面向执行效率和可靠性约束的指挥业务服务选取算法研究

陈伟，程永靖

（国防信息学院 湖北 武汉430019）

面向执行效率和可靠性约束的指挥业务服务选取算法研究

陈伟，程永靖

（国防信息学院 湖北 武汉430019）

针对指挥业务服务选取问题，分析了指挥业务服务可靠性度量的方法，建立了基于冗余的指挥业务组合服务可靠性评价模型，并结合指挥业务自身的特殊需求，提出了一种面向执行效率和可靠性约束的指挥业务服务选取算法，该方法是在满足指挥业务整体约束条件和可靠性保证的前提下得出的近优解，因此能满足联合调度指挥业务流程复杂、多变的特性，为实现联合指挥调度的指挥业务服务自动组合奠定了基础。

服务组合；服务选取；可靠性；执行效率

军警民联合指挥调度系统是以军队为主导，整合武警、公安、党政等多方资源和力量遂行联合行动应对重大突发事件的一种应急指挥调度系统。联合指挥调度系统上的指挥业务组织运用是一项严密科学的组织活动，指挥业务组织运用的科学性、高效性是联合行动指挥调度系统高效运转的前提，是军警民联合快速及时应对突发事件的重要保证。一方面，军警民联合力量在随行多样化任务时处于经常变化的业务环境中，联合指挥调度系统必须能根据业务需求，快速、灵活地实现指挥业务流程集成，才能适应这种变化；另一方面，由于军警民联合行动中的指挥业务多样性，以及各部门各组织力量之间指挥业务关联的复杂性，如何有效的支持军警民各部门各力量之间指挥业务的集成已成为军警民联合指挥调度系统研究所面临的重大挑战。

以开放技术和标准为核心，强调互操作性和开放性的服务组合技术为解决此问题提供了一种极佳的解决方案。指挥业务服务组合能够将已有相对简单的指挥业务服务，按照一定的业务逻辑组合起来，集成为具有复杂功能的指挥业务流程，从而提供更强大、更完整的指挥业务能力。当指挥业务流程发生改变时，系统通过动态组合已有的指挥业务服务，而无需重构单一复杂的指挥业务，可较好地适应业务环境中的多变性和动态性，同时指挥业务流程集成的复杂性也能得到较好的解决。

服务选取是服务组合的一个关键步骤，是指挥业务组合服务能否完成指挥实体个性化指挥需求的前提和重要保障。由于军警民联合指挥调度系统中指挥业务的特殊需求，导致其尤为强调指挥业务的可靠性和执行效率，因此本文在研究指挥业务服务选取方法时将这两个因素作为首要考虑的条件，以此来进行指挥业务服务选取的研究。

1 指挥业务服务的可靠性度量

指挥业务服务的可靠性定义指的是在规定条件下和约束时间内，指挥业务服务满足用户需求且完成既定功能的能力。在指挥业务组合服务的研究过程中，指挥业务服务的可靠性计算从发出业务请求开始，指挥业务服务的可靠性除受到服务器端可靠性的影响外还受到网络传输可靠性的影响，这样指挥业务的可靠性即是指挥业务从源端到目的端每一阶段可靠性的乘积。从这个角度来说指挥业务服务可靠性的计算公式为

整个指挥业务服务可靠性能细化为请求消息传输到服务器端的可靠性Reltran-up、服务器端处理服务请求的可靠性Relproc以及响应消息传输到请求端的可靠性 Reltran-down三部分。然而按照该公式计算业务服务的可靠性并不方便，指挥业务服务的可靠性可通过在服务调用端统计服务执行成功次数与被调用总次数之比来计算其可靠性

其中 countstotal代表服务被调用次数，countssucceed代表countstotal次调用中成功返回服务执行结果的次数。该方法是目前最常用的Web服务可靠性计算方法，本文也采用此算法来计算指挥业务服务的可靠性。

2 指挥业务组合服务可靠性评价模型

军警民联合指挥调度系统指挥业务组合服务流程可被定义为一个具有不同业务功能的指挥业务相互关联形成一组具有依赖关系的组合任务，从而形成更大粒度的指挥业务，满足指挥力量的更高级的指挥业务需求。近年来，人们使用了多种方法对组合服务结构进行建模，如有向图、Petri网以及UML的状态图等。文中将指挥业务服务组合流程限制为由最常用的顺序流程结构、分支流程结构、并行流程结构和循环流程结构这四种结构之间有限次的递归嵌套。目前，组合服务的可靠性研究均是基于非储备的可靠性模型进行研究，而本文借鉴软件容错的思想，即在指挥业务服务组合流程上的各个任务选取多个待执行的备选指挥业务服务，每个指挥任务不仅对应一个服务实例来执行，通过冗余的指挥业务来保证组合服务流程的可靠性。下面对指挥业务服务的原子业务以及四种组合服务流程的可靠性评价模型进行详细介绍。

1）原子业务

原子业务是指完成某类特定的指挥业务的单个指挥业务服务，是指挥业务服务组合流程的最小单元。其构成可描述为：＜原子业务标识，原子业务名称，原子业务描述，可靠性描述，执行效率＞等；设原子业务taski所对应的第j个Web服务的可靠度为WSi，jR，则原子任务taski的可靠度taskiR可由并联系统公式写出

2）顺序流程结构

指挥业务组合服务中的每个任务对应多个指挥业务服务，则顺序流程结构在基于冗余情况下的可靠性模型如图1所示，图中假设流程中的每个任务均为原子业务。

图1 指挥业务顺序流程结构图

设该流程结构中有n个任务，则整个顺序结构的组合服务可靠度sf.R又可用串联系统公式得到

由于每个任务均为原子业务，则该流程结构的组合服务可靠性sf.R为

3）分支流程

基于冗余的思想，指挥业务组合服务中的每个任务应该对应多个备选服务，则分支流程的可靠性模型如图2所示，图中假设流程中每个分支均由原子任务组成。

图2 指挥业务分支结构流程图

设该流程结构共有n个分支，由图2可知，每个分支上的任务均有可能被选取执行，所以分支结构的可靠性值应等于分支结构上所有任务的可靠度最小值，具体计算公式如下

4）并行流程

指挥业务组合服务并行流程的可靠性评价模型如图3所示，图中假设每个并行路径均由原子任务组成。

图3 指挥业务并行结构流程图

设该流程共有n个并行分叉，由图3可看出，并行结构与顺序结构的处理方法应相同，故计算方法类似，得到公式如下

5）循环流程

指挥业务循环流程的组合服务可靠性模型，如图4所示。图中假设被循环执行的路径由一个原子任务组成。

图4 指挥业务分支结构流程图

其中g为循环次数，则该循环结构可看成g个顺序结构串联而成，则其处理方法与顺序流程类似，计算公式如下

3 指挥业务服务选取方法

文中在指挥业务服务选取的过程中加入执行效率和可靠性双重约束，因此要建立面向执行效率和可靠性的指挥业务服务选取的数学模型，该模型应遵循如下基本原则：

1）组合服务流程的各个任务对应尽量多的待执行备选服务；

2）组合服务流程中的单个指挥业务服务在执行效率上的评价值不低于组合服务执行效率的全局约束值；

3）组合服务的可靠性达到最优；

综上所述，可以将面向执行效率和可靠性约束的指挥业务服务选取问题转化为下面的数学问题进行解决

指挥业务服务与传统的部署在Internet上的Web服务具有较大的不同，Web服务是由分属于不同的人或企业在Internet上部署满足其特定需求的服务，用户在调用该服务时并不能完全掌握该服务的具体信息，只能单纯的使用其提供的服务能力；而指挥业务服务是部署在军警民联合指挥调度信息服务中心，即是由内部人员自行部署，因此指挥业务服务的描述信息将比Web服务的描述信息更详细且更透明。例如原子指挥业务服务的可靠性可通过前期的测试清楚的写入到该指挥业务服务的描述信息中，并通过执行过程中的不断测试来更改其值。基于此特点，该描述模型中的约束值均可通过预计算得到。式中，WSi，k表示第i个任务的第k个服务实例，WSi，kE表示第i个任务第k个服务实例的执行效率评价值，其是业务执行时间的倒数，n是组合流程任务数，taskiE表示第i个任务对应的待执行备选服务中执行效率的最大评价值，QE为指挥业务组合服务执行效率的全局约束值，每一个指挥业务的单个执行效率值均不能低于全局约束值，Si代表第i个指挥业务服务最终的服务评价选取值。由此可知，在各个待执行备选服务集中任选一个服务实例组成指挥业务服务组合的执行方案，则该方案的约束值均不大于全局既定的约束值。所以，在进行服务替换时，无需考虑替换后组成的新执行方案是否满足全局约束的情况。

针对上面提出的指挥业务服务选取模型，面向执行效率和可靠性约束的军警民联合指挥调度系统服务选取算法流程，如图5所示。

该算法首选确定指挥业务组合流程中每个指挥业务阶段的备选服务集并设定指挥业务组合服务的全局执行效率约束值，通过对每个备选服务集上的指挥业务服务的执行效率预计算，剔除不满足全局约束值得候选服务，将满足执行效率约束条件的按照执行效率和可靠性权重分配比计算指挥业务服务最终的选取参考值，并对其进行排序，最终选择排名最高的指挥业务服务。每一阶段均按照此法进行计算，最后计算指挥业务组合服务的整体可靠性，判断是否满足全局可靠性约束。

4 结束语

互联网上日趋成熟的服务自动组合技术为军警民联合指挥调度系统指挥业务服务自动组合提供了一种极佳的解决方案，避免了各职能部门独立建设的应急指挥调度系统自成体系、互不兼容，在应对重大突发事件时指挥信息流转不畅，资源共享效率较低，各方力量难以有效协调。本文针对指挥业务服务选取问题，对指挥业务服务的可靠性度量及可靠性评价模型进行了详细描述，并以指挥业务服务的执行效率和可靠性为约束条件，给出指挥业务服务选取模型，并设计了基于执行效率和可靠性的指挥业务服务选取算法。本文提出的选取算法并不是全局最优的指挥业务组合服务，但本算法是在满足指挥业务整体约束条件和可靠性保证的前提下得出近优解，因此可基本满足指挥实体对指挥业务的需求。

[1]江阳.Web服务组合与验证相关技术研究[D].长沙:中南大学，2011.

[2]岳昆，王晓玲，周傲英.Web服务核心支撑技术:研究综述[J].软件学报，2004，15（3）:428-442.

[3]张仙伟，张璟.Web服务的核心技术之一——SOAP协议[J].电子科技，2010，23（3）:93-96.

[4]马军慧，马军德.Web服务中的QoS研究[J].电子科技，2007（8）:57-59.

[5]张仙伟，张璟.Web服务中信息安全的综述[J].电子科技，2009，22（9）:90-94.

[6]王一飞，吴素芹，王榕.Web服务组合建模的研究[J].通信技术，2009，42（7）:140-142.

[7]温小云，师宇杰，牛忠霞.系统可靠性模型综述[J].电子产品可靠性与环境试验，2005，23（3）:57-62.Testing，2005，23（3）:57-62.

[8]高磊，董云卫，张凡，等.一种AADL系统可靠性模型转换方法[J].计算机工程，2011，37（14）:21-26.

[9]杨春晖，熊婧，李冬.分布式系统可靠性模型研究[J].计算机工程，2012，38（3）:51-53.

[10]王正，谢里阳，李兵.考虑载荷作用次数的失效相关系统可靠性模型[J].东北大学学报:自然科学版，2007，28（5）:704-707.

[11]卢明银，徐人平.系统可靠性[M].北京:机械工业出版社，2008.

[12]文世挺.服务组合的选择，验证及其评价机制研究[D].合肥:中国科学技术大学，2012.

[13]夏亚梅，程渤，陈俊亮，等.基于改进蚁群算法的服务组合优化[J].计算机学报，2012，35（2）:270-281.

[14]刘卫宁，刘波，孙棣华.面向多任务的制造云服务组合[J].计算机集成制造系统，2013，19（1）:199-209.

A commanding service selection algorithm for execution efficiency and reliability constraints

CHEN Wei，CHENG Yong-jing
（Defense Information School，Wuhan 430019，China）

Aiming at commanding services selection，this paper proposed a commanding service reliability evaluation model based on redundancy，andthe reliability measure method for Commanding Services is analyzed.Considering the special requirement of commanding services，we proposed a commanding service selection algorithm for execution efficiency and reliability constraints.This method is a good choice which is to meet the overall constraints and reliability assurance of commanding services，it can satisfy the command process`s complexity and variability of the joint command information system，and lay the foundation of the automatic commanding service composition for unified command.

service composition；service selection；reliability；execution efficiency

TN99

A

1674－6236（2016）24-0057-03

2016-03-07 稿件编号：201603076

陈 伟（1988—），男，山东莱州人，硕士研究生，助理工程师。研究方向：军事运筹学。