一种基于信息栅格的主动服务模型架构

苏晓凡，杨 强

（国防科学技术大学 信息系统工程重点实验室，湖南 长沙 410073）

近年来，信息栅格技术的崛起为促进信息服务能力的提升提供了良好的支撑，随着栅格技术和信息服务技术的不断融合，现有的信息服务系统中，服务资源的存在方式愈来愈多的呈现为游离态、独立分布式，由于缺少有效的组织、分类和管理方法，其利用效率还比较低，信息共享水平不够高。因此随着信息软件技术逐渐由网络化向栅格化转移，如何在信息栅格环境下实现按需服务成为一个值得研究的新问题。

信息栅格是指通过具有统一标准且更加开放的协议和接口，将分散在网络上的设备、软件和信息及信息存储、处理能力以合理的方式融合起来，从而形成一个比任何单台高性能计算机都强大得多的网络“虚拟计算机”，实现信息的高度融合和共享，为各类用户提供最佳应用服务[1]。尽管早在2001年，Foster等率先提出的开放式网格服务体系架构（OGSA）[2]，就已将Web服务的互操作模型引入到栅格研究中，确立了Web服务作为栅格资源的新抽象形式和构造基础，开创信息栅格技术与信息服务技术的首次融合，然而OGSA并没有明确指出Web服务如何直接应用于信息栅格的系统构造和平台建设，特别是没有针对不同用户的需求动态集成现有服务来实现主动服务的有效方法[3]。纵观各类期刊论文，发现目前国内外对以信息栅格环境下的服务为核心的信息技术研究，主要侧重于栅格环境中的服务描述和服务组合过程建模方法，包括Web服务研究领域也是倾向于对Web服务组合语言的描述等软件层面。

由于信息栅格环境本身具有分布广、节点数量多、异构性强等特点，使得栅格中的资源服务也有一些特殊的要求，本文结合信息栅格的特点，提出了一种基于信息栅格的主动服务模型架构，并在探讨实现主动服务的部分关键技术的基础上，设计了实现主动服务模型的逻辑功能结构。该模型能够根据服务的应用语义来组织和管理栅格环境下的服务资源，并在设定有组织良好的服务资源视图的基础上，按照用户的需求对可用的网络服务资源展开自动搜索、发现、链接和集成，从而初步描述了在信息栅格环境下实现主动服务的方法。

1 一种基于信息栅格的主动服务模型

作为以Web服务技术为基础的信息服务，主动服务是指能够充分利用Internet中海量的信息资源和电子媒介，并根据用户需求，提供给用户自由、一致、简洁高效访问电子信息世界的能力[4]。由于Internet上的服务提供是处于无序状态，基于信息栅格的主动服务的主要目的就是为了解决这种服务无序性与用户需求的针对性之间的矛盾，即通过在一个更加开放的、资源能量不受限制的、动态和自适应的框架内，对Internet上的服务资源进行合理规范的组织、主动发现、定制和运行，从而向用户提供按需的个性化服务。

栅格技术在帮助获取Internet上的资源提供了极大的便利，如图1所示，主动服务首先在信息栅格环境下，搜索挖掘已经发布和存在的构件资源，并按给定的规范和标准对它们进行组织、分类和存储，构建一个本地服务资源库；基于本地服务资源库，通过服务的挖掘来识别、发现和检索能够满足用户的服务需求的构件，并将它们链接执行，最终通过主动服务接口为用户提供所需的服务功能[5]。

图1 基于信息栅格的主动服务Fig.1 Active services based on information grid

1.1 模型架构

主动服务是建立在Web服务的技术规范之上，它必须对Internet上的服务资源进行广泛的搜索和挖掘，要求在基于更开放和动态的网络框架内，实现面向用户的服务快速构造和按需计算。因此通过在Web服务的基础上引入主动服务的发现、定制、加载与使用等机制，就可以导出相应的主动服务模型。信息栅格环境的主要特点便是由众多独立分布的栅格节点组成，本文通过对已有的Web服务模型进行分析研究，进一步引入了面向终端用户的栅格节点服务中介，从而推导出一种基于信息栅格的主动服务模型，如图2所示。

图2 基于信息栅格的主动服务模型架构Fig.2 Active services framework based on information grid

基于信息栅格的主动服务模型架构主要由4种主体和6类基本操作组成，4种主体分别为服务用户、服务提供者、服务注册中心以及栅格节点服务中介；6类基本操作分别为发布、查找、绑定、调用、挖掘和提交。其中，服务用户、服务提供者及服务注册中心的定义和作用与Web服务系统结构中的角色类似，文中主要介绍栅格节点服务中介及模型基本操作。

服务提供者首先将服务按照规定的标准进行描述并发布到服务注册中心，服务用户则将请求的服务以UDDI和WSDL协议规定的格式在服务注册中心查找服务，服务用户在服务注册中心查找到所需要的服务后，与服务提供者之间通过SOAP协议所规定的格式进行服务交互，服务提供者则将构件及所提供的服务和服务描述提交到栅格节点服务中介，并将构件的描述文件转换成UCDL文件，并通过绑定操作向服务用户提供服务。主动服务模型的提出源于Web服务模型，因此基于信息栅格的主动服务协议规范，是在以SOAP/WSDL/UDDI为主构成的Web服务协议规范基础上扩展而来，即通过增加以服务的主动发现、定制、加载执行为主的主动服务层以及用于提供对主动服务所要求的其他信息的描述方法的服务描述扩展层[6]，由此形成新的协议规范。

基于信息栅格的主动服务模型与Web服务模型的主要不同在于对栅格节点服务中介的功能扩展和重新描述，除了传统的Web服务模型服务中介所要求的功能之外，本模型中的栅格节点服务中介是针对信息栅格系统的节点特性，联系信息栅格环境下信息交互的特殊性设计而成，其不仅可以对本节点的服务资源进行高效合理的发现、组织和管理，同时还充当不同栅格节点间服务资源的交互执行平台，能够较好的解决栅格环境下各类异构节点之间不同性质服务资源的交互，从而实现信息栅格环境下的资源共享，是整个基于信息栅格的主动服务模型的核心，为确保主动服务提供支撑。一方面，本栅格节点用户可以通过它向系统要求服务，系统则通过其获取和分析用户需求，并在搜索和挖掘出能满足用户需求的相关服务之后对其进行组装定制，从而生成新服务，再把新服务提交给服务提供者发布和执行；另一方面，若当前栅格服务结点没有符合服务使用者的服务或者只有一部分服务，栅格节点服务中介就可以通过进行UDDI与UCDL之间的协议转换，在这种协议转换之下，不同的栅格节点服务中介达成了资源的联系和共享，从而保证了任意一个栅格节点的构件服务也能够提供给其它栅格结点的服务使用者，并最终实现不同的栅格节点之间的服务交互。这种以栅格节点服务中介为中心的主动服务模型对服务具有很高的查准率。

1.2 模型实现机制

通过上面描述，基于信息栅格的主动服务是通过组织、分类、管理栅格网络中的服务资源，为用户提供组织良好的、应用级别上的服务资源，并在该服务资源的基础上，再进一步完成用户所需服务的发现和集成，综合上文提出的基于信息栅格的主动服务模型，因此栅格环境下的主动服务实现应主要依赖于以下内容。

1）基于信息栅格的服务挖掘机制 主动服务需要面向用户提供信息服务，因而需要服务挖掘，其目的是从栅格网络的海量信息中发现相关的信息内容，因此不仅要实现一般意义上的共性挖掘，更要实现栅格环境下的以用户需求为中心的个性化挖掘，这是提高信息服务质量的重要内容，其核心是各种信息挖掘技术，如数据挖掘、程序挖掘和Web挖掘等。基于信息栅格的服务挖掘，可以采用结合Agent和组件技术的主动Agent构件，从大量离散的、松耦合的栅格网络服务资源中分析、识别出面向用户需求的具有关联性的能够便于理解的服务资源。即根据栅格网络中应用的特点，从服务的通用描述模型中选取那些与服务资源的组织管理、集成复用最相关的包括服务应用、服务上下文等在内的特性，进而构建涵盖服务分类索引的栅格服务资源空间，建立用户需求模型，将和用户紧密相关的信息服务设计成一系列关联组件，并将网络上的各种基本构件自动连接形成个性化的主动服务组件，最终实现智能按需服务。

2）基于语义的服务资源管理机制 面向用户的服务需求往往不是简单存在的某一种服务，个性化的服务往往需要对已存在的简单服务进行组合，经过挖掘搜索之后的服务资源一般是以服务资源视图为存储媒介，因此为了更好地支持服务集成，就需要一定的服务资源管理机制来进一步描述服务与服务之间的功能关系，为此引入服务功能语义[7]。基于此，我们不仅可以对新注册的服务与已有服务之间的语义关系加以定义；也可以定义和存储所有服务集成的示范，并通过相应的推送机制，就可以更好地支持服务主动发现与集成。

3）基于分布式策略[8]的服务集成机制 由于服务资源是无序的分散于网络之中，随着用户日益个性化的服务需求，这些单个的服务往往难以满足用户的服务目标，因此在服务资源视图基础之上进行服务的集成，就需要从大量服务资源中寻找需要的服务和服务组合，从而组装成新的服务和程序，完成用户需要的服务或计算功能。服务资源的查询、选择以及组合等处理操作都是在服务构件层次，而用户提出的需求一般是在服务和计算功能层次，因此为了在二者之间建立联系，可以引入分布式的处理思想，将功能依次分解，并建立一种功能与服务之间的映射来描述二者之间的关系。

2 基于信息栅格的主动服务模型实现设计

清华大学信息科学与技术国家实验室提出了一种面向Web主动服务及其应用的部署、运行、监控和管理集成化支撑和管理平台COMP[9]，该平台侧重于日常网络资源的主动服务功能实现，对栅格环境下服务资源的异构性未列作考虑因素，由此，本文针对栅格环境下主动服务的基本特性，导出了一种基于信息栅格的主动服务模型基本逻辑功能结构，如图3所示。

图3 基于信息栅格的主动服务模型逻辑功能结构图Fig.3 Function framework for active services model based on information grid

基于信息栅格的模型逻辑功能结构主要包括服务窗口模块、栅格服务支撑模块、服务资源搜索模块、服务资源库模块以及主动服务运行环境。区别于传统的主动服务系统，该结构结合信息栅格的特性增加了栅格服务支撑模块，以实现栅格服务资源的管理、共享和交互。

服务窗口模块主要用于实现服务的展现和按需操作，用户可以通过统一的服务界面来进行选择应用、配置参数和提交任务等所有操作。

栅格服务支撑模块由两部分组成：智能处理和服务管理。智能处理主要负责分析各栅格节点的服务需求，即通过分析基于XML的服务描述语言，进一步确定用户任务里对服务的类型和要求等参数的具体配置，并通过构建整体栅格环境服务关系，从而关联与服务相关的信息，采用特定的规则为用户选取的任务制定服务项目，继而构建服务实例，并在执行过程中监控任务的执行直到任务执行完毕。在基于栅格的主动服务模型中，服务的执行应当由服务代理的参与，当用户的服务任务执行结束后服务代理则将处理结果返回至主动服务窗口模块，并作为一个领域服务部署于面向服务的信息栅格体系结构之中；服务管理则主要用于对复杂栅格环境下异构服务资源的高效组织，并为不同的栅格节点间的服务资源建立互联共享机制，通过搜索提取到的构件资源进行组装和执行等，同时创建新的构件和服务。

服务资源搜索模块包含本地服务资源搜索和网络服务资源搜索，通过这种双重的服务资源搜索机制，进而创建和扩展本地资源库的部分以满足不同用户的各种服务需求。服务资源库模块主要用于集中的存储、组织和管理从网络上搜索到的服务构件资源，为用户搜索服务资源的来源和提供者。

主动服务运行环境是主动服务得以实现的基本支持，可以全面实现主动服务各种机制，使服务资源得到简化，通过对服务的部署和组织，实现服务功能的共享，并为提升服务搜索执行的效率提供支持。

3 结 论

文中提出了一种在信息栅格环境下面向用户以提供按需服务的主动服务模型，该模型针对栅格环境分布广、异构性强的特性，将信息栅格技术与主动服务技术相互融合，共同构成了一种新的信息服务模型。通过介绍主动服务模型和框架结构，并分析在栅格环境下实现主动服务的关键技术，给出实现该模型可能需要的逻辑功能结构，从而为信息栅格环境中实现面向用户需求的主动服务提供一种新的方法。随着信息栅格技术的不断发展和主动服务系统平台的大量涌现，我们有理由相信，在栅格环境下的主动服务技术研究必将日益成熟且得到实际应用。然而由于信息栅格与主动服务的融合性研究仍然罕见，针对服务资源的搜索、组织分类和管理方法、用户需求的分析、服务的映射、服务之间的链接和集成机制以及信息栅格环境下主动服务系统的具体实现等问题，仍然有待进一步研究。

[1]罗菁，戴志平，高路.信息栅格技术及其应用研究[J].计算机安全，2010，12（2）:40-43.LUO Jing，DAI Zhi-ping，GAO Lu.Research on GIG and its application[J].Network&Computer Security，2010，12 （2）:40-43.

[2]Foster I， Kesselman C， Nick J.Grid services for distributed system integration[J].IEEE Computer，2002，35（6）:37-46.

[3]HU Chun-ming，HUAI Jin-peng，SUN Hai-long.Web servicebased grid architecture and its supporting environment[J].Journal of Software，2004，15（7）:1064-1072.

[4]张尧学，方存好.主动服务概念、结构与实现[M].北京:科学出版社，2005.

[5]马卫东，李幼平，周明天.一种信息共享的主动服务框架[J].计算机工程与应用，2008，44（18）:25-30.MA Wei-dong，LI You-ping，ZHOU Ming-tian.Active services framework of information sharing[J].Computer Engineering and Applications，2008，44（18）:25-30.

[6]彭慧芳，夏阳，张强.主动服务体系架构的设计与实现[J].微计算机信息，2007，23（12）:180-182.PENG Hui-fang，XIA Yang，ZHANG Qiang.The design and realization ofactive servicesarchitecture[J].Control&Automation，2007，23（12）:180-182.

[7]张晓红.基于信息栅格的资源管理技术研究[D].沈阳:沈阳理工大学，2008.

[8]王舜燕，刘万春.基于主动服务结点的分布式主动服务框架[J].计算机与数字工程，2009，37（1）:60-64.WANG Shun-yan，LIU Wan-chun.Distributed active service frameworks based on the active service node[J].Computer&Digital Engineering，2009，37（1）:60-64.

[9]方存好，张尧学，田鹏伟，等.网格计算环境中主动服务模型[J].清华大学学报，2008，48（4）:592-595.FANG Cun-hao，ZHANG Yao-xue，TIAN Peng-wei， et al.Active services model for underlying the grid environment[J].Journal of Tsinghua University，2008，48（4）:592-595.