CC BY
35
МЕТОД ВИБОРУ ВЕБ-СЕРВ1СУ НА ОСНОВ1 ПЕРЕТИНУ КРИТЕР1АЛБНО1 З ПАРЕТО-ОПТИМАЛЬНОЮ МНОЖИНОЮ
Хмелюк Марина Сергивна
тженер 2-оИ категорп кафедри автоматики та управлiння в mexui4Hux системах, Нацiонального технiчного
утверситету Украти «КП1» Захарчук Богдан Олександрович
студент кафедри автоматики тауправлiння в техтчних системах, Нацюнального техтчного утверситету
Украти «КП1»
METHOD OF CHOICE WEB SERVICE BASED ON CROSSING CRITERION TO PARETO-OPTIMAL SETS Хмелюк Марина Сергеевна, инженер 2-ой категории кафедры автоматики и управления в технических системах Национального технического университета Украины «КПИ»
Захарчук Богдан Александрович, студент кафедры автоматики и управления в технических системах, Национального технического университета Украины «КПИ»
Khmelyuk M.S, engineer 2nd category at department of automatic and control in technical systems, National technical university of Ukraine "KPI"
Zakharchuk B.O., student at department of automatic and control in technical systems, National technical university of Ukraine "KPI"
АНОТАЦ1Я
В данш статтi розглянуто переваги i недолки сервiс-орiентованоi арxiтектури, а також ii застосування на конкретному практичному використант. Проаналiзованi iснуючi методи вибору веб-сервiсiв i3 множини зареестрова-них сервiсiв, шляхом знаходження оптимуму Парето або опираючись на вектор критерив прикладений до множини доступних сервiсiв. Також в статтi наведено власний розроблений метод пошуку оптимального веб-сервiсу з множини зареестрованих, наведено його найбiльшi переваги та недолЫи, над якими ще потрiбно працювати. Наведет резуль-тати порiвняння розробленого методу з розглянутими iснуючими методами. В результатi отримано метод, який можна iнтегрувати в будь-яку сервiс-орiентовану архтектуру, нову чи оптимiзувати роботу iснуючоi.
Ключовi слова: програмне забезпечення, сервiс-орiентована архтектура, синтез бiзнес-процесiв, веб-сервiс, множина Парето, компози^я веб-сервШв. SUMMARY
In this article the advantages and disadvantages of a service-oriented architecture, and its application in a particular practical use. Existing methods for selecting Web services plurality of registered services by finding Pareto optimum or relying on vector set of criteria applied to the available services. Also in the article are his own developed method offinding the optimal service of a plurality of registered, are its biggest advantages and disadvantages over which still need work. The results compare the proposed method with existing methods discussed. As a result, received a method that can be integrated in any service-oriented architecture, new or optimize existing.
Key words: software, service-oriented architecture, synthesis business processes, web services, a set of Pareto, composition of web services.
Вступ
Бшьшють складних сучасних програмних ком-плекав пов'язаш з веб-сервюами, як виконуються на вщ-далених серверах, завдяки сервiс-орiентованш архтгек-тур^ обчислення деяких операцш та виконання окремих функцш може бути покладено на шшу обчислювану машину, яка доступна через мережу штернет. До цих шр були запропоноваш рiзнi методи планування i вибору веб-сервгав, в яких розглядаеться проблема автоматизовано! композицп веб-сервгав. Однак, в реальних випадках, проблема планування ще далека ввд тривiалъно!: плануваль-ник повинен мати справу з недетермшованою поведшкою веб-сервгав, частковою спостережшстю !х внутршнього стану, а також з комплексними щлями, наприклад, вира-ження часових. Використання веб-сервгав у програмних комплексах надае наступш переваги:
• Використання юнуючих сервгав для виконання операцш, яш можуть бути використаш нашим про-грамним комплексом;
• Стае простшою штегращя функцюналу нашого програмного комплексу з шшим комплексом, спорщненим за бiзнес-процесами;
• Можливють масштабування програмного комплексу, збшьшення навантаження на обчислю-вальш операцп, шляхом встановлення додаткових
веб-серверiв з сервюами, яш використовуе про-грамний комплекс.
1снують окремi класи задач, яш потребують сервю-орiентованого тдходу. Можна навести приклад просто! задача формування звiту по прибуткам за мюяць, тобто для виконання ще! задачi може бути задiяний сервiс, який викликае процедуру на серверi бази даних.
Також за допомогою сервiс-орiентованого щдходу можна вирiшувати набагато складнiшi задачi, як1 потребують втручання алгоритмiв по вибору того чи шшого сервiсу для виконання поставлено! задача Наприклад, по-трiбно знайти найближчу аптеку, де продаються конкретш лiки. В цьому випадку можу бути задiяно дек1лька сервiсiв, !х вибiр та порядок виконання лягае на алгоритм, який я спробую представити у данiй статтi.
Сформулюемо основнi переваги та спектр задач, яш може вирiшувати програмний комплекс з сервiс-орiенто-ваною архiтектурою:
• Зб№шення функцiоналъностi програмного комплексу за рахунок використання iснуючих сервгав;
• Пiдвищення продуктивносп систем, за рахунок використання вщдалених обчислювальних серверiв;
• Збiлъшення надiйностi та вщмовостшкосп про-грамного комплексу;
• Надання можливосп запровадження власного методу вибору сервгав, для виконання задач;
• Щдвищення якосп шформацп системи. Збшьшення функцюнальносп програмного комплексу маеться на уваз1 додавання посилань на юнуюч! сервюи, як1 виконують аналопчш з нашим програмним комплексом операцп, шляхом мшмального втручання у вихвдний код.
Щдвищення продуктивносп досягаеться шляхом розподшення виконання операцш на р!зш сервюи або при умов! великого навантаження на один 1 той самий сервю, тдключення ще одного сервюу на шшому вщдаленому сервер!, щоб забезпечити паралельне виконання роботи.
Збшьшення надшносп та ввдмовостшкосп програмного комплексу досягаеться наявнютю в систем! аль-тернативних додаткових сервер1в з встановленими додат-ковими сервюами, як1 в будь-який момент часу можуть бути зад!яш.
Завдяки можливосп запровадження власного методу користувач1 системи матимуть змогу оптим1зувати роботу того чи шшого б!знес-процесу, наприклад побу-дови черги виклику чгтко вказаних сервгав, чи надання яко!сь множини сервгав, як1 можуть виршувати кон-кретну задачу.
Щдвищення якосп шформацп може бути досяг-нуто шляхом пор1вняння 1 анал1зу результапв виконання операцш аналопчними сервюами, також потр1бно врахо-вувати !хню швидкодш. Якщо швидкод!я значно в1др1зняеться потр1бно шукати шляхи для замши повшь-ного сервюу якоюсь альтернативою.
Недолши такого тдходу можуть виникнути при:
• Використанш методу у баншвськш сфер! або у сфер!, яка псно пов'язана з грошовими транзак-щями, оск1льки система може бути налаштована на к1лькох ввддалених серверах, з'являеться додатко-вий незахищений в1д атак р1вень;
• Адмшютруванш, оск1льки налаштування 1 супро-водження вщдалених сервгав може виникнути проблема з мережевим обладнанням, файрволами, лопчними змшами у мереж1, як наслвдок сервю буде не доступний.
Розглянемо основш тдходи для побудови сервю-ор1ентованих систем з алгоритмом вибору коректних сервгав для розв'язання поставлено! задача
Анал1з юнуючих ршень
В роботах [1-3] розглядаеться метод вибору сервю!в на основ! обчислено! репутаци, тобто вводиться така м1ра оцшки сервю!в, як «репутащя», на основ! яко! метод обирае сервю для розв'язання пе! чи шшо! задача Цей шдхвд удосконалив виб1р сервюу у сервю-ор!ентова-них системах з урахуванням репутаци на основ! багато-критер1ально! оптим1заци, яка в1др1зняеться використан-ням нелшшно! схеми компромгав, що забезпечуе Парето-оптимальне ршення, див Рис.1. Також в цш робот! опи-сане удосконалення модел! функцп корисносл основану на аксюматиц Неймана-Моргенштерна, що на вщмшу ввд юнуючих враховуе додатков! параметри, що тдвищуе стшкють модел! до характерних сценарив компрометацп репутаци. Також потр1бно вщзначити недол1ки цього подходу.
Недол1ки юнуючих моделей репутаци:
• Ввдсутнш математичний формал1зм, для опису моделей використовуеться мова псевдокоду;
• Модел будуються на основ! суб'ективних оцшок;
• Репутащя не враховуеться для автоматичного розподшу задач по сервюам;
• Призначена для статичного планування(наперед задана шлькють задач);
• Спочатку ва ресурси вважаються надшними;
• Не стшка до сценарив компрометацп репутаци. Критерш «репутащя» хороша вдея для анал1зу 1 вибору сервгав для виршення поставлено! задачу але немае чгткого алгоритму для обчислення ще! репутаци, тобто по-тр1бно удосконалити алгоритм обчислення репутаци та забезпечити постшне оновлення цього критерш на основ! уах проведених операцш пов'язаних з конкретним сервюом.
В роботах [4-6] розглядаеться метод планування для автоматизовано! композици веб-сервю!в, як1 описаш в OWL-S моделях процесу, який може ефективно боротися з недетермшзмом, частковою спостережнютю 1 склад-ними щлями. Метод дозволяе синтез плашв, як1 кодують композици веб-сервю!в звичайними конструкц1ями про-грамування, наприклад, умовш оператори 1 ггераци. Створен! таким чином плани можуть бути трансльован! у вико-нуван! процеси.
|| I I
Рис. 1 - Д!аграма послщовносп для алгоритму з критер!ем «репутац!я» серв!с!в
П!д автоматизованою композищею ми маемо на уваз! задачу автоматично! генераци, враховуючи наб!р до-ступних веб-серв!с!в, нового веб-серв!су, який досягае поставлено! мети, взаемодшчим з (деякими) доступними
веб-серв!сами. Бшьш конкретно, ми взяли за ввдправну точку OWL-S онтолог!ю модел! процесу [8], тобто декла-ративний опис програми, яка реал!зуе серв!с. Враховуючи OWL-S опис модел! процесу П доступних сервгав (W1,
..., Wn), ми кодуемо кожного з них у систему переходу з одного стану в шший (Х^, ..., ЕWn), див. Рис 2.
З точки зору нового композитного сервюу, який повинен бути створений, скаж1мо W, системи переходiв ЕW1, ..., ЕWn являють собою середовище, в якому W повинен працювати по прийому й в!дправленню запипв на сервiс. Вони складають те, що в лiтературi по плануванню, називаеться доменом планування, тобто область, де пла-нувальник плануе мету. У нашому випадку, домен пла-нування являе собою систему переходiв, який поеднуе
ЕW1, ..., ЕWn. Формально, ця комбiнацiя е синхронним продуктом, який дозволяе п сервюам розвиватися неза-лежно i паралельно. Е представляе тому всi можливi по-ведшки, еволюци областi планування, без будь-якого контролю, виконаного сервюом, який буде генерований, тобто, W.
в - шукана комиозищя веб-сервклв; Wl.ii - за-
т _
реестроваш веб-сервюи; зад1яння алгоритму иошуку оптимальних веб-сервiсiв;
ЭМе ТгапэНюп 8у5(етз
Рис.2 - Автоматизована композицiя на основi OWL-S
З недолiкiв цього шдходу потрiбно вiдмiтити, що динамiчна система може сама розвиватися, наприклад змiнювати стан i в той самий момент вона частково кон-трольована i може спостерiгатися зовнiшнiми агентами, що е неприпустимо з точки зору безпеки. Це може призве-сти до зовнiшнього втручання стороншх сервiсiв у вико-нання певних операцш, а якщо сервiси працюють з базами даних - може призвести до втрати цiнних бiзнес-даних.
Для усунення недолiку з безпекою використання сервiсiв можна ввести поняття реестрацп сервiсiв на сер-верi i перевiряти унiкальний номер сервюу при виклику. Щодо часткового контролю динам!чно! системи, потрiбно обмежити систему у розвитку надавши !й доступ тшьки до сукупностi сервiсiв, яка безпосередньо пов'язана з конкретно виконуваною функщею.
В роботi [9] розглядаеться модель композицп сервiсiв, яка базуеться на антолопях, який базуеться на де-кларативних описах сервгав. Формальною основою для композицп е синтаксичш i семантичнi характеристики сервгав, якi визначають, являеться сервiс композитним чи т. Для вибору сервюу для виконання операци використо-вуються якюш показники: вартiсть, безпека i секретнiсть, також можливi введения додаткових критерпв.
Варто вiдмiтити переваги даного методу з точки зору безпеки. Сервюи при реестрацп на серверi можна помiчати як секретний, який буде використовуватись тшьки, наприклад, фшансовими операц!ями чи державно! важливостi операщями.
З недолшв те, що немае чггко описаного алгоритму оцiнювання сервюу по критерiям, також немае прюритет-ностi по критерiям у випадку однакових показник!в. Не передбачено алгоритм планування виконання сервгав.
Якщо узагальнити всi розглянутi методи вибору сервгав, то можна прийти до висновку, що алгоритм i його складнють у виборi сервiсiв залежить в!д програмного комплексу, де вiн буде застосований. Його доцiльнiсть по-трiбно аналiзувати окремо, адже це впливае на швидкодiю iнфраструктурного середовища.
Запропоноване рiшення
Задачу вибору сервiсу для виконання конкретно! задачi можна роздшити на двi пiд задачi: описання, реестращя сервiсiв на серверi i алгоритм вибору сервiсiв з множини зареестрованих сервiсiв. Розв'язання окремо! за-дачi не може iснувати без розв'язання шшо!. Для початку розглянемо задачу у виглядi математично! модель
В моделюваннi задачi використовуеться нотац!я теорi! важливостi критерi!в. Нотац!я сервгав i функцiй мае надстроковий iндекс, нотацiя оц!нок значень критерi!в -тд строковий iндекс
- Задача Т складаеться з ряду тд задач: ti, I = |1, де N1 — число п!д задач задачi Т.
- I = |1, — ¿-ий сервiс в реестрi веб-сервiсiв, де N8 — число веб-сервiсiв в реестрi.
- у = |1, — у'-а Функц!я, яка реалiзуеться I-им веб-сервiсом, Ш I — число функцш ¿-го сервiсу.
- 1тр1етепЬ(Ьк ) = {Б^] | 5i,/j:= tk} — множина можливих реалiзацiй п!д задач tk за допомогою функцш з сервгав Б^].
- 1тр1етепЬ(Т) = { 1тр1етепЬ(Ьк )| к = |1, МЦ} — множина можливих реалiзацiй задачi Т, або мож-лив! композицп сервiсiв в рамках задачi Т.
- К^,/]) = (K1(5i,/j),..., Шк (5i,/j) — векторна оц!нкау'-о! функц!! ¿-го веб-серв!су по Кп, п = |1, МЦ критер!ям.
Розглянемо кожну з п!д задач бшьш детально та за-пропонуемо п!дх!д до !хнього розв'язання. Граф!чне пред-ставлення математично! модел! показано на Рис.3.
8 - Доступш сервюи; f - функц!!, як! надають серв!си; К - критери, за якими в!дбираються серв!си;
Для описання сервгав будемо використовувати ХМЬ-под!бну мову - WSDL. Серв!си доступш через опе-рац!!, кожна операщя !дентиф!куеться !менем ! текстовим описанням, яке узагальнюе функц!ональн! особливост! операцп. Операц!я також визначае спос!б передач! по-в!домлень, вх!дн! та вихщш пов!домлення, ц!ль ! кате-гор!я. Дал! представимо визначення операц!й сервюу.
Рис. 3 - Математична модель описания сервЫв
Операщя сервюу OPik визначена кортежом (Descriptionik, Mode ik, In ik, Out ik, Purpose ik, Quality ik, Responsibility ik, Priority ik, Secret ik,), де
• Descriptionik - текстове описания функцюнально! операци;
• Mode ik - тип операцп (one_way, notification, request-response);
• In ik i Out ik - вхвдне чи вихщне повiдомлення;
• Purpose ik - описуе 6i3№c^yH^TO операцii;
• Quality ik - визначае якiснi характеристики операцп;
• Responsibility area ik - визначае роздш, який покри-вае операщя;
• Priority ik - визначае прюритетнють операцп;
• Secret ik - визначае, чи потрiбно перевiряти за-реестрований сервiс у валвдносп.
Для використання методу вибору сервгав з сукуп-ностi зареестрованих будемо користуватися словником критерiiв порiвняння сервiсiв наведених на Рис.4.
Тобто ршення задачi може бути узагальнене i буде можливiсть гнучкого налаштування для конкретного бiзнесy, цю опцш можна реалiзyвати за допомогою вбу-дованого довiдника з критерiями i налаштовувати його на початку роботи з програмним комплексом.
Рис. 4 - Критерп порiвияиия cepBiciB
Доввдиик з критерiями маеться на увазi стаидарти-зоваиi одииицi вимiру сервЫв, якi можуть бути застосо-ваш для налаштування алгоритму вибору сервгав при ви-коиаииi операцiй бiзнес-процесу. Також буде доступна фуикцiя створення iидивiдуальиих одиниць вимiру. Налаштування доввдиика буде проходити на етапi шста-ляцп системи.
Наступиий етап це реестращя доступиих сервiсiв, якi будуть використанi для здiйсиеиня усiх операцш по кожному бiзнес-процесу. Для описания сервгав будемо використовувати запропоиовану специфжацш OPik.
Отже, задача по вибору бажаиого сервюу зводиться до знаходження множини сервгав, якi задовольияють умовам критерив та потрапили до Парето-оптимально! множини. Даиий метод иазиваеться, перетии критерiаль-ио! i Парето-оптимальио! множини. Суть методу вибору
сервЫв для виконання операци конкретного бiзиес-про-цесу полягае у звуженш множини можливих у викори-стаииi сервiсiв шляхом аналiзу таких властивостей, як: Responsibility area, Category, Purpose, Priority, Secret та ш-ших з комбiнуваииям теорп формуваиня множини Парето. Тобто це дае можливють в деякш мiрi уиикнути похибок розрахуикiв вибору сервюу з множини Парето. В такому випадку на вхщ функцп формуваиня множини Парето будуть надходити тiльки тi сервiси, яш безпосередиьо вiдповiдають умовам операцп бiзнес-процесу.
Графiчие зображеиия методу перетии критерiаль-ио! i Парето-оптимальио! множини на Рис. 5.
SP - possible services (множина можливих сервЫв);С - набiр критерпв прикладеиий до вибору сервюу^РО - Парето-оптимальиа миожииа;S - бажаиий сервю.
Рис.5 - графiчне зображення методу перетину критерiальноï i Парето-оптимально! множини.
Метод перетину критерiальноï i Парето-оптималь-но! множини мае наступш переваги:
• Можливiсть гнучко! конфiгурацiï на етапi шста-ляци, за рахунок функцiï словника;
• Прозора реестращя сервiсiв, з опщею вказання сек-ретностi та прюритетностц
• Вирiшена проблема з можливютю втручання зло-як1сного коду на еташ обробки iнформацiï на вщда-леному сервiсi, шляхом присвоенню закодованого унiкального iдентифiкацiйного номеру сервiсу, який використовуеться вщдалено;
• Висока швидкодiя, за рахунок попереднiх обчис-лень множини можливих сервгав для кожного бiзнес-процесу;
• Усунута ведома проблема низько1' швидкодiï алгоритму Парето, за рахунок вщсшвання явно зайвих варiантiв на попередньому критерiальному еташ;
• Можливють масштабування програмного комплексу;
Висновки
Аналiз iснуючих пiдходiв показав, що при вирiшеннi задачi вибору сервюу в сервiс-орiентованих системах нарiвнi iз врахуванням технiчних та економiчних аспектiв виникае потреба у врахуванш моделей довiри на основi репутаци. В якостi покращення цього методу було запропоновано ймовiрнiсний опис моделi довiри на основi репутацiï, що дозволило формально обгрунтувати вла-стивють стiйкостi моделi до характерних сценарпв ком-ирометацп, також потрiбно розробити окрему модель для оновлення репутаци для кожного сервюу на основi уах операцiй виконаних конкретним сервюом. Також був розглянутий метод планування для автоматизовано1' ком-позицiï веб-сервгав, який може ефективно боротися з не-детермiнiзмом, частковою спостережнiстю i складними цiлями. Як виявилось в цьому методi е недолiк пов'язаний з безпекою виклику сервiсiв i частковим контрольованою динамiчною системою, ввдразу були запропонованi шляхи до усунення цих недолiкiв.
Запропонований власний комбшований метод для вибору сервiсiв з множини зареестрованих сервiсiв, який дае можливють здшснити попереднi розрахунки множини можливих сервгав, що пiдвищую швидкодш, а також
зменшить похибку ввд обчислень остаточно! множини серв1с1в формуючи множину Парето.
Список лггератури
1. Куссуль О.М. Исследование эффективности применения моделей доверия на основе репутации в Grid-системах / О.М. Куссуль, А.Н. Новиков, С.С. Швец // Науков1 пращ ДонНТУ Сер1я "1нформатика, кибернетика та обчислювальна техшка". - 2010. -Випуск 12(165). - С. 126-134.
2. Куссуль О.М., Новиков А.Н. Многокритериальная оптимизация планирования выполнения задач в структурно-сложных системах на основе моделей репутации // Вюник НТУУ «КП1». 1нформатика, управлшня та обчислювальна техшка: Зб. наук. пр. — 2011. — № 54. - C. 36-47
3. Куссуль О.М., 1нформацшна технолопя вибору сервюу в сервю-ор1ентованих системах з врахуванням репутаци Вюник НТУУ «КП1». Зб. наук. пр. — 2011. — № 54.
4. S. Narayanan and S. McIlraith. Simulation, Verification and Automated Composition of Web Services. In Proceedings of the Eleventh International World Wide Web Conference (WWW-11), 2002.
5. M. Pistore, P. Bertoli, F. Barbon, D. Shaparau, and P. Traverso. Planning and Monitoring Web Service Composition. In ICAPS'04 Workshop on Planning and Scheduling for Web and Grid Services, 2004.
6. M. Sheshagiri, M. desJardins, and T. Finin. A Planner for Composing Services Described in DAML-S. In Proc. of Workshop on Web Services and Agent-based Engineering - AAMAS'03, 2003.
7. Переклад статп «Automated Composition of Semantic Web Services into Executable Processes» P. Traverso and M. Pistore, Ремарович С.В.
8. The OWL Services Coalition. OWL-S: Semantic Markup for Web Services. In Technical White paper (OWL-S version 1.0), 2003.
9. В. Дерецький Подходы и задачи композиции сервисов в семантическом веб окружении. З наукового видання «Формальш методи розробки програмного забезпечення».
ОПТИМ1ЗАЦ1Я АЛГОРИТМУ ПЛАНУВАННЯ ДЛЯ GRГО-СИСТЕМ
Смоненко Валерш Павлович
доктор технгчних наук, професор кафедри обчислювальног технгки, Нацюнальний технгчний унгверситет Украти
«Кшвський полгтехнгчний гнститут» Каплунов Артем Володимирович, Лупинос Альбта Геннадивна
бакалавр кафедри обчислювально'1 технгки, Нацюналъний технгчний унгверситет Украти «Кшвський полгтехнгчний
тститут»
OPTIMIZATION SCHEDULING ALGORITHM FOR GRID-SYSTEMS
Simonenko V.P., doctor of engineering sciences, professor, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute»
