而，由于QoS數(shù)據(jù)的量測(cè)、發(fā)布和獲取缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及軟件工具的支持，在實(shí)踐中難以形成一個(gè)完善的QoS應(yīng)用體系，現(xiàn)有空間信息服務(wù)組合建模軟件很少提供基于QoS的評(píng)價(jià)和選擇功能。本文設(shè)計(jì)了基于QoS的空間信息服務(wù)組合建模軟件架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了QoS感知的空間信息服務(wù)組合建模開(kāi)源工具——GeoQoS，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)綜合評(píng)價(jià)、服務(wù)組合建模及服務(wù)鏈優(yōu)化等功能，為QoS在空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：服務(wù)質(zhì)量(QoS)；空間信息服務(wù)；服務(wù)鏈；地理信息系統(tǒng)(GIS)

面向服務(wù)架構(gòu)(service oriented architecture，SOA)和Web Services技術(shù)的出現(xiàn)，帶來(lái)了地理信息系統(tǒng)(GIS)從傳統(tǒng)Web GIS向空間信息服務(wù)的過(guò)渡。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大量服務(wù)的開(kāi)發(fā)與注冊(cè)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)許多具有相同或相似功能的服務(wù)。為了提供更優(yōu)的服務(wù)體驗(yàn)，學(xué)術(shù)界就基于服務(wù)質(zhì)量(quality of service，QoS)的服務(wù)評(píng)價(jià)和選擇作了大量研究，產(chǎn)出了許多理論成果。

一般的，服務(wù)質(zhì)量可理解為“一個(gè)綜合評(píng)價(jià)服務(wù)的要素集合，用于衡量使用一個(gè)服務(wù)的滿意程度”[1]。現(xiàn)階段關(guān)于服務(wù)質(zhì)量的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：支持QoS的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系架構(gòu)研究[2-4]；基于QoS的服務(wù)評(píng)價(jià)模型和推薦算法研究[5-7]；基于QoS的服務(wù)組合優(yōu)化策略及算法研究[8-10]等。但由于QoS要素的定義存在領(lǐng)域差異性，QoS數(shù)據(jù)的量測(cè)、發(fā)布和獲取缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的支持，現(xiàn)有工作中鮮有將QoS應(yīng)用于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的案例。

本文針對(duì)地理信息領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)處理服務(wù)，基于服務(wù)綜合評(píng)價(jià)模型和服務(wù)鏈優(yōu)化模型，采用跨平臺(tái)語(yǔ)言Java開(kāi)發(fā)了一套空間信息服務(wù)組合建模原型工具——GeoQoS。通過(guò)將QoS應(yīng)用于空間信息服務(wù)的實(shí)際使用過(guò)程中，GeoQoS有助于快速選擇合適的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，提升服務(wù)鏈整體性能。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 功能與架構(gòu)

GeoQoS工具允許用戶根據(jù)需求創(chuàng)建抽象空間處理工作流，然后通過(guò)對(duì)服務(wù)注冊(cè)中心提供的處理服務(wù)組件進(jìn)行QoS評(píng)估，自動(dòng)選擇合適的服務(wù)組件與抽象原子服務(wù)綁定，形成可執(zhí)行的服務(wù)鏈，最后執(zhí)行遠(yuǎn)程服務(wù)得到處理結(jié)果。GeoQoS的核心功能模塊包括：①空間處理工作流創(chuàng)建；②服務(wù)評(píng)估與服務(wù)鏈優(yōu)化；③服務(wù)綁定與執(zhí)行；④空間數(shù)據(jù)可視化等。

GeoQoS工具由模型層、部件層和表現(xiàn)層組成，如圖1所示。模型層位于最底層，提供原子服務(wù)及工作流的抽象表示，是部件層的基礎(chǔ)；部件層是對(duì)工作流創(chuàng)建、原子服務(wù)QoS評(píng)價(jià)、服務(wù)鏈優(yōu)化及服務(wù)組件綁定執(zhí)行等業(yè)務(wù)功能的具體實(shí)現(xiàn)；表現(xiàn)層主要負(fù)責(zé)工作流的可視化，以及空間數(shù)據(jù)和服務(wù)QoS信息等的可視化。

圖1　GeoQoS系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)涉及5個(gè)交互角色：服務(wù)提供者、服務(wù)注冊(cè)中心、服務(wù)代理中心、服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)鏈工具，各個(gè)角色協(xié)同作用共同完成一次復(fù)雜空間處理任務(wù)。服務(wù)提供者在服務(wù)注冊(cè)中心對(duì)空間信息處理服務(wù)進(jìn)行注冊(cè)。服務(wù)代理中心對(duì)注冊(cè)服務(wù)QoS要素進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)控，獲取用戶評(píng)價(jià)信息。服務(wù)鏈建模工具可以對(duì)空間信息服務(wù)進(jìn)行查詢、構(gòu)建工作流、綁定執(zhí)行服務(wù)，還可以基于代理中心對(duì)服務(wù)鏈進(jìn)行優(yōu)化，選擇最佳服務(wù)組合，并在運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)控服務(wù)QoS變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整服務(wù)綁定，同時(shí)記錄空間數(shù)據(jù)的溯源信息。圖2是各個(gè)角色之間的UML交互圖，詳細(xì)說(shuō)明了完成一次基于QoS的服務(wù)鏈優(yōu)化及服務(wù)綁定和調(diào)用過(guò)程中各角色的交互活動(dòng)。

2. 服務(wù)代理

傳統(tǒng)的空間信息處理服務(wù)遵循“發(fā)布—發(fā)現(xiàn)—綁定”模式[11]，服務(wù)提供者在注冊(cè)中心注冊(cè)發(fā)布服務(wù)，服務(wù)消費(fèi)者查詢發(fā)現(xiàn)服務(wù)，將具體服務(wù)與抽象服務(wù)模型綁定，執(zhí)行服務(wù)得到最終處理結(jié)果。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中增加對(duì)QoS的支持有3種途徑[12]：①擴(kuò)展UDDI(universal description, discovery and integration)目錄服務(wù)增加QoS信息；②擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語(yǔ)言WSDL(web service description language)增加QoS信息，擴(kuò)展SOAP(simple object access protocol)協(xié)議支持基于QoS的發(fā)現(xiàn)；③增加服務(wù)代理機(jī)制，提供QoS信息。本文采用第3種方式，提出服務(wù)代理作為第三方公證用于空間信息服務(wù)質(zhì)量QoS要素值的評(píng)測(cè)，用戶通過(guò)代理中心提供的對(duì)外接口獲取QoS數(shù)據(jù)。基于服務(wù)代理的QoS信息量測(cè)與獲取無(wú)需對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，而且增加了QoS數(shù)據(jù)的可信度。

服務(wù)注冊(cè)中心和服務(wù)代理中心共同組成了一個(gè)大型的“服務(wù)超市”，提供了豐富的服務(wù)元數(shù)據(jù)和服務(wù)質(zhì)量元數(shù)據(jù)。而GeoQoS作為一個(gè)客戶端工具，通過(guò)服務(wù)搜索查詢及質(zhì)量評(píng)估，輔助用戶快速合理地選擇服務(wù)，調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)完成處理任務(wù)。

圖2　系統(tǒng)各角色交互圖

二、QoS評(píng)價(jià)與優(yōu)化

1. 服務(wù)評(píng)價(jià)

要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，首先需要明確定義服務(wù)的QoS要素。目前，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)QoS要素的確定沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同領(lǐng)域不同組織都有自己的定義。具有代表性的是國(guó)際萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟(World Wide Web，W3C)針對(duì)通用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提出的推薦QoS要素集[12]，包括性能、可靠性、可伸縮性、負(fù)載、魯棒性、容錯(cuò)性、完整性、可訪問(wèn)性、可用性、互操作性、安全性及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)要素。

然而，空間信息處理服務(wù)不同于一般的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，其特殊性體現(xiàn)在服務(wù)處理對(duì)象為空間數(shù)據(jù)[8]。一方面空間數(shù)據(jù)本身具有其特殊性，數(shù)據(jù)量大，對(duì)I/O吞吐要求高，數(shù)據(jù)多源、異質(zhì)、異構(gòu)的特點(diǎn)加大了處理算法的復(fù)雜度；另一方面空間信息處理服務(wù)的輸出往往也是空間數(shù)據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度是對(duì)服務(wù)質(zhì)量的直接體現(xiàn)。因此對(duì)于空間信息處理服務(wù)，筆者將空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量作為評(píng)估空間信息服務(wù)質(zhì)量的要素之一，結(jié)合通用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要素形成可擴(kuò)展的服務(wù)評(píng)價(jià)體系。

QoS要素按要素屬性可分為兩類：客觀要素和主觀要素。對(duì)于客觀要素(如性能、可用性、可靠性)，服務(wù)代理中心可測(cè)試和發(fā)布QoS要素值，并對(duì)其進(jìn)行定期檢查和更新。對(duì)于主觀要素(如信譽(yù)度、互操作性)，可由用戶參與評(píng)價(jià)并將結(jié)果提交到服務(wù)代理中心，服務(wù)代理中心對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行過(guò)濾和統(tǒng)計(jì)。

在得到空間信息處理服務(wù)各要素值的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行服務(wù)的綜合評(píng)價(jià)，評(píng)估過(guò)程大致可分為3步: ①通過(guò)服務(wù)代理中心獲取服務(wù)QoS要素原始值。由于空間信息處理服務(wù)QoS要素值在取值范圍和量綱上的不一致，在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)之前必須首先對(duì)各要素值原始值進(jìn)行歸一化處理。②根據(jù)用戶偏好確定各要素值的權(quán)重。典型的權(quán)重確定方法有主觀經(jīng)驗(yàn)法、專家打分法、德?tīng)柗?Delphi)法及層次分析法(AHP)[13]。層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)的層次化分析方法，該方法對(duì)各要素之間重要程度的量化更具科學(xué)性。③選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。常用的綜合評(píng)價(jià)模型有簡(jiǎn)單線性加權(quán)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法等[13]。簡(jiǎn)單線性加權(quán)法易于實(shí)現(xiàn)，模糊綜合評(píng)價(jià)適合邊界不清、不易定量表述的質(zhì)量要素。

2. 服務(wù)鏈優(yōu)化

當(dāng)用戶需要完成復(fù)雜的地理計(jì)算或處理任務(wù)時(shí)，往往需要將單個(gè)的空間服務(wù)組合起來(lái)形成服務(wù)鏈路，各個(gè)原子服務(wù)協(xié)同完成任務(wù)[14]。空間信息處理服務(wù)鏈優(yōu)化是指對(duì)空間處理工作流中每個(gè)抽象原子服務(wù)從對(duì)應(yīng)的候選服務(wù)集中選擇合適的服務(wù)組件與之進(jìn)行綁定，使組合后服務(wù)鏈整體性能達(dá)到最優(yōu)的過(guò)程。空間信息服務(wù)鏈優(yōu)化策略包括服務(wù)鏈構(gòu)建過(guò)程中的靜態(tài)優(yōu)化和執(zhí)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)優(yōu)化[9]。

(1) 靜態(tài)優(yōu)化

靜態(tài)優(yōu)化策略包括局部?jī)?yōu)化和全局優(yōu)化[8]。局部?jī)?yōu)化對(duì)服務(wù)鏈中每個(gè)抽象原子服務(wù)依次從各自候選服務(wù)集中選擇QoS最優(yōu)的服務(wù)組件。全局優(yōu)化通過(guò)計(jì)算服務(wù)組件組合整體的QoS值，選擇候選服務(wù)組合中QoS最高的組合，以確保服務(wù)鏈整體性能最優(yōu)。

在服務(wù)鏈全局優(yōu)化中，用戶會(huì)設(shè)定諸如響應(yīng)時(shí)間較短、可靠性較好、數(shù)據(jù)質(zhì)量較高等多個(gè)目標(biāo)，這是一個(gè)典型的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題求解往往通過(guò)線性加權(quán)的方法簡(jiǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，最后運(yùn)用相應(yīng)的規(guī)劃方法進(jìn)行求解。

下面是服務(wù)鏈全局優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。設(shè)定空間信息服務(wù)鏈優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為式(1)，用戶對(duì)服務(wù)QoS約束條件為Consi(i表示QoS要素)，則優(yōu)化問(wèn)題可表述為在用戶多目標(biāo)約束條件Consi下求目標(biāo)函數(shù)的最大值maxf(g)。式(2)給出了整個(gè)優(yōu)化模型的形式化表示。

maxf(Q)=Wperformance·Qperformance+Wavailability·Qavailability+

Wreliability·Qreliability+Wreputation·Qreputation+Wspatial·Qspatial

(1)

(2)

式中，W為服務(wù)鏈Q(jìng)oS要素對(duì)應(yīng)的權(quán)重，其值根據(jù)用戶偏好得到；Q為空間信息處理服務(wù)鏈Q(jìng)oS值，服務(wù)鏈Q(jìng)oS值按照一定的運(yùn)算法則對(duì)服務(wù)鏈中各原子服務(wù)QoS值計(jì)算獲得。常見(jiàn)服務(wù)鏈結(jié)構(gòu)有順序、選擇、并行和循環(huán)4種[10]，針對(duì)不同鏈結(jié)構(gòu)，運(yùn)用相應(yīng)聚合公式可以計(jì)算鏈的QoS要素值。

基于QoS的服務(wù)鏈優(yōu)化問(wèn)題屬于NP難題，通常使用啟發(fā)式算法進(jìn)行模型的近似求解。常用的優(yōu)化算法有遺傳算法(genetic algorithm，GA)、粒子群優(yōu)化算法(particle swarm optimization，PSO)、蟻群算法(ant colony optimization，ACO)等[15]。遺傳算法是一種基于生物進(jìn)化過(guò)程的計(jì)算模型，通過(guò)模擬基因變化搜索最優(yōu)解的方法。遺傳算法原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、通用性強(qiáng)，且具有并行處理和全局搜索能力，本文采用遺傳算法進(jìn)行模型求解。

(2) 動(dòng)態(tài)優(yōu)化

動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略是針對(duì)服務(wù)鏈運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的服務(wù)失效、連接異常、負(fù)載失衡等QoS異常變化情況進(jìn)行重新規(guī)劃，確保服務(wù)鏈能在滿足QoS約束的狀態(tài)順利執(zhí)行。此外，在服務(wù)鏈運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)擴(kuò)展OGC WFS(web feature service)和WCS(web coverage service)服務(wù)追蹤記錄了空間數(shù)據(jù)的溯源信息[16]，在一定程度上可為后續(xù)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供參考。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1. 服務(wù)代理中心

本文在GeoPW空間信息處理服務(wù)平臺(tái)[14]的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了服務(wù)代理中心。代理中心采用B/S架構(gòu)，不但支持WPS(web processing service)服務(wù)QoS數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與獲取，而且集成了對(duì)WPS服務(wù)的注冊(cè)、查找、執(zhí)行及反饋評(píng)價(jià)等功能。代理中心后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用PostgreSQL，數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)參照OASIS的ebRIM(ebXML registry information model)模型設(shè)計(jì)并進(jìn)行擴(kuò)展以支持QoS信息的存儲(chǔ)。服務(wù)注冊(cè)時(shí)用戶提供WPS的URL，系統(tǒng)通過(guò)發(fā)送OGC標(biāo)準(zhǔn)的GetCapabilities請(qǐng)求，將服務(wù)Capabilities文檔提供的元數(shù)據(jù)映射為ebRIM數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶可通過(guò)服務(wù)代理平臺(tái)查詢WPS服務(wù)元數(shù)據(jù)信息。此外，服務(wù)代理中心還支持用戶對(duì)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。GeoQoS工具可以通過(guò)代理平臺(tái)提供的接口獲取這些QoS數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)鏈優(yōu)化。

2. GeoQoS工具

GeoQoS是在前期開(kāi)發(fā)的開(kāi)源服務(wù)鏈工具GeoJModelBuilder[17]的基礎(chǔ)上通過(guò)擴(kuò)展增加對(duì)QoS的支持實(shí)現(xiàn)的。GeoJModelBuilder采用Java Swing技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，允許用戶以拖拽的方式創(chuàng)建服務(wù)鏈模型，綁定服務(wù)組件，執(zhí)行服務(wù)鏈。擴(kuò)展了QoS評(píng)價(jià)和優(yōu)化的GeoQoS同樣作為開(kāi)源工具發(fā)布在SourceForge網(wǎng)站(http:∥sourceforge.net /projects/ geoqos/)。下面是GeoQoS的一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)：

1) 單個(gè)服務(wù)評(píng)價(jià)：指針對(duì)某一特定地理處理服務(wù)對(duì)應(yīng)的具有相同或相似功能的服務(wù)集合中的服務(wù)組件的評(píng)價(jià)。GeoQoS系統(tǒng)原型的實(shí)現(xiàn)選取了性能、可用性、可靠性、信譽(yù)度和空間數(shù)據(jù)質(zhì)量5個(gè)要素作為空間信息處理服務(wù)評(píng)價(jià)的要素集。用戶可以根據(jù)工具提供的向?qū)гO(shè)置關(guān)鍵詞查詢單個(gè)抽象服務(wù)的候選服務(wù)組件集；然后選擇自己感興趣的QoS要素，確定要素權(quán)重；最后工具會(huì)根據(jù)用戶的選擇和從代理中心獲取的QoS數(shù)據(jù)進(jìn)行候選服務(wù)集中各個(gè)服務(wù)綜合值的計(jì)算。

2) 服務(wù)鏈優(yōu)化：GeoQoS 采用局部?jī)?yōu)化和全局優(yōu)化的混合策略。用戶創(chuàng)建抽象服務(wù)鏈模型以后，根據(jù)優(yōu)化向?qū)В冗M(jìn)入局部?jī)?yōu)化，對(duì)每個(gè)原子服務(wù)設(shè)定關(guān)鍵詞、QoS約束條件，系統(tǒng)會(huì)篩選出每個(gè)原子服務(wù)滿足條件的候選服務(wù)；然后進(jìn)入全局優(yōu)化，設(shè)定服務(wù)鏈Q(jìng)oS約束，工具通過(guò)優(yōu)化算法完成全局優(yōu)化給出最佳服務(wù)組合并將服務(wù)鏈模型與優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定。此外用戶還可以對(duì)每個(gè)原子服務(wù)設(shè)定運(yùn)行時(shí)間閾值，服務(wù)鏈在執(zhí)行過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)從候選服務(wù)中選擇QoS最高的服務(wù)對(duì)超時(shí)的服務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)替換，確保服務(wù)鏈整體不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)原子服務(wù)不可用或未響應(yīng)導(dǎo)致服務(wù)鏈整體運(yùn)行失敗。

3. 應(yīng)用實(shí)例

(1) 遺傳算法模擬試驗(yàn)

本文通過(guò)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證遺傳算法用于服務(wù)鏈優(yōu)化的可行性和有效性。試驗(yàn)的軟硬件環(huán)境如下：計(jì)算機(jī)CPU為Intel Core i3，主頻3.07 GHz，內(nèi)存8 GB，操作系統(tǒng)為Windows 7，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Java。試驗(yàn)中隨機(jī)生成服務(wù)QoS數(shù)據(jù)，基因編碼采用簡(jiǎn)單一維編碼，設(shè)定初始種群大小為50，基因交叉概率為0.8，突變概率為0.02，后代選擇綜合輪盤賭法和優(yōu)秀個(gè)體保存法。

圖3(a)模擬了10個(gè)原子服務(wù)組成的服務(wù)鏈，當(dāng)每個(gè)原子服務(wù)包含50和100個(gè)候選服務(wù)時(shí)，經(jīng)過(guò)不同遺傳代數(shù)后個(gè)體的最大適應(yīng)度，終止條件為20代內(nèi)沒(méi)有更優(yōu)的個(gè)體出現(xiàn)，可以看到遺傳代數(shù)在100代的時(shí)候趨于穩(wěn)定。選定遺傳代數(shù)為100代，遺傳終止條件為最大遺傳代數(shù)為200代或20代內(nèi)沒(méi)有更優(yōu)個(gè)體，圖3(b)給出了候選服務(wù)規(guī)模與算法執(zhí)行的時(shí)間。可以看到隨著候選服務(wù)的增多，運(yùn)行時(shí)間并沒(méi)有顯著的增加，一般保持在30～60 ms之間。

(2) 服務(wù)鏈優(yōu)化實(shí)例

下面通過(guò)提取某城市新興商業(yè)區(qū)建筑物的實(shí)例演示服務(wù)鏈優(yōu)化的全過(guò)程。現(xiàn)有如下數(shù)據(jù)：時(shí)間久遠(yuǎn)但數(shù)據(jù)精度較高的城區(qū)建筑物矢量數(shù)據(jù)A；時(shí)間較新但精度較低的該城區(qū)建筑物數(shù)據(jù)B；該城區(qū)老商業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)C。為了提取新興商業(yè)區(qū)建筑物構(gòu)造如下服務(wù)鏈：①數(shù)據(jù)A和B融合(conflation)得到高精度的新城區(qū)建筑物數(shù)據(jù)B′；②老商業(yè)區(qū)C進(jìn)行緩沖區(qū)分析(buffer)得到擴(kuò)展的新商業(yè)區(qū)C′；③新城區(qū)建筑物B′和新商業(yè)區(qū)C′進(jìn)行疊置分析(overlay)得到位于新商業(yè)區(qū)內(nèi)的建筑物D。

圖3　遺傳算法模擬試驗(yàn)結(jié)果

圖4是該案例在GeoQoS中進(jìn)行服務(wù)鏈構(gòu)建及優(yōu)化的整體流程，案例中的空間信息處理服務(wù)來(lái)自GeoPW平臺(tái)提供的WPS服務(wù)。首先，在GeoQoS中創(chuàng)建抽象服務(wù)鏈模型，如圖4(a)所示。然后運(yùn)行優(yōu)化向?qū)нM(jìn)行服務(wù)鏈優(yōu)化。在圖4(b)局部?jī)?yōu)化中，對(duì)融合服務(wù)設(shè)定關(guān)鍵詞conflation，服務(wù)可用性和可靠性設(shè)置為大于等于0.7，信譽(yù)度大于3星，結(jié)果顯示融合服務(wù)有3個(gè)可用的候選服務(wù)。同樣的，對(duì)緩沖區(qū)分析和疊置分析分別設(shè)定合適的關(guān)鍵詞和質(zhì)量約束篩選出各自候選服務(wù)。在圖4(c)全局優(yōu)化中設(shè)定QoS要素及其權(quán)重、全局QoS約束，通過(guò)優(yōu)化算法得到抽象服務(wù)鏈的一個(gè)最佳候選服務(wù)組合，點(diǎn)擊模型可查看每個(gè)服務(wù)的具體綁定信息。圖4(d)是服務(wù)鏈在三維環(huán)境中的可視化。由此可見(jiàn)，在服務(wù)組合建模中，用戶利用GeoQoS工具可以很容易地從大量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中選擇優(yōu)化的服務(wù)組合，提升服務(wù)使用體驗(yàn)。

圖4　服務(wù)鏈優(yōu)化

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷滲透和云計(jì)算的廣泛使用，今后越來(lái)越多的地理處理算法或GIS功能組件都會(huì)以空間信息服務(wù)的形式呈現(xiàn)，用戶會(huì)更加注重服務(wù)的非功能參數(shù)——服務(wù)質(zhì)量。本文研究了空間信息處理服務(wù)的評(píng)價(jià)模型和基于QoS的空間信息服務(wù)鏈優(yōu)化問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了QoS感知的服務(wù)組合建模工具GeoQoS。下面是基于本文工作對(duì)空間信息服務(wù)質(zhì)量的幾點(diǎn)思考：

1)QoS要素模型。對(duì)于不同類型的服務(wù)，用戶關(guān)注的QoS要素有所不同，應(yīng)該制定一個(gè)可擴(kuò)展的抽象QoS要素模型。不同領(lǐng)域、不同類型的服務(wù)可以進(jìn)行QoS要素的具體定制。如在地理信息領(lǐng)域?qū)π畔⑻幚矸?wù)和空間數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，處理服務(wù)往往側(cè)重服務(wù)算法的效率和結(jié)果的準(zhǔn)確度，而數(shù)據(jù)服務(wù)側(cè)重于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度、分辨率、時(shí)效性等。

2) 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量。對(duì)于空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，本文通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)得到綜合反映數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)結(jié)果。但模糊綜合評(píng)價(jià)是建立在用戶對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量要素有一定了解的基礎(chǔ)上，對(duì)于沒(méi)有專業(yè)背景的用戶很難對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。本文嘗試在WFS服務(wù)中擴(kuò)展記錄空間數(shù)據(jù)的溯源信息，在一定程度上可以為用戶對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供參考。

3) 服務(wù)鏈靜態(tài)優(yōu)化。服務(wù)鏈靜態(tài)優(yōu)化過(guò)程中的QoS數(shù)據(jù)都是基于歷史量測(cè)信息的，不能準(zhǔn)確反映服務(wù)當(dāng)前所處的狀態(tài)。此外，由于服務(wù)器、帶寬等的影響，不同地區(qū)、不同用戶對(duì)于服務(wù)質(zhì)量的感受會(huì)有所不同。后續(xù)研究中可嘗試在服務(wù)鏈局部?jī)?yōu)化過(guò)程中通過(guò)基于位置的協(xié)同過(guò)濾推薦算法獲取局部候選服務(wù)集。

4) 多目標(biāo)優(yōu)化。服務(wù)鏈的全局優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，本文通過(guò)常規(guī)的加權(quán)法將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)問(wèn)題，后續(xù)研究中可對(duì)其他多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行嘗試。此外，對(duì)于優(yōu)化算法的選擇，本文采用了常規(guī)的遺傳算法，對(duì)于其他算法的有效性和適用性有待進(jìn)一步研究。

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中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)04-0043-06

作者簡(jiǎn)介：譚振宇(1990—)，男，碩士生，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)與服務(wù)。E-mail：tanzhenyu@whu.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2011CB707105)；國(guó)家自然科學(xué)基金(41271397；91438203)；湖北省科技支撐計(jì)劃(2014BAA087)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才項(xiàng)目(NCET-13-0435)

收稿日期：2015-05-09

引文格式： 譚振宇，樂(lè)鵬，張明達(dá)，等. GeoQoS—QoS感知的空間信息服務(wù)組合建模工具[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(4)：43-48.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0118.