基于任务能力包的服务柔性重组及构建方法*

吴　昉

(湖北工业大学　武汉　430068)



基于任务能力包的服务柔性重组及构建方法*

吴昉

(湖北工业大学武汉430068)

摘要以计算任务的需求和本质特征为基础,提出了基于任务能力包的服务柔性重组和构建思路,对任务能力包的体系结构,基于任务能力包的服务柔性重组功能和任务能力包的构建特点进行描述和分析,提出了基于接口层、资源层、集成层和应用层的任务能力包体系架构,建立了基于任务能力包的服务重组功能模型,实现了服务任务从功能活动到能力的构建与验证过程,支撑了新型网格计算及云计算服务化能力的提升。

关键词任务能力包; 柔性重组; 任务能力

Class NumberTP302.1

1　任务能力包概念模型

任务能力包是在信息基础设施提供的基础服务上,根据任务需求和活动的特点而构建的,基于SOA体系架构并应用多种网络服务建模方法的,满足特定能力的应用服务[1]。任务能力包将任务活动按照“关注点分离”的原则划分为多个部分,采用面向服务的思想,按照标准接口和协议重新开发或封装原有孤立业务系统,处于节点上的任何一个服务单元可以随时随地获取信息,实现任务能力包的“即插即用”,一旦完成任务,服务单元立刻释放获得的任务资源[2]。任务能力包的这种动态重新装配和再分配服务资源的能力,很大程度上提高了现有服务系统的集成灵活性。能力包系统与孤立系统相比,在多个方面都有明显的优势。

2　任务能力包体系结构

能力包构建于信息基础设施提供的基础服务之上,为各种任务节点的终端用户提供服务[3～4]。能力包的体系结构分为接口层、资源层、集成层和应用层四层[5～6],如图1所示。各层相对独立,功能相对稳定,下层为上层提供支持。

图1　能力包体系结构

接口层设计主要是实现数据访问接口、信息交换接口、服务通信接口等的接口规范,和信息基础设施提供的基础服务接口相匹配,其中数据访问接口用于规范基础数据的访问,信息交换接口和服务通信接口定义了各能力包与底层基础服务间的通信方式及信息交换方式。

资源层主要由构成该能力包的各种业务服务和相应的支持数据组成,是体现能力包的核心组成部分。对各种服务的选取,可以根据业务活动的具体要求,并结合服务所能提供的能力,设计开发相应的多目标匹配算法,并在此基础上,选择合适的资源。

集成层主要定义了能力包内部各种服务之间的集成机制和通信规范,是将各种基础服务和军事应用服务组合在一起的粘合剂。对于集成层的实现可采用面向服务的集成(Service Oriented Integration,SOI)模式[7～8]。SOI是一种标准化的松耦合集成模式,提供了一个标准的抽象接口,通过这些接口,服务之间可以进行交互,而不是使用底层的协议和自定义的编程接口来规定系统之间的通讯方式,其适用于各种条件下需要更大的灵活性和改动频繁的应用集成系统。

应用层主要负责提供能力包的对外表现规范形式,主要包括能力包的描述模型及能力包的封装机制和调用机制等。其中能力包描述主要包括能力包的编号、应用范围、业务功能和组织机构等内容,也是在发布与发现中心注册的主要描述信息,封装机制满足SOA的强自治特点,调用机制主要描述了外部调用方式。

能力包是由层次结构组成的,如图2所示,能力包由低层服务A、B、C组成,服务A、B、C又调用相应的数据、业务服务等资源,实现服务的功能;各个服务单元调用需要的服务能力,动态集成满足各类任务的业务服务系统。

图2　能力包层次结构图

3　基于任务能力包的服务柔性重组功能模型

而随着信息技术的广泛使用,信息系统的结构和组织应用模式提出了新的要求。各类信息系统中存在着大量的服务,服务柔性重组是新一代信息系统中服务应用的基本需求[9～10]。一方面,各类信息系统中的各类服务具有一定的功能粒度,单个服务功能通常有限,需要通过服务编排及重组来满足复杂的应用需求;另一方面,应用业务本身具有可分解、可组合的特点,在应用逻辑上对服务重组提出了客观需求。因此,服务柔性重组技术以其松散耦合、支持应用系统高效整合和业务流程随需应变的特点成为实现网络环境下信息资源共享和应用整合的重要支撑技术。随着越来越多军事信息服务的开发和部署,同时考虑到任务任务的可分解、可组合性以及信息服务功能粒度的局限性,面向任务的服务编排将成为构建和应用基于服务的信息系统的一种普遍现象。结合信息系统体系架构的特点及需求,采用面向业务应用的方式,构建一种基于任务能力包的服务重组功能模型,如图3所示。

图3　服务重组功能模型示意图

需要实现某项业务应用时,可以将任务被分解成多个子任务来执行,子任务的执行则由若干个任务能力包来实现。任务能力包由相关的应用服务或者核心服务封装而成,是直接面向任务的编排好的子任务流程,该子流程可以独立的完成某项子任务,也可以组合起来完成一项大的任务。任务能力包是新型如:云结构和网格结构的信息系统中的基本功能单元,是完成基本任务的元功能组件,封装了若干业务服务,通过定义标准的接口以服务的方式供用户访问的系统功能单元。任务能力包以基础的服务为基础,采用面向服务的思想,按照标准接口和协议重新开发或封装原有系统软件组件,实现任务能力包的“即插即用”,一旦完成任务,系统信息单元将释放获得的各类应用资源。任务能力包的这种动态重新装配和再分配信息资源的能力,很大程度上提高了业务应用的灵活性。

4　任务能力包的构建过程

能力包的构建是一个从功能活动到能力的过程,是将业务系统中的各类活动抽象为能力的过程。因此,能力包的构建实质上包括三个主要的阶段:能力包功能描述模型生成阶段,服务搜索阶段和服务集成阶段。

能力包的构建思路如图4所示。其中在能力包功能描述模型生成阶段主要是根据业务的特点,分析某个或者某些任务活动的功能要求,并将其转化为对任务能力包的能力需求。任务能力包功能模型的形成不是一蹴而就的,而要采取螺旋式的迭代过程,采用“提出模型一改进一验证”的方法,不断对功能模型进行改进,最终将业务活动转变为相应的能力包的功能模型。服务搜索阶段主要是根据功能模型的要求,在现有的各种基础服务和应用服务的基础上,搜索满足功能要求的各种服务。此阶段的主要工作就是设计开发与一体化信息基础设施所提供服务的匹配机制和各种匹配算法。服务集成阶段的主要工作就是明确能力包内部各种服务之间的逻辑关系,并将各种服务按照约定的集成规范进行集成。因为在执行业务活动时,各项操作之间都是有明确的执行顺序和交互要求的,因此在搜索阶段所获取的各种服务必须在集成阶段再进一步明确各种服务之间的逻辑关系。

图4　能力包构建思路

图5　任务能力包构建过程

根据图4任务能力包的层次模型和图5任务能力包构建思路,任务能力包构建过程可细分为如下四个阶段。

Stepl:能力包需求分析阶段:首先根据任务的使命特点,提炼出任务能力包的能力需求,并根据任务能力包的构建特点,确定所需的应用服务类型。

Step2:服务形式化描述阶段:根据服务匹配和组合的特点,选择合适的服务描述方法对服务进行形式化描述。

Step3:服务匹配阶段:在能力需求分析和形式化描述的基础上,应用服务匹配算法从已有的大量服务中选择合适的候选服务。

Step4:服务组合阶段:在已确定候选服务的基础上,通过一定的组合机制实现服务组合,完成任务需求。并通过一定的封装技术,以能力包的形式供用户使用。

任务能力包的构建是一个不断迭代的过程,应用的变化或者技术进步都会引起能力需求的变化,从而需对能力包构建过程做必要的调整。

5　结语

随着信息技术的广泛使用,云计算、网格计算等新型计算模式对信息基础设施的要求越来越高,现有体系结构中存在着大量的服务,服务柔性重组是现代信息基础设施的基本需求。一方面,服务体系中的各类服务具有一定的功能粒度,单个服务功能通常有限,需要通过服务编排及重组来满足复杂的应用需求;另一方面,任务本身具有可分解、可组合的特点,在应用逻辑上对服务重组提出了客观需求。因此,研究任务能力包的分解、构建和重组过程,以松散耦合、支持应用系统高效整合和业务流程随需应变的特点成为实现网络环境下信息资源共享和应用整合的重要支撑技术。

参 考 文 献

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收稿日期:2015年10月11日,修回日期:2015年11月25日

作者简介:吴昉,男,研究方向:云计算、大数据及系统结构。

中图分类号TP302.1

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.04.022

Package Service Flexible Restructuring and Building Method Based on Mission Capability

WU Fang

(Hubei University of Technology, Wuhan430068)

AbstractAccording to the demands and essential features of the computing task, a service flexibility recombination and construction thought are proposed based on the mission capability package. Through specific description and analysis to the system structure and constructing rules of mission capability package as well as its function of service flexibility recombination, a framework of mission capacity package is came up with based on interface layer, resource layer, integration layer and application layer. Meanwhile, a service reconfiguration function model is established for realizing the service tasks’ transmission process from functional activities to capacity construction and verification, supporting the ability of the new type of grid computing and cloud computing service.

Key Wordsmission capability package, flexible restructuring, mission capability