面向服务架构网络的质量度量面向服务架构网络的质量度量一、一、 面向服务架构网络面向服务架构网络面向服务架构Service-Oriented Architectures (SOA)网络是指，许多广泛分布的相互疏松耦合的各种服务器组成网络，为终端用户提供所需的各种服务。这种网络已经在美军的网络中心战略中发挥着重要作用。美军2004年10月份正式运行的网络中心企业服务网（Net-Centric Enterprise Services，（NCES），就是按照面向服务架构（SOA）构建的，NCES使作战人员和情报分析人员能够更快速和简单地共享信息。另一个新的实例是美军正在开发的下一代指挥控制系统，网络赋能指挥能力系统（Net-Enabled CommandCapability (NECC)）。NECC系统是过去的全球指挥控制系统（GCCS）的新版本，NECC将传统的客户机/服务器工作模式升级为面向服务的体系结构，采用新的软件体系，使不同的用户和系统能够交换数据，作战人员可以访问、显示和理解有效决策所需的信息，并通过灵活、易于使用的用户环境迅速适应任务需求的变化，向指挥员提供动态指挥控制能力。NECC的最终用户包括国家军事指挥中心、联合部队司令部以及各军种。NECC在2007年4季度起进入系统开发和演示验证阶段，在2009年进入生产与部署阶段，大约在2010年，它将初具网络赋能指挥能力。SOA网络必须具有按照服务合同开发的完善的服务界面，使终端用户能够很方便的从注册服务项目中获得需要的信息。服务合同的一个重要组成部分是服务层协议（Service-Level Agreements (SLA)）SLA的一个关键内容是必须规定一套性能和质量度量。这套度量对于在全球信息网格（Global Information Grid (GIG)）.中，网络中心环境SOA架构成功部署和维护将发挥关键的作用。其重要性在于：1. 它们是GIG网络中心环境中覆盖网络，计算基础结构完整度量的基础。SOA网络中的各个基础服务器的下层结构，是由许多不同运营商独立开发。具有一套顶层的参照度量，对于各个运营商开发自己的底层度量，使其能够满足终端用户的需要至关重要。2. 这些度量应该直接反映用户从网络获取服务的体验和需求。3. 这套度量可以应用到 SOA 网络的整个寿命期，包括需求定义、SLA 开发、服务设计、性能测试和 SOA 维护。二、二、 质量度量（质量度量（TSAR）美国科学应用国际公司Dr. Yun-Tung Lau 提出面向服务架构网络服务质量度量应由服务时间(Service Time（T）)，可伸缩性（Scalability (S)） ，可用性（Availability (A)） ，可靠性（Reliability (R)）4个度量构成，这4个度量恰当地反映了用户使用网络的直观体验。1. 服务时间服务时间 T对于同步服务，例如要求/响应网络服务， 简单的说T是响应时间，是从用户发出请求开始，到收到应答为止的时间，T不是常数，是一个统计值，用期望值和标准差来代表，更进一步分析，T包括网络执行时间，其中包括传输时间，互联网延迟时间，拥挤堵塞时间和服务提供商消耗的时间，包括本地处理时间和后端处理时间。对于异步服务，例如发送信息，T 是发送时间，用发送方发出到接受方收到信息的时间间隔度量，T通常可用Tmin，Taverage，Tmax 表示，服务层协议应该保证信息发送时间应小于规定的Tmax，2. 可伸缩性可伸缩性 S可伸缩性用来度量网络在期望的时间区间，在期望的可靠性范围，对随机增长的工作量负荷，网络的掌控能力。例如用户数负荷（在某个时间区间，能够同时提供服务的用户数） ，单位时间处理的请求数，在某确定的时间处理的请求或信息的规模。3. 可用性可用性 A可用性是指网络系统在某个时刻能够提供服务的概率。可用性的度量方法是：A=网络的工作时间(网络的工作时间网络停工时间)其中网络停工时间包括计划停工和非计划停工时间。SOA网络可用性一般应该达到99.9% 以上，99.9%表示在一年的时间内，网络停机时间是8.8小时。网络中硬件和软件的计划维护造成的停工，网络和计算机硬件失效，软件的致命失效对可用性有实质性的影响。4. 可靠性可靠性 R是指在网络可用时，网络服务能够成功完成各种规定任务的概率。网络服务不能提供预期的正确结果，往往是由于软件的非致命失效造成，包括网络的负荷控制机构拒绝了用户的正常请求，或者信息在传输中部分或全部丢失。 （由于网络的过荷或网络硬件性能部分退化） ；包括服务不能提供预期的结果，例如处理超时，由终端处理中出现问题导致的相关服务失效。注意，可靠性是在应用层面上定义的。三、三、 度量立方体度量立方体TSAR不是完全相互独立的，一般的讲，当S增加T随之增加，R随之下降。T或者R随S的变化图，称为可伸缩性曲线。见图1。图图1 可伸缩性曲线图可伸缩性曲线图图1是一个在有限服务队列模型的基础上，得出的例图。随着S增加，请求和信息在队列中需要更多的等待时间，所以T随之增加。在图1中，R包括了软件失效和请求被拒绝（后者发生在请求达到队列的上限） 。图1中的S是单位时间服务请求对最大通过量之比。最大通过量是指单位时间能够完成的最大请求数。当S从0增加，通过量随S线性增加，当S达到1（服务请求率达到最大通过量）即平台数值，这时由于支持服务的计算和网络基础结构的限制，输入请求的增加受到抑制而部分下降，离散排队模型可以模拟这个效应。在低于最大通过量时，可以用通过量作为S的近似度量。有许多商用软件能够提供通过量这个度量，所以这样做比较方便，由于S增加对有用性A的影响不大，通常可以认为A 是常数。但是当S很高时，特别高的请求使计算和网络的下层结构枯竭，从而无法履行任务，因此可能降低可用性。对于实际应用而言，用实验方法能够确认这种状况在S的期望区间不会发生。因此可以认为可用性与S独立。为了使服务的可伸缩性形具有可视性，可以利用S,R,T的最大值和最小值，定义一个度量立方体。S的最小值界限Smin 代表的阈值对应于正常应用的最低限，Smax 是运行的目标峰值，当S增加，服务状态可以沿着立方体可伸缩性曲线进行跟踪。(见图2) 。度量立方体对于拟定SLA有重要作用将在下面一节加以讨论。图图2 度量立方体图度量立方体图四、四、 服务层协议服务层协议 SLA SLA的核心在于说明度量立方体和要求的可用性范围以及度量的统计值（每小时或每日均值） 。开发SLA的规范过程如下1. 服务提供方提供服务的伸缩性曲线， 。2. 消费方提出服务层需求， （表述为一个度量立方和可用性范围） 。3. 服务提供方比较伸缩型曲线和用户需求。4. 服务提供方在不能满足消费方需求时，必须增加网络的计算资源，用来：1）优化立方体内的可伸缩性曲线。2）满足期望的可用性范围。5. 服务提供方改进SLA与消费方谈判，谈判包括价格，进度，和其它事项。在第4步中当计算资源改变时，可伸缩性曲线在度量立方体中移动。图3显示了立方体中交叉部分（T和S平面） 。如果伸缩性曲线的上部终端接触Tmax的边界，则SLA可能存在潜在的扰动。因为（在Smax达到之前）服务时间可能超过容许的最大值。用增加计算资源， （即更多的服务）曲线将下移。但是如果资源增加过度，曲线在Smax 的边界低于Tmax ,则显示投入过度，计算资源存在一定程度的浪费 。因此最佳的结果是使曲线达到上面的角落，或略为低于它。图3是可伸缩曲线的优化图。同样可靠性的最佳曲线，应该接触到Smax和Rmin的角落，图图3 可伸缩曲线的优化可伸缩曲线的优化借助于图2的度量立方体，最佳的可伸缩性曲线将达到用三角形表示的角落。为了适应SLA，服务提供商需要保证可用性处于需要的范围。当服务被调用和运行，服务提供商应该监控这些度量，观察是否处于要求的度量立方体中。五、五、 补充说明补充说明度量立方体，已经应用在NCES中，NCES定义了TSRA的一系列阈值和目标度量，他们相应于立方体的最小和最大的度量立方体边界。对NECC, TSRA度量包括在开发人员指南中，并用于系统工程过程。度量立方体对于开发SLA的作用非常显著。定义终端到终端度量（例如TSRA）的固有挑战在于他们广泛分布的网络和计算的基础结构对终端到终端度量具有重大的影响，因此保证SLA的需求，需要由网络中心环境中（例如GIG）众多的实体来承担。无论如何，服务提供商通常是原始的与消费者联系的接口，应该承担为用户提供高质量服务的责任。服务提供商可以分配度量到它的独立的网络和计算服务提供人，或者通过子SLA或者明确的分配部分度量到相关的实体。并监督子承包商切实加以实施。