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自主Web服务组合需求模型及自动机制设计研究

作　者: 冯伟
导　师: 叶荣华
学　校: 浙江师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: Web服务 SOA Agent 图规划自动机制设计
分类号: TP18
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

Web服务是一种独立于平台和实现的软件构件,可以在网络中被描述、发布、查找,通过调用的形式能够实现异构平台之间的互连和集成。Agent理论技术在面向服务计算领域的应用为研究Web服务的自动发现、交互以及自动组合工作提供了一种良好的指导,它使服务从被动等待调用的软件实体演变为主动提供服务的智能Agent成为了可能。利用Agent的主动特性,可以将Web服务构建成一种主动的智能Agent实体,从而能够根据自身的能力在环境中去发现可参与的用户需求,并最终向该服务需求形成一种聚集现象,这种主动提供服务的方式为面向服务计算的研究提供了一个全新的角度。在自主Web服务环境当中,聚集在需求周围的服务Agent将会通过一系列的协商来形成有利于需求解决的服务联盟,从而完成服务的自动组合工作。但这种多Agent的自主协商是一个开放、动态、不确定的过程,它所涉及到的工作不仅仅体现在各个Agent之间的相互通讯方面,更为重要的是如何协调管理这些Agent的全局行为。在动态的自主协商过程中,各个参与Agent仍然会保有自私的一面,也就是在实现用户请求都会得到相应报酬的前提下,它们都会采取适当的措施来试图使自身所获得的利益最大化。通常,服务Agent往往会通过提供虚假的服务信息来引导服务联盟向着对自身最有利的方向发展,而这种自利性将会导致产生的服务联盟并非最有利于需求的解决。因此,我们必须制定一些相关的规则,用于约束全局Agent的行为,从而引导服务联盟向着有利于需求解决的方向发展。传统的多Agent系统当中,大多是采用机制设计(Automated Mechanism Design,简称AMD)来产生能够约束各个Agent行为的全局规则,以确保协作的有效性。那么本文的研究重点之一就是将自动机制设计(AMD)理论运用到主动服务环境当中,探讨如何有效地进行面向主动服务环境的自动机制设计,其中的关键还是如何利用自主Web服务环境当中的可用信息来构建AMD的计算集,大致包括Agent参与代理集的设计、针对需求的特定产出的确定、各个Agent合适类型集的定义、代理的某一类型对特定产出的效用表示以及最终的目标函数的制定。最后,我们可以把机制设计转化为相应的优化问题,利用线性规划方法来进行处理,从而得出能够反映服务组合信息的优化解。进行面向主动服务环境的自动机制设计之前,我们必须能够提取出足够的可用信息以支撑自动机制设计所涉及的计算集合的构造,而这些有效信息主要来源于对用户需求以及Web服务的形式化描述方面。Web服务所能提供的信息大致可以从功能属性以及非功能属性这两个方面来进行挖掘,目前相关的研究成果还是比较丰硕的,而从主动服务的角度来研究组合服务需求的报道则相对比较少,而更为重要的是它们并非完全适用于自动机制的设计当中。因此,本文首先将继续沿用环境本体作为基本的语义支撑,利用图规划算法的相关理论知识,提出一种基于规划图的服务需求模型以支撑面向主动服务环境的自动机制设计。基于以上两点,本文所要做的工作主要表现在以下4个方面：(1)提出基于环境本体和规划图的服务需求模型。针对自主Web服务环境,以环境本体作为服务与需求之间相互理解的基础语义指称,借鉴图规划算法的第个阶段一规划图的扩展,利用一个具有两类结点三类边的类规划图结构来表示组合服务需求。(2)定义组合模式的概念及并给出一种提取算法。定义服务需求的每个逻辑实现方案为一个组合模式,在功能层面上,将组合服务需求等效成多个组合模式的形式,并且其中任一组合模式的实现都能代表服务需求的满足。此外,继续沿用图规划算法的第二个阶段一有效解的提取,给出了一个可行的组合模式提取算法,其主要包括两大步骤：1.构建一棵组合模式生成树；2.从组合模式生成树中提取需求的全部组合模式。(3)面向主动服务环境的自动机制设计。利用主动服务环境中的特定信息,设计出一种合适的机制,用以保障服务Agent联盟的有效形成。在制定自动机制设计的计算集合时,将需求中的原子任务作为Agent代理,用合适的服务作为代理的类型,把组合模式视为需求的特定产出,从服务质量以及服务的可替代性两方面综合考虑,以服务的实现能力作为设计效用函数的直接依据,将最终的目标函数设定为组合服务所具有的最强的实现能力值的形式。(4)设计旅游安排案例来验证以上理论研究的可行性。为了验证本文的理论研究部分,我们选取经典的旅游安排案例作为最终的验证案例,具体分析旅游安排需求的构建、组合模式的提取以及自动机制设计的相关计算集的设定过程,最后将实验结果与所有可行方案进行直接的比较,从而体现以上研究的有效性。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-11
第1章绪论  11-21
  1.1 引言  11-13
  1.2 研究现状  13-17
  1.3 本文的主要内容  17-19
  1.4 论文的组织形式  19-21
第2章主动服务环境  21-29
  2.1 需求驱动的服务聚集平台  21-22
  2.2 相关的支撑理论  22-27
    2.2.1 Agent技术  22-24
    2.2.2 环境本体  24-26
    2.2.3 意图-行为-实现机制  26-27
  2.3 本章小结  27-29
第3章基于规划图的服务需求模型  29-46
  3.1 图规划算法  29-34
    3.1.1 图规划理论  29-30
    3.1.2 规划系统  30
    3.1.3 图规划算法的应用  30-34
  3.2 基于规划图的服务需求模型  34-39
    3.2.1 状态变迁及原子任务  34-36
    3.2.2 基于规划图的服务需求模型  36-39
  3.3 组合模式及其提取过程  39-42
  3.4 基于分布式规划图的服务需求合成  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章面向主动服务环境的自动机制设计  46-65
  4.1 自动机制设计理论  46-49
    4.1.1 自动机制设计  46-47
    4.1.2 自动机制设计的应用  47-49
  4.2 面向主动服务环境的自动机制设计  49-55
    4.2.1 Agent类型与目标产出  49-50
    4.2.2 服务质量及其等级层次划分  50-52
    4.2.3 效用形式及目标函数  52-53
    4.2.4 由AMD到线性规划问题的转化  53-55
  4.3 模拟实验  55-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章案例分析  65-80
  5.1 案例设计的总体思路  65
  5.2 旅游安排案例  65-68
  5.3 实验环境及工具  68
  5.4 实验的初始数据  68-69
  5.5 实验的实施过程  69-73
    5.5.1 基于规划图的组合模式提取过程  69-71
    5.5.2 机制的设计及求解过程  71-73
  5.6 实验结果与分析  73-80
    5.6.1 实验结果  74-75
    5.6.2 实验结果的分析  75-80
第6章总结与展望  80-82
  6.1 研究总结  80-81
  6.2 研究展望  81-82
参考文献  82-87
攻读硕士学位期间主要的研究成果  87-88
致谢  88-90

自主Web服务组合需求模型及自动机制设计研究

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