基于任務(wù)能力包的服務(wù)柔性重組及構(gòu)建方法*

吳　昉

(湖北工業(yè)大學(xué)　武漢　430068)

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基于任務(wù)能力包的服務(wù)柔性重組及構(gòu)建方法*

吳昉

(湖北工業(yè)大學(xué)武漢430068)

摘要以計(jì)算任務(wù)的需求和本質(zhì)特征為基礎(chǔ),提出了基于任務(wù)能力包的服務(wù)柔性重組和構(gòu)建思路,對(duì)任務(wù)能力包的體系結(jié)構(gòu),基于任務(wù)能力包的服務(wù)柔性重組功能和任務(wù)能力包的構(gòu)建特點(diǎn)進(jìn)行描述和分析,提出了基于接口層、資源層、集成層和應(yīng)用層的任務(wù)能力包體系架構(gòu),建立了基于任務(wù)能力包的服務(wù)重組功能模型,實(shí)現(xiàn)了服務(wù)任務(wù)從功能活動(dòng)到能力的構(gòu)建與驗(yàn)證過程,支撐了新型網(wǎng)格計(jì)算及云計(jì)算服務(wù)化能力的提升。

關(guān)鍵詞任務(wù)能力包; 柔性重組; 任務(wù)能力

Class NumberTP302.1

1　任務(wù)能力包概念模型

任務(wù)能力包是在信息基礎(chǔ)設(shè)施提供的基礎(chǔ)服務(wù)上,根據(jù)任務(wù)需求和活動(dòng)的特點(diǎn)而構(gòu)建的,基于SOA體系架構(gòu)并應(yīng)用多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)建模方法的,滿足特定能力的應(yīng)用服務(wù)[1]。任務(wù)能力包將任務(wù)活動(dòng)按照“關(guān)注點(diǎn)分離”的原則劃分為多個(gè)部分,采用面向服務(wù)的思想,按照標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議重新開發(fā)或封裝原有孤立業(yè)務(wù)系統(tǒng),處于節(jié)點(diǎn)上的任何一個(gè)服務(wù)單元可以隨時(shí)隨地獲取信息,實(shí)現(xiàn)任務(wù)能力包的“即插即用”,一旦完成任務(wù),服務(wù)單元立刻釋放獲得的任務(wù)資源[2]。任務(wù)能力包的這種動(dòng)態(tài)重新裝配和再分配服務(wù)資源的能力,很大程度上提高了現(xiàn)有服務(wù)系統(tǒng)的集成靈活性。能力包系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)相比,在多個(gè)方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2　任務(wù)能力包體系結(jié)構(gòu)

能力包構(gòu)建于信息基礎(chǔ)設(shè)施提供的基礎(chǔ)服務(wù)之上,為各種任務(wù)節(jié)點(diǎn)的終端用戶提供服務(wù)[3～4]。能力包的體系結(jié)構(gòu)分為接口層、資源層、集成層和應(yīng)用層四層[5～6],如圖1所示。各層相對(duì)獨(dú)立,功能相對(duì)穩(wěn)定,下層為上層提供支持。

圖1　能力包體系結(jié)構(gòu)

接口層設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問接口、信息交換接口、服務(wù)通信接口等的接口規(guī)范,和信息基礎(chǔ)設(shè)施提供的基礎(chǔ)服務(wù)接口相匹配,其中數(shù)據(jù)訪問接口用于規(guī)范基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的訪問,信息交換接口和服務(wù)通信接口定義了各能力包與底層基礎(chǔ)服務(wù)間的通信方式及信息交換方式。

資源層主要由構(gòu)成該能力包的各種業(yè)務(wù)服務(wù)和相應(yīng)的支持?jǐn)?shù)據(jù)組成,是體現(xiàn)能力包的核心組成部分。對(duì)各種服務(wù)的選取,可以根據(jù)業(yè)務(wù)活動(dòng)的具體要求,并結(jié)合服務(wù)所能提供的能力,設(shè)計(jì)開發(fā)相應(yīng)的多目標(biāo)匹配算法,并在此基礎(chǔ)上,選擇合適的資源。

集成層主要定義了能力包內(nèi)部各種服務(wù)之間的集成機(jī)制和通信規(guī)范,是將各種基礎(chǔ)服務(wù)和軍事應(yīng)用服務(wù)組合在一起的粘合劑。對(duì)于集成層的實(shí)現(xiàn)可采用面向服務(wù)的集成(Service Oriented Integration,SOI)模式[7～8]。SOI是一種標(biāo)準(zhǔn)化的松耦合集成模式,提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的抽象接口,通過這些接口,服務(wù)之間可以進(jìn)行交互,而不是使用底層的協(xié)議和自定義的編程接口來規(guī)定系統(tǒng)之間的通訊方式,其適用于各種條件下需要更大的靈活性和改動(dòng)頻繁的應(yīng)用集成系統(tǒng)。

應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)提供能力包的對(duì)外表現(xiàn)規(guī)范形式,主要包括能力包的描述模型及能力包的封裝機(jī)制和調(diào)用機(jī)制等。其中能力包描述主要包括能力包的編號(hào)、應(yīng)用范圍、業(yè)務(wù)功能和組織機(jī)構(gòu)等內(nèi)容,也是在發(fā)布與發(fā)現(xiàn)中心注冊(cè)的主要描述信息,封裝機(jī)制滿足SOA的強(qiáng)自治特點(diǎn),調(diào)用機(jī)制主要描述了外部調(diào)用方式。

能力包是由層次結(jié)構(gòu)組成的,如圖2所示,能力包由低層服務(wù)A、B、C組成,服務(wù)A、B、C又調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)服務(wù)等資源,實(shí)現(xiàn)服務(wù)的功能;各個(gè)服務(wù)單元調(diào)用需要的服務(wù)能力,動(dòng)態(tài)集成滿足各類任務(wù)的業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)。

圖2　能力包層次結(jié)構(gòu)圖

3　基于任務(wù)能力包的服務(wù)柔性重組功能模型

而隨著信息技術(shù)的廣泛使用,信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組織應(yīng)用模式提出了新的要求。各類信息系統(tǒng)中存在著大量的服務(wù),服務(wù)柔性重組是新一代信息系統(tǒng)中服務(wù)應(yīng)用的基本需求[9～10]。一方面,各類信息系統(tǒng)中的各類服務(wù)具有一定的功能粒度,單個(gè)服務(wù)功能通常有限,需要通過服務(wù)編排及重組來滿足復(fù)雜的應(yīng)用需求;另一方面,應(yīng)用業(yè)務(wù)本身具有可分解、可組合的特點(diǎn),在應(yīng)用邏輯上對(duì)服務(wù)重組提出了客觀需求。因此,服務(wù)柔性重組技術(shù)以其松散耦合、支持應(yīng)用系統(tǒng)高效整合和業(yè)務(wù)流程隨需應(yīng)變的特點(diǎn)成為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息資源共享和應(yīng)用整合的重要支撐技術(shù)。隨著越來越多軍事信息服務(wù)的開發(fā)和部署,同時(shí)考慮到任務(wù)任務(wù)的可分解、可組合性以及信息服務(wù)功能粒度的局限性,面向任務(wù)的服務(wù)編排將成為構(gòu)建和應(yīng)用基于服務(wù)的信息系統(tǒng)的一種普遍現(xiàn)象。結(jié)合信息系統(tǒng)體系架構(gòu)的特點(diǎn)及需求,采用面向業(yè)務(wù)應(yīng)用的方式,構(gòu)建一種基于任務(wù)能力包的服務(wù)重組功能模型,如圖3所示。

圖3　服務(wù)重組功能模型示意圖

需要實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí),可以將任務(wù)被分解成多個(gè)子任務(wù)來執(zhí)行,子任務(wù)的執(zhí)行則由若干個(gè)任務(wù)能力包來實(shí)現(xiàn)。任務(wù)能力包由相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)或者核心服務(wù)封裝而成,是直接面向任務(wù)的編排好的子任務(wù)流程,該子流程可以獨(dú)立的完成某項(xiàng)子任務(wù),也可以組合起來完成一項(xiàng)大的任務(wù)。任務(wù)能力包是新型如:云結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的信息系統(tǒng)中的基本功能單元,是完成基本任務(wù)的元功能組件,封裝了若干業(yè)務(wù)服務(wù),通過定義標(biāo)準(zhǔn)的接口以服務(wù)的方式供用戶訪問的系統(tǒng)功能單元。任務(wù)能力包以基礎(chǔ)的服務(wù)為基礎(chǔ),采用面向服務(wù)的思想,按照標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議重新開發(fā)或封裝原有系統(tǒng)軟件組件,實(shí)現(xiàn)任務(wù)能力包的“即插即用”,一旦完成任務(wù),系統(tǒng)信息單元將釋放獲得的各類應(yīng)用資源。任務(wù)能力包的這種動(dòng)態(tài)重新裝配和再分配信息資源的能力,很大程度上提高了業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活性。

4　任務(wù)能力包的構(gòu)建過程

能力包的構(gòu)建是一個(gè)從功能活動(dòng)到能力的過程,是將業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的各類活動(dòng)抽象為能力的過程。因此,能力包的構(gòu)建實(shí)質(zhì)上包括三個(gè)主要的階段:能力包功能描述模型生成階段,服務(wù)搜索階段和服務(wù)集成階段。

能力包的構(gòu)建思路如圖4所示。其中在能力包功能描述模型生成階段主要是根據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn),分析某個(gè)或者某些任務(wù)活動(dòng)的功能要求,并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)任務(wù)能力包的能力需求。任務(wù)能力包功能模型的形成不是一蹴而就的,而要采取螺旋式的迭代過程,采用“提出模型一改進(jìn)一驗(yàn)證”的方法,不斷對(duì)功能模型進(jìn)行改進(jìn),最終將業(yè)務(wù)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的能力包的功能模型。服務(wù)搜索階段主要是根據(jù)功能模型的要求,在現(xiàn)有的各種基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)上,搜索滿足功能要求的各種服務(wù)。此階段的主要工作就是設(shè)計(jì)開發(fā)與一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施所提供服務(wù)的匹配機(jī)制和各種匹配算法。服務(wù)集成階段的主要工作就是明確能力包內(nèi)部各種服務(wù)之間的邏輯關(guān)系,并將各種服務(wù)按照約定的集成規(guī)范進(jìn)行集成。因?yàn)樵趫?zhí)行業(yè)務(wù)活動(dòng)時(shí),各項(xiàng)操作之間都是有明確的執(zhí)行順序和交互要求的,因此在搜索階段所獲取的各種服務(wù)必須在集成階段再進(jìn)一步明確各種服務(wù)之間的邏輯關(guān)系。

圖4　能力包構(gòu)建思路

圖5　任務(wù)能力包構(gòu)建過程

根據(jù)圖4任務(wù)能力包的層次模型和圖5任務(wù)能力包構(gòu)建思路,任務(wù)能力包構(gòu)建過程可細(xì)分為如下四個(gè)階段。

Stepl:能力包需求分析階段:首先根據(jù)任務(wù)的使命特點(diǎn),提煉出任務(wù)能力包的能力需求,并根據(jù)任務(wù)能力包的構(gòu)建特點(diǎn),確定所需的應(yīng)用服務(wù)類型。

Step2:服務(wù)形式化描述階段:根據(jù)服務(wù)匹配和組合的特點(diǎn),選擇合適的服務(wù)描述方法對(duì)服務(wù)進(jìn)行形式化描述。

Step3:服務(wù)匹配階段:在能力需求分析和形式化描述的基礎(chǔ)上,應(yīng)用服務(wù)匹配算法從已有的大量服務(wù)中選擇合適的候選服務(wù)。

Step4:服務(wù)組合階段:在已確定候選服務(wù)的基礎(chǔ)上,通過一定的組合機(jī)制實(shí)現(xiàn)服務(wù)組合,完成任務(wù)需求。并通過一定的封裝技術(shù),以能力包的形式供用戶使用。

任務(wù)能力包的構(gòu)建是一個(gè)不斷迭代的過程,應(yīng)用的變化或者技術(shù)進(jìn)步都會(huì)引起能力需求的變化,從而需對(duì)能力包構(gòu)建過程做必要的調(diào)整。

5　結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的廣泛使用,云計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等新型計(jì)算模式對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的要求越來越高,現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)中存在著大量的服務(wù),服務(wù)柔性重組是現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施的基本需求。一方面,服務(wù)體系中的各類服務(wù)具有一定的功能粒度,單個(gè)服務(wù)功能通常有限,需要通過服務(wù)編排及重組來滿足復(fù)雜的應(yīng)用需求;另一方面,任務(wù)本身具有可分解、可組合的特點(diǎn),在應(yīng)用邏輯上對(duì)服務(wù)重組提出了客觀需求。因此,研究任務(wù)能力包的分解、構(gòu)建和重組過程,以松散耦合、支持應(yīng)用系統(tǒng)高效整合和業(yè)務(wù)流程隨需應(yīng)變的特點(diǎn)成為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息資源共享和應(yīng)用整合的重要支撐技術(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期:2015年10月11日,修回日期:2015年11月25日

作者簡(jiǎn)介:吳昉,男,研究方向:云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

中圖分類號(hào)TP302.1

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.04.022

Package Service Flexible Restructuring and Building Method Based on Mission Capability

WU Fang

(Hubei University of Technology, Wuhan430068)

AbstractAccording to the demands and essential features of the computing task, a service flexibility recombination and construction thought are proposed based on the mission capability package. Through specific description and analysis to the system structure and constructing rules of mission capability package as well as its function of service flexibility recombination, a framework of mission capacity package is came up with based on interface layer, resource layer, integration layer and application layer. Meanwhile, a service reconfiguration function model is established for realizing the service tasks’ transmission process from functional activities to capacity construction and verification, supporting the ability of the new type of grid computing and cloud computing service.

Key Wordsmission capability package, flexible restructuring, mission capability