一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法，包括：抽象出Web服务组合过程与QoS属性，确定QoS属性的组成部分；分析影响QoS属性的环境条件，并将该环境条件建模为参数化的马尔可夫决策过程；引入限制要求约束Web服务组合过程，并将该过程建模成为带限制要求的参数化马尔可夫决策过程；将待验证的QoS属性建模成为时序逻辑公式；使用可处理参数化模型的概率模型检测工具，验证有穷状态模型在动态的环境下是否满足待验证的QoS属性，并得到定量验证结果。本发明专利技术方法解决了在复杂的开放环境下，由于环境动态变化的随机性、抽象服务之间的依赖性所导致的传统Web服务组合验证方法不准确的问题，并有效地缓解了验证过程中的状态爆炸问题。 1

A Web service composition verification method based on parameterized model

This invention discloses a Web service combination verification method based on parameterized model, including: abstracting the Web service composition process and QoS attribute, determining the component of the QoS attribute, analyzing the environment conditions that affect the QoS attribute, and modeling the environment condition as the parameterized Markov decision process, and introducing the constraint requirement constraint We B service composition process, and modeling the process into a parameterized Markov decision process with restricted requirements; modeling the QoS attribute to be verifying into a temporal logic formula; using a probabilistic model detection tool with a processing parameterized model to verify whether a poor state model satisfies the QoS attribute to be verified in a dynamic environment. And the results of quantitative verification were obtained. This method solves the problem that the traditional Web service combination verification method is inaccurate due to the randomness of the dynamic changes of the environment and the dependence of the abstract services in the complex open environment, and effectively alleviates the problem of state explosion in the verification process. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法
本专利技术属于计算机软件工程开发
，特别涉及一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法。
技术介绍
Web服务组合是将不同的具体服务组合起来以完成功能更强大的组合服务的技术。随着Web服务技术的快速发展，功能属性类似而服务质量(QualityofService，即QoS)不同的具体服务数量急速增加。在此情况下，根据服务质量为用户推荐不同的具体服务以使得整个Web服务组合的全局QoS值最优的方法称之为QoS感知的Web服务组合方法。另外，环境是动态变化的，当环境变化时具体服务的QoS值也会随之变化。因此，如何在动态变化的环境中选择服务使得全局QoS最优，是开放环境下QoS感知的Web服务组合研究中的重要问题。概率模型检测技术作为一种形式化验证方法，其目的在于使用有穷状态模型描述给定的概率系统，使用时序逻辑公式描述待验证的属性，并将有穷状态模型与时序逻辑公式作为模型检测工具的输入，验证概率系统是否满足待验证的属性，并给出定量结果。PRISM作为一款被广泛使用的概率模型检测工具，可用于分析具有概率行为和随机性行为的系统并进行相关属性验证。以上将概率模型检测技术应用于Web服务组合研究的相关方法称为Web服务组合验证方法。PARAM是本方法中用到的工具，它是一款可以处理参数化模型的概率模型检测工具，是PRISM的拓展。PARAM与PRISM的区别在于，PARAM可以处理参数化模型。所以，与PRISM一样，PARAM是一个用来分析概率系统的工具，可以支持三种类型的模型，离散时间马尔可夫链，连续时间的马尔可夫链以及马尔可夫决策过程。该工具通过自动分析建立好的参数化模型与时序逻辑公式，将得到含有多个变量的有理函数，这些变量就是在建模过程中被参数化的变量。根据定义域给定该变量的值，并带入有理函数计算，就可求出待验证的属性的定量分析结果。对于开放环境下的Web服务组合过程来说，首先，环境的动态变化将会影响不同具体服务的QoS值，从而影响到Web服务的选择。而环境的动态变化是随机的，使用参数化的马尔可夫决策过程对环境的动态变化进行建模，可以真实模拟环境的动态变化，从而提高开放环境下Web服务组合验证方法的准确性。其次，在实际的Web服务组合场景中，抽象服务之间不是相互独立的，不同服务之间可能存在相互依赖的情况。为解决这个问题，本专利技术引入限制要求来约束Web服务组合过程，同时也可以缓解验证过程中的状态爆炸问题。最后，使环境条件的参数化马尔可夫决策过程与Web服务组合过程的带限制要求的参数化马尔可夫决策过程相交互并作为PARAM一个输入，待验证的QoS属性的时序逻辑公式作为另一个输入。使用PARAM验证，便可得到带有变量的有理函数。给定变量的具体值后，就能得到时序逻辑公式的验证结果，即可得到与结果相应的状态转换路径，也就是最优的Web服务组合方式。因此，使用PARAM对Web服务组合过程进行验证，可以解决开放环境下QoS感知的Web服务组合研究中的相关问题。之前对QoS感知的Web服务组合验证方法的研究集中于用户的非功能属性的多目标性与不确定性的处理，并未考虑到环境动态变化的随机性对Web服务组合过程的影响。同时，也很少考虑到实际情况下抽象服务之间相互依赖所带来的Web服务组合方法不准确的问题。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法，以解决现有技术中未考虑到环境的不确定性与随机性对Web服务组合过程的影响，以及实际情况下抽象服务之间相互依赖所带来的Web服务组合方法不准确的问题。本专利技术将环境模型建模为参数化马尔可夫决策过程，恰当的处理了环境条件不同状态之间相互转化的随机性。另外，将Web服务组合过程建模成为参数化引入限制要求以约束Web服务组合过程，将其转换为带限制要求的参数化马尔可夫决策过程，解决Web服务组合过程中抽象服务之间的依赖问题，同时缓解概率模型检测技术中存在的状态爆炸问题，提高方法的准确性和有效性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法，包括如下步骤：(1)根据待研究对象的特点抽象出Web服务组合过程与QoS属性；(2)根据步骤(1)中的QoS属性分析影响该QoS属性的环境条件，并将该环境条件建模为参数化的马尔可夫决策过程(PMDP)；(3)将步骤(1)中的QoS属性建模成为时序逻辑公式；(4)将步骤(1)中的Web服务组合过程建模成为带限制要求的参数化马尔可夫决策过程(Re-PMDP)，并使之与步骤(2)中参数化的马尔可夫决策过程模型相交互；(5)将步骤(2)中的参数化的马尔可夫决策过程与步骤(4)中的带限制要求的参数化马尔可夫决策过程构成描述概率系统的有穷状态模型；步骤(3)中的时序逻辑公式表示待验证的系统属性，使用参数化的概率模型检测技术，验证有穷状态模型在动态的环境下是否满足待验证的QoS属性，并得到验证结果。优选地，所述步骤(1)具体包括：(11)分析待研究对象需完成的任务，定义一组抽象服务描述系统行为；(12)分析步骤(11)中的抽象服务，同一个抽象服务由不同的具体服务提供，将该具体服务的集合定义为每一个抽象服务的一组具体服务；(13)根据步骤(11)与(12)中的分析结果，将待研究对象抽象成Web服务组合过程；(14)根据待研究对象特点，抽象出待验证的QoS属性和其对应的QoS值。优选地，所述步骤(2)具体包括：(21)根据步骤(14)中的QoS值的特点，确定QoS属性的组成部分；(22)根据步骤(21)中的QoS属性的组成部分，分析影响该QoS属性的具体条件，将其确定为环境条件；(23)将步骤(22)中的环境条件建模成为马尔可夫决策过程(MDP)，其中，环境条件有不同的状态，其不同状态对应马尔可夫决策过程的不同状态；环境条件不同状态之间随机转换的过程对应马尔可夫决策过程中不同状态的迁移；(24)将步骤(23)中马尔可夫决策过程的不同状态之间迁移的概率参数化，定义该概率为一个变量，并根据环境条件的特点给定一个取值，将该环境模型的马尔可夫决策过程转换参数化的马尔可夫决策过程。优选地，所述步骤(2)中的参数化的马尔可夫决策过程通过概率模型检测工具进行创建。优选地，所述步骤(3)具体包括：(31)根据步骤(21)中QoS属性的组成部分确定Web服务组合过程的奖励结构(Reward)；(32)根据步骤(31)中的奖励结构，将步骤(14)中的QoS属性建模成为时序逻辑公式。优选地，所述步骤(4)具体包括：(41)根据步骤(23)中环境条件的具体状态与步骤(13)中的Web服务组合过程，分析在不同状态下Web服务组合选择服务将产生的变化，在马尔可夫决策过程定义一个标记状态，该状态在不同的环境条件状态下，其状态的迁移也将不同，用这种不同以表示环境条件的变化对Web服务组合过程的影响；结合步骤(31)确定的奖励结构，将受环境模型影响的Web服务组合过程建模成为马尔可夫决策过程；(42)根据步骤(41)中受环境模型影响的Web服务组合过程的特点，确定该过程中需要被参数化的具体概率并给定合理的取值范围，将步骤(41)中的马尔可夫决策过程转换为参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种基于参数化模型的Web服务组合验证方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据待研究对象的特点抽象出Web服务组合过程与QoS属性；（2）根据步骤（1）中的QoS属性分析影响该QoS属性的环境条件，并将该环境条件建模为参数化的马尔可夫决策过程；（3）将步骤（1）中的QoS属性建模成为时序逻辑公式；（4）将步骤（1）中的Web服务组合过程建模成为带限制要求的参数化马尔可夫决策过程，并使之与步骤（2）中参数化的马尔可夫决策过程模型相交互；（5）将步骤（2）中的参数化的马尔可夫决策过程与步骤（4）中的带限制要求的参数化马尔可夫决策过程构成描述概率系统的有穷状态模型；步骤（3）中的时序逻辑公式表示待验证的系统属性，使用参数化的概率模型检测技术，验证有穷状态模型在动态的环境下是否满足待验证的QoS属性，并得到验证结果。2.根据权利要求1所述的基于参数化模型的Web服务组合验证方法，其特征在于，所述步骤（1）具体包括：（11）分析待研究对象需完成的任务，定义一组抽象服务描述系统行为；（12）分析步骤（11）中的抽象服务，同一个抽象服务由不同的具体服务提供，将该具体服务的集合定义为每一个抽象服务的一组具体服务；（13）根据步骤（11）与（12）中的分析结果，将待研究对象抽象成Web服务组合过程；（14）根据待研究对象特点，抽象出待验证的QoS属性和其对应的QoS值。3.根据权利要求2所述的基于参数化模型的Web服务组合验证方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括：（21）根据步骤（14）中的QoS值的特点，确定QoS属性的组成部分；（22）根据步骤（21）中的QoS属性的组成部分，分析影响该QoS属性的具体条件，将其确定为环境条件；（23）将步骤（22）中的环境条件建模成为马尔可夫决策过程，其中，环境条件有不同的状态，其不同状态对应马尔可夫决策过程的不同状态；环境条件不同状态之间随机转换的过程对应马尔可夫决策过程中不同状态的迁移；（24）将...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，周世旗，周女琪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32