基于QoS的圖書館網絡服務優化方法

劉巖超

（東北大學圖書館，遼寧 沈陽 110809）

1 圖書館網絡服務系統優化

所謂的“圖書館網絡服務系統優化”，一般是指圖書館網絡服務子系統按照服務環境的變化而調整其自身，或者用所謂的“后備”子系統將其自身或系統組合中的某一環節進行時效性替換，最終使整個服務流程在新的或局部改變了的服務環境下達到可兼容的特性和功能。

目前，基于QoS的Web服務業務流程在圖書館讀者服務系統中已逐步展開應用[1]，這就要求圖書館的整個服務流程具有較高的實用性和可靠性。圖書館作為一個以服務讀者為主要理念的職能性部門，對服務質量要求較高。但是，服務環境的異常變化卻極有可能影響到圖書館的服務質量——QoS（如網絡時延、異常中斷及服務匹配不協調等）。在對圖書館的網絡研發及測試過程中應側重以QoS為基準的圖書館網絡服務業務流程，考慮服務的交互行為和動態變化，最終實現故障發生時整個網絡服務流程自適應替換的時效性和精準性。

2 圖書館網絡服務優化的技術關鍵

當圖書館網絡服務系統發生故障時，為滿足QoS標準并實現圖書館服務流程中子系統的高效替換，將從以下方面展開研究：

2.1 構建圖書館服務流程的描述模型

實施圖書館網絡服務優化的前期工作就是構建一種以圖書館服務讀者為工作理念的自適應服務流程描述模型[2]。該模型由4部分構成，即服務注冊引擎、工作流生成引擎、服務匹配引擎以及服務執行引擎。服務注冊引擎負責將圖書館服務流程中的多個片段在圖書館服務中心注冊并轉化為基于特定語義描述的圖書館網絡服務；工作流生成引擎負責在特定域的規則限制下生成圖書館服務流程的抽象工作流；服務匹配引擎負責存儲已有的服務描述并為已生成的工作流結點提供服務匹配；服務執行引擎負責處理圖書館服務流程的解析、執行和管理。

2.2 基于“信度網絡”的故障診斷技術

圖書館是個海量數據和信息匯聚的地方，數據和信息的保密性、完整性、安全性非常重要，但是恰恰有許多圖書館并未做好此類安全工作。當圖書館網絡服務系統工作失效時，對網絡故障發生處的確定，成為信度網絡要解決的首要問題。信度網絡是用來表示變量間連接概率的圖形模式[3]，它提供了一種自然的表示因果信息的方法，用來發現數據間的潛在關系。在這個網絡中，用節點表示變量，用向邊表示變量間的依賴關系。信度網絡推理機制可以歸納為以下4種模式：①因果推理：從原因到結果的推理模式；②診斷推理：從結果到原因的推理模式；③原因交互式推理：在一個共同效果的原因之間的推理模式；④混合推理：包含以上3種推理模式中的兩種或全部的推理模式[4]。

圖1給出了幾種推理模式的示例。

圖1 故障診斷圖

圖書館后備服務流程系統的制定，是在“因果式”的基礎上完成的，起到了未雨綢繆的作用；而對故障發生時的子服務系統的替換和補救，是在“診斷式”的輔助下完成的；當由于各種原因導致網絡故障發生時，“原因交互式”便起到了主要作用；同樣，當網絡故障原因變得更加復雜時，基于信度網絡的混合推理方式可對故障問題進行形象化的推理，并實現網絡剪枝。剪枝的規則為：如果某節點M是葉子節點且不屬于任何一條核心路徑，那么刪除M可以降低故障推理難度，緩解網絡中斷和時延造成的圖書館整個服務流程的工作壓力。如圖2所示，其中圖書館多重服務系統簡稱為LCS。

圖2 剪枝圖

那么，通過以上故障診斷與替換的多重服務分析，便能識別出最小的替換服務區域，使得故障發生時能盡快確定受影響的范圍，實施代價最小的故障替換。

2.3 服務異常時的“反饋”處理及子系統替換[5]

由于圖書館多重服務的執行過程是服務間的交互過程，該過程會使錯誤在服務間不斷傳播，直接大范圍替換會造成整個圖書館服務系統數據的不一致。為避免這種現象，在此提出“考慮整個圖書館多重服務行為”的兩種故障范圍替換方法。落實在圖書館讀者服務流程中，其具體表現形式為：

①當讀者在圖書館多重服務系統中進行逐一登錄及使用時，服務流程中的多個子服務系統將按部就班地被結束或是激活。如果由于系統繁忙或登錄人員過多導致的系統故障而造成服務延時，即服務子系統在服務節點處非正常銜接，那么系統將以“反饋”技術予以標示并提供某一服務截段的替換子系統來緩解系統的局部瓶頸問題。該替換過程均以隱式落實的方式完成。具體來說就是將讀者的操作步驟在另一人性化服務路徑上繼續完成，即整套的替換均在后臺實現，不會在讀者面前得以標示化顯現，此種“反饋”方式可稱之為“并聯式反饋”。如圖3所示。

圖3 并聯式反饋

從圖3可以看出，整個圖書館讀者服務流程由1→2→3→4→5→0等多個網絡節點連接而成。當節點3發生故障時，后備系統在瞬間卻仍以同樣的“步伐”進行“平行式慣性”運行（例如已由平行節點7運行至節點8），那么可將節點7或8處作為“反饋”點，使得7→8作為后備子服務系統來替換3→4故障系統，使得操作路徑被替換為1→2→（3→7）→（8→4）→5→0。圖3中虛線部分表示服務后臺所進行的瞬間隱性落實。所以該過程不會在讀者面前顯現，并且該替換技術是在服務流程系統的故障“平行對應點”處做“反饋”處理，僅僅對整個服務系統的局部進行替換，即故障段的替換或服務子系統的替換。從而避免了對圖書館網上讀者服務流程的整體改變或不良中斷。

②當讀者在使用圖書館服務流程中的某一服務子系統時，可能由于某種原因造成在個別單一的子系統內部出現服務中斷，那么系統可在服務子系統斷點處加以“反饋”處理，以使讀者在重新登錄并使用時，無需重復故障之前的操作步驟。如圖4所示。

圖4 串聯式反饋

通常狀態下，讀者對圖書館多重服務系統進行“第N次”操作時，其過程為：開始→A→B→C（C1→C2→…Cn）→D→完成。當服務子系統C（C1→C2）片段內部發生故障時，即C1與C2間出現故障點m，系統應在m處做“反饋”處理，使得“第N+1次”操作步驟可簡化為C2→D→完成。而故障前的A→B→C1等多個服務片段，均可被省略。那么，此種反饋方式可稱為“串聯式反饋”。

2.4 挖掘服務間的異構關系

由于圖書館多重服務之間存在數據、控制和業務等多異構關系，使得業務流程中的事務異構及事務粒度并不是由提供商決定，而是隱藏在服務流程之中。在對圖書館服務流程中的子服務系統進行局部替換時，挖掘的關鍵就集中在將圖書館服務流程中的多模態加以顯現以及對異構信息的匹配。具體來說就是，參與組合的圖書館各項網上服務可能是由不同的組織和不同的人員開發的，因此會出現信息異構問題，替換算法選擇出服務的輸入信息與上一級服務的輸出信息，其輸出信息與下一級服務的輸入信息，都可能存在異構。其表現形式為：替換后的服務子系統與原相鄰各系統之間的不可兼容性。我們需要解決的問題就是圖書館多重服務之間該如何進行合理的異構信息匹配。圖5為參與服務的各個服務片段間異構信息匹配圖，暫且用A、B、C3種子服務片段來表示。

圖5 子系統匹配圖

在圖5中，若服務B失效，替換它的服務D的輸入信息與服務A的輸出信息便可能存在異構。同樣，服務D的輸出信息與服務C的輸入信息也可能會存在異構，因此需要在服務D的前后調用異構信息匹配服務[6]。異構信息匹配服務是一項轉換服務，因而可以通過簡單技術很方便地調用（本文不做詳解）。那么，通過對替換服務異構信息的合理匹配，最終將實現圖書館多重服務之間相互銜接的可靠性與時效性。

3 建立圖書館QoS模型

在以上論述的基礎上，我們還要針對圖書館本身的特點，綜合考慮整個服務流程的QoS問題。只有這樣，才能更好地適應技術的變化（在活躍的Web領域，技術變化尤為快速）以及滿足讀者復雜和多樣的質量要求。那么，在面向讀者的圖書館服務流程中，多重服務子系統優化模型的建立需要滿足以下特點：

3.1 體現了對QoS的全方位支持

該服務優化系統從服務接口開始就應該接受服務請求者的QoS需求并最終判斷執行結果是否滿足了圖書館讀者需求。因此，整個優化系統框架從輸入到輸出都將QoS作為主要的研究對象[7]，這便體現了對圖書館Web服務的QoS的全方位支持。

3.2 服務優化的靈活性

服務優化的靈活性體現在它對環境和圖書館讀者需求變更的自適應能力上，圖書館多重服務優化系統能夠為尚未執行的Web服務及性能未滿足讀者要求的Web服務找到替換的后備子系統。

3.3 服務優化的敏捷性

體現在圖書館Web服務優化能夠迅速調整服務流程的執行計劃并及時確定服務流程中的子系統替換段。在一般情況下，調整服務流程的代價要遠小于重新生成新的服務流程。

3.4 服務流程的友好性

隨著圖書館服務流程中子服務片段分工越來越細，并且各個服務內的業務活動包含很多環節，這便涉及更多的資源。同時，讀者對以往簡單的服務不再滿意，提出各種各樣的個性化要求。這就要求圖書館多重服務之間，以及替換服務與原有非平行服務之間要具有合理的匹配性。異構現象的減排工作能使圖書館多重服務之間的關系變得更加合理與協調，從而更好地滿足圖書館整個網絡服務流程的QoS要求。

[1]馮興智等.一種基于QoS約束的kMUPP替換服務快速查找算法.計算機工程與科學，2008（4）：76-79.

[2]范李和，郭紅.一種支持流程自適應的替換方法.福州大學學報：自然科學版，2008（2）：193-197.

[3]孫明，陳波，周明天.基于混合推理系統挖掘用戶訪問模式的ILP方法.微電子學與計算機，2010（1）：29-33，37.

[4]Brian Ramsey.鎖定嵌入型裝置的網絡安全方案.電子與電腦，2004（8）：93-96，100.

[5]魯紅金，胡劍軍，張文博.QoS需求驅動的服務配置框架.2007（24）：5825-5829，5834.

[6]邢慶秀.支持QoS全局優化的動態Web服務組合問題研究[D].青島：中國海洋大學，2008.