基于服务质量预测与离群感知的服务组合研究

来源 :孙晓宁 |
随着云计算和移动边缘计算的发展,面向服务的计算(Service Oriented Computing,SOC)也面临新的挑战。云计算诞生以来,将计算、控制和存储转移到云中已经成为一个普遍的趋势,而云中的资源皆以服务的形式提供给用户。近年
随着云计算和移动边缘计算的发展,面向服务的计算(Service Oriented Computing,SOC)也面临新的挑战。云计算诞生以来,将计算、控制和存储转移到云中已经成为一个普遍的趋势,而云中的资源皆以服务的形式提供给用户。近年来,移动传感和无线通信技术的进步,用户客户端设备的数量和种类的增加,出现了更多的新概念,比如移动边缘计算、移动云计算、雾计算和微云等。所以在日益复杂的云计算和移动边缘计算环境下,服务组合是一个具有挑战性的问题。在云计算和移动边缘计算环境下,系统的性能都是波动变化的,部署在云服务器和边缘服务器上的服务的服务质量(Quality of Service,QoS)一定是不断变化的,仅仅依据服务提供商发布的QoS数据很难反映实时的服务性能。作为衡量服务优劣的重要指标,有必要对其运行时的真实QoS进行预测,以保证复合服务的整体QoS的可靠性。而对于服务性能的预测只能基于测量的历史数据,但是在数据的收集中过程,时间序列经常受到各种干扰,干扰的后果会导致序列产生不一致和不合逻辑的观察值,这些异常观察点通常称之为离群值。时间序列数据突然的变化会暂时或永久地改变数据的动态。而且这些变化通常是非系统性的,不能被标准时间序列模型捕捉到。离群值是时间序列数据中不可避免的特殊点,并且会对时间序列数据的分析产生负面影响。那么检测离群值就变得尤其必要,因为它们影响预测模型的选择、参数的估计,进而影响预测的准确度,势必会对用户感知的复合服务性能有很大的影响。在服务组合对服务的调用的过程中,需要在云、边缘云和移动设备之间通信,由此会导致一些额外的时间延迟和能源消耗。尤其是移动设备的计算容量和电池容量有限,无法支持丰富的计算和通信。为了获得稳定有效的网络服务,在服务组合的过程中,要充分考虑这些因素,在满足用户需求的同时使能源消耗最小化。考虑到以上因素,我们进行了以下研究:1.针对现实中的服务的QoS是时变和波动的,而QoS的波动变化会影响到最终复合服务的性能,本文进行了不同于传统方法(固定的、有界的或基于统计的QoS)的预测性服务组合,通过差分整合移动平均自回归模型(Autoregressive Integrated Moving Average model,ARIMA)在服务组合之前对服务的QoS数据进行预测,并基于预测后的QoS进行服务组合,该组合的结果是一个根据QoS变化的动态组合过程。2.针对历史QoS数据常常因故障或污染等意外而存在离群值的情况,为避免离群值对预测模型选择和参数估计的负面影响,本文将基于离群值感知的预测算法用于服务组合的过程中。在检测离群值的同时修正预测模型的参数,得以实现更准确的预测效果,进而获得性能更好的复合服务。3.在移动边缘计算环境下,用户的请求日益复杂,在满足服务组合的QoS约束的前提下,如何合理地将子任务分配到相应的边缘服务器上,被视为一个挑战。本文针对服务组合过程中的时间延迟以及移动终端和边缘服务器的能量消耗进行了建模分析,提出一种移动边缘计算环境下的预测性服务组合方法,改善了现有的研究中忽略服务性能的波动性的不足。该方法能够在感知服务性能波动的同时,优化服务的时间延迟和能量消耗。4.针对服务组合这个多目标优化、多任务调度的问题,本文提出了三种在不同环境下的调度算法以优化服务组合的结果:改进的遗传算法、结合了共享机制和隔离机制的小生境遗传算法和基于Skyline的候选服务预筛选和复合服务寻优的两步算法。并基于不同的服务流程生成了多个服务模板,利用真实的数据集进行了大量的案例研究,设计并实施了一系列的对比实验,证明了文中方法的有效性和优越性。
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