将服务水平目标最优分解为策略断言

摘要

WS-agreement指定了每个合作伙伴有义务提供的质量目标。为了满足质量目标，相应的合作伙伴应该对其web服务应用适当的策略断言，并相应地调整它们的参数。在一些相关的工作中讨论了从WS-CDL到WSBPEL的转换，但它们都没有考虑转换的质量方面，也没有考虑运行时的适应性。在这里，为了与web服务标准保持一致，我们提出了一种最优的分解方法来生成一组WS-policy断言。断言可以应用于WSBPEL元素并影响它们的运行时行为。分解方法为性能指标获得最佳结果。它还通过减少服务重选的数量来保证最低的适应开销。以证券结算为例，对分解方法进行了原型和评价。结果显示，客户满意度(我们案例研究中的目标绩效指标)和适应性开销之间存在一个可接受的阈值。

1.介绍

WS-CDL是描述协作业务流程的编排标准。它显示了本地WSBPEL流程之间所有交互的全局视图。由于WS-CDL只指定每个合作伙伴的功能责任，WS-agreement [1用于定义服务提供者及其使用者之间的服务级别目标。它将向消费者保证，他们得到了他们支付的服务，并将责成服务提供者实现其服务承诺[2］．因此，服务提供者应该显式地管理其本地WSBPEL流程的质量属性，以实现服务级别目标。评估新的质量目标对WSBPEL过程的影响并不简单。尽管质量目标是在编排级别定义的，但必须通过应用适当的策略断言在编排级别实现(参见图)1)．

在文献中有两种类型的转换，包括模型驱动的(以集成为目标)和形式化的(以验证为目标)，但是它们都没有考虑转换的质量方面或运行时适应性。模型驱动的方法将WS-CDL元素转换为BPEL和WSCDL中各自的替换项。这允许跟踪从编排到编排的更改，反之亦然，这是编排适应范围中的一个重要问题。另一方面，一些研究将WS-CDL元素形式化。他们试图验证服务编排的几个方面，如协议兼容性、时间限制和消息顺序。

在本文中，我们提出了一种将服​​务级别目标分解为WS-Policy断言的方法。断言可以应用于WSBPEL元素并影响其运行时行为。虽然断言描述了在质量目标方面应该做些什么，适应战略实施实现目标的活动。例如，性能断言可能导致较慢的服务提供商以更有效的速度（即，服务重选自适应策略）替换。

本文的其余部分安排如下。WS-Appard的结构在一节中描述2．节3.，我们将解释如何以最佳方式将服务级别目标分解为策略断言，并将此类策略与它们应该应用的服务主体关联起来。为了对提出的方法进行原型化和评价，我们在本节中定义了证券结算案例研究4．本节的结论是适应性效率的结果。部分5提出了相关的工作。最后,部分6提供的结论。

2.协议的结构

服务提供者基于其能力、资源和与其他提供者接受的协议提供提出协议模板。如图所示2，协议在概念上由几个不同的部分组成。（可选）名称后的部分是上下文，其中包含整个协议的元数据。它命名协议的参与者和协议的生存期。下一部分包含描述协议本身的术语。

协议定义服务级别属性和服务级别目标（SLO）。SLO表示为对服务属性和/或外部因素（如日期和时间）的断言。服务术语包括serviceproperties.和ServiceReference来描述服务属性的所有方面。保证条款包含服务示波器，QualifyingCondition， 和servicelevelobjective.指定特定服务期限上的条件断言。

3.最优分解方法

处理用户请求的过程如图所示3.．对于每个用户的请求，我们根据用户的喜好和网络服务的质量保证来确定适当的质量值。为了应用标识的质量值，我们定义了它们相应的策略断言。然后，为了实现断言，我们分别实现了改变现有协议或修改现有服务提供商的重新协商和重新选择自适应策略。

要分解（编舞级别）服务级别目标（编排级）策略断言，首先我们整合相关标准（见图4)，然后给出了分解方法。

3.1。策略定义和分配

策略包含一个或多个断言;每一个都标识策略主题的需求或功能。策略断言表示对服务质量的低级约束。例如，WS-ReliableMessaging [3.描述SOAP消息可靠交付的协议，或WS-Security描述SOAP消息传递的增强以提供保护质量[4］．

如算法所示1，我们为定义特定于域的断言指定了一种通用格式@ id属性标识所包含的XML文档中的策略表达式。的[QoS]令牌确定此断言的服务质量与（例如，性能）相关的服务质量。的重量属性定义此服务对整个WSBPEL流程的影响；它主要与用户的首选项有关。服务质量的定义及其度量指标是特定于域的；因此，断言还应包含使用上下文令牌类型用于为当前上下文指定合适的度量值。例如，性能可以分别通过网站负载或作业提交系统中的平均响应时间或吞吐量来衡量代币价值表示质量属性的值。在我们的工作中，断言及其属性和值在服务级别目标的分解后指定。

策略可以在内部或外部引用PolicyReference元素。的PolicyReference @URI属性引用策略。在算法中2一项政策# PerformancePolicy标识被外部引用wsdl:服务元素。在此示例中，性能策略将应用于行为或方面SettlementService作为一个整体。

WS-agreement支持策略定义和策略分配。WS-Policy也是建模和表达断言的标准框架，但它不支持策略分配。因此，我们使用WS-PolicyAttachment作为将策略应用到服务元素的扩展。WS-PolicyAttachment定义了两种通用机制，用于将策略与它们所应用的服务主题关联起来[16］．策略可以应用于服务的任何部分，如端点、绑定、端口、portType、操作和消息。如算法所示3.，外部机制包括适用于和PolicyReference元素用于标识哪些服务主体在哪些策略的控制之下。嵌入式机制添加了PolicyReference除此之外，服务还需要明确确定控制范围。

3．2.集成

数字4显示WS-Again和“WS-Policy和WS-PolicyAttachment”标准之间的映射。使用策略附件机制，WS-ApparationServiceScope是由适用于元素或通过添加PolicyReference一个特定的服务对象。

WS-agreement的QualifyingCondition是一种可选条件，必须满足（指定时）以便执行保证。它用于表达几个服务级别目标的前提条件。因此，我们补充说先决条件来PolicyReference指定在什么条件下应用保险单。的类型先决条件是xs: anyType．可以使用断言语言对其进行扩展，以满足特定协作领域的需求。

3.3.分解

业务流程的性能要求被指定为具有目标值的性能指标，这些目标值将在某一分析周期内达到[17］．关键性能指标(KPI)是由运行时监视机制度量的关键指标，以防止违规。它同时具有质量方面(例如，子过程持续时间、服务可用性和服务安全性)和过程方面(例如，订购产品的数量和客户类型)[18］．在某些情况下，KPI度量不是绝对的;它与用户的喜好有关。例如，客户满意度是一个相对的KPI;它与满足用户喜好的质量水平有关。首选项提供了一种方法，用户可以通过它指定他将满意的服务质量水平。例如，当一个人请求低成本和高性能的流程执行时，所有合作伙伴在提供服务时都应该考虑这些约束。尽管KPI通常强制对协作业务流程提出质量要求，但sla仅对提供给服务消费者的服务属性指定约束。因此，服务提供者必须控制服务策略，并应用适应策略，以符合合作协议和用户的偏好。

业务流程包括多个以服务为中心的任务；每一个都在运行时绑定到一个web服务。web服务使用不同的消息交换（组合）模式进行通信，如序列、并行、循环、fork和join。在这里，我们提出了一种优化分解服务级别目标的方法，并针对以服务为中心的任务指定相应的质量策略。

我们应用非线性规划方法来模拟我们的优化问题。如下所示，目标函数是一个具体的KPI。KPI的定义基于以下四个因素:(1)使用环境，(2)质量聚合公式[19]根据每项服务质量，（3）服务提供商质量保证，以及（4）用户偏好(1），指定服务质量，在哪里指定KPI的有效品质数，指定的权重(重要性)， 和是聚合公式吗．每个服务质量和组合模式都是不同的。例如，假设一个web服务序列;成本和可用性聚合公式如下:；.优化问题的模型规定如下。

求目标函数的最大（最小）值： 在哪里 这是以下内容：(一)为每一个，明确每项服务的质量保证。（ii）为每一个，指定用户的首选项。

4.评价

4．1.个案研究:证券结算[20.，21］

清算和结算是金融市场的基本过程。交易执行后，记录提交给清算机构，该机构匹配买卖双方的记录，并确认对方同意条款。在结算过程完成后，代理机构通过结算过程满足证券的交付要求。结算机构从买家那里接收现金，从卖家那里接收证券，在交易结束时，将证券交给买家，将现金交给卖家。清算结算机构的客户是经纪公司。经纪公司可以在证券市场使用不同的结算和清算机构。他们接受来自不同客户的交易，如个人、机构投资者、发行或管理债券的公司。如图所示5，客户可以提交他们进行的交易，由经纪公司通过和解服务界面。从经纪公司的角度来看，它应该绑定到清算和结算网页服务交换证券。为经纪公司的客户，表现和成本和解服务是必不可少的;它们是客户偏好的参数。性能与清算和结算过程的响应时间有关。该费用涉及结算网络服务和经纪公司资源的消耗。经纪公司可以在证券市场上使用不同的代理机构。在收到客户提交的交易信息后，他们会与现有的代理机构协商新的质量协议，或者寻找合适的代理机构来满足客户的偏好。

4．2．原型

如图所示5，证券结算流程包括两个以服务为中心的任务序列(清算和结算)。目标函数是客户满意度，它取决于响应时间和成本质量属性。目标是实现客户满意度的最大化;因此，我们应该同时考虑服务质量保证水平和用户的偏好，得到最小响应时间和最小响应成本。如下所示,定义两个web服务序列的聚合公式。我们还分别考虑了响应时间和成本的0.6和0.4权重(重要性)因素。最大的客户满意度是实现的价值是最低的。响应时间缩写为rt;成本简写为；结算和结算网络服务分别以其名称表示: 应用单纯形法[22这个问题的结果是 因此，客户满意的最大价值是

根据上述结果，经纪公司应该对以服务为中心的任务应用四种新的策略。新策略如表所示1．经纪公司还应实现再谈判适应策略，根据新政策制定新的协议报价，并将报价发送给清算结算机构。

4．3．适应效率

分解方法坚持与现有供应商合作，并就新的质量协议进行谈判。但如果该方法没有找到满足所有约束条件的解，则对应的伙伴应应用其他适配策略，如重新选择或重新配置。这些策略比重新谈判带来更多的开销，但可能导致更高的客户满意度，因为它们发现了新的服务提供商，并建立了与用户请求完全匹配的协议。这意味着分解方法会引起一些不满，但保证了最低的适应开销。因此，我们根据证券结算的案例研究，建立了一个评估计划来衡量客户满意度和以下情景的适应开销。

场景I.。使用我们建议的分解方法。该方法通过使用现有清算和结算机构提供用户偏好。它坚持重新协商。仅当现有机构无法提供质量目标时，才使用重新选择。

以不同偏好的72个请求测量客户满意度。对于每个请求，响应时间和成本的偏好是随机定义为低，中等或高。这些范围定义如下：响应时间5-40，中:41-60，高:61 -、成本5-40，媒介：41-70，高：71-．在评估之初，将结算与结算网络服务的质量保证水平设定为:结算网络服务17-57、成本:18岁、结算网络服务25-60、成本:45 -。我们还考虑了清算和结算网络服务的10个备选方案；每个方案都提供不同的质量保证级别。

重新选择自适应策略包括以下三个活动:(1)服务发现，(2)服务选择，(3)服务绑定。服务级别协议的协商也在服务绑定期间完成。因此，我们分别考虑(1)和(3)实现重协商和重选择适应策略的开销值。评估基于上述配置开始。分解方法用于衡量每个用户偏好的客户满意度，以查看是否可以通过与现有web服务提供商协商(即重新协商)或选择新的web服务提供商(即重新选择)来实现。

场景二世．重选算法用于发现和选择每个用户的偏好的新消息和结算代理。

重新选择算法找到与用户请求完全匹配的新服务提供者。选择新的合适的web服务的结果是，获得了最大的客户满意度，但随之而来的是更多的适应开销。

如表所示2，结果表明，分解方法（场景  一） 与场景相比，实现87%的客户满意度和45%的适应开销降低  二,。

5.相关工作

在从WS-CDL到WSBPEL的转换中有一些相关的工作，但它们都没有考虑转换的质量方面，也没有考虑运行时的适应性。在[5，6，提出了一种模型驱动的转换方法，以从全局WS-CDL模型驱动BPEL流程定义。它提出了WS-CDL和WSBPEL构建块之间的映射。此外，可以使用映射从现有的WS-BPEL流程生成WS-CDL描述。在另一种模型驱动方法中，CDL2BPEL [7算法根据知识库将WS-CDL转换为“BPEL和WSDL”元素。知识库包含通用模式，可将WS-CDL实体转换为BPEL和可选WSDL中各自的替换项。该算法从交互和“令牌/令牌定位器”中提取WSDL接口。BPEL4Chor [8是一种中间语言，用于对齐编排和编制。BPEL4Chor在BPEL之上添加了一些构造，以支持所有服务交互模式。除了作为一种可执行语言之外，BPEL4Chor还是WS-CDL的一种替代语言。最近，一种简单语言(CDL) [9]介绍了一种形式化WS-CDL的参与者角色和角色之间的协作的方法。它们使用旋转模型检查器自动推理指定系统应该满足的属性。此外，为了验证WS-CDL协议不匹配，提出了描述WS-CDL实体的转换规则利用时间自动机[10]和彩色petri-net [11，12)规范。摩西(13是一个基于MAPE组件的基于qos的自适应框架。它被归类为一种自适应的适应方法。MOSES使用抽象组合来创建新的流程，也使用服务选择来动态地将流程绑定到不同的具体web服务。MOSES适用于将面向服务的系统架构为组合服务的情况。在[14]，模糊控制器用于改进基于上下文信息(如用户、环境和计算上下文)的基于服务的应用程序。Beggas等人[15提出了一种中间件，该中间件使用模糊控制系统来计算理想的QoS模型，以适应上下文信息和用户偏好。然后，中间件从所有具有最接近理想QoS值的变体中选择最优的服务。我们使用以下指标对相关研究进行分类:方法的用途是什么?(整合、适应和验证)，该方法涵盖了哪方面?(功能，质量)，以及使用什么策略来满足研究目标?分类结果如表所示3.．

6.结论

在本文中，我们提出了一种将WS-Agane服务级别的方法分解为WS-Policy断言。断言可以应用于Web服务元素并控制其运行时行为。因此，我们可以轻松地改变协作域中的质量目标，并跟踪它们对每个合作伙伴的所有相关服务参数的影响。为了响应新的断言，应用服务适应策略（例如，重新标准，重选）来修改WSBPEL进程。

考虑重新协商和重新选择服务适应策略，后者的开销更大;因为应该发现一个新的服务提供者，所以应该向该提供者发送一个新的协议报价，并建立一个新的绑定。如果我们想要获得最佳的业务绩效指标，除了适应性的开销之外，还需要考虑用户的偏好和服务质量保证水平等其他约束。我们用非线性规划方法在一个优化问题中建立了这些约束的模型。在证券结算案例研究中对该方法进行了评价。该方法减少了适应开销，并获得了可接受的客户满意度。

象征

参数

：	H服务质量
：	重量(重要性)
：	聚合公式
rt:	响应时间
：	成本。

缩写

ws - cdl:	Web服务编排描述语言
WSBPEL:	Web服务业务流程执行语言
KPI:	关键绩效指标
QoS:	服务质量。

利益冲突

作者声明，本论文的发表不存在利益冲突。

参考文献

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