基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，主要用于解決開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下準(zhǔn)確、高效地發(fā)現(xiàn)滿足用戶需求的可信Web服務(wù)，從而為高可信服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建提供重要的技術(shù)支撐。本發(fā)明專利技術(shù)一方面采用矩陣補(bǔ)全技術(shù)對(duì)缺失或失真的服務(wù)QoS屬性進(jìn)行預(yù)測(cè)或糾錯(cuò)，使得基于QoS屬性的可信服務(wù)發(fā)現(xiàn)得以有效地實(shí)施；另一方面將服務(wù)的先驗(yàn)類別信息引入服務(wù)表示的特征提取階段，增強(qiáng)了服務(wù)表示的區(qū)分性和查詢匹配的準(zhǔn)確性。真實(shí)Web服務(wù)數(shù)據(jù)集上的評(píng)測(cè)結(jié)果表明，本發(fā)明專利技術(shù)不僅具有較高的服務(wù)發(fā)現(xiàn)效率和精度，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)靈活，代價(jià)低，易推廣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于Web服務(wù)領(lǐng)域，主要實(shí)現(xiàn)一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法以及由此方法架構(gòu)出的系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛和逐漸深入，人們已不再滿足于僅僅簡(jiǎn)單使用網(wǎng)絡(luò)資源，如瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)郵件等，而是一方面希望能夠簡(jiǎn)捷、快速的將自己開發(fā)的軟件資源發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上供他人復(fù)用，另一方面也希望能方便地復(fù)用現(xiàn)有的軟件資源以滿足自己個(gè)性化的需求。軟件服務(wù)化是實(shí)現(xiàn)這種軟件資源復(fù)用的有效途徑，而面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service Oriented Architecture, S0A)為軟件服務(wù)化提供了理論支持,很大程度上推動(dòng)了軟件資源的復(fù)用、集成、以及網(wǎng)絡(luò)資源的多樣化。Web服務(wù)作為SOA架構(gòu)的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，具有良好的封裝性和廣泛的適用性，已經(jīng)成為企業(yè)信息規(guī)劃、動(dòng)態(tài)電子商務(wù)和應(yīng)用集成的重要支撐技術(shù)。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了大量的Web服務(wù)，這些服務(wù)正在構(gòu)成云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)。但是，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的開放、服務(wù)資源的快速演變以及用戶需求的變更和使用模式的偏好等，導(dǎo)致服務(wù)具有很大的不確定性和不可控性，這些不確定性和不可控性的程度往往通過(guò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)屬性來(lái)表征。常用的QoS屬性包括響應(yīng)時(shí)間、用戶滿意度、服務(wù)價(jià)格、可用性、可擴(kuò)展性、并發(fā)處理能力、準(zhǔn)確性、安全性、可靠性、吞吐Jl-寸寸O由于Web服務(wù)由分布于網(wǎng)絡(luò)上的眾多組織和個(gè)人獨(dú)立開發(fā)，其數(shù)量眾多且增長(zhǎng)迅速，因此存在很多提供相似或相同功能的服務(wù)。當(dāng)服務(wù)使用者進(jìn)行服務(wù)選擇時(shí)，不僅應(yīng)考慮服務(wù)所能滿足的功能性需求，而且應(yīng)考慮服務(wù)所能滿足的非功能性需求，即服務(wù)QoS屬性。近年來(lái)，有很多關(guān)于QoS感知的Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的研究，但是這些研究基于一個(gè)共同的假設(shè)前提，那就是假定用戶擁有候選服務(wù)的全部QoS信息。但是，在真實(shí)的服務(wù)消費(fèi)環(huán)境中這種假設(shè)并不成立。這是因?yàn)橛脩臬@取服務(wù)QoS信息的一個(gè)重要途徑是基于歷史調(diào)用信息，但由于網(wǎng)絡(luò)上存在海量的服務(wù)資源，如果服務(wù)使用者試圖通過(guò)窮盡調(diào)用所有的候選服務(wù)獲取服務(wù)QoS信息，不僅需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且要占用大量的網(wǎng)絡(luò)資源。因此，在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，服務(wù)用戶所能獲取的QoS信息往往是不全面的，QoS屬性的缺失或者失真嚴(yán)重影響了基于QoS的Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性和可信性。由此可見，提供精確的QoS屬性預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和選取可信Web服務(wù)的重要前提和保障。現(xiàn)有的服務(wù)QoS屬性預(yù)測(cè)方法主要有兩類:一類是基于協(xié)同過(guò)濾的QoS屬性預(yù)測(cè)方法，該方法以收集到的用戶-服務(wù)QoS采樣矩陣為基礎(chǔ)，通過(guò)采用Pearson相關(guān)系數(shù)分別計(jì)算用戶之間和Web服務(wù)之間的相似程度對(duì)目標(biāo)用戶進(jìn)行個(gè)性化的QoS屬性預(yù)測(cè)。然而，Pearson相關(guān)系數(shù)一般用于度量數(shù)據(jù)之間的線性相關(guān)關(guān)系，并不能很好地解釋客觀QoS數(shù)據(jù)之間的相似性；另一類是基于矩陣分解的QoS屬性預(yù)測(cè)方法，該方法同樣以收集到的QoS采樣信息為基礎(chǔ)，通過(guò)采用矩陣分解技術(shù)將QoS采樣矩陣分解為服務(wù)特征向量和用戶特征向量。然而，由于QoS數(shù)據(jù)的稀疏性，從服務(wù)特征向量和用戶特征向量中獲得的信息還不足以提供精確的QoS屬性預(yù)測(cè)。更為重要的是，現(xiàn)有的服務(wù)QoS屬性預(yù)測(cè)方法都假設(shè)已知的QoS采樣信息是真實(shí)可信的。但實(shí)際上采樣到的QoS信息不可避免地會(huì)受到少量的結(jié)構(gòu)化噪聲污染。例如:少數(shù)服務(wù)調(diào)用者為了自身的利益惡意反饋一些失真的QoS采樣信息，在QoS采樣矩陣中體現(xiàn)為該服務(wù)調(diào)用者對(duì)應(yīng)的行存在結(jié)構(gòu)化噪聲。因此，在進(jìn)行QoS屬性預(yù)測(cè)時(shí)，研究如何減少由結(jié)構(gòu)化噪聲污染帶來(lái)的負(fù)面影響是非常有必要的。另一方面，雖然已有一些聚類優(yōu)化的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法被提出來(lái)，但這些方法的共同點(diǎn)是僅僅利用分類信息來(lái)縮小服務(wù)查詢的搜索空間，從而提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的速度。這些服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法鮮有利用服務(wù)的先驗(yàn)類別信息來(lái)改進(jìn)服務(wù)表示的區(qū)分性，它們均無(wú)一例外地采用了無(wú)監(jiān)督的服務(wù)表不機(jī)制，即 tf.idf (term frequency-1nverse document frequency)術(shù)語(yǔ)加權(quán)機(jī)制。該機(jī)制并沒有利用已有的服務(wù)類別標(biāo)記信息，即使所抽取的特征向量能夠很好地表達(dá)服務(wù)的語(yǔ)義信息，但由于缺乏類判別信息，也將導(dǎo)致所抽取的高維特征向量在特征空間中趨同而變得不可分，這顯然是不利于服務(wù)發(fā)現(xiàn)和查找的。因此，針對(duì)上述兩點(diǎn)不足，本專利技術(shù)一方面引入機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域流行的矩陣補(bǔ)全技術(shù)，針對(duì)服務(wù)QoS采樣矩陣中存在的行結(jié)構(gòu)化噪聲問題，提出了一種I2,i范數(shù)正則化約束的矩陣補(bǔ)全算法來(lái)對(duì)缺失的QoS信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)失真的QoS信息進(jìn)行糾錯(cuò)；另一方面結(jié)合有監(jiān)督的服務(wù)特征提取方法，將服務(wù)的先驗(yàn)類別信息引入服務(wù)表示中，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)QoS感知的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)原型系統(tǒng)。真實(shí)Web服務(wù)數(shù)據(jù)集上的評(píng)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了本專利技術(shù)的有效性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，用于解決開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下準(zhǔn)確、高效地發(fā)現(xiàn)滿足用戶需求的可信Web服務(wù)，從而為高可信服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建提供重要的技術(shù)支撐。本專利技術(shù)的提出基于如下兩個(gè)基本事實(shí):(1)用戶-服務(wù)QoS矩陣滿足近似低秩特性，即該矩陣的奇異值呈冪式衰減。由于QoS屬性具有較高的空間相關(guān)性，相鄰地區(qū)的用戶或相鄰地區(qū)部署的服務(wù)共同使用相同或者類似的IT基礎(chǔ)設(shè)施(網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等)，使得用戶-服務(wù)QoS矩陣通常表現(xiàn)出良好的近似低秩特性。(2)矩陣補(bǔ)全理論表明，雖然一般情況下從矩陣的采樣元素預(yù)測(cè)未知元素是不可能的，但如果矩陣具有低秩或近似低秩特性，采用矩陣補(bǔ)全技術(shù)對(duì)采樣矩陣的缺失元素進(jìn)行預(yù)測(cè)和對(duì)含噪元素進(jìn)行糾錯(cuò)在理論上是可行的。本專利技術(shù)為解決所述的技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，該方法適用于用戶-服務(wù)QoS矩陣滿足近似低秩特性的情況下，具體步驟包括:步驟(l)QoS數(shù)據(jù)收集中心按QoS屬性類別收集服務(wù)調(diào)用者反饋的QoS歷史數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理后產(chǎn)生用戶-服務(wù)QoS采樣矩陣；步驟(2)采用矩陣補(bǔ)全技術(shù)對(duì)用戶-服務(wù)QoS采樣矩陣中缺失的QoS屬性值進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)失真的QoS屬性值進(jìn)行糾錯(cuò)，生成QoS完全矩陣；步驟(3)服務(wù)提供者發(fā)布所開發(fā)Web服務(wù)的WSDL文檔至服務(wù)注冊(cè)中心，服務(wù)注冊(cè)中心對(duì)所收集的WSDL文檔進(jìn)行分類；步驟(4)對(duì)服務(wù)注冊(cè)中心的分類WSDL文檔進(jìn)行有監(jiān)督特征提取，生成低維緊致的Web服務(wù)語(yǔ)義特征表示向量；步驟(5)服務(wù)查詢者構(gòu)造Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔提交給服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介；步驟(6)服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介根據(jù)Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔計(jì)算每一個(gè)候選服務(wù)與用戶總需求的匹配度并按匹配度大小排序；步驟(7)服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介將符合查詢請(qǐng)求的前η個(gè)查詢結(jié)果包裝成HTML頁(yè)面格式，通過(guò)查詢結(jié)果展示模塊反饋給服務(wù)查詢者，η為自然數(shù)；步驟(8)服務(wù)查詢者根據(jù)查詢結(jié)果選擇并調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)，同時(shí)將獲得的QoS信息反饋給QoS數(shù)據(jù)收集中心。進(jìn)一步的，前述的基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，步驟(2)所述的采用矩陣補(bǔ)全技術(shù)對(duì)缺失的QoS屬性值進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)失真的QoS屬性值進(jìn)行糾錯(cuò)，生成QoS完全矩陣，包括以下步驟:(2-1)根據(jù)矩陣補(bǔ)全理論將QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)問題建模為:本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于：該方法適用于用戶?服務(wù)QoS矩陣滿足近似低秩特性的情況下，具體步驟包括：步驟（1）QoS數(shù)據(jù)收集中心按QoS屬性類別收集服務(wù)調(diào)用者反饋的QoS歷史數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理后產(chǎn)生用戶?服務(wù)QoS采樣矩陣；步驟（2）采用矩陣補(bǔ)全技術(shù)對(duì)用戶?服務(wù)QoS采樣矩陣中缺失的QoS屬性值進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)失真的QoS屬性值進(jìn)行糾錯(cuò)，生成QoS完全矩陣；步驟（3）服務(wù)提供者發(fā)布所開發(fā)Web服務(wù)的WSDL文檔至服務(wù)注冊(cè)中心，服務(wù)注冊(cè)中心對(duì)所收集的WSDL文檔進(jìn)行分類；步驟（4）對(duì)服務(wù)注冊(cè)中心的分類WSDL文檔進(jìn)行有監(jiān)督特征提取，生成低維緊致的Web服務(wù)語(yǔ)義特征表示向量；步驟（5）服務(wù)查詢者構(gòu)造Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔提交給服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介；步驟（6）服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介根據(jù)Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔計(jì)算每一個(gè)候選服務(wù)與用戶總需求的匹配度并按匹配度大小排序；步驟（7）服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介將符合查詢請(qǐng)求的前n個(gè)查詢結(jié)果包裝成HTML頁(yè)面格式，通過(guò)查詢結(jié)果展示模塊反饋給服務(wù)查詢者，n為自然數(shù)；步驟（8）服務(wù)查詢者根據(jù)查詢結(jié)果選擇并調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)，同時(shí)將獲得的QoS信息反饋給QoS數(shù)據(jù)收集中心。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于Q0S屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:該方法適用于用戶-服務(wù)QoS矩陣滿足近似低秩特性的情況下，具體步驟包括: 步驟(l)QoS數(shù)據(jù)收集中心按QoS屬性類別收集服務(wù)調(diào)用者反饋的QoS歷史數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理后產(chǎn)生用戶-服務(wù)QoS采樣矩陣； 步驟(2)采用矩陣補(bǔ)全技術(shù)對(duì)用戶-服務(wù)QoS采樣矩陣中缺失的QoS屬性值進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)失真的QoS屬性值進(jìn)行糾錯(cuò)，生成QoS完全矩陣； 步驟(3)服務(wù)提供者發(fā)布所開發(fā)Web服務(wù)的WSDL文檔至服務(wù)注冊(cè)中心，服務(wù)注冊(cè)中心對(duì)所收集的WSDL文檔進(jìn)行分類； 步驟(4)對(duì)服務(wù)注冊(cè)中心的分類WSDL文檔進(jìn)行有監(jiān)督特征提取，生成低維緊致的Web服務(wù)語(yǔ)義特征表示向量； 步驟(5)服務(wù)查詢者構(gòu)造Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔提交給服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介； 步驟(6)服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介根據(jù)Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔計(jì)算每一個(gè)候選服務(wù)與用戶總需求的匹配度并按匹配度大小排序； 步驟(7)服務(wù)發(fā)現(xiàn)中介將符合查詢請(qǐng)求的前η個(gè)查詢結(jié)果包裝成HTML頁(yè)面格式，通過(guò)查詢結(jié)果展示模塊反饋給服務(wù)查詢者，η為自然數(shù)； 步驟(8)服務(wù)查詢者根據(jù)查詢結(jié)果選擇并調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)，同時(shí)將獲得的QoS信息反饋給QoS數(shù)據(jù)收集中心。2.按權(quán)利要求1所述的一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟(2)具體包括如下步驟: (2-1)根據(jù)矩陣補(bǔ)全理論將QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)問題建模為:3.按權(quán)利要求2所述的一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:在步驟(2-2)中，將采樣矩陣Q、投影算子？。、正則化因子α、參數(shù)ξ作為所述I2,!范數(shù)正則化約束的結(jié)構(gòu)化噪聲矩陣補(bǔ)全算法的輸入，將QoS完全矩陣X，噪聲矩陣Z作為所述I2,i范數(shù)正則化約束的結(jié)構(gòu)化噪聲矩陣補(bǔ)全算法的輸出，其中，參數(shù)ξ為1Χ10_6 ;具體計(jì)算過(guò)程如下: 步驟(a):將公式(I)松弛為QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)問題的一個(gè)近似問題:4.按權(quán)利要求1所述的一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:步驟(4)具體包括如下步驟: (4-1)使用開源軟件WSDL4J對(duì)服務(wù)注冊(cè)中心的WSDL文檔進(jìn)行服務(wù)解析； (4-2)對(duì)解析后的WSDL文檔進(jìn)行分詞、縮寫詞補(bǔ)全、拼寫錯(cuò)誤糾正、停用詞過(guò)濾和詞干抽取，生成Web服務(wù)特征詞項(xiàng)空間； (4-3)基于步驟(4-2)生成的Web服務(wù)特征詞項(xiàng)空間，引入先驗(yàn)類別信息，利用有監(jiān)督的詞頻tf-逆文檔頻率idf-逆類別頻率icf術(shù)語(yǔ)加權(quán)機(jī)制生成Web服務(wù)特征表示向量；(4-4)基于隱含語(yǔ)義索引技術(shù)對(duì)步驟(4-3)生成的Web服務(wù)特征表示向量進(jìn)行詞義消岐和概念語(yǔ)義空間降維，生成低維緊致的Web服務(wù)語(yǔ)義特征表示向量； (4-5)對(duì)步驟(4-4)生成的Web服務(wù)語(yǔ)義特征表示向量進(jìn)行規(guī)一化處理，將每個(gè)向量的長(zhǎng)度均設(shè)定為I。5.按權(quán)利要求1所述的一種基于QoS屬性預(yù)測(cè)和糾錯(cuò)的有監(jiān)督Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:步驟(5)所述Web服務(wù)查詢請(qǐng)求描述文檔的內(nèi)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳蕾，楊庚，陳正宇，王傳棟，朱薇，莫燕章，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：