基于混合QoS感知的Web服务组合优选方法：新型模式与改进进化算法的双重突破

针对Web服务组合选择这一NP难问题，研究团队提出双阶段解决方案：首创节点/路径双基聚合方法支持新型嵌套/并行循环模式，并改进PBGWO算法引入启发式离散化、新适应度函数和交叉算子，在四组实验中获得更优的Pareto前沿解。该方法为服务导向系统提供QoS保障，成果发表于《Future Generation Computer Systems》。

　　

随着云计算和微服务架构的普及，Web服务组合技术成为构建复杂业务系统的关键。然而，面对同一业务功能的海量候选服务组合（如6节点系统存在20⁶种可能），如何选择质量（QoS）近优的组合成为NP难问题。现有方法存在三大瓶颈：传统模式聚合仅支持基础结构（顺序/并行/条件/循环），进化算法易陷入局部最优，且单目标优化难以平衡多QoS指标的冲突。

针对这些挑战，伊朗卡尚大学（University of Kashan）的Narjes Zahiri与Seyed Morteza Babamir团队在《Future Generation Computer Systems》发表突破性研究。他们首创"双基聚合+改进进化算法"的混合框架：一方面扩展模式库支持嵌套/并行循环等新型结构，通过节点/路径双重视角精确计算QoS聚合值；另一方面改进PBGWO算法，通过启发式离散化、NSGAII交叉算子和新型适应度函数，显著提升解集的多样性和收敛速度。实验证明该方法在响应时间、可用性和成本指标上较NSGAII、SPEAII等基准算法提升15%-22%。

关键技术包括：（1）形式化定义7种结构模式（含2种新型模式）的QoS聚合规则；（2）设计双基聚合算法处理概率转移路径；（3）改进PBGWO的离散化策略（式8）；（4）融合NSGAII交叉操作增强全局搜索；（5）基于SPEAII思想设计多样性保持机制。

【模式聚合创新】

通过严格数学定义序列、并行（含新型嵌套结构）、条件分支和循环（含并行循环）模式的QoS聚合公式，提出节点基（计算整体期望值）与路径基（保留关键路径）双重视角。以网络安全事件响应系统（CIRS）为例，成功将含概率转移的复杂组合简化为1-3条聚合路径。

【算法改进】

针对PBGWO三大缺陷：（1）设计启发式映射函数将连续解空间离散为候选服务索引；（2）引入NSGAII的模拟二进制交叉扩大搜索范围；（3）构建综合收敛性和分布性的适应度函数（式10）。实验显示改进后IGW算法的超体积指标（HV）提升19.7%。

【实验验证】

选用四组真实场景（含CIRS）测试表明：在相同迭代次数下，新方法发现的非支配解数量是PBGWO的2.1倍；解集覆盖率（CS）达0.82，显著优于对比算法。特别在动态QoS环境下，双基聚合模型能更快适应服务参数变化。

该研究为服务计算领域带来三重贡献：（1）扩展的模式库和双基聚合模型提升QoS计算精度；（2）改进的IGW算法为离散组合优化提供新思路；（3）开源实现促进实际应用。未来可延伸至运行时组合和动态QoS场景，为云原生系统提供更强大的服务选择框架。文末作者指出需进一步研究容错机制和主观QoS权重分配问题。