基于QoS的图书馆网络服务优化方法

刘岩超

（东北大学图书馆，辽宁 沈阳 110809）

1 图书馆网络服务系统优化

所谓的“图书馆网络服务系统优化”，一般是指图书馆网络服务子系统按照服务环境的变化而调整其自身，或者用所谓的“后备”子系统将其自身或系统组合中的某一环节进行时效性替换，最终使整个服务流程在新的或局部改变了的服务环境下达到可兼容的特性和功能。

目前，基于QoS的Web服务业务流程在图书馆读者服务系统中已逐步展开应用[1]，这就要求图书馆的整个服务流程具有较高的实用性和可靠性。图书馆作为一个以服务读者为主要理念的职能性部门，对服务质量要求较高。但是，服务环境的异常变化却极有可能影响到图书馆的服务质量——QoS（如网络时延、异常中断及服务匹配不协调等）。在对图书馆的网络研发及测试过程中应侧重以QoS为基准的图书馆网络服务业务流程，考虑服务的交互行为和动态变化，最终实现故障发生时整个网络服务流程自适应替换的时效性和精准性。

2 图书馆网络服务优化的技术关键

当图书馆网络服务系统发生故障时，为满足QoS标准并实现图书馆服务流程中子系统的高效替换，将从以下方面展开研究：

2.1 构建图书馆服务流程的描述模型

实施图书馆网络服务优化的前期工作就是构建一种以图书馆服务读者为工作理念的自适应服务流程描述模型[2]。该模型由4部分构成，即服务注册引擎、工作流生成引擎、服务匹配引擎以及服务执行引擎。服务注册引擎负责将图书馆服务流程中的多个片段在图书馆服务中心注册并转化为基于特定语义描述的图书馆网络服务；工作流生成引擎负责在特定域的规则限制下生成图书馆服务流程的抽象工作流；服务匹配引擎负责存储已有的服务描述并为已生成的工作流结点提供服务匹配；服务执行引擎负责处理图书馆服务流程的解析、执行和管理。

2.2 基于“信度网络”的故障诊断技术

图书馆是个海量数据和信息汇聚的地方，数据和信息的保密性、完整性、安全性非常重要，但是恰恰有许多图书馆并未做好此类安全工作。当图书馆网络服务系统工作失效时，对网络故障发生处的确定，成为信度网络要解决的首要问题。信度网络是用来表示变量间连接概率的图形模式[3]，它提供了一种自然的表示因果信息的方法，用来发现数据间的潜在关系。在这个网络中，用节点表示变量，用向边表示变量间的依赖关系。信度网络推理机制可以归纳为以下4种模式：①因果推理：从原因到结果的推理模式；②诊断推理：从结果到原因的推理模式；③原因交互式推理：在一个共同效果的原因之间的推理模式；④混合推理：包含以上3种推理模式中的两种或全部的推理模式[4]。

图1给出了几种推理模式的示例。

图1 故障诊断图

图书馆后备服务流程系统的制定，是在“因果式”的基础上完成的，起到了未雨绸缪的作用；而对故障发生时的子服务系统的替换和补救，是在“诊断式”的辅助下完成的；当由于各种原因导致网络故障发生时，“原因交互式”便起到了主要作用；同样，当网络故障原因变得更加复杂时，基于信度网络的混合推理方式可对故障问题进行形象化的推理，并实现网络剪枝。剪枝的规则为：如果某节点M是叶子节点且不属于任何一条核心路径，那么删除M可以降低故障推理难度，缓解网络中断和时延造成的图书馆整个服务流程的工作压力。如图2所示，其中图书馆多重服务系统简称为LCS。

图2 剪枝图

那么，通过以上故障诊断与替换的多重服务分析，便能识别出最小的替换服务区域，使得故障发生时能尽快确定受影响的范围，实施代价最小的故障替换。

2.3 服务异常时的“反馈”处理及子系统替换[5]

由于图书馆多重服务的执行过程是服务间的交互过程，该过程会使错误在服务间不断传播，直接大范围替换会造成整个图书馆服务系统数据的不一致。为避免这种现象，在此提出“考虑整个图书馆多重服务行为”的两种故障范围替换方法。落实在图书馆读者服务流程中，其具体表现形式为：

①当读者在图书馆多重服务系统中进行逐一登录及使用时，服务流程中的多个子服务系统将按部就班地被结束或是激活。如果由于系统繁忙或登录人员过多导致的系统故障而造成服务延时，即服务子系统在服务节点处非正常衔接，那么系统将以“反馈”技术予以标示并提供某一服务截段的替换子系统来缓解系统的局部瓶颈问题。该替换过程均以隐式落实的方式完成。具体来说就是将读者的操作步骤在另一人性化服务路径上继续完成，即整套的替换均在后台实现，不会在读者面前得以标示化显现，此种“反馈”方式可称之为“并联式反馈”。如图3所示。

图3 并联式反馈

从图3可以看出，整个图书馆读者服务流程由1→2→3→4→5→0等多个网络节点连接而成。当节点3发生故障时，后备系统在瞬间却仍以同样的“步伐”进行“平行式惯性”运行（例如已由平行节点7运行至节点8），那么可将节点7或8处作为“反馈”点，使得7→8作为后备子服务系统来替换3→4故障系统，使得操作路径被替换为1→2→（3→7）→（8→4）→5→0。图3中虚线部分表示服务后台所进行的瞬间隐性落实。所以该过程不会在读者面前显现，并且该替换技术是在服务流程系统的故障“平行对应点”处做“反馈”处理，仅仅对整个服务系统的局部进行替换，即故障段的替换或服务子系统的替换。从而避免了对图书馆网上读者服务流程的整体改变或不良中断。

②当读者在使用图书馆服务流程中的某一服务子系统时，可能由于某种原因造成在个别单一的子系统内部出现服务中断，那么系统可在服务子系统断点处加以“反馈”处理，以使读者在重新登录并使用时，无需重复故障之前的操作步骤。如图4所示。

图4 串联式反馈

通常状态下，读者对图书馆多重服务系统进行“第N次”操作时，其过程为：开始→A→B→C（C1→C2→…Cn）→D→完成。当服务子系统C（C1→C2）片段内部发生故障时，即C1与C2间出现故障点m，系统应在m处做“反馈”处理，使得“第N+1次”操作步骤可简化为C2→D→完成。而故障前的A→B→C1等多个服务片段，均可被省略。那么，此种反馈方式可称为“串联式反馈”。

2.4 挖掘服务间的异构关系

由于图书馆多重服务之间存在数据、控制和业务等多异构关系，使得业务流程中的事务异构及事务粒度并不是由提供商决定，而是隐藏在服务流程之中。在对图书馆服务流程中的子服务系统进行局部替换时，挖掘的关键就集中在将图书馆服务流程中的多模态加以显现以及对异构信息的匹配。具体来说就是，参与组合的图书馆各项网上服务可能是由不同的组织和不同的人员开发的，因此会出现信息异构问题，替换算法选择出服务的输入信息与上一级服务的输出信息，其输出信息与下一级服务的输入信息，都可能存在异构。其表现形式为：替换后的服务子系统与原相邻各系统之间的不可兼容性。我们需要解决的问题就是图书馆多重服务之间该如何进行合理的异构信息匹配。图5为参与服务的各个服务片段间异构信息匹配图，暂且用A、B、C3种子服务片段来表示。

图5 子系统匹配图

在图5中，若服务B失效，替换它的服务D的输入信息与服务A的输出信息便可能存在异构。同样，服务D的输出信息与服务C的输入信息也可能会存在异构，因此需要在服务D的前后调用异构信息匹配服务[6]。异构信息匹配服务是一项转换服务，因而可以通过简单技术很方便地调用（本文不做详解）。那么，通过对替换服务异构信息的合理匹配，最终将实现图书馆多重服务之间相互衔接的可靠性与时效性。

3 建立图书馆QoS模型

在以上论述的基础上，我们还要针对图书馆本身的特点，综合考虑整个服务流程的QoS问题。只有这样，才能更好地适应技术的变化（在活跃的Web领域，技术变化尤为快速）以及满足读者复杂和多样的质量要求。那么，在面向读者的图书馆服务流程中，多重服务子系统优化模型的建立需要满足以下特点：

3.1 体现了对QoS的全方位支持

该服务优化系统从服务接口开始就应该接受服务请求者的QoS需求并最终判断执行结果是否满足了图书馆读者需求。因此，整个优化系统框架从输入到输出都将QoS作为主要的研究对象[7]，这便体现了对图书馆Web服务的QoS的全方位支持。

3.2 服务优化的灵活性

服务优化的灵活性体现在它对环境和图书馆读者需求变更的自适应能力上，图书馆多重服务优化系统能够为尚未执行的Web服务及性能未满足读者要求的Web服务找到替换的后备子系统。

3.3 服务优化的敏捷性

体现在图书馆Web服务优化能够迅速调整服务流程的执行计划并及时确定服务流程中的子系统替换段。在一般情况下，调整服务流程的代价要远小于重新生成新的服务流程。

3.4 服务流程的友好性

随着图书馆服务流程中子服务片段分工越来越细，并且各个服务内的业务活动包含很多环节，这便涉及更多的资源。同时，读者对以往简单的服务不再满意，提出各种各样的个性化要求。这就要求图书馆多重服务之间，以及替换服务与原有非平行服务之间要具有合理的匹配性。异构现象的减排工作能使图书馆多重服务之间的关系变得更加合理与协调，从而更好地满足图书馆整个网络服务流程的QoS要求。

[1]冯兴智等.一种基于QoS约束的kMUPP替换服务快速查找算法.计算机工程与科学，2008（4）：76-79.

[2]范李和，郭红.一种支持流程自适应的替换方法.福州大学学报：自然科学版，2008（2）：193-197.

[3]孙明，陈波，周明天.基于混合推理系统挖掘用户访问模式的ILP方法.微电子学与计算机，2010（1）：29-33，37.

[4]Brian Ramsey.锁定嵌入型装置的网络安全方案.电子与电脑，2004（8）：93-96，100.

[5]鲁红金，胡剑军，张文博.QoS需求驱动的服务配置框架.2007（24）：5825-5829，5834.

[6]邢庆秀.支持QoS全局优化的动态Web服务组合问题研究[D].青岛：中国海洋大学，2008.