网络制造环境中信任评估机制的研究

高 路，娄 平

(武汉理工大学 信息工程学院，湖北 武汉430070)

传统的制造环境中，制造资源具有明确的被管域边界与全局的资源信息，通过集中控制的方式实现资源的配置与协作。然而，在网络制造环境中，分属于不同管理域的制造资源以服务形态虚拟化呈现，通过网络部署相关的制造服务，借助于网络强大的时空特性，扩大了制造资源共享与协作的广度、深度以及时效性，同时也使以行政管理力为基础的集中控制与管理的资源配置方式失去其效用。在由自治、动态的制造资源服务节点组成的网络制造环境中，采用多智能体系统技术构建其分布式资源配置的计算模型是一种有效的方法［1］。然而，在这样一个由大规模制造资源智能体所组成的开放制造网络环境中，由于不同的智能体分属于不同的管理域，具有各自的目标，因此具有自利性;同时，由于该系统是一个开放的系统，任何一个智能体都可以自由地加入或离开系统，且不同智能体所提供的服务质量也有所区别，因此用户很难选取合理的高质量服务组合，导致高质量服务组合的几率较低;服务提供者为了避免受到惩罚以不同的身份重新加入到系统，具有较低的欺骗成本，很难保证各方参与者的可信性。因此，在该开放、动态的制造环境中，在何时以何种方式和怎样的资源服务智能体进行协作，在任务的驱动下按需构建制造合作网络是制造资源按需优化配置必须解决的核心问题之一，而节点之间的信任关系评估是网络环境中各类主体之间有效交互的基础问题［2－3］。

1 信任与信誉的计算模型

1.1 信任与信誉的基本概念

信任是人类社会一个很重要的概念，特别是在商务和财务活动中占有重要的地位，是面对面交易活动的基础。对一个人的信任是人与人之间相互合作的基础，尽管如此，不同的学科对信任的理解有所不同［4－5］:社会学家认为信任与社会结构有关，是一种依赖关系，强调行为在社会交往中形成的社会关系对行为者的巨大影响;心理学家认为信任是个人人格特质的表现，是期望交互的另一方会遵循对有关事宜的约定;而经济学家则认为信任是经济选择和风险管理的机制，信任可以有效降低交易双方的机会主义行为，因此认为信任是人们理性计算的结果，把信任理解为计算型信任。从博弈论角度理解信任是指参与人双方经过多次博弈，为保持持续性和维持其声誉而建立的［6］。而随着计算机网络的兴起，网络环境为各种交易活动提供了另一个崭新的虚拟空间(如电子商务、对等计算、推荐系统、制造网格等)，因此源于人类社会的信任关系必须以新的形式在虚拟的网络社会中进行创建与维护，为网络环境中的各种交易活动奠定基础，从而降低通过网络环境寻求合作伙伴的风险。在计算机领域对于信任的研究包括用户身份的信任以及用户特定行为的信任［7－8］。

在开放的网络制造环境中，有不同的组织提供各种服务，同时不同的组织也通过网络来寻求所需的服务，按封装形式分为两类智能体［9－10］:任务智能体(制造服务消费主体)与制造服务智能体(制造服务提供主体)，分属于不同管理域的任务智能体与制造服务智能体通过网络来构建合作关系网，合作关系网络中的智能体具有匿名性、动态性和随机性，智能体的可信或声誉是其构建合作关系的基础，即对潜在合作伙伴可信度的评估有助于合作关系的建立和合作风险的降低。针对智能体的信任与声誉的评估成为分布式网络制造环境中合作关系建立的基础之一［11］。

在人类社会中构建信任关系通常考虑两方面的信息［12］:一是私有信息(局部信任)，即人与人的直接交互或可观测的交互过程中获取的信息;二是公有信息(全局信任，信誉)，收集其他交互后的反馈信息得出的综合信息。显然对潜在合作对象的可信度评估有明显的主观性，因此对其进行建模应考虑情景化与个性化的特性，由此得到启发，在制造网络环境中评价潜在合作智能体的可信度，也应考虑这两方面的因素。近年来开放网络环境中信任机制广泛受到企业界与学术界的重视，但对信任与信誉的理解并不统一，虽然信任与信誉的概念非常相似，但两者也有明显的区别:

(1)信任。信任是个体间的二元关系，信任通常是指在直接交互或可观测交互的过程中所产生的对交易主体能遵循双方约定的期望。在网络制造环境中，即是指制造资源在特定的上下文环境中、规定的时间内，以及按照规定的质量要求完成特定任务可能性的评价。这种评价通常会用来作为选择任务服务主体的前提条件;组织间信任建立在个体信任基础上，是个体信任的综合。

(2)信誉。个体的信誉是综合与该个体有交互历史的主体反馈信息所产生的群体对该主体的一种认可程度，在网络制造环境中，主要是对制造资源所提供的服务在以往委托任务的反馈完成情况的综合，即制造资源所提供的制造服务在某种上下文环境中的认可程度。

1.2 直接可信度预测

直接可信度的评价来源于制造服务消费者与制造服务提供者双方直接交易结束后，服务消费者对该交易结果做出的可信度评价。借鉴电子商务平台在用户信用评价等级的规范，将交易主体的企业和个体信用评价时信任等级的划分标准分为5 个等级，如表1 所示。

表1 信任等级定义

局部信任预测的依据是信任评估主体(服务消费主体)之前的直接交易所给出的直接信任评价和可信的信任评估主体给出的间接信任评价。

其中，γi(tk)∈［0，1］为时间衰减函数。时间衰减函数定义为:

其中，0 ＜λi≤1 为衰减系数，通过调节λi可调整衰减的趋势。

1.3 信誉的评价

信誉是一个全局信任度量的机制，根据网络环境中的所有具有交互经历的消费节点对服务节点的反馈信息所产生的该服务节点的能力与服务质量的信任程度，即网络制造环境对服务节点在以往交互过程中所给出的整体评价。

其中，η(tk)∈［0，1］为时间衰减函数:

1.4 信任的综合评估

在开放、动态的网络制造环境中，服务提供主体与服务消费主体动态变化，新近加入的服务主体无历史交互信息，服务消费主体与候选的服务提供主体之间不存在直接交互，同一管理域可提供多种服务主体，同时不同的管理域有可能提供相同或相似的服务主体。因此在开放的网络制造环境中，对制造服务平台中的服务主体的可信度进行评估时，需有效的方法对直接信任与全局信任(信誉)进行综合:

式(7)表示服务消费主体i 对服务提供主体j所提供服务的信任综合评价，其中tH为评价的时间戳，0≤β≤1 为直接可信度与信誉在综合评价中所占的比例。

2 评估方法与仿真分析

上述信任计算模型的目的是为制造服务消费者提供决策支持，提高服务消费者识别可靠制造服务的能力，帮助制造网络中的节点(服务主体或消费主体)寻求值得信赖的合作伙伴，避免由于错误的选择而造成的损失。因此可通过信任计算模型的采用所获得的效用与未采用信任模型的效用的差异来评估计算模型的性能，即通过比较一组采用信任计算模型的消费主体与一组未采用信任计算模型的消费主体的效用差异对模型的性能进行评估，然而仅仅比较两组取样消费主体的平均性能并不能得到一组的总体性能在所有情况下都优于另一组，因为总体的性能并不能从有限的样本的性能来进行直接推断，因此将采用显著性检验的方法来进行统计推断(相互比较的两组样本除一组采用信任评估计算模型，一组不采用信任评估计算模型外，其他情况完全一样)。显著性检验是数理统计学中一种样本推断总体的方法，其基本原理是先对总体特性做出某种假设，然后通过抽样研究的统计推理，对该假设被拒绝还是接受做出判断。因此在该计算实验中采用显著性检验对其进行评估，推理出有信任模型与无信任模型总体之间的性能差异，显著性检验就是根据样本，适当构造一个统计量，按照某种规则，即“小概率事件(通常取值0.05 或0.01 为小概率事件)实际不可能性原理”否定或接受无效假设，即在一定的概率保证下，决定接受原假设H0(拒绝H1)或者拒绝假设H1(接受H0)。

通过仿真，获取两组数据(如表2)，计算得

XTrust= 3.3，XNo－Trust= 2.4，sTrust= 1.07，sNo－Trust=0.04，则t = 2.7，其中，XTrust与XNo－Trust分别为n次交互后采用信任与未采用信任计算模型的服务消费主体样本的平均效用;sTrust与sNo－Trust分别为采用信任与未采用信任计算模型的服务消费主体样本效用的方差;t 为T 分布的统计量。

表2 仿真数据

假设H0(效用相等的假设)为真，其概率小于0.005，则假设H0不成立，因此H1(采用信任计算模型的效用大于未采用信任计算模型的效用)成立，即采用信任评价机制具有比未采用信任评价机制的系统有更好的效用。

3 结论

在网络制造环境中，服务提供者与服务需求者之间的相互信任是相互协作的基础。笔者对网络制造环境下，制造服务的信任评估机制进行了研究，分别给出了直接信任与信誉的计算模型，并以二者的计算模型为基础给出服务主体信任的综合评估模型，最后采用假设检验方法说明了该模型的有效性。

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