[论文解读] Monotony in Service Orchestrations

Anne Bouillard, Sidney Rosario+2 more|ArXiv.org|Apr 30, 2008

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 12被引用 4

一句话总结

本文将Web服务编排中的单调性形式化，建模为着色发生网（CO-nets），指出传统基于合同的QoS管理隐含假设了单调性——即组件性能提升会改善编排性能。本文提出条件单调性，一种更精细的概念，可防止以降低数据质量为代价换取延迟减少的情况，并表明尽管标准单调性很少成立，但条件单调性在大多数情况下成立，意味着SLA必须同时考虑数据质量和延迟。

ABSTRACT

Web Service orchestrations are compositions of different Web Services to form a new service. The services called during the orchestration guarantee a given performance to the orchestrater, usually in the form of contracts. These contracts can be used by the orchestrater to deduce the contract it can offer to its own clients, by performing contract composition. An implicit assumption in contract based QoS management is: "the better the component services perform, the better the orchestration's performance will be". Thus, contract based QoS management for Web services orchestrations implicitly assumes monotony. In some orchestrations, however, monotony can be violated, i.e., the performance of the orchestration improves when the performance of a component service degrades. This is highly undesirable since it can render the process of contract composition inconsistent. In this paper we define monotony for orchestrations modelled by Colored Occurrence Nets (CO-nets) and we characterize the classes of monotonic orchestrations. We show that few orchestrations are indeed monotonic, mostly since latency can be traded for quality of data. We also propose a sound refinement of monotony, called conditional monotony, which forbids this kind of cheating and show that conditional monotony is widely satisfied by orchestrations. This finding leads to reconsidering the way SLAs should be formulated.

研究动机与目标

• 识别并形式化Web服务编排中非单调行为的问题，即组件性能提升反而会降低整体编排质量。
• 分析基于合同的QoS管理中隐含的假设：更好的组件性能总是提升编排性能（即单调性）。
• 提出一种改进的概念——条件单调性，以防止不希望的权衡，例如为改善响应时间而降低数据质量。
• 使用基于CO-nets的正式模型，刻画满足单调性和条件单调性的编排类别。
• 重新评估SLA应如何制定，以反映延迟与数据质量之间的真实QoS权衡。

提出的方法

• 使用着色发生网（CO-nets）建模编排，这是一种支持结构化、确定性和无冲突执行语义的形式化方法。
• 将单调性定义为一种属性：任何组件服务性能的提升都不会降低整体编排性能。
• 基于事件图结构和$$\max/+$代数$\mathrm{\textbackepsilon}}$，提出单调性的全局必要且充分条件。
• 提出条件单调性作为改进，仅比较产生相同响应类型（例如有效数据）的配置，排除返回异常或无效响应的情况。
• 使用假设1——不同配置产生不同响应——以简化分析，并证明在该假设下，预编排网（pre-OrchNets）是条件单调的。
• 应用结构分析和分支单元理论，推导出单调性成立的条件，特别是在工作流网结构中。

实验结果

研究问题

• RQ1 在什么条件下Web服务编排中会出现单调性违反？其根本原因是什么？
• RQ2 能否为建模为CO-nets的编排建立单调性的形式化表征？
• RQ3 以延迟换取数据质量的权衡对合同组合和QoS管理有何影响？
• RQ4 如何对单调性进行改进，以排除诸如更快但结果错误等反直觉行为？
• RQ5 现实世界中的编排在多大程度上满足这种改进后的条件单调性概念？

主要发现

• 在实践中，标准单调性很少成立，主要因为编排通常以降低数据质量为代价换取更短的响应时间（例如，抛出异常或返回无效响应）。
• 条件单调性（仅比较产生相同响应的配置）被广泛满足——尤其在假设1成立时，即每个配置产生唯一响应。
• 理论分析表明，满足假设1的预编排网（pre-OrchNets）是条件单调的，原因在于事件图结构和$\max/+$代数的性质。
• 标准单调性的违反破坏了合同组合的一致性，使其在QoS管理中不可靠。
• 本研究表明，SLA不应仅规定延迟，而必须包含对数据质量的保证，以避免误导性性能声明。
• 未来工作应将该框架扩展至概率性合同和上下文网（含读弧），特别是针对Orc等高级编排语言。