1. 引言

    作為松耦合、應需服務和面向服務體系架構（SOA:Service Oriented Architecture）集中體現的云計算平臺即服務（PaaS）的產品選擇成為當前企業打造靈活、高效、綠色云服務架構和企業SOA變革中遭遇的棘手問題。因為面對已有的PaaS平臺產品，如：Google App Engine、Saleforce.com、SINA App Engine、Azure Platform以及中服的CServer PaaS等企業開發與決策者了解甚少（如圖1所示）。如何依據不同企業的不同要求，選擇符合企業服務需求的PaaS平臺產品？目前也沒有任何PaaS平臺產品選擇的研究論文和研究結果可以借鑒。

圖1 PaaS平臺熟悉程度調查

    為此，本文提出一個基于企業云服務架構模型的PaaS平臺產品選擇框架。

    知己知彼，實現產品選擇科學決策的前提是建立一個反映企業應用需求的云服務架構模型，由此創建企業PaaS平臺產品選擇測評指標體系。應用面向服務的DoDAF 2.0視圖標準建立企業云應用需求面向服務體系架構（SOA）模型。通過架構模型分析，明確企業需求，由此構建綜合PaaS產品的測評指標體系。

    走出選擇困境的第二步是提出基于產品測評指標的多屬性決策方法，本文著重研究PaaS產品定性與定量（非功能屬性與性能指標）以及產品重要性與影響度測評間的關系。采用網絡層次分析法（ANP：Analytic Network Process）來完成PaaS平臺產品綜合測評。ANP是美國工程院院士Saaty教授在他創建的層次分析法基礎上提出的。通過ANP能獲取決策者偏好和各個指標間的重要性與影響關系分析，完成PaaS平臺產品選擇。

2. 建立基于企業架構模型的產品測評指標

    企業決策者一般對PaaS平臺產品非功能性評價指標是明確的。例如：要求PaaS產品具備友好的開發環境，方便用戶能進行二次應用開發與測試；各種形式的平臺服務應該著力支持企業業務應用的上層操作活動并且具有靈活可靠的資源調度功能、服務組合管理和監控能力，如通過PaaS能夠觀察業務應用運行狀態（比如吞吐量和響應時間），并能衡量和優化相應服務操作過程。

    進一步反映企業差異性需求的評價準則，則要依靠一個架構好的企業模型分析來支持。目前世界上支持企業面向服務體系結構（SOA）設計建模的框架（標準）有開放群組的TOGAF，它提供了企業SOA架構設計原理、架構風格和方法，但其沒有具體執行指導。因此，本文建議選用易于執行實施SOA 框架的國防部體系結構框架DoDAF 2.0。表1展示遵循DoDAF V2.0八個視角（全視角、操作視角、系統視角、服務視角等）視圖標準建議完成的體系架構視圖模型。

表1 DoDAF V2.0提供的企業架構視圖模型參考

    提出企業云服務DoDAF 2.0體系結構視圖模型的三階段五步驟分析過程，其中三階段如下：

    （1）根據DoDAF V2.0定義的八視角體系架構設計建模規范，建立企業云服務體系結構靜態視圖模型。

    （2）為了獲得PaaS平臺動態評價指標，則需要構建相應的可執行體系結構模型，再通過可執行模型演繹PaaS平臺服務操作過程的動態行為，識別靜態模型中不易發現的邏輯架構缺陷并完成PaaS平臺動態測評指標體系的創建。

    （3）采用變更迭代的方式，將云服務部署到應用中發現新的業務流程、云應用服務需求分析，重復循環設計、測試和分析直至獲得滿意的云服務平臺測評指標體系。

    2.1 企業云服務體系架構建模

    以表1所展示的服務、操作和能力等視角模型為主體，依據企業自身發展服務要求，提出企業云服務體系結構建模五步驟：

    （1）目標架構概念分析

    從企業云服務需求出發，明確服務架構目標和愿景，確定云計算服務的范圍及所需的數據。建立的架構模型主要是全視角（AV）中的AV-1（總覽和概要信息）及數據與信息視角中（DIV）的概念數據模型（DIV-1）和邏輯數據模型（DIV-2）。

    （2）服務域功能分解

    在明確企業云應用總體需求的基礎上，采取自頂向下的方法，對業務域按服務功能進行逐層分解，獲取服務功能和服務組合能力構想，通過業務需求分析明確服務分類、識別元服務和服務間依賴關系。這一步主要是構建能力視角（CV）和服務視角的（SvcV）部分視圖模型。

    （3）業務流程分析

    根據業務用例，在頂層操作概念圖（OV-1）基礎上識別必要的操作活動、操作節點以及執行活動的組織或個人，形成OV-2（操作資源流描述）和OV-4（組織關系圖）。其次確定活動、數據、及規則的細節，包括OV-5（活動模型）、OV-6a（規則模型）、OV-6b（狀態轉移描述）、OV-6c（事件軌跡描述）。

    （4）云服務描述分析

    云服務描述是呈現SOA架構PaaS平臺產品選擇的主體。基于元服務識別，將業務流程自頂向下的分解以發掘企業需要的服務；自底向上，組裝和裁剪已有的系統和組件，將其改造成基于元服務并且滿足企業云應用需求的服務。云應用服務描述建模過程建議從服務視角中的SvcV-5（操作活動到服務的可追溯矩陣）開始，依據OV-5中的活動模型，追溯并識別相應的服務及服務功能，輔之以服務規范及接口描述，創建SvcV-1及SvcV-4模型。然后根據操作資源流矩陣（OV-3）及數據模型明確服務間的交互關系及服務資源流的細節，建立SvcV-2、SvcV-3 以及SvcV-6視圖模型。最后確定服務功能描述行為細節，建立服務規則模型（SvcV-10a）、服務狀態轉移描述（ SvcV-10b ）和服務事件軌跡描述（SvcV-10c）。

    （5）云服務資源分析

    服務資源關系包含PaaS平臺的上層（SaaS）和下層（IaaS），從應用需求到支持平臺服務組合的基礎設施，平臺按需組織云服務環境的部署和配置（服務器、存儲、網絡等）由系統視角（SV）模型來展現。選用系統功能描述（SV-4）來刻畫云中相應功能及數據流，系統接口描述（SV-1）、系統資源流描述（SV-2）來描述云中資源的部署及網絡拓撲結構，然后開發系統度量矩陣（SV-7）以反映體產品性能參數要求。根據不同需要，還可利用SV-10a、SV-10b 和SV-10c 來描述云應用資源的動態部署、調度過程。

    2.2 構建PaaS平臺產品測評指標

    在平臺產品選擇框架中，企業服務架構視圖模型既是PaaS平臺產品定量化測評的依據也是創建平臺產品測評指標體系的基礎。以企業平臺產品需求為導向，建立PaaS平臺測評指標體系源于架構視圖模型的大概對應關系如圖2示意。

    測評指標體系構建步驟如下：

    Step1：提出總目標，基于企業云服務目標架構全視角（AV）的總覽和概要信息視圖模型（AV-1）提出PaaS 產品測評指標總目標。

    Step2：構建準則層

    通過服務域功能分解，依據企業架構能力視圖的能力構想（CV-1）和能力分類（CV-2）以及能力依賴（CV-4）描述和能力映射到服務（CV-7）描述提出平臺測評指標分類準則（如：平臺開發成本、性能指標和產品售后服務等）。

    Step3：明確指標層屬性

    由 SvcV-4（服務功能描述）和SvcV-7（服務度量矩陣）追溯服務應用指標隸屬關系及其度量以及不同子目標的指標之間影響與依賴關系。

圖2 平臺產品測評指標與視圖模型的對應關系

    例如，以選擇滿足企業自身需求的PaaS平臺產品為測評總目標。通過服務域功能分解構建指標分類準則。在平臺開發成本準則下的測評指標有：（1）平臺購建成本，以企業項目預算為準則選擇恰當的PaaS成本指標值；（2）維修成本，測評在平臺維修管理方面為企業提供最佳效益；（3）開發周期，構建符合企業云服務需求的PaaS 平臺所花費的時間；由服務視角（SvcV）的操作活動到服務的可追溯矩陣（SvcV-5）以及SvcV-4、SvcV-7 和系統視角（SV）部分視圖模型提煉出平臺產品性能指標有：（1）云服務組合水平度量定義在一個或多個元服務對象的集體行為上的多個指標（網絡傳輸延遲、吞吐量、響應時間、可靠性等）以反映用戶對云服務的滿意程度。（2）基礎設施利用率度量PaaS 平臺產品優良性，如：資源回收、彈性擴展、快速部署和動態調整能力等。（3）平臺運行穩定性反映平臺操作系統和應用軟件運行支撐的穩定性，平臺正常工作且不失效的能力。（4）故障致應用停用率即測評平臺通過故障遷移等手段避免云應用服務停滯能力。（5）SLA違背率取決于SLA違背的條目占有率，SLA 違背率越高則服務與協議出入越大，需要付出的違背代價也就越高。（6）服務差錯率：展示平臺滿足用戶服務請求水平，即平臺在單位時間內服務響應異常的概率；另外，考慮PaaS 產品維護水平測評指標：（1）售后服務態度：度量產品供應商提供PaaS 產品的正常維護與維修具備的相關技術與服務評價。（2）售后服務質量：反映企業對產品售后服務的感知與服務期望的滿意程度。（3）維修平均時間：度量用戶的滿意度，售后服務請求到完成產品故障排除的平均時間。測評指標隸屬關系層次結構如圖3所示：

    為了反映企業應用需求，保證產品測評選擇的客觀性，建議通過服務架構模型仿真獲取圖3性能指標值（如平臺運行穩定性、故障致應用停用率、SLA違背率和平臺基礎設施利用率等）。考慮決策者對PaaS平臺熟悉程度以及為簡化測評過程等因素，某些測評指標還是需要依賴決策者的主觀認定。

圖3 PaaS平臺產品測評指標體系構成

    基于決策者經驗和偏好主觀確定的測評指標（如售后服務態度等）的定量化方法有Saaty教授創建的網絡層次分析法（ANP）。它既能夠將決策者的定性判斷定量化，又能考慮定性與定量測評指標間的相互影響和重要性依賴關系，如：平臺運行穩定性會影響到云服務組合水平。為此，本文采用ANP作為PaaS平臺產品選擇的綜合測評方法。

3. PaaS產品ANP選擇

    Saaty教授提出的ANP網絡結構模型如圖4示意。控制層包含判別網絡層中各元素重要性及相互影響的準則。如，針對目標下的成本與產品性能兩個準則，其網絡層中的各個元素的重要性及其相互之間的影響是不同的。同時，網絡層中的元素亦會在同一準則下相互影響，例如在成本準則下，故障致應用停用率受構建成本的質量的影響。因此ANP能客觀考慮選擇決策中指標間的相互依賴影響，評測元素內部的依存關系。

圖4 典型ANP層次結構

    應用ANP完成PaaS產品綜合測評步驟：

    （1）確定目標準則

    通過對決策問題的詳細描述，包括決策問題的目標和準則，指明該決策參與者和決策者期望目標。

    （2）構建ANP層次模型

    建議通過此步驟，理清楚ANP層次結構模型的控制層（目標和決策準則）與網絡層（相應目標、準則下指標結構指標元素或元素組）之間的相互影響。

    （3）獲取指標相對權重

    挖掘決策者的指標重要性認知，采用1～9標度法，通過指標間的兩兩比較來構造判斷矩陣。再通過判斷矩陣特征向量歸一化和一致性檢驗，獲得各個指標元素相對某一準則的權重。

    （4）創建加權超級矩陣

    將上步驟獲得的權重向量填入每個準則對應的列中，再將由架構模型仿真與主觀判斷獲取的各個備選方案的指標值歸一化處理后，填入各指標對應列中，這樣就構成了非加權超級矩陣。將加權矩陣A與非加權矩陣對應的塊相乘，即獲得評價的加權超級矩陣。

    （5）計算平臺產品綜合測評結果

    針對加權超級矩陣，采用矩陣冪乘的方法，直至加權超級矩陣達到收斂的狀態。超級矩陣冪乘反應的是各個指標之間相互影響的累積過程。最后，各指標及備選方案的權重都能夠在收斂的極限超級矩陣中提取出來，從而得到PaaS平臺產品的優劣排序以支持企業決策者的云服務平臺產品選擇。

4. 示例分析

    簡單起見，本示例主要闡述應用ANP的PaaS平臺產品選擇測評分析過程。假設某企業園區通過建立企業云服務體系架構視圖模型，分析企業云服務需求，獲得該企業PaaS產品評測指標如圖3所示。分別從平臺開發成本、PaaS平臺性能和產品售后維護的12項指標來完成平臺產品綜合測評，并由ANP計算獲得指標間的相互影響積累。例如“云服務差錯率”對“云服務組合水平”的影響，“運行環境穩定性”對“云服務差錯率”的影響等。具體而言：

    （1）選取市場上的A、B、C平臺產品作為測評對象，構造的ANP 測評模型如圖4 所示。這里構建的ANP模型只有一個準側——PaaS平臺的優劣，因此省略了控制層的構建，只需要考慮網絡層之間的相互影響關系。

圖5 PaaS平臺產品ANP測評模型構造

    分析12項測評指標值，部分指標可通過企業云服務體系架構可執行模型仿真獲得，其它指標則通過汲取決策者認知偏好得到。據此獲得的測評指標的數值如下表所示。

表2 測評PaaS平臺產品的指標值

    參考簡單的理想解逼近排序，將獲得的各平臺測評指標數值做歸一化處理，得到PaaS平臺產品的指標值分布如圖5所示：

圖6 PaaS平臺產品測評指標比較

    由圖6清晰觀察到：A平臺產品在故障致應用停用率方面表現尤為突出，明顯優于B、C平臺產品，而C平臺產品在售后服務方面表現較好。

    如果單純地以圖5中各測評指標的數值線條所圍成的圖形面積的大小來測評供產品的優劣，可看出A產品優于B、C，而B、C 相當。但是應該指出，這一測評選擇結果是基于各指標權重相同的假設下得到的。在實際產品選擇過程中，由于企業對測評指標有不同的側重。如某企業可能更加看重開發平臺所耗費的成本，而某些企業更加看重產品的售后服務等。因此，考慮決策者偏好的PaaS平臺產品綜合測評排序要依靠ANP 模型完成。

    （2）超級矩陣元素影響分析

    應用ANP模型需要通過分析元素之間的相互影響作用來確定各元素的重要性。例如，以“E4云服務組合水平”為準則，在“C2 PaaS平臺性能”元素集中，需要考慮“E7故障致應用停用率”、“E8 SLA違背率”和“E9云服務差錯率”的影響作用。平臺能否正確識別服務請求反映平臺云服務組合能力，但是SLA違背和故障致應用停用率對系統云服務組合水平的影響相對較小。元素間的相互影響關系采用1～9標度法。如E8比E7對E4的影響略大，取E8\E7=2。構造的判斷矩陣如表3所示：

表3 針對“云服務組合水平”的判斷矩陣

    （3）元素集重要性分析

    與指標重要性判斷方法一樣，通過構造判斷矩陣完成兩兩比較。最終以加權矩陣A的形式來表示元素集的比較結果，每一列表示針對某一元素集重要性比較后獲得的特征向量。獲得的加權矩陣A如表4：

表4 加權矩陣A

    （4）構造加權超級矩陣

    構造15×15矩陣，將步驟（2）中獲得的特征向量填入每個準則對應的列中，同時，將各個備選方案的指標值進行歸一化處理，填入各指標對應列中，這樣就構成了非加權超級矩陣。此時獲得的15×15矩陣可分解為4×4個塊，任意兩個元素集中所有元素在非加權超級矩陣中交叉即構成一個塊，將加權矩陣A 與非加權矩陣對應的塊相乘，即獲得評價的加權超級矩陣，具體見表5：

表5 加權超級矩陣

    （5）綜合測評結果

    將獲得的加權超級矩陣冪乘，直至矩陣中每行的元素值相等。各備選方案對應行的數值即為其整體權重。PaaS平臺產品選擇測評結果如表6所示：

表6 綜合測評結果

    通過ANP測評分析，A平臺產品測評得分最高，而B、C平臺產品測評得分較低，因此A平臺是企業PaaS平臺產品的滿意選擇。

5. 結論

    面向企業在私有云建設中PaaS平臺產品難以抉擇的問題，本文提出了一個綜合測評PaaS平臺產選擇測評框架和基于企業服務架構模型的分階段ANP測評步驟。它從企業面向服務體系結構（SOA）和企業云應用目標架構出發，提出完成云服務體系架構DoDAF視圖模型三階段五步驟開發方法和通過視圖模型需求分析構建能反映企業云應用需求差異性的PaaS平臺產品選擇測評指標體系過程；最后通過ANP多屬性決策模型，讓企業決策者能充分調動自己的產品抉擇能力，科學地執行符合企業云應用需求的PaaS平臺產品選擇排序決策。這樣一個框架，不僅可以提升企業產品選擇決策水平，還可以從PaaS產品服務質量測評上促進云產品供應商不斷提高產品質量，以滿足PaaS平臺產品的服務水平。

    盡管在該框架執行示例中沒有考慮企業云應用安全性（Security）度量，也沒有考慮PaaS產品購置風險，但是這個PaaS產品選擇測評框架已經改變了傳統的憑經驗拍腦袋的產品選擇模式和風格。而框架在這些方面的欠缺也是下一步研究工作的重點。同時，關于測評指標與視圖模型之間的契合性也將在下一步工作中重點考慮。

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本文標題：企業PaaS/ERP平臺產品選擇框架研究

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