基于代理機制的自適應(yīng)服務(wù)組合演化

羅利民

摘要：在很多大型系統(tǒng)的，面臨的一個關(guān)鍵就是異常的發(fā)生。在任何數(shù)據(jù)中心，異常都在不斷的發(fā)生，或由磁盤故障、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)連接，或軟件錯誤引起的。較小的異常連鎖反應(yīng)可能造成大規(guī)模的異常。而異常的不可預(yù)測性使他們變得具有挑戰(zhàn)而且難以應(yīng)付。預(yù)測異常更好的選擇是創(chuàng)建一個可以自主適應(yīng)異常的系統(tǒng)。本文為自適應(yīng)系統(tǒng)的服務(wù)組合探討了一個分散的自適應(yīng)方法。本文的做法是基于代理協(xié)調(diào)機制，而這適合于大規(guī)模的協(xié)調(diào)系統(tǒng)。我們通過詳細(xì)的實驗的復(fù)合服務(wù)評估這種方法。實驗的結(jié)果表明，當(dāng)面臨大規(guī)模的異常時，它可以創(chuàng)建服務(wù)組合以應(yīng)對這種異常。

關(guān)鍵詞：異常；服務(wù)組合；自適應(yīng)；代理機制

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）05-0202-03

ABSTRACT： In many large-scale systems， one of the key is the occurrence of anomalies. In any data center， anomalies are constantly occurring， or caused by disk failures， memory， network connections， or software errors. Smaller abnormal chain reactions may cause large scale anomalies. And the unpredictable nature of the anomalies makes them challenging and difficult to cope with. The better option to predict exceptions is to create a system that can adapt itself to the exception. In this paper， a decentralized adaptive method is discussed for the service composition of the adaptive system. The approach is based on the agent coordination mechanism， which is suitable for large-scale coordination systems. We evaluate this method through detailed experiments on a composite service. The results of the experiments show that when confronted with large scale anomalies， it can create a service composition in order to cope with this anomaly.

Key words： exception； service composition； adaptive； agent mechanism

1 概述

服務(wù)計算有利于大規(guī)模應(yīng)用程序的創(chuàng)建。服務(wù)是比較小的和易于管理的軟件單元，具有明確定義的接口。這里的目的是建立一個高彈性的動態(tài)服務(wù)組合系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，一個有彈性的系統(tǒng)能夠處理異常，我們的目標(biāo)是設(shè)想一個系統(tǒng)，把異常看作是“正常的”，它自適應(yīng)地塑造自己。這樣的系統(tǒng)（涉及成千上萬的節(jié)點和服務(wù)）的大或潛在的巨大規(guī)模，使一個中心的選擇和組成部門不可行。在我們的研究中，探討分散自適應(yīng)和自組織的動態(tài)服務(wù)組合方法。我們研究代表，一個協(xié)調(diào)機制[1]，原本有針對性的大規(guī)模協(xié)調(diào)和控制應(yīng)用，如交通和物流管理，實體需要協(xié)調(diào)的資源。這種協(xié)調(diào)和控制系統(tǒng)本質(zhì)上是動態(tài)的。從概念上講，協(xié)調(diào)機制也特別適合于大規(guī)模的服務(wù)組合。

2 問題定義

我們感興趣的是在一個系統(tǒng)由多個服務(wù)和服務(wù)管理人員通過網(wǎng)絡(luò)相互作用構(gòu)成的。服務(wù)和服務(wù)管理軟件實體居在相同的計算節(jié)點，但具有不同的功能。例如，一個操作可以執(zhí)行一個圖像轉(zhuǎn)換，或者執(zhí)行一個算法。另一方面的服務(wù)管理人員負(fù)責(zé)維護(hù)有關(guān)可用性的信息，以及它們與之相關(guān)聯(lián)的服務(wù)的質(zhì)量。

復(fù)合服務(wù)是一種特殊的服務(wù)范疇，主要是通過對其他服務(wù)的操作進(jìn)行組合[2]。每一個活動都描述一個特定的操作，必須由一個單獨的組件服務(wù)來實現(xiàn)。一個服務(wù)組合形式的活動圖，其中每個節(jié)點代表一個活動，邊表示活動之間的數(shù)據(jù)流。此后，這個圖意味著每一個活動按照特定的順序執(zhí)行，描述串行或并行執(zhí)行，這必須得符合復(fù)合服務(wù)的正常運作。如圖1所示，一個組合服務(wù)的活動只能由與該活動兼容的服務(wù)來委派，一個復(fù)合服務(wù)被描述為一個活動/任務(wù)的圖表，其中一個活動必須由一個服務(wù)來滿足。

當(dāng)一個節(jié)點發(fā)生故障時，該節(jié)點的服務(wù)和服務(wù)管理器都會異常。如果無法找到所有需要的組件服務(wù)，在給定的超時時間內(nèi)，復(fù)合服務(wù)[3]只會異常。從系統(tǒng)的角度來看，我們根據(jù)它們的規(guī)模，由異常的服務(wù)的數(shù)量定義來區(qū)分2種類型的故障情況：

·很少有服務(wù)。不到20%的系統(tǒng)服務(wù)被丟棄。

·一些無法訪問的服務(wù)。超過80%的系統(tǒng)服務(wù)被丟棄。

3 使用委托代理協(xié)調(diào)組合服務(wù)

任務(wù)代理是負(fù)責(zé)尋找最佳的組件服務(wù)，以滿足所描述的活動所描述的復(fù)合服務(wù)，在一個給定的時間。他們也負(fù)責(zé)跟蹤執(zhí)行的組成和尊重所需的質(zhì)量的復(fù)合服務(wù)。他們基本上是按照BDI代理[5]體系結(jié)構(gòu)。BDI代理不斷監(jiān)測環(huán)境，創(chuàng)造他們的（信任），考慮可能的選擇是如何進(jìn)行的（請求），并選擇一個特定的選擇作為他們的意圖。然后，他們制定行動計劃，以滿足他們的意圖。這樣，BDI代理旨在應(yīng)付突然變化的環(huán)境或者異常，以計算有效的方法。

每個任務(wù)代理代表一個組合服務(wù)實例，并有以下主要責(zé)任：

·接收組合服務(wù)描述作為輸入；

·獲得一個服務(wù)級別協(xié)議，該協(xié)議為其組合服務(wù)指定所需的質(zhì)量；

·選擇可能的組件服務(wù)為其服務(wù)組合實例提供操作，創(chuàng)建執(zhí)行計劃；

·從選定的組件服務(wù)中通知資源代理，它打算使用它們的服務(wù)

·保持對可能的替代組件服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查，同時它的服務(wù)組合正在執(zhí)行；

·評估如果有更好的組件服務(wù)使用該組合物中，決定使不使用，這是由任務(wù)代理策略確定的；

·在完成服務(wù)組合實例之后，對所從事組件服務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行信息傳遞。

一個自然的探索策略，將溢出每個可能的資源代理的服務(wù)質(zhì)量和信息素，然而，這將會花費巨大和耗時很多，特別是在大型系統(tǒng)中。探索蟻群[4]利用優(yōu)化的方法，探索可能的資源代理，探索蟻群試圖找到一個路徑，包含資源代理通過其任務(wù)代理的來源能夠執(zhí)行所需的操作，索蟻群在使用某個特定資源代理之前，將所有的服務(wù)質(zhì)量參數(shù)考慮在內(nèi)。

其中，[τ]是信息素的平均，[α]表示信息素信息對探索蟻群的價值是多少，[η]是QoS的一個試探值，[β]表示質(zhì)量信息對探索蟻群的價值。

探索蟻群選擇一條路徑，按照方程中定義的概率1。因此，對于探索行為的可能性總是很高，除非將參數(shù)化為高。如果一組被設(shè)置為高，探索蟻群將只遵循最高的信息素濃度的路徑。一個探索蟻群返回它的發(fā)現(xiàn)，它的起源任務(wù)代理，當(dāng)他們到達(dá)他們的時間，或他們已經(jīng)找到了一個有效的路徑，即，他們已經(jīng)找到足夠的資源代理，以滿足他們的起始任務(wù)代理的需求。一個探索蟻群的行為的簡化視圖中示出的算法1。

4 結(jié)束語

本文提出了一個分散的機制以應(yīng)對在組合服務(wù)中的故障。面對大規(guī)模系統(tǒng)故障時，比較本文提出的方法，在服務(wù)組合的質(zhì)量方面是一個純粹的反應(yīng)性的方法，我們發(fā)現(xiàn)，此機制善于對更穩(wěn)定的服務(wù)進(jìn)行改進(jìn)，需要在我們的方法中修改某些參數(shù)，例如，探索行為和啟發(fā)式的參數(shù)，必須在使用前調(diào)整算法。我們相信創(chuàng)造一個能幫助優(yōu)化算法的自適應(yīng)層是更好的。

在今后的工作中，為了保持高質(zhì)量的服務(wù)組合執(zhí)行的預(yù)測以及降低組合時間，我們計劃研究如何適應(yīng)多Agent系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 袁小娟， 高春鳴. Web服務(wù)組合執(zhí)行引擎中服務(wù)代理運行機制研究[J]. 計算機工程與應(yīng)用， 2007， 43（28）：103-106.

[2] 趙穎. 服務(wù)組合的自動恢復(fù)及補償?shù)难芯颗c實現(xiàn)[D]. 中山大學(xué)， 2008.

[3] 夏永霖. 復(fù)合服務(wù)自恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究. Diss. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 2010.

[4] 王穎， 謝劍英. 一種自適應(yīng)蟻群算法及其仿真研究[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報， 2002， 14（1）：31-33.

[5] 陳為雄. 基于Petri Nets的BDI Agent模型[J]. 計算機工程， 2005， 31（3）：23-25.