基于信任度变化趋势的云服务选择模型-胡军.pdf
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1、第4 3卷第1 0期2 0 1 6年1 0月湖南大学学报(自然科学版)Journal of Hunan University( Natural Sciences)Vol. 43, No. 10Oct. 2 0 1 6文章编号:1674- 2974(2016)10- 0126- 08基于信任度变化趋势的云服务选择模型胡军1,肖德育1,陈灿1,2( 1.湖南大学信息科学与工程学院,湖南长沙 410082;2.桂林电子科技大学广西可信软件重点实验室,广西桂林 541004)摘要:针对云服务选择过程中,用户难以选择可信、可用、可靠的云服务问题,本文提出一种基于信任度变化趋势,并结合QoS服务质量的云服
2、务选择模型.首先,信任度的计算分为两部分,一部分根据贝叶斯原理计算信任度值,另一部分是将历史信任度值进行最小二乘的拟合,得到能更准确地反映信任度值的变化趋势值,根据信任度变化趋势值对信任度值进行修正,确定其综合信任度值.然后,根据云服务的QoS量化模型,计算得到客观的QoS值,在此基础上,引入了信息熵的概念来确定可信参数加权的问题,从而得到最优的服务选择.仿真实验表明,该模型能够体现云服务主体信任度的变化,增强云服务选择的预判能力,有效地提高服务选择的成功率.关键词:云服务;信任度变化趋势值;贝叶斯原理;最小二乘方法;服务质量;信息熵中图分类号:TP399 文献标识码:ACloud Servi
3、ce Selection M odel Based on Trust TrendHU Jun1,XIAO De- yu1,CHEN Can1,2(1. College of Computer Science and Electronic Engineering,Hunan Univ,Changsha,Hunan 410082,China;2. Guangxi Key Laboratory of Trusted Software,Guilin Univ of Electronic Technology,Guilin,Guangxi 541004,China)Abstract: In order
4、to improve the efficiency of cloud service selection and to guarantee trustworthy, a-vailable and reliable cloud service, a new model of cloud service selection based on trust trend was pro-posed. Base on this model, we firstly calculated the determined trust value in two parts: trust value andtrust
5、 trend value ( TTV) . Trust value was calculated with Bayes theorem. Trust trend value was calculat-ed with least squares linear regression. Trust trend value aims to illustrate the trust trend of changes in agiven period. Then, we obtained the objective QoS value in the QoS quantitative model of co
6、uld services.At the same time, the measuring strategy of trust relationship among cloud services was designed based oninformation entropy. The experiment result shows that this method can reflect changes in trust cloud serv-ices, enhance the predictive ability and effectively improve the success rat
7、e of cloud service selection.Key words: cloud service; trust trend value; Bays theorem; least square linear regression; quality ofservice; information entropy收稿日期:2015 11 08基金项目:国家自然科学基金资助项目( 60773208) , National Natural Science Foundation of China( 60773208) ;湖南省自然科学基金资助项目( 11JJ3065) ;广西可信软件重点实验室研究
8、课题资助项目( kx201537)作者简介:胡军( 1971- ) ,男,湖南长沙人,湖南大学副教授,博士通讯联系人, E- mail: hujun_111 hnu. edu. cn万方数据第10期胡军等:基于信任度变化趋势的云服务选择模型云计算以按使用量付费的计算资源共享池的方式提供可用的、便捷的、按需的云服务.它包括3个层次的服务:基础设施即服务( IaaS) 、平台即服务( PaaS)以及软件即服务( SaaS) ,其中IaaS为消费者提供完善的计算机基础设施服务,如硬件服务器租用, PaaS是将软件研发平台作为一种服务提供给消费者, SaaS是通过网络向消费者提供软件的模式.由于云服务
9、资源具有异构性、不确定性、动态性等特点,在进行云服务选择的过程中往往会导致多方面的问题,一方面是由于云环境下服务提供商数量众多,会出现不同的服务提供商( SP, services provid-er)提供相同或相似而服务质量( QoS, quality ofservice)却各异的云服务的情况,但是由于用户个体专业水平的差异,很难根据服务提供商SP提供的QoS属性来选择满足自己要请求的云服务.另一方面,由于部分服务提供商可能提供虚假的、不可信的服务信息参与到服务选择的过程中,导致了有的服务使用者需要多次的服务请求才能得到真实可靠的服务,服务选择的效率不高.根据QoS度量的综合评估选择云服务提供
10、商,是云服务选择的一般做法.目前的研究,一般只是简单的将信任度作为一个QoS聚合的一个属性值来计算,这样往往导致了信任度的动态性得不到很好的体现,并且单一的信任度属性值虽然能够反映一定时期内信任度的积累,但是并不能体现完整的信任度状态,尤其是信任度的变化趋势.针对云服务选择的研究,国内外许多学者做了很多工作,比如多目标的遗传算法、粒子群算法PSO 1 、人工神经网络算法 2 ,这些方法的应用一般是针对一个相对静止的场景,而在云计算环境中网络服务的产生和消失往往是动态的,所以需要解决云计算环境中服务的真实性判断、选择服务算法时对服务质量的了解程度 3以及云服务的信任度等一系列问题.针对这些问题,
11、同时为了保证服务选择算法的成功,基于对服务主体信任度的研究就显得尤其重要,马友等 4提出了一种新的QoS度量的ESOW算法, ESOW算法根据用户的主观偏好权重和客观权重两部分综合得到,用户主观权重的计算是基于自适应的SW DM算法,同时根据OW DM算法计算得到客观权重. Sarbjeet 5提出了一种根据云服务使用者的过往经历和第三方的服务推荐信任评估机制; DAS A等 6提出了一种能够有效地对恶意的Agent策略的行为进行新人评估的动态信任计算模型ST,它主要通过分析和评估相关的所有要素,从而作出正确决策; ZHOU Ao等 7从服务提供商的利益最大化的角度出发,从价格分配以及请求迫切
12、性出发,提出了一种动态虚拟资源租赁方法;曹洁等 8根据社会学中人际关系,并且结合用户满意度评价、推荐评价以及第三方监管反馈,提出了新的可信度量模型;张琳等 9根据行为以及信息服务的动态性,结合相关等级因子、属性因子、间隔因子、惩罚因子等4种因子,提出了一种新的动态信任监控模型; Abawajy 10提出了一种基于信誉的分布式信任管理框架,该框架可以通过过往经验、信任等级一级诚实度来决定云计算实体的信任值.综合上述研究,本文提出了一种基于信任度变化趋势的云服务选择模型,通过直接信任度和推荐信任度综合计算信任度值,同时为了更全面地反映出信任度的完整信息,该模型中引入了信任度变化趋势值( TTV t
13、rusttrend value)的概念,通过信任度变化趋势值对综合信任度值进行预判的修正,在此基础上,引入了信息熵的概念来解决可信参数的加权的问题,从而将综合信任度值和QoS值进行加权计算得到最优的云服务选择.1云服务主体的信任度及变化趋势描述本文从2个方面来综合评估云计算服务主体的信任度: 1)云服务使用者( SC)根据自己以往与云服务提供者( SP)的服务交易情况,对云服务提供者进行直接信任度Tdt评估; 2)其他对同一SP有相同交易经历的云服务使用者向SC推荐该服务资源的推荐信任度Trt .1. 1定义与说明本文所述系统的服务反馈结果可用positives、negatives二值表示.因
14、此服务提供者的信任度值可定义为其提供好服务的概率P,也就是利用评价信息尽量精确地反映提供好服务的概率P.云计算的过程包括3个主要的实体:定义1 Service Provider:表示为proj ,表示第j个服务提供商,该节点可以向使用者提供用户的云服务请求所需要的资源.定义2 Service Customer:表示为useri , i表示第i个服务请求用户,该节点可以向服务中介发出服务请求的信息,并且能够向服务中介提供服务历史以及服务结果.作为对proj的评价,用户useri对proj的评价定义为二元组 .定义3 Service Broker :表示为broker,负责处理请求响应及管理,并且
15、负责对useri反馈信息的处理,向useri提供proj节点的评价信息.1. 2直接信任度与推荐信任度直接信任度值是通过两交易实体以往的历史交易信任度反馈信息来计算获得,在计算信任值的过程中,引入基于贝叶斯理论 11来计算节点的信任值,描述的过程如下:设proj提供好的服务概率为P j ,节点useri与proj经过若干次交易之后,得到了评价的二元组 ,得出Pj的概率密度函数为:f( p| , ) = ( + ) ( ) ( ) p - 1 ( 1 - p) - 1 ,0 p 1, 0, 0. ( 1)式中: = postivesij + 1, = negativesij + 1 , 表示Ga
16、ma函数: ( z) = + 0e- tt z- 1 dt. ( 2)则有概率密度函数可以求得Pj的贝叶斯估计值为:Pij = Pj = 0f( Pj | ij , ij ) Pj dPj = ijij + ij=postivesij + 1negativesij + postivesij + 2. ( 3)则得到直接信任度值Tdt = Pij .推荐信任值是指用户useri对于服务提供商proj的信任值是通过其他相关实体之间的推荐得到,相关联实体根据经验评估而综合得到.评估时,假定推荐实体的集合为R,则实体集R中的关联用户userk向用户useri推荐的二元组为:Repostives= k
17、Rpostiveskj ,Renegatives= k Rnegativeskj . ( 4)同理,通过贝叶斯原理,可以得到推荐信任度值:Trt = Reikpostives + 1Reiknegatives + Reikpostives + 2. ( 5)1. 3信任度值时间衰减函数并不是所有的用户反馈都可以真实地反映实体间的信任状况,因为随着时间的增长,老的用户反馈可能并不能准确地反映当前的信任度值,比如可能评价实体的服务行为已经进行了修改或者改进,所以这时候根据反馈的时间设定权值来精确用户的反馈信息,可以通过设定时间衰减函数机制的方法来实现.假定在时刻 ,经过t单位时间后用户反馈的信任度
18、值随着时间推移的衰减计算式如式( 6) :fij ( + t) =fij ( ) , fij ( ) 1 , t 2 ;fij ( ) e- ( t- 2 ) , fij ( ) 1 , t 2 ;b ,其他.( 6)式中: 为衰减常数,用来控制信任度值衰减的快慢, 的值可以根据不同的云服务类型来设定不同的值.同时在考虑到用户对于实体评价的真实意图以及减少信任度更新的频率,在这里设定了一个开始衰减阈值 2和停止衰减阈值 1 ,也就是当过去的时间t大于 2时,信任度值才根据衰减常数递减,当信任度值小于或等于停止衰减阈值 1时,则将信任度值设定为一个定值b,信任度值不会再随时间变化.1. 4综合信
19、任度的计算对于综合信任度的计算包括两个方面:直接信任度值Tdt和推荐信任度值T rt ,而两者之间的权值可以根据不同的云服务类型设置不同的权值.设其分别为 , .且 + = 1 ,在此论文中将其分别设定为0. 5, 0. 5,则服务资源rk的综合信任度CT( projrk)的计算式为:CT( projrk ) = postivesij + 1negativesij + postivesij + 2+ Reikpostives+ 1Reiknegatives+ Reikpostives+ 2. ( 7)1. 5信任度变化趋势值信任度变化趋势值: Trust Trend Value( TTV) ,
20、它表示信任度值随时间变化的趋势,它能够反映出信任度值的历史变化情况,对于下一步的服务选择有预判的指示作用,从而提高服务选择的效率.为了能够量化表示TTV的值,引入了最小二乘数据拟合方法.最小二乘拟合方法是一种用直线近似地刻画或者比拟平面上离散点组所表示的坐标之间的函数关系的方法.假定proj的信任度随时间变化的情况是 ( tk , trustjk ) : k 1, n ,其中节点( tk , trustjk )表示在tk时刻proj的信任度值p k ,根据最小二乘方法假定拟合直线方程为:yj = TTVj tk + b. ( 8)其中直线的斜率TTVj即为定义的信任度值的变化趋势值, b表示的
21、为截距,为了确定TTVj , b的值,根据最小二乘方法的原理,需要用所有的数据节点( tk , yk ) ( k = 1, 2. . . n)中的实际信任度值与拟合直821万方数据第10期胡军等:基于信任度变化趋势的云服务选择模型线上得出的信任度值做偏差值,并且使得所有的数据节点的偏差值的平方和最小,即:M = nk = 1( trustk - yk ) 2 =nk = 1( trustk - TTVj tk - b) 2subject to min ( M ) . ( 9)而取得最小值的条件是相应的二元函数取极值为0,即: M TTVj = M b = 0. ( 10)整理后得到正规方程组:
22、nk = 1trustk - TTVj nk = 1tk - nb = 0,nk = 1trustk ti - TTVj nk = 1t2k - bnk = 1tk = 0.( 11)求解正规方程组便可以得到直线参数值TTVj和b ,即为:TTVj = nnk = 1tk trustk - nk = 1trustknk = 1tk( )/nnk = 1t2k - ( nk = 1tk ) 2( ), ( 12)b = nk = 1t2k nk = 1trustk - nk = 1tknk = 1tk trustk( )/nnk = 1t2k - ( nk = 1tk ) 2( ). ( 13)
23、则可以得到proj的信任度变化趋势值TTVj .为了本文的研究需要,同时也为了统一不同的信任度变化趋势值范围所带来的计算差异,在计算得到信任度变化趋势值TTVj之后,对它进行归一化的转化,转化公式为:TCVi = TCVi - min TCVk max TCVk - min TCVk . ( 14)可以将信任度值转为到区间 0, 1的范围,由于信任度变化趋势值( TTV)反映的是信任度的变化趋势, TTV的高低反映了信任度变化的好坏,所以可以根据TTV的值来预测未来信任度的值. TTV越高,说明该主体的信任度值处于一个递增的状态,反之,则表明该主体由于提供了虚假的信息,使得信任度处于一个下降的
24、趋势.同时,在选取信任度变化趋势值范围的时候,不同的信任度变化趋势值范围都会归一化到 0, 1的区间,所以选取不同的区间,并不会对实验结果有太大影响,但是为了反映用户的真实信任反馈行为,本文选取了ebay, Amazon等电商平台的信任度变化趋势值集中的范围 - 0. 875, 0. 875 .2求解量化模型QoS值QoS描述了一个产品或服务满足消费者需求的能力.可以从很多方面来描述服务质量,如响应时间、执行时间、吞吐量、有效性、可靠性等.他们分别从不同的角度反映了服务性能.本文从响应时间( Time) 、费用( Cost) 、有效性( Availability) 、可靠性( Reliabil
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