Σημασιολογικό πλαίσιο & βελτιστοποίηση ποιότητας διαδικτυακών υπηρεσιών

Abstract

The extensive study of semantic web identified the lack of QoS (Quality of Service) Ontologies for web services. Furthermore, the criteria a provider is based on, for the selection of its customers is another critical concept. This thesis attempts to resolve both these issues with the provision of innovative design for QoS Ontologies for web services and selection algorithms for the maximization of the provider’s profit. The case study of the general problem that this thesis deals with, is: Consider a web services provider, where the web services’ characteristics (including QoS parameters) are described via Ontologies. The provider is able to serve only a limited amount of customers due to limited resources. Thus, a methodology is required for the selection of customers and the provided services in order to maximize its profit, where the selection criteria will be based on QoS parameters. Obviously, this procedure is valid only in cases where the provider falls short of resources. Specifically, two QoS ontologies for web services are designed: (i) A Language Ontology, which is a general model for a QoS parameter and the characteristics that may have and (ii) a Vocabulary Ontology, which consists of the QoS parameters that are most frequently used for a web service. The design of the - heuristic - selection algorithms is based on solutions for the knapsack family, a family which has well-known NP-Hard problems. The proposed SMCK algorithms attempt to maximize provider’s profit. It should be mentioned, that a filtering of the QoS parameters that are applicable for these algorithms is taking place initially, as not all these parameters are correlated with the provider’s resources.

Η εκτενής μελέτη των διαδικτυακών υπηρεσιών και του σημασιολογικού δικτύου (semantic web) οδήγησε στον εντοπισμό αδυναμιών/ελλείψεων των υπαρχουσών σχεδιασμών για οντολογίες παραμέτρων ποιότητας διαδικτυακών υπηρεσιών. Επιπρόσθετα, τα κριτήρια στα οποία στηρίζεται ένας πάροχος διαδικτυακών υπηρεσιών κατά την επιλογή πελατών, αποτελούν ένα ερευνητικό πεδίο μείζονος σημασίας. Στόχος της παρούσας διατριβής αποτελεί η συμβολή στις ερευνητικές περιοχές των πεδίων αυτών, παρέχοντας πρωτότυπους σχεδιασμούς που αφορούν τις παραμέτρους ποιότητας διαδικτυακών υπηρεσιών. Παράλληλα προτείνονται κατάλληλοι αλγόριθμοι βελτιστοποίησης του συνολικού κέρδους ενός παρόχου διαδικτυακών υπηρεσιών. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζει η παρούσα διατριβή είναι το ακόλουθο: Έστω ένας πάροχος που προσφέρει διαδικτυακές υπηρεσίες, οι οποίες διαθέτουν παραμέτρους ποιότητας στην περιγραφή τους. Οι υπηρεσίες αυτές στηρίζουν την περιγραφή τους αποκλειστικά σε οντολογίες. Λαμβάνοντας ακόμη υπόψη το γεγονός ότι ο πάροχος μπορεί να εξυπηρετήσει συγκεκριμένο αριθμό πελατών που είναι απόρροια του γεγονότος ότι έχει περιορισμένους πόρους, ζητείται να βρεθούν μέθοδοι επιλογής πελατών και υπηρεσιών που θα προσφέρει στους πελάτες του, οι οποίες θα του αποφέρουν το μεγαλύτερο δυνατό κέρδος. Τα κριτήρια επιλογής πελατών/υπηρεσιών που θα εφαρμοστούν, θα στηρίζονται στις παραμέτρους ποιότητας των υπηρεσιών. Οι μέθοδοι βέβαια αυτές είναι εύλογο ότι θα είναι αξιοποιήσιμες και εφαρμόσιμες μόνο σε περιπτώσεις εξάντλησης των διαθέσιμων πόρων του παρόχου. Συνοπτικά, στην παρούσα διατριβή προτείνονται δύο οντολογίες που αφορούν τις παραμέτρους ποιότητας διαδικτυακών υπηρεσιών: (i) η οντολογία Γλώσσα, η οποία αποτελεί ένα γενικό μοντέλο αναπαράστασης των παραμέτρων αυτών καθώς και των σχέσεων που μπορεί να υπάρχουν μεταξύ τους και (ii) η οντολογία Λεξιλόγιο, η οποία περιλαμβάνει τις παραμέτρους ποιότητας που συναντιόνται πιο συχνά σε διαδικτυακές υπηρεσίες. Εξάλλου, η μελέτη της οικογένειας του σακιδίου (knapsack family), η οποία περιλαμβάνει αλγοριθμικά προβλήματα που ανήκουν στην κατηγορία ΝΡ - Δύσκολα (ΝΡ - Hard), αποτέλεσε τους ακρογωνιαίους λίθους στους οποίους στηρίχθηκε ο σχεδιασμός ευρυστικών αλγορίθμων. Στόχος των προτεινόμενων αλγορίθμων SMCK είναι η μεγιστοποίηση του συνολικού κέρδους των προσφερόμενων υπηρεσιών από τη μεριά ενός παρόχου. Επισημαίνεται ότι σε πρώτο στάδιο γίνεται μια αξιολόγηση των παραμέτρων ποιότητας - που περιλαμβάνονται στην οντολογία Λεξιλόγιο - που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στους προτεινόμενους αλγόριθμους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το πρόβλημα προσεγγίζεται από τη μεριά του παρόχου και τη διαθεσιμότητα των πόρων του, με αποτέλεσμα το ενδιαφέρον να εστιάζεται στις παραμέτρους εκείνες που η τιμή τους επηρεάζεται με τη μεταβολή του πλήθους των χρηστών/αιτήσεων.