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    GeoQoS
    —QoS感知的空間信息服務(wù)組合建模工具

    2016-06-01 03:06:12譚振宇張明達(dá)張錫寧
    測繪通報(bào) 2016年4期
    關(guān)鍵詞:空間信息空間數(shù)據(jù)要素

    譚振宇,樂 鵬,張明達(dá),張錫寧

    (1. 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(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,樂鵬1,張明達(dá)1,張錫寧2

    (1. 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(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、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),開發(fā)了QoS感知的空間信息服務(wù)組合建模開源工具——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)的過渡。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大量服務(wù)的開發(fā)與注冊,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]?,F(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、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)語言Java開發(fā)了一套空間信息服務(wù)組合建模原型工具——GeoQoS。通過將QoS應(yīng)用于空間信息服務(wù)的實(shí)際使用過程中,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,然后通過對服務(wù)注冊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)注冊中心對空間信息處理服務(wù)進(jìn)行注冊。服務(wù)代理中心對注冊服務(wù)QoS要素進(jìn)行測試和監(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)提供者在注冊中心注冊發(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,用戶通過代理中心提供的對外接口獲取QoS數(shù)據(jù)?;诜?wù)代理的QoS信息量測與獲取無需對現(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,對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)QoS要素的確定沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),不同領(lǐng)域不同組織都有自己的定義。具有代表性的是國際萬維網(wǎng)聯(lián)盟(World Wide Web,W3C)針對通用網(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)度是對服務(wù)質(zhì)量的直接體現(xiàn)。因此對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。對于客觀要素(如性能、可用性、可靠性),服務(wù)代理中心可測試和發(fā)布QoS要素值,并對其進(jìn)行定期檢查和更新。對于主觀要素(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)代理中心對評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行過濾和統(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)估過程大致可分為3步: ①通過服務(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、德爾菲(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)模型有簡單線性加權(quán)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法等[13]。簡單線性加權(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)組合起來形成服務(wù)鏈路,各個(gè)原子服務(wù)協(xié)同完成任務(wù)[14]??臻g信息處理服務(wù)鏈優(yōu)化是指對空間處理工作流中每個(gè)抽象原子服務(wù)從對應(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)的過程。空間信息服務(wù)鏈優(yōu)化策略包括服務(wù)鏈構(gòu)建過程中的靜態(tài)優(yōu)化和執(zhí)行過程中的動(dòng)態(tài)優(yōu)化[9]。

    (1) 靜態(tài)優(yōu)化

    靜態(tài)優(yōu)化策略包括局部優(yōu)化和全局優(yōu)化[8]。局部優(yōu)化對服務(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)化問題。多目標(biāo)優(yōu)化問題求解往往通過線性加權(quán)的方法簡化為單目標(biāo)優(yōu)化問題,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),用戶對服務(wù)QoS約束條件為Consi(i表示QoS要素),則優(yōu)化問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)算法則對服務(wù)鏈中各原子服務(wù)QoS值計(jì)算獲得。常見服務(wù)鏈結(jié)構(gòu)有順序、選擇、并行和循環(huán)4種[10],針對不同鏈結(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)化過程的計(jì)算模型,通過模擬基因變化搜索最優(yōu)解的方法。遺傳算法原理簡單、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)化策略是針對服務(wù)鏈運(yùn)行過程中動(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)行過程中通過擴(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WPS服務(wù)的注冊、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)庫使用PostgreSQL,數(shù)據(jù)庫表結(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)注冊時(shí)用戶提供WPS的URL,系統(tǒng)通過發(fā)送OGC標(biāo)準(zhǔn)的GetCapabilities請求,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)庫中,用戶可通過服務(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服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。GeoQoS工具可以通過代理平臺(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是在前期開發(fā)的開源服務(wù)鏈工具GeoJModelBuilder[17]的基礎(chǔ)上通過擴(kuò)展增加對QoS的支持實(shí)現(xiàn)的。GeoJModelBuilder采用Java Swing技術(shù)進(jìn)行開發(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):指針對某一特定地理處理服務(wù)對應(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 采用局部優(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)?,先進(jìn)入局部優(yōu)化,對每個(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)行過程中系統(tǒng)會(huì)從候選服務(wù)中選擇QoS最高的服務(wù)對超時(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,開發(fā)語言為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??梢钥吹诫S著候選服務(wù)的增多,運(yùn)行時(shí)間并沒有顯著的增加,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)化的全過程?,F(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)局部優(yōu)化中,對融合服務(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,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

    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)化問題,開發(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空間信息服務(wù)質(zhì)量的幾點(diǎn)思考:

    1)QoS要素模型。對于不同類型的服務(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。對于空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià),本文通過模糊綜合評(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)是建立在用戶對數(shù)據(jù)質(zhì)量要素有一定了解的基礎(chǔ)上,對于沒有專業(yè)背景的用戶很難對數(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)化過程中的QoS數(shù)據(jù)都是基于歷史量測信息的,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)鏈局部優(yōu)化過程中通過基于位置的協(xié)同過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)化問題是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題,本文通過常規(guī)的加權(quán)法將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)問題,后續(xù)研究中可對其他多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行嘗試。此外,對于優(yōu)化算法的選擇,本文采用了常規(guī)的遺傳算法,對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:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2011CB707105);國家自然科學(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].測繪通報(bào),2016(4):43-48.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0118.

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