基于模糊數(shù)學(xué)的Ｗｅｂ服務(wù)ＱｏＳ建模

摘要:在深刻理解Web服務(wù)QoS的基礎(chǔ)上，用模糊數(shù)學(xué)理論對其進行描述#65380;評價#65380;決策，以提高Web服務(wù)的QoS，使Web服務(wù)提供商在商業(yè)競爭中處于領(lǐng)先地位#65377;

關(guān)鍵詞:Web服務(wù);網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量;模糊數(shù)學(xué);綜合評判

中圖分類號:TP301.6文獻標(biāo)志碼:A

文章編號:1001-3695(2007)04-0214-03

0引言

隨著Web服務(wù)的廣泛應(yīng)用，是否具有QoS保證已經(jīng)成為Web服務(wù)提供商能否取得成功的關(guān)鍵因素#65377;Web服務(wù)需要QoS保證主要有以下兩個原因:①服務(wù)請求者渴望獲得好的服務(wù)性能(低等待時間#65380;高可靠性和可用性等);②在電子商務(wù)中，服務(wù)提供者必須提供有QoS保證的服務(wù)才能獲得盡可能高的商業(yè)利潤#65377;例如，通過動態(tài)容量分配#65380;資源分配和負載均衡獲得高吞吐量#65380;低響應(yīng)時間，從而為更多的客戶提供有質(zhì)量保證的服務(wù)#65377;此外，一些緊要的事務(wù)(如付款等)應(yīng)根據(jù)處理情況的區(qū)別按照優(yōu)先級執(zhí)行#65377;服務(wù)提供者將努力在用戶滿意度和系統(tǒng)利用率之間找到合適的關(guān)系#65377;

對于網(wǎng)絡(luò)QoS，可以用帶寬#65380;吞吐量#65380;時延#65380;抖動以及丟包率來衡量，這些都可以用精確的數(shù)學(xué)語言來表達#65377;但是Web服務(wù)的QoS與網(wǎng)絡(luò)的QoS是有區(qū)別的，它是應(yīng)用層的QoS，更多反映的是用戶在獲得服務(wù)時的感受，難以用精確的數(shù)學(xué)語言來表達，而只能用自然語言來描述，如某服務(wù)的用戶覺得其可用性很好#65380;好#65380;不好或很差等#65377;

模糊數(shù)學(xué)是研究和處理模糊現(xiàn)象的一門數(shù)學(xué)分支#65377;近幾年來，模糊數(shù)學(xué)理論已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如自動控制#65380;系統(tǒng)分析#65380;知識描述#65380;圖像識別#65380;經(jīng)濟管理等#65377;模糊數(shù)學(xué)一般分為模糊線性規(guī)劃#65380;模糊控制#65380;模糊聚類分析#65380;模糊模式識別#65380;綜合評判等#65377;

1Web服務(wù)的QoS屬性

Web服務(wù)作為一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，它的QoS反映的是用戶在使用服務(wù)時的感受#65377;其屬性^[1]如圖1所示#65377;

(1)性能#65377;Web服務(wù)的性能表示一個服務(wù)請求多快能被完成，可以根據(jù)吞吐量#65380;延遲和響應(yīng)時間對其進行測量#65377;吞吐量的值較大且延遲和響應(yīng)時間的值較小，表示W(wǎng)eb服務(wù)性能良好#65377;吞吐量表示在給定時間段內(nèi)被服務(wù)的Web服務(wù)請求數(shù)#65377;延遲是發(fā)送請求和接收響應(yīng)之間的往返時間#65377;響應(yīng)時間則是完成Web服務(wù)請求所需要的時間#65377;

(2)可用性#65377;它指Web服務(wù)是否存在或是否已就緒可供立即使用#65377;可用性表示服務(wù)可用的可能性#65377;較大的值表示服務(wù)一直可供使用，而較小的值表示無法預(yù)知在某個特定時刻服務(wù)是否可用#65377;與可用性有關(guān)的還有修復(fù)時間(TimeToRepair，TTR)#65377;TTR 表示修復(fù)已經(jīng)失效的服務(wù)要花費的時間#65377;

(3)可訪問性#65377;它表示能夠為 Web服務(wù)請求提供服務(wù)的程度#65377;它可以表示為一種可能性尺度，用來表示在某個時間點上成功地實例化服務(wù)的成功率或機會#65377;Web服務(wù)可用但卻無法訪問這種情形是可能存在的#65377;可以通過構(gòu)建一個可高度伸縮的系統(tǒng)使 Web服務(wù)得到很高的可訪問性#65377;可伸縮性是指不管請求量如何變化，都能夠始終如一地為請求服務(wù)的能力#65377;

(4)完整性#65377;它指Web服務(wù)如何維護交互相對于最初情況的正確性，包括數(shù)據(jù)完整性和事務(wù)完整性#65377;數(shù)據(jù)完整性指數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否被修改#65377;一個事務(wù)是指一系列將被當(dāng)作單個工作單元的活動#65377;事務(wù)完整性是指要使事務(wù)成功，必須完成所有的活動#65377;如果一個事務(wù)未完成，那么所做的全部更改都將被回滾#65377;

(5)安全性#65377;它是Web服務(wù)QoS的一個方面，通過驗證#65380;對消息加密以及提供訪問控制來提供機密性和不可抵賴性#65377;由于 Web 服務(wù)調(diào)用是發(fā)生在公共的Internet上，安全性的重要性已經(jīng)有所增加#65377;根據(jù)服務(wù)請求者的不同，服務(wù)提供者可以用不同的方法來提供安全性，所提供的安全性也可以有不同的級別#65377;

(6)可靠性#65377;它表示能夠維護服務(wù)和服務(wù)質(zhì)量的程度#65377;每月或每年的失效次數(shù)是衡量 Web服務(wù)可靠性的尺度#65377;在另一種意義上，可靠性是指服務(wù)請求者和服務(wù)提供者發(fā)送和接收的消息的有保證和有序的傳送(一致性)#65377;另外，可靠性也包括發(fā)生災(zāi)難性事件導(dǎo)致服務(wù)失效時的可修復(fù)性#65377;

2Web服務(wù)QoS建模

2.1模糊數(shù)學(xué)方法簡介

模糊數(shù)學(xué)是研究和處理模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)學(xué)科#65377;所謂現(xiàn)象的模糊性是指事物間差異的中間過渡中所呈現(xiàn)的“亦此亦彼”性#65377;模糊集合是模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，美國控制論專家查德于1965年將普通集合論里特征函數(shù)的取值范圍由{0，1}推廣到閉區(qū)間[0，1]，得到模糊集的定義^[6]:

設(shè)在論域U上給定了一個映射

A:U→[0，1]， u|→A(u)

則稱A為U上的模糊集， A(u)為A的隸屬函數(shù)#65377;

在側(cè)重于應(yīng)用的模糊數(shù)學(xué)分析中，經(jīng)常應(yīng)用到聚類分析#65380;模式識別和綜合評判等方法#65377;本文中主要使用綜合評判方法對Web服務(wù)QoS進行描述#65380;評判和決策#65377;

綜合評判就是對受到多個因素制約的事物或?qū)ο笞鞒鲆粋€總的評價，這是在日常生活和科研工作中經(jīng)常遇到的問題，如產(chǎn)品質(zhì)量評定#65380;科技成果鑒定#65380;某種作物種植適應(yīng)性的評價等，都屬于綜合評判問題#65377;由于從多方面對事物進行評價難免帶有模糊性和主觀性，采用模糊數(shù)學(xué)的方法進行綜合評判，將使結(jié)果盡量客觀從而取得更好的實際效果#65377;

2.2Web服務(wù)QoS建模及綜合評判

綜上所述，可以根據(jù)Web服務(wù)QoS的屬性將Web服務(wù)QoS(WSQoS)看成一個六元組，即WSQoS={性能，可用性，可訪問性，完整性，安全性，可靠性}#65377;其中性能可以表示成三元組{吞吐量，延遲，響應(yīng)時間}，完整性表示成二元組{數(shù)據(jù)完整性，事務(wù)完整性}，可靠性可以表示成三元組{故障率，一致性，可修復(fù)性}#65377;因此，使用二級綜合評判對Web服務(wù)QoS進行評價決策#65377;

首先對可靠性進行一級評判#65377;

(1)評判因素集

U={故障率，一致性，可修復(fù)性}

(2)評語集

V={很滿意，比較滿意，一般，不太滿意，不滿意}

(3)評判矩陣

對于某種Web服務(wù)的可靠性，可請若干專業(yè)人員進行單因素評價#65377;單考慮故障率，若其中有70%的人很滿意，有20%的人比較滿意，10%的人認為一般，便可得出

故障率|→(0.7， 0.2， 0.1， 0，0)

類似地，設(shè)有

一致性|→(0.2， 0.3， 0.4， 0.1，0)

可修復(fù)性|→(0.3， 0.4， 0.2， 0.1，0)

所有單因素評判組成評判矩陣:

R=0.70.20.1000.20.30.40.100.30.40.20.10

(4)權(quán)重

不同的用戶，由于職業(yè)#65380;性別#65380;年齡#65380;愛好等不同，對可靠性的三個因素所給予的權(quán)重也不同#65377;設(shè)某類用戶所給的權(quán)重為

A=(0.5，0.3，0.2)

則可求得此類用戶對這種服務(wù)的綜合評判為

B=AR=(0.47， 0.27，0.21，0.05，0)

它表示的評價是:“很滿意”的程度為47%; “比較滿意”的程度為27%; “認為一般”的程度為21%; “不太滿意”的程度為5%#65377;

接下來對Web服務(wù)QoS進行二級評判#65377;

(1)評判因素集

U={性能，可用性，可訪問性，完整性，安全性，可靠性}

(2)評語集

V={很滿意，比較滿意，一般，不太滿意，不滿意}

(3)評判矩陣

對某種Web服務(wù)的可靠性，通過前面的一級評判，得出

可靠性|→(0.47， 0.27，0.21，0.05，0)

類似地，可以通過一級評判得出

性能|→(0.8， 0.1，0.05，0.05，0)

完整性|→(0.7， 0.1，0.1，0.1，0)

對于某種Web服務(wù)的可用性#65380;可訪問性和安全性，可請專業(yè)人員進行單因素評價，可直接得出可用性|→(0.6， 0.2，0.2，0，0)

可訪問性|→(0.5， 0.2，0.2，0.05，0.05)

安全性|→(0.2， 0.5，0.1，0.1，0.1)

于是可得所有單因素評判組成的評判矩陣:

R=0.80.10.050.0500.60.20.2000.50.20.20.050.050.70.10.10.100.20.50.10.10.10.470.270.210.050

(4)權(quán)重

不同的用戶，由于職業(yè)#65380;性別#65380;年齡#65380;愛好等不同，對Web服務(wù)QoS的六個因素所給予的權(quán)重也不同，如某些用戶更看重服務(wù)的安全性，而另一些用戶更看重服務(wù)的性能等#65377;另外，不同的服務(wù)對QoS的要求也不同，如在線銀行最注重的是服務(wù)的安全性#65377;設(shè)某類用戶對某種Web服務(wù)所給的權(quán)重為

A=(0.1，0.2，0.05，0.05，0.4，0.2)

則可求得此類用戶對這種服務(wù)的綜合評判為

B=AR=(0.434，0.319，0.142，0.062 5，0.042 5)

它表示的評價是:“很滿意”的程度為43.4%; “比較滿意”的程度為31.9%; “認為一般”的程度為14.2%; “不太滿意”的程度為6.25%，“不滿意”的程度為4.25%#65377;按最大隸屬原則，結(jié)論是此類用戶對這種服務(wù)“很滿意”#65377;

綜合評判的結(jié)果可以作為用戶以后選擇服務(wù)時的依據(jù);而評價結(jié)果和用戶使用服務(wù)的感受又可以作為Web服務(wù)提供商對Web服務(wù)進行改進的依據(jù)#65377;可以使用模糊數(shù)學(xué)理論中的模糊關(guān)系方程進行建模，限于篇幅，此處不再贅述#65377;

3相關(guān)工作

文獻[1~3]都對Web服務(wù)的QoS屬性進行了描述，同時提出了提供Web服務(wù)QoS保證的建議和方法#65377;但它們只是基于自然語言的簡單描述，文獻[2]描述得過于簡單，[3]描述得又過于復(fù)雜，雖然文獻[4，5]對Web服務(wù)的QoS屬性也有描述，但主要是通過擴展Web服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)來提供Web服務(wù)QoS保證#65377;

本文在文獻[1]的基礎(chǔ)上，分析比較其他文獻的成果，對Web服務(wù)的QoS屬性進行了新的描述，并將其建模成一個六元組{性能，可用性，可訪問性，完整性，安全性，可靠性}#65377;本文的主要貢獻是，基于模糊數(shù)學(xué)理論對Web服務(wù)的QoS進行了綜合評判，以便服務(wù)請求者選擇合適的服務(wù)，同時也有利于服務(wù)提供商根據(jù)用戶反饋的結(jié)果進行決策，從而在商業(yè)競爭中取得最大的收益#65377;

4結(jié)束語

本文在深刻理解Web服務(wù)QoS的基礎(chǔ)上，根據(jù)其難以用精確數(shù)學(xué)語言描述的特點，用模糊數(shù)學(xué)理論來對其進行描述#65380;評價#65380;決策，以提高Web服務(wù)的QoS，從而使Web服務(wù)提供商處于領(lǐng)先地位#65377;

一般Web服務(wù)需要經(jīng)過發(fā)布#65380;查找#65380;綁定并調(diào)用等過程，有些合成的服務(wù)還需要經(jīng)過靜態(tài)或動態(tài)的合成，這些過程都需要QoS保證#65377;下一步的工作就是考慮如何將Web服務(wù)QoS綜合評價的結(jié)果與這幾個過程結(jié)合起來，使Web服務(wù)有更好的QoS保證#65377;

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