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《QoS 感知的Web 服务选择》可作为服务计算、分布式计算、可信计算、Web 服务应用等领域的研究人员与工程技术人员的参考书，也可作为计算机科学与技术、软件工程、管理信息系统和决策理论与方法等相关专业的研究生教材。

内容简介

　　QoS感知的Web服务选择的关键问题主要包括服务提供者QoS信息的真实性判断，不确定QoS、*QoS情况下的服务选择，组合服务运行时高效服务选择等方面。为此，本书以自身在这些方面所作的工作为主体，并结合本领域近年来得到广泛认可的工作成果，在基础知识、Web服务信誉度量、局部服务选择策略、全局服务选择策略4个方面对QoS感知的Web服务选择问题及已经经过验证的解决方案系统地进行分析和阐述，力求使读者能系统地了解并掌握QoS感知的服务选择的最基本、最重要的研究成果。

作者简介

目　　录

前言
第1章Web服务概述
1.1 web服务发展的背景
1.2面向服务计算与面向服务架构
1.3 Web服务
1.3.1基于分布式对象技术SOA存在的问题
1.3.2 Web服务概念及其特点
1.3.3 Web服务技术层次
1.4小结
第2章QoS感知的Web服务选择问题
2.1 Web服务组合
2.2 Web服务组合系统的特性
2.3 Web服务组合QoS保障问题
2.4 Web服务QoS语义描述

前言 第1章Web服务概述 1.1 web服务发展的背景 1.2面向服务计算与面向服务架构 1.3 Web服务 1.3.1基于分布式对象技术SOA存在的问题 1.3.2 Web服务概念及其特点 1.3.3 Web服务技术层次 1.4小结 第2章QoS感知的Web服务选择问题 2.1 Web服务组合 2.2 Web服务组合系统的特性 2.3 Web服务组合QoS保障问题 2.4 Web服务QoS语义描述 2.4.1服务本体 2.4.2 QoS本体 2.4.3扩展Web服务机制支持QoS管理 2.5 Web服务选择问题 2.5.1局部选择策略 2.5.2全局选择策略 2.5.3混合选择策略 2.6 00S感知的服务选择核心问题 第3章基于QoS相似度的Web服务信誉度量 3.1 引言 3.2信誉度量基础 3.2.1信任与信誉 3.2.2信誉系统体系结构 3.2.3常见信誉度量模型 3.3基于QoS相似度的信誉度量系统模型 3.4质量相似度算法 3.5基于QoS相似度的信誉计算 3.5.1贝叶斯信誉系统 3.5.2信誉计算模型 3.6实验分析 3.7小结 第4章随机QoS感知的Web服务信誉度量 4.1 引言 4.2 Web服务QoS随机性表示与获取 4.2.1 QoS随机性 4.22随机QoS概率分布函数的获取 4.3基于随机优势的Web服务信誉度量 4.3.1随机优势概述 4.3.2信誉度量模型 4.3.3信誉度量模型理论分析 4.4实验分析 4.5小结 第5章QoS信息为确定值的Web服务选择 5.1 引言 5.2服务筛选 5.2.1优势法 5.2.2满意值法 5.2.3逻辑和法 5.3数据预处理 5.3.1数据预处理的原因和必要性 5.3.2线性比例变换 5—3.3标准0—1变换 5.3.4向量规范化 5.3.5原始数据的统计处理 5.4权重计算 5.4.1相对比较法 5.4.2连环比率法 5.4t3特征向量法 5.5服务选择 5.5.1加权和法 5.5.2加权积法 5.6小结 第6章QoS信息不确定情况下的Web服务选择 6.1 引言 6.2服务选择的不确定QoS信息 6.3服务选择策略 6.3.1区间数和可能度 6.3.2决策矩阵计算 6.3.3逼近理想解的排序方法 6.3.4服务选择模型 6.4实验分析 6.5 小结 第7章风险驱动的随机QoS感知的Web服务选择 7.1 引言 7.2风险驱动的服务选择决策模型 7.3风险驱动的服务选择 7.3.1基于半方差的风险度量 7.3.2服务选择的TOPSIS解决方案 7.4主客观权重的结合 7.5基于最大熵原理的QoS概率分布获取 7.5.1基于最大熵原理的Web服务QoS概率分布获取 7.5.2 Web服务QoS概率密度函数参数获取 7.6实验分析 7.6.1 QoS概率分布获取方法 7.6.2风险驱动的服务选择方法 7.7小结 第8章基于部分用户偏好的可行Web服务选择 8.1 引言 8.1.1示例 8.1.2挑战 8.2问题定义 8.2.1问题描述 8.2.2随机优势 8.3可行Web服务选择 8.3.1可行Web服务选择的基础算法 8.3.2随机优势测试算法 8.4实验分析 8.4.1实验设置 8.4.2算法有效性 8.4.3算法运行时间和可扩展性 8.4.4剪枝效率 8.5小结 第9章基于整数规划的组合服务选择 第10章基于全局QoS约束分解的分布式组合服务选择 第11章基于Skyline的组合服务选择 参考文献

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前　　言

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第 1章 Web服务概述
近年来，服务成为开放网络环境下资源封装与共享的核心概念，特别是随着 Web服务技术的出现和推广，面向服务计算( Service Oriented Computing，SOC)成为主流的计算范型。Web服务组合作为面向服务的计算范型中实现资源共享和应用集成的主要手段，是集成技术发展的重要方向。本章介绍 Web服务发展的背景，面向服务计算、面向服务架构的概念，并着重对 Web服务相关知识进行全面阐述。
1.1 Web服务发展的背景
随着信息技术的发展，互联网( internet)已成为现代社会重要的信息基础设施。伴随着互联网的繁荣，越来越多的数据资源、计算资源与应用资源依托互联网成为可被公共获取和访问的网络资源，从而推动互联网由传统意义下的信息发布平台逐渐演变为一个开放的分布计算基础设施。如何有效地整合开放网络环境下的各种资源成为具有广泛应用需求的基础性研究问题。
全球信息化进程的快速发展和信息化技术的日益成熟，促进企业应用的全面信息化。企业在全球经济大环境和持续增长的竞争压力下需要不断变革，以求更好地生存和发展。商务模式正在转型为跨越供应商、分销商、客户与雇员的新模式，要求企业在人员、业务流程和业务信息上进行动态的集成。
然而，当前的市场环境日益表现出持续多变和不可预测的特点，为企业信息系统带来若干挑战 [1]：①企业必须及时、有效和充分地集成各类企业应用系统，以保持企业的核心竞争力；②企业信息系统必须不断紧跟市场环境的变化，即企业信息系统必须是可重用、可重构和可扩充的；③企业信息系统必须能够跨越企业的边界与外部企业紧密协作以充分利用企业外部资源；④企业间协作的不确定性、易变性和时效性要求企业信息系统能够动态地集成并有效管理。总之，随着电子商务的发展和业务需求的深入，要求企业信息系统可以在互联网环境下进行跨组织的互操作和应用集成，并要求能够依据新的需求，快速、灵活地集成各种已有的和新添置的业务应用系统，并使得它们可以有机地协同提供服务[2]。
但是，互联网环境的开放性、自治性和动态性使得构建在互联网公共网络基础设施之上的跨组织应用具有不同于部署在组织内部的分布应用的新特点，主要表现在以下几个方面[3]：
(1)异构性。信息系统需要整合属于不同组织的各类计算、数据和应用资源，而其所涉及的各个子系统可能采用完全不同的技术实现，而不具有公共的应用模型和互操作方法。同时，它们的设计、开发、运行、管理和演化过程是局部自治的，从而加剧了系统的异构。

第 1章 Web服务概述 近年来，服务成为开放网络环境下资源封装与共享的核心概念，特别是随着 Web服务技术的出现和推广，面向服务计算( Service Oriented Computing，SOC)成为主流的计算范型。Web服务组合作为面向服务的计算范型中实现资源共享和应用集成的主要手段，是集成技术发展的重要方向。本章介绍 Web服务发展的背景，面向服务计算、面向服务架构的概念，并着重对 Web服务相关知识进行全面阐述。 1.1 Web服务发展的背景 随着信息技术的发展，互联网( internet)已成为现代社会重要的信息基础设施。伴随着互联网的繁荣，越来越多的数据资源、计算资源与应用资源依托互联网成为可被公共获取和访问的网络资源，从而推动互联网由传统意义下的信息发布平台逐渐演变为一个开放的分布计算基础设施。如何有效地整合开放网络环境下的各种资源成为具有广泛应用需求的基础性研究问题。 全球信息化进程的快速发展和信息化技术的日益成熟，促进企业应用的全面信息化。企业在全球经济大环境和持续增长的竞争压力下需要不断变革，以求更好地生存和发展。商务模式正在转型为跨越供应商、分销商、客户与雇员的新模式，要求企业在人员、业务流程和业务信息上进行动态的集成。 然而，当前的市场环境日益表现出持续多变和不可预测的特点，为企业信息系统带来若干挑战 [1]：①企业必须及时、有效和充分地集成各类企业应用系统，以保持企业的核心竞争力；②企业信息系统必须不断紧跟市场环境的变化，即企业信息系统必须是可重用、可重构和可扩充的；③企业信息系统必须能够跨越企业的边界与外部企业紧密协作以充分利用企业外部资源；④企业间协作的不确定性、易变性和时效性要求企业信息系统能够动态地集成并有效管理。总之，随着电子商务的发展和业务需求的深入，要求企业信息系统可以在互联网环境下进行跨组织的互操作和应用集成，并要求能够依据新的需求，快速、灵活地集成各种已有的和新添置的业务应用系统，并使得它们可以有机地协同提供服务[2]。 但是，互联网环境的开放性、自治性和动态性使得构建在互联网公共网络基础设施之上的跨组织应用具有不同于部署在组织内部的分布应用的新特点，主要表现在以下几个方面[3]： (1)异构性。信息系统需要整合属于不同组织的各类计算、数据和应用资源，而其所涉及的各个子系统可能采用完全不同的技术实现，而不具有公共的应用模型和互操作方法。同时，它们的设计、开发、运行、管理和演化过程是局部自治的，从而加剧了系统的异构。 (2)开放性。在互联网环境下，应用可利用的资源是开放的，因此应用的边界难以预先定义。尽管某个时刻系统使用特定服务提供商的服务，但并不排除将来该应用可能迁移到新业务伙伴的服务平台，因此系统潜在的应用组件是开放的。 (3)动态性。网络环境的开放性使得可用资源处于动态变化之中，新资源不断出现，旧资源不断消亡。因此，这类应用需要支持动态的组件拓扑和可演化的组件协同关系。同时，由于底层网络基础设施不可靠，互联网提供尽力服务( best effort service)的特点使得用户感受到的服务质量不断变化。例如，商业实体解体、应用系统故障和网络中断都可能导致资源的不可用。 从以上分析可以看出，在互联网开放网络环境下如何刻画共享资源的本质特征，如何为异构、自治的各种应用系统提供普适的集成手段，如何根据需求和环境变化有效地发现、选择满足特定功能要求和 QoS要求的资源，以及如何在动态的应用结构之上为集成应用提供自适应的质量保障，这些已成为构建基于互联网的跨组织应用所面临的新问题。 1.2 面向服务计算与面向服务架构 面向服务计算( SOC)是以服务为基本单位，通过服务组合技术快速构建分布式软件系统和企业应用的计算方式 [4-5]。服务是自描述、自包含和与平台无关的自治计算单元，具有技术中立、松耦合、位置透明等特征。 SOC将服务作为应用开发的基本元素。 SOC依靠面向服务架构( SOA)将软件应用组织为一系列的交互服务[5]。SOA是为解决互联网环境中服务共享、服务重用和业务集成而提出来的一种新的分布式软件系统架构。尽管目前还未形成一个统一的、为业界广泛接受的 SOA定义，但普遍认为面向服务架构是使服务功能能以一系列与消费者相关的粒度发布并进行提供和消费的策略、实践和框架，服务能够被发布(publish)、发现( discover)并通过标准格式的接口进行绑定( bind)和调用 [6]。 SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(服务)通过服务间定义良好的接口和契约( contract)联系起来。接口采用中立的方式定义，独立于具体实现服务的软硬件平台、操作系统和编程语言，使得所构建的系统中的服务可使用统一、标准的方式进行交互。这种具有中立接口定义(没有强制绑定到特定的实现上)的特征被称为服务之间的松耦合性。 基本 SOA描述了基于“发布 /发现/绑定”的资源使用模型，将客户端应用连接到服务器上，如图 1.1所示。该架构由 3个实体和 3个基本操作构成， 3个实体分别是服务提供者(service provider)、服务用户( service client)和服务代理(service broker)，3个基本操作分别是发布、发现和绑定。服务提供者将它的服务发布到服务代理的一个目录(registry)上，当服务用户需要使用该服务时，首先到服务代理提供的目录中发现该服务，得到如何调用所需服务的信息，然后再根据这些信息去绑定并调用服务提供者发布的服务。 图 1.1 基本面向服务架构的模型 与传统的企业应用集成架构的主要区别在于，基于 SOA的企业应用系统使用基于标准的服务。服务作为一种自治、开放和与平台无关的网络化构件，可使分布式应用具有更好的复用性、灵活性和可增长性。采用面向服务架构能带来以下几方面的好处，有助于在多变的商业环境中取得成功[7]。 (1)利用现有资产。 SOA提供了一个抽象层，可将现有的资产包装成提供企业功能的服务。企业可以继续从现有的资源中获取价值，从而可以有效保护企业投资，促进遗留系统的复用。 (2)更易于集成和降低管理的复杂性。在面向服务架构中，集成点是规范而不是实现，这提供了实现透明性，并将基础设施和实现改变带来的影响降到昀低。通过提供针对基于完全不同的系统构建的现有资源和资产的服务规范，复杂性被隔离，从而让集成变得更加易于管理。 (3)更快的响应和上市速度。从现有的服务中组合新服务的能力，为需要灵活地响应苛刻的商业要求的企业提供了独特的优势，可以减少完成软件开发生命周期所需的时间。这使得企业可以快速地开发新的业务服务，并允许其迅速地对改变做出响应并减少上市准备时间，支持企业随需应变的敏捷性。 (4)减少成本和增加重用。企业可以根据业务要求更轻松地使用和组合服务。这样可以减少资源副本，增加重用和降低成本的可能性。 (5)及时性。通过 SOA，企业可以为未来做好充分准备。 SOA业务流程由 一系列业务服务组成，可更加轻松地创建、修改和管理以满足不同时期的需要。 SOA将异构平台上应用程序的不同功能组件封装成具有良好定义并且与平台无关的标准服务，使得服务能够被发现、选择和绑定，并使服务能够以松耦合方式进行再组合，形成一个新的软件系统。尽管 SOA的思想很简单，但 SOA涵盖了众多的理论、方法和技术。基本面向服务架构并没有解决服务管理、服务组合和服务协调等应用于服务组件的一系列重要问题。为此，SOC和 SOA的倡导者之一 Papazoglou提出了扩展的面向服务架构 [4-5]，如图 1.2所示。他将 SOA涉及的问题、参与的角色和支撑技术自底向上划分为以下三个层次。 图 1.2 扩展的面向服务架构模型 (1)基础层( foundation)。作为面向服务架构的第一层，涉及了服务的能力、接口、行为、QoS描述和使用这些描述的操作，如服务的发布、发现、选择和绑定等。该层采用基本面向服务架构实现。 (2)组合层( composition)。服务组合层包括将多个服务合并为一个组合服务必需的角色与功能。服务组合的结果是一个更加强化和增值的新服务，由基本服务或其他组合服务动态地组成。服务组合层的功能由服务聚合者( service aggregator)实施。服务组合需完成协调( coordination)、监控( monitoring)、一致性 (conformance)和 QoS组合功能。其中，协调功能控制服务组件的执行并管理服务之间的数据流；监控功能允许定制服务组件产生的事件与信息，同时发布高级别 的组合事件；一致性功能通过匹配组合服务及其组件的参数类型对组件服务施加约束，以确保组合服务的完整性； QoS组合功能则通过聚合服务组件的 QoS以达成组合服务的 QoS，如组合服务的性能、成本、可靠性和可用性等。 (3)管理层(management)。该层负责对组合服务进行全面的监督管理以确保应用的质量，包括操作管理( operation management)和市场管理( market management)两个方面。操作管理提供详细的性能统计以支持应用有效性的评估，同时在特定活动完成或者达到某个决策条件时进行告知，这些功能由服务经营者(service operator)完成，服务经营者可以是服务用户也可以是服务聚合者。市场管理为服务买卖双方提供进行电子交易的平台，同时通过提供增值服务和组合购买力以聚合服务的供需。市场管理提供服务验证、质量保证、服务排序和服务级协议(Service Level Agreements，SLA)的协商和执行。市场管理由市场构建者( market maker)实施，市场构建者通常是将服务供应商聚集在一起的联盟或组织。 SOA是一种追求敏捷性的面向服务的体系架构，它把业务逻辑和具体实现技术二者分离开来，因而遵循该体系架构所构造出来的应用系统能适应业务和实现技术的不断变化。在面向服务架构中，映射到业务功能的服务是在业务流程分析阶段确定的，服务功能模块的划分遵照模块化、封装性和松耦合三个设计原则，以增加服务被重用的机会。在业务流程发生改变时，通过对现有服务的重新组装实现新的流程，可满足业务环境动态改变的需要。同时，服务的松耦合性解决了企业信息系统异构集成的需要。另外，服务注册中心( service registry)提供动态服务发现的功能，企业可以选择在组织内部发布服务，也可以将自己的服务向外发布到业务合作伙伴，结合企业伙伴的业务流程进一步提高企业的竞争优势。 作为一种构建软件系统的基础体系架构，SOA能够彻底解决异构软件系统和组件之间的无缝集成问题。作为一种新的面向服务的软件开发方式，基于 SOA的软件开发演变成由服务开发、服务部署和服务组装等过程构成的软件大规模生产线，使得快速开发随需应变、松耦合的企业级应用成为可能。 自 2000年以来， SOC与 SOA已经成为学术界和工业界炙手可热的焦点。在学术界，已经形成了多个以面向服务的计算和面向服务的软件开发为主题的专题国际会议，如 ICSOC(International Conference on Service Oriented Computing)、 ICWS(International Conference on Web Services)、SCC等，研究人员不断推出新 的面向服务的计算理论、方法和模型；与此同时，各大学术团体、标准化组织，如 W3C(World Wide Web Consortium)、OASIS(Organization for the Advancement of Structured Information Standards)、OMG(Object Management Group)等也纷纷成立面向服务的计算的专题研讨组，不断推出 SOA相关技术标准和规范。在工业界， SOA则成为现阶段直至未来若干年内各大型软件公司竞争的关键所在。据美国著名的信息技术( Information Technology，IT)市场研究和顾问咨

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