移动自组网中基于QoS和资源节约的分布式服务组合关键技术研究

服务组合是移动自组网提供用户复杂服务的技术基础，其目标是利用最少的网络资源，提供满足用户功能和非功能（QoS）需求的复合服务。然而现有研究采用语法或语义的单一服务描述方式，无法适应网络节点资源不平衡状况；服务组合在某一节点上集中完成，无法计算网络链路QoS；服务组合中未充分考虑节约紧缺资源。针对以上问题，本项目围绕服务组合目标，为适应网络节点资源差异化，提出同时支持语法和语义的服务组合模型；采用服务继承和本体离线数字化编码技术，优化语义级服务描述和匹配算法以节约节点资源；利用消息有限泛洪机制，在节点本地发现后即刻组合服务，这种分布组合方式保证了复合服务QoS要求；为提高泛洪效率，综合运用多种消息过滤机制，提出基于蚁群优化算法的分布式服务组合协议，利用激素表引导消息在网络中有序、有目的和可控地传播；研究服务组合系统对动态环境的适应能力和进化方法。设计开发原型系统并进行模拟测试和应用验证。

移动自组织网（MANETs）是普适计算中一种典型的多跳分布式自治网络。因节点资源贫乏，大多节点提供功能单一的服务，而用户则需要完成复杂任务的服务。因此发现并组合分布于各节点的服务，提供复合服务成为一种迫切需要。现有MANETs环境下服务组合研究存在以下问题：采用语法方式描述服务缺乏扩展性、服务质量（QoS）中未包含网络链路QoS、以及未充分考虑节约电量等紧缺资源。. 针对上述问题，本项目首先构建一种适应移动异构环境的分布式服务组合框架，同时支持语法和语义形式的服务发现和组合。其次，提出基于本体技术的服务语义匹配和服务优化选择方法，重点建立基于复杂控制结构的服务语义模型，提出四种服务语义匹配关系。针对节点资源缺乏情况，给出语义服务组织、编码和查询推理的高效优化算法。再次，提出了一种新型基于蚁群优化算法的分布式服务组合协议。仅通过一次网络搜索同时完成服务发现、服务组合和路由发现过程，从而保证了复合服务QoS计算完整性。借鉴蚁群算法思想，利用链路信息素引导消息在网络中有序、有目的传播，以解决消息广播风暴问题。从该领域鲜有研究的服务位置角度考虑，提出一种基于位置受限的分布式服务组合协议，解决了用户使用某一距离范围内服务的问题。最后，提出了分布式服务组合系统的进化方法。利用蚁群算法动态更新服务信息表和服务路径修复机制，保证了服务组合的性能和稳定运行。. 在MANETs模拟器上实现了我们提出的服务组合协议，并给出各种类型消息的定义规范及其消息处理流程。通过大量模拟数据发现，与传统协议Dis-Comp和SC-Dsr相比，我们提出的基于蚁群算法服务组合协议的控制消息负载分别减少23% 和55%，成功率分别提高28和12个百分点，服务费用分别减少35%和18%，以及网络寿命分别增长了82%和72%。总体而言，我们的协议利用较少的控制消息，可获得较高成功率、较低服务费用以及较大程度延长了网络寿命，其性能接近于网络最优性能。. 本课题取得的研究成果为MANETs环境下同时支持语法和语义的服务发现和组合方式探索了一条有效途径，较大程度地改进了现有MANETs服务组合协议性能，协议的完整实现为后继该领域研究提供了实践经验和借鉴价值。