面向執行效率和可靠性約束的指揮業務服務選取算法研究

陳偉，程永靖

（國防信息學院 湖北 武漢430019）

面向執行效率和可靠性約束的指揮業務服務選取算法研究

陳偉，程永靖

（國防信息學院 湖北 武漢430019）

針對指揮業務服務選取問題，分析了指揮業務服務可靠性度量的方法，建立了基于冗余的指揮業務組合服務可靠性評價模型，并結合指揮業務自身的特殊需求，提出了一種面向執行效率和可靠性約束的指揮業務服務選取算法，該方法是在滿足指揮業務整體約束條件和可靠性保證的前提下得出的近優解，因此能滿足聯合調度指揮業務流程復雜、多變的特性，為實現聯合指揮調度的指揮業務服務自動組合奠定了基礎。

服務組合；服務選取；可靠性；執行效率

軍警民聯合指揮調度系統是以軍隊為主導，整合武警、公安、黨政等多方資源和力量遂行聯合行動應對重大突發事件的一種應急指揮調度系統。聯合指揮調度系統上的指揮業務組織運用是一項嚴密科學的組織活動，指揮業務組織運用的科學性、高效性是聯合行動指揮調度系統高效運轉的前提，是軍警民聯合快速及時應對突發事件的重要保證。一方面，軍警民聯合力量在隨行多樣化任務時處于經常變化的業務環境中，聯合指揮調度系統必須能根據業務需求，快速、靈活地實現指揮業務流程集成，才能適應這種變化；另一方面，由于軍警民聯合行動中的指揮業務多樣性，以及各部門各組織力量之間指揮業務關聯的復雜性，如何有效的支持軍警民各部門各力量之間指揮業務的集成已成為軍警民聯合指揮調度系統研究所面臨的重大挑戰。

以開放技術和標準為核心，強調互操作性和開放性的服務組合技術為解決此問題提供了一種極佳的解決方案。指揮業務服務組合能夠將已有相對簡單的指揮業務服務，按照一定的業務邏輯組合起來，集成為具有復雜功能的指揮業務流程，從而提供更強大、更完整的指揮業務能力。當指揮業務流程發生改變時，系統通過動態組合已有的指揮業務服務，而無需重構單一復雜的指揮業務，可較好地適應業務環境中的多變性和動態性，同時指揮業務流程集成的復雜性也能得到較好的解決。

服務選取是服務組合的一個關鍵步驟，是指揮業務組合服務能否完成指揮實體個性化指揮需求的前提和重要保障。由于軍警民聯合指揮調度系統中指揮業務的特殊需求，導致其尤為強調指揮業務的可靠性和執行效率，因此本文在研究指揮業務服務選取方法時將這兩個因素作為首要考慮的條件，以此來進行指揮業務服務選取的研究。

1 指揮業務服務的可靠性度量

指揮業務服務的可靠性定義指的是在規定條件下和約束時間內，指揮業務服務滿足用戶需求且完成既定功能的能力。在指揮業務組合服務的研究過程中，指揮業務服務的可靠性計算從發出業務請求開始，指揮業務服務的可靠性除受到服務器端可靠性的影響外還受到網絡傳輸可靠性的影響，這樣指揮業務的可靠性即是指揮業務從源端到目的端每一階段可靠性的乘積。從這個角度來說指揮業務服務可靠性的計算公式為

整個指揮業務服務可靠性能細化為請求消息傳輸到服務器端的可靠性Reltran-up、服務器端處理服務請求的可靠性Relproc以及響應消息傳輸到請求端的可靠性 Reltran-down三部分。然而按照該公式計算業務服務的可靠性并不方便，指揮業務服務的可靠性可通過在服務調用端統計服務執行成功次數與被調用總次數之比來計算其可靠性

其中 countstotal代表服務被調用次數，countssucceed代表countstotal次調用中成功返回服務執行結果的次數。該方法是目前最常用的Web服務可靠性計算方法，本文也采用此算法來計算指揮業務服務的可靠性。

2 指揮業務組合服務可靠性評價模型

軍警民聯合指揮調度系統指揮業務組合服務流程可被定義為一個具有不同業務功能的指揮業務相互關聯形成一組具有依賴關系的組合任務，從而形成更大粒度的指揮業務，滿足指揮力量的更高級的指揮業務需求。近年來，人們使用了多種方法對組合服務結構進行建模，如有向圖、Petri網以及UML的狀態圖等。文中將指揮業務服務組合流程限制為由最常用的順序流程結構、分支流程結構、并行流程結構和循環流程結構這四種結構之間有限次的遞歸嵌套。目前，組合服務的可靠性研究均是基于非儲備的可靠性模型進行研究，而本文借鑒軟件容錯的思想，即在指揮業務服務組合流程上的各個任務選取多個待執行的備選指揮業務服務，每個指揮任務不僅對應一個服務實例來執行，通過冗余的指揮業務來保證組合服務流程的可靠性。下面對指揮業務服務的原子業務以及四種組合服務流程的可靠性評價模型進行詳細介紹。

1）原子業務

原子業務是指完成某類特定的指揮業務的單個指揮業務服務，是指揮業務服務組合流程的最小單元。其構成可描述為：＜原子業務標識，原子業務名稱，原子業務描述，可靠性描述，執行效率＞等；設原子業務taski所對應的第j個Web服務的可靠度為WSi，jR，則原子任務taski的可靠度taskiR可由并聯系統公式寫出

2）順序流程結構

指揮業務組合服務中的每個任務對應多個指揮業務服務，則順序流程結構在基于冗余情況下的可靠性模型如圖1所示，圖中假設流程中的每個任務均為原子業務。

圖1 指揮業務順序流程結構圖

設該流程結構中有n個任務，則整個順序結構的組合服務可靠度sf.R又可用串聯系統公式得到

由于每個任務均為原子業務，則該流程結構的組合服務可靠性sf.R為

3）分支流程

基于冗余的思想，指揮業務組合服務中的每個任務應該對應多個備選服務，則分支流程的可靠性模型如圖2所示，圖中假設流程中每個分支均由原子任務組成。

圖2 指揮業務分支結構流程圖

設該流程結構共有n個分支，由圖2可知，每個分支上的任務均有可能被選取執行，所以分支結構的可靠性值應等于分支結構上所有任務的可靠度最小值，具體計算公式如下

4）并行流程

指揮業務組合服務并行流程的可靠性評價模型如圖3所示，圖中假設每個并行路徑均由原子任務組成。

圖3 指揮業務并行結構流程圖

設該流程共有n個并行分叉，由圖3可看出，并行結構與順序結構的處理方法應相同，故計算方法類似，得到公式如下

5）循環流程

指揮業務循環流程的組合服務可靠性模型，如圖4所示。圖中假設被循環執行的路徑由一個原子任務組成。

圖4 指揮業務分支結構流程圖

其中g為循環次數，則該循環結構可看成g個順序結構串聯而成，則其處理方法與順序流程類似，計算公式如下

3 指揮業務服務選取方法

文中在指揮業務服務選取的過程中加入執行效率和可靠性雙重約束，因此要建立面向執行效率和可靠性的指揮業務服務選取的數學模型，該模型應遵循如下基本原則：

1）組合服務流程的各個任務對應盡量多的待執行備選服務；

2）組合服務流程中的單個指揮業務服務在執行效率上的評價值不低于組合服務執行效率的全局約束值；

3）組合服務的可靠性達到最優；

綜上所述，可以將面向執行效率和可靠性約束的指揮業務服務選取問題轉化為下面的數學問題進行解決

指揮業務服務與傳統的部署在Internet上的Web服務具有較大的不同，Web服務是由分屬于不同的人或企業在Internet上部署滿足其特定需求的服務，用戶在調用該服務時并不能完全掌握該服務的具體信息，只能單純的使用其提供的服務能力；而指揮業務服務是部署在軍警民聯合指揮調度信息服務中心，即是由內部人員自行部署，因此指揮業務服務的描述信息將比Web服務的描述信息更詳細且更透明。例如原子指揮業務服務的可靠性可通過前期的測試清楚的寫入到該指揮業務服務的描述信息中，并通過執行過程中的不斷測試來更改其值。基于此特點，該描述模型中的約束值均可通過預計算得到。式中，WSi，k表示第i個任務的第k個服務實例，WSi，kE表示第i個任務第k個服務實例的執行效率評價值，其是業務執行時間的倒數，n是組合流程任務數，taskiE表示第i個任務對應的待執行備選服務中執行效率的最大評價值，QE為指揮業務組合服務執行效率的全局約束值，每一個指揮業務的單個執行效率值均不能低于全局約束值，Si代表第i個指揮業務服務最終的服務評價選取值。由此可知，在各個待執行備選服務集中任選一個服務實例組成指揮業務服務組合的執行方案，則該方案的約束值均不大于全局既定的約束值。所以，在進行服務替換時，無需考慮替換后組成的新執行方案是否滿足全局約束的情況。

針對上面提出的指揮業務服務選取模型，面向執行效率和可靠性約束的軍警民聯合指揮調度系統服務選取算法流程，如圖5所示。

該算法首選確定指揮業務組合流程中每個指揮業務階段的備選服務集并設定指揮業務組合服務的全局執行效率約束值，通過對每個備選服務集上的指揮業務服務的執行效率預計算，剔除不滿足全局約束值得候選服務，將滿足執行效率約束條件的按照執行效率和可靠性權重分配比計算指揮業務服務最終的選取參考值，并對其進行排序，最終選擇排名最高的指揮業務服務。每一階段均按照此法進行計算，最后計算指揮業務組合服務的整體可靠性，判斷是否滿足全局可靠性約束。

4 結束語

互聯網上日趨成熟的服務自動組合技術為軍警民聯合指揮調度系統指揮業務服務自動組合提供了一種極佳的解決方案，避免了各職能部門獨立建設的應急指揮調度系統自成體系、互不兼容，在應對重大突發事件時指揮信息流轉不暢，資源共享效率較低，各方力量難以有效協調。本文針對指揮業務服務選取問題，對指揮業務服務的可靠性度量及可靠性評價模型進行了詳細描述，并以指揮業務服務的執行效率和可靠性為約束條件，給出指揮業務服務選取模型，并設計了基于執行效率和可靠性的指揮業務服務選取算法。本文提出的選取算法并不是全局最優的指揮業務組合服務，但本算法是在滿足指揮業務整體約束條件和可靠性保證的前提下得出近優解，因此可基本滿足指揮實體對指揮業務的需求。

[1]江陽.Web服務組合與驗證相關技術研究[D].長沙:中南大學，2011.

[2]岳昆，王曉玲，周傲英.Web服務核心支撐技術:研究綜述[J].軟件學報，2004，15（3）:428-442.

[3]張仙偉，張璟.Web服務的核心技術之一——SOAP協議[J].電子科技，2010，23（3）:93-96.

[4]馬軍慧，馬軍德.Web服務中的QoS研究[J].電子科技，2007（8）:57-59.

[5]張仙偉，張璟.Web服務中信息安全的綜述[J].電子科技，2009，22（9）:90-94.

[6]王一飛，吳素芹，王榕.Web服務組合建模的研究[J].通信技術，2009，42（7）:140-142.

[7]溫小云，師宇杰，牛忠霞.系統可靠性模型綜述[J].電子產品可靠性與環境試驗，2005，23（3）:57-62.Testing，2005，23（3）:57-62.

[8]高磊，董云衛，張凡，等.一種AADL系統可靠性模型轉換方法[J].計算機工程，2011，37（14）:21-26.

[9]楊春暉，熊婧，李冬.分布式系統可靠性模型研究[J].計算機工程，2012，38（3）:51-53.

[10]王正，謝里陽，李兵.考慮載荷作用次數的失效相關系統可靠性模型[J].東北大學學報:自然科學版，2007，28（5）:704-707.

[11]盧明銀，徐人平.系統可靠性[M].北京:機械工業出版社，2008.

[12]文世挺.服務組合的選擇，驗證及其評價機制研究[D].合肥:中國科學技術大學，2012.

[13]夏亞梅，程渤，陳俊亮，等.基于改進蟻群算法的服務組合優化[J].計算機學報，2012，35（2）:270-281.

[14]劉衛寧，劉波，孫棣華.面向多任務的制造云服務組合[J].計算機集成制造系統，2013，19（1）:199-209.

A commanding service selection algorithm for execution efficiency and reliability constraints

CHEN Wei，CHENG Yong-jing
（Defense Information School，Wuhan 430019，China）

Aiming at commanding services selection，this paper proposed a commanding service reliability evaluation model based on redundancy，andthe reliability measure method for Commanding Services is analyzed.Considering the special requirement of commanding services，we proposed a commanding service selection algorithm for execution efficiency and reliability constraints.This method is a good choice which is to meet the overall constraints and reliability assurance of commanding services，it can satisfy the command process`s complexity and variability of the joint command information system，and lay the foundation of the automatic commanding service composition for unified command.

service composition；service selection；reliability；execution efficiency

TN99

A

1674－6236（2016）24-0057-03

2016-03-07 稿件編號：201603076

陳 偉（1988—），男，山東萊州人，碩士研究生，助理工程師。研究方向：軍事運籌學。