[发明专利]基于服务簇的服务组合与替换方法

摘要

本发明公开了一种基于服务簇的服务组合与替换方法。本发明借助已有的服务聚簇方法构建服务簇，并基于Petri网提出服务及服务簇的形式化描述方法；将服务的输入输出参数抽象表示，通过参数矩阵来描述服务的输入输出参数；本发明中的服务匹配方法使服务簇中的服务间能够充分共性与个性，通过缩小服务查找范围，从而提高服务发现与组合效率；通过对服务簇模型的改进，提出Web服务组合替换方法；对服务簇内服务的并行组合与串行组合分别进行了描述，在服务簇内实现快速服务组合，进而实现高效率的服务组合替换；本发明中的服务替换方法，不仅能实现服务簇内单一服务替换,而且能实现服务簇内服务组合替换。

主权项

基于服务簇的服务组合与替换方法，其特征在于，包括如下步骤：a、构建Web服务和服务簇的形式化模型定义是一个自然数集合，即而设定且定义Petri网：一个Petri网表示为一个四元组PN＝(S,T；F,M0)，其中，(1)S是一个有限库所集；(2)T是一个有限变迁集，且(3)是一个弧集；(4)dom(F)∪cod(F)＝S∪T，其中，dom(F)={x∈S∪T|∃y∈S∪T:(x,y)∈F},cod(F)={y∈S∪T|∃x∈S∪T:(x,y)∈F};]]>(5)为网PN的一个标识，其中，M(s)表示标识M下库所s中的托肯数，M0是初始标识；定义输入/输出集：设PN＝(S,T；F,M0)为一个Petri网，x∈S∪T为网N的一个元素，记：·x＝{y|y∈S∪T∧(y,x)∈F}称为x的输入集；x·＝{y|y∈S∪T∧(x,y)∈F}称为x的输出集；·x∪x·称为元素x的外延；在Petri网中，采用一个圆圈表示一个库所，用一个矩形表示一个变迁；若(x,y)∈F，则x到y的一条有向边表示它们的流关系；定义引发规则：设PN＝(S,T；F,M0)为一个Petri网，则其具有如下的变迁发生规则：1)对于变迁t∈T，如果则变迁t在标识M有发生权，记为M[t＞；2)如果M[t＞，则在标识M下，变迁t能够发生，从标识M发生变迁t得到一个新的标识M′，记为M[t＞M′，根据上述Petri网的定义，构建Web服务的形式化模型如下：定义Web服务：一个Web服务描述为一个三元组WS＝(SF,I,O)，其中：(1)SF表示服务的功能语义描述；(2)I、O表示服务的输入、输出参数集，并且P＝(P.name,P.concept)，其中，①P.name是输入、输出参数名；②P.concept是一个输入、输出参数的本体概念，用以表示参数的语义；定义服务请求：一个服务请求表示为R＝(SFr,Ir,Or)，其中：(1)SFr表示服务请求的功能语义描述；(2)Ir代表服务请求者可提供的输入参数集；(3)Or代表服务请求者需要输出的参数集；定义服务网元：服务WS＝(SF,I,O)的服务网元定义为SNU＝(t,It,Ot,Ft,M)，其中：(1)t是一个能够完成服务功能的变迁；(2)It＝·t＝{si1,si2,si3,…,sin}是变迁t的输入集，代表服务的输入参数集合；Ot＝t·＝{so1,so2,so3,…,son}代表服务的输出参数集合；(3)Ft＝(It×t)∪(t×Ot)是有向弧集合，表示服务的输入、输出参数的流关系；(4)M是服务网元的标识，M：It∪Ot→{0,1}；(5)变迁t在M下的发生规则为：①则变迁t在M下有发生权，记为M[t>；②若M[t>，则t在标识M下能够发生并得到一个新的标识，记作M[t>M′，对于定义服务簇：对于n个服务：ws1,ws2,...，SC＝{ws1,ws2,...,wsn}是一个服务簇，其中：wsu＝(SFu,Iu,Ou,SCMu)，且SFu和SFv满足语义相似；定义服务簇网元：一个有n个服务的服务簇：SC＝{ws1,ws2,...,wsn}，SNUk＝(tk,Itk,Otk,Ftk,Mk)，服务簇网元表示为SCNU＝(SU,tC,IC,OC,FC,MC)，其中：(1)SU＝{SNU1,SNU2,SNU3,…,SNUn}是服务网元的集合；(2)tC是服务簇网元的变迁，且能够完成服务簇中各服务的功能；(3)IC、OC分别表示服务的输入、输出参数集，并且P＝(P.concept,P.lable)，其中：①P.concept是服务簇中服务输入参数对应的语义概念；②P.lable是一个n×1的矩阵，其中，n是服务簇中服务的个数，并且P.lable是服务簇中的服务相应P.concept的值；(4)FC＝(ICt×tC)∪(tC×OCt)表示服务簇输入、输出参数的流关系；(5)MC是服务簇网元的标识；根据服务簇网元的定义，将一个服务的输入参数值作为服务簇输入矩阵的一行；将该服务的输出参数值作为服务簇输出参数矩阵的对应行；b、基于服务簇的服务发现、组合与替换设服务簇k的服务总数为m个，输入参数的总数为ni个，输出参数总数为no个；ICk、OCk、ir、or分别代表服务簇的输入矩阵、服务簇的输出矩阵、服务请求的输入矩阵、以及服务请求的输出矩阵；其中，ICk是一个m×ni矩阵，OCk是一个m×no矩阵，ir是一个1×ni矩阵，or是一个1×no矩阵；ICkp(q)代表输入矩阵的第p行第q列的值；输入一个服务簇网元模型SCNUk＝(SUk,tCk,ICk,OCk,FCk,MCk)和一个服务请求网元sr＝{sfr,ir,or}，基于服务簇的服务匹配输出CI和CO，其中，CI表示输入匹配矩阵，是一个m×ni矩阵；CO表示输出匹配矩阵，是一个m×no矩阵；基于服务簇的服务匹配的过程如下：S1:以ICk的首行开始，依次匹配该行的每个值；S2:若该行中元素的值小于或者等于ir对应的值，则标记CI对应位置的值为1；S3:否则，标记为0；S4:以OCk的首行开始，依次匹配该行的每个值；S5:若该行中元素的值大于或者等于ir对应的值，则标记CI对应位置的值为1；S6:否则，标记为0；S7:输出矩阵CI和矩阵CO；其中，服务匹配的时间复杂度是m×ni2+m×no2；输入矩阵CI和矩阵CO，基于上述服务匹配过程提出服务发现的过程，进而得到一个服务集合S；服务发现的具体过程如下：S1:p＝1,S2:以CI的第p行开始，依次匹配该行的每个值；S3:若该行中所有的值都为1，则跳到S5；S4:否则p＝p+1，循环这一匹配过程；S5:依次匹配CO第p行的各值；S6:若该行中所有的值都为1，则将该服务合并入集合S中，即S＝S∪{wsp}；S7:否则p＝p+1，跳到S2；S8输出服务集合S；通过服务发现过程发现服务簇中满足服务请求的服务；服务发现输出的服务集合S中，所有服务的输入输出匹配矩阵同为即服务集合S中的每个服务都满足服务请求；服务发现过程的时间复杂度为：m×ni+m×n；定义wsi◇wsj表示服务wsi和服务wsj的并行组合；定义wsi|wsj表示服务wsi和服务wsj的串行组合；设α＝[b1,b2,…,bk]是一个1×k矩阵，其中，bi∈{0,1}，且对于如果bi＝1，α表示为E，即E＝[1,…,1]；对于若bi＝0，α表示为0，即0＝[0,0,…,0]；其中，α表示Petri网中的一个标识；并且α1≥α2表示b1i≥b2i；定义基元素：设α1＝[b11,b12,…,b1k]且α2＝[b21,b22,…,b2k]是两个1×k矩阵，其中and b2i∈{0,1}，若α1≥α2，则称α2是α1的一个基元素；定义基集合：设C是一个1×k矩阵的集合；如果或者αq是αp的一个基元素，且|C”|＞|C’|，则称C’是C的一个基集合；定义服务组合标志：用于标记当前服务请求下的服务组合的服务基集合，其初始标志为根据服务匹配过程提出服务匹配的运算方法如下：定义匹配运算：SNUa＝(ta,Ita,Ota,Fta,Ma)是一个服务网元，R＝(SFr,Ir,Or)是一个服务请求；匹配运算被定义为：(1)其中，(2)其中，定义服务簇匹配矩阵：WSreq＝(SFreq,Ireq,Oreq)是一个服务请求；SCNUa＝(SEa,tCa,ICta,OCta,FCta,Ma)是一个服务簇网元；服务簇的输入/输出匹配矩阵被定义为：CI=[mI1,mI2,mI3,...,mIw]T=Ireq⊗ICSa=[Ireq⊗Is1,Ireq⊗Is2,...,Ireq⊗Isw]T=m1(sI1)m1(sI2)...m1(sIn)m2(sI1)m2(sI2)...m2(sIn).........mw(sI1)mw(sI2)...mw(sIn),]]>且其中，mk(sI(O)j)＝0，1；输入服务簇网元SCNU＝(SU,tC,IC,OC,FC,MC)和服务簇的匹配矩阵CI、CO，其中，P＝(P.concept,P.lable)，服务输入、输出参数的个数分别为k，l；输出服务集合B；则服务串行组合的过程如下：S1:依次匹配服务的输入、输出参数的参数语义；S2:若存在ICi.concept＝OCj.concept，依次匹配CI(i)；S3:若CIp(i)＝0，以CI的首行开始，依次匹配该行的每个值；S4:若CIq＝[1,1,…,1]，匹配相应的COq；S5:若COq(j)＝1且COq∪COp＝[1,1,…,1],则B＝B∪{wsq}，循环这一过程；S6:若输出“没有满足条件的串行服务组合”；S7:输出服务集合B；SCM表示服务的基集合，通过SCM的过程体现服务簇中服务间的共性与个性，从而用SCM来发现单一替代服务和组合替代服务；输入服务簇SC＝{ws1,ws2,…,wsn}和服务簇的匹配矩阵CI、CO，SCM过程如下：S1:依次匹配mIj，若mIj≠[1,1,…,1]，则SCMj标记为Φ；S2:匹配mOk，若mOk＝[1,1,…,1]，SCMk标记为0；S3:若mOk≠[1,1,…,1]，找到所有不为Φ的SCMp且若则A＝A∪{mop}，S4:若A＝Φ，则SCMk＝Φ；S5:否则标记SCMk为A的基集合；S6:若在所有的SCM中有一列全为1，在所有SCM中删掉这一列；S7:输出SCM；定义SCMkm代表SCMk的第m个元素；skml是SCMkm的第l列，n，m，and定义组合规则：SC＝{ws1,ws2,...,wsn}是一个服务簇；其中，wsi＝(SFi,Ii,Oi,SCMi)，SCMk⊥SCMp＝SCMk1⊥SCMp1⊥SCMk2⊥SCMp2⊥…⊥SCMkn⊥SCMpn，其中，SCMkm⊥SCMpm＝[s1,s2,…,sq]且输入SC＝{ws1,ws2,...,wsn}和失效服务wsm，输出替换服务集合A；则发现单一服务和组合服务的服务替换的过程如下：S0:A＝Φ；S1:若失效服务的SCMm＝Φ或SCMm＝0；S1.1:匹配SCM，若则将服务wsk并入集合A中，A＝A∪{wsk}；S1.2:若匹配存在SCMi，SCMk，SCMi⊥SCMk＝0，则将wsi和wsk的组合并入集合A中，即A＝A∪{wsi◇wsk}；S2:否则，若失效服务的SCMm≠Φ且SCMm≠0；S2.1:如果匹配SCMk＝0，则将服务wsk并入集合A中，A＝A∪{wsk}；S2.2:若匹配存在SCMkj∈SCMk，SCMmh∈SCMm，且SCMkj≤SCMmh，则将服务wsk并入集合A中，A＝A∪{wsk}；S2.3:如果匹配SCMi，SCMk，SCMi⊥SCMk＝0，则将wsi和wsk的组合并入集合A中，A＝A∪{wsi◇wsk}；S3:若A＝Φ；S3.1:若SCMm中存在某一列的值为1，而其他服务的在该列的值都不为1，则将这一列在所有的SCM中移除，转到S2；S3.2:否则，输出“没有满足条件的替换服务”；S4:输出A，即为满足条件的替换服务集合。