1. 引言
作为松耦合、应需服务和面向服务体系架构（SOA:Service Oriented Architecture）集中体现的云计算平台即服务（PaaS）的产品选择成为当前企业打造灵活、高效、绿色云服务架构和企业SOA变革中遭遇的棘手问题。因为面对已有的PaaS平台产品，如：Google App Engine、Saleforce.com、SINA App Engine、Azure Platform以及中服的CServer PaaS等企业开发与决策者了解甚少（如图1所示）。如何依据不同企业的不同要求，选择符合企业服务需求的PaaS平台产品？目前也没有任何PaaS平台产品选择的研究论文和研究结果可以借鉴。
图1 PaaS平台熟悉程度调查
为此，本文提出一个基于企业云服务架构模型的PaaS平台产品选择框架。
知己知彼，实现产品选择科学决策的前提是建立一个反映企业应用需求的云服务架构模型，由此创建企业PaaS平台产品选择测评指标体系。应用面向服务的DoDAF 2.0视图标准建立企业云应用需求面向服务体系架构（SOA）模型。通过架构模型分析，明确企业需求，由此构建综合PaaS产品的测评指标体系。
走出选择困境的第二步是提出基于产品测评指标的多属性决策方法，本文着重研究PaaS产品定性与定量（非功能属性与性能指标）以及产品重要性与影响度测评间的关系。采用网络层次分析法（ANP：Analytic Network Process）来完成PaaS平台产品综合测评。ANP是美国工程院院士Saaty教授在他创建的层次分析法基础上提出的。通过ANP能获取决策者偏好和各个指标间的重要性与影响关系分析，完成PaaS平台产品选择。
2. 建立基于企业架构模型的产品测评指标
企业决策者一般对PaaS平台产品非功能性评价指标是明确的。例如：要求PaaS产品具备友好的开发环境，方便用户能进行二次应用开发与测试；各种形式的平台服务应该着力支持企业业务应用的上层操作活动并且具有灵活可靠的资源调度功能、服务组合管理和监控能力，如通过PaaS能够观察业务应用运行状态（比如吞吐量和响应时间），并能衡量和优化相应服务操作过程。
进一步反映企业差异性需求的评价准则，则要依靠一个架构好的企业模型分析来支持。目前世界上支持企业面向服务体系结构（SOA）设计建模的框架（标准）有开放群组的TOGAF，它提供了企业SOA架构设计原理、架构风格和方法，但其没有具体执行指导。因此，本文建议选用易于执行实施SOA 框架的国防部体系结构框架DoDAF 2.0。表1展示遵循DoDAF V2.0八个视角（全视角、操作视角、系统视角、服务视角等）视图标准建议完成的体系架构视图模型。
表1 DoDAF V2.0提供的企业架构视图模型参考
提出企业云服务DoDAF 2.0体系结构视图模型的三阶段五步骤分析过程，其中三阶段如下：
（1）根据DoDAF V2.0定义的八视角体系架构设计建模规范，建立企业云服务体系结构静态视图模型。
（2）为了获得PaaS平台动态评价指标，则需要构建相应的可执行体系结构模型，再通过可执行模型演绎PaaS平台服务操作过程的动态行为，识别静态模型中不易发现的逻辑架构缺陷并完成PaaS平台动态测评指标体系的创建。
（3）采用变更迭代的方式，将云服务部署到应用中发现新的业务流程、云应用服务需求分析，重复循环设计、测试和分析直至获得满意的云服务平台测评指标体系。
2.1 企业云服务体系架构建模
以表1所展示的服务、操作和能力等视角模型为主体，依据企业自身发展服务要求，提出企业云服务体系结构建模五步骤：
（1）目标架构概念分析
从企业云服务需求出发，明确服务架构目标和愿景，确定云计算服务的范围及所需的数据。建立的架构模型主要是全视角（AV）中的AV-1（总览和概要信息）及数据与信息视角中（DIV）的概念数据模型（DIV-1）和逻辑数据模型（DIV-2）。
（2）服务域功能分解
在明确企业云应用总体需求的基础上，采取自顶向下的方法，对业务域按服务功能进行逐层分解，获取服务功能和服务组合能力构想，通过业务需求分析明确服务分类、识别元服务和服务间依赖关系。这一步主要是构建能力视角（CV）和服务视角的（SvcV）部分视图模型。
（3）业务流程分析
根据业务用例，在顶层操作概念图（OV-1）基础上识别必要的操作活动、操作节点以及执行活动的组织或个人，形成OV-2（操作资源流描述）和OV-4（组织关系图）。其次确定活动、数据、及规则的细节，包括OV-5（活动模型）、OV-6a（规则模型）、OV-6b（状态转移描述）、OV-6c（事件轨迹描述）。
（4）云服务描述分析
云服务描述是呈现SOA架构PaaS平台产品选择的主体。基于元服务识别，将业务流程自顶向下的分解以发掘企业需要的服务；自底向上，组装和裁剪已有的系统和组件，将其改造成基于元服务并且满足企业云应用需求的服务。云应用服务描述建模过程建议从服务视角中的SvcV-5（操作活动到服务的可追溯矩阵）开始，依据OV-5中的活动模型，追溯并识别相应的服务及服务功能，辅之以服务规范及接口描述，创建SvcV-1及SvcV-4模型。然后根据操作资源流矩阵（OV-3）及数据模型明确服务间的交互关系及服务资源流的细节，建立SvcV-2、SvcV-3 以及SvcV-6视图模型。最后确定服务功能描述行为细节，建立服务规则模型（SvcV-10a）、服务状态转移描述（ SvcV-10b ）和服务事件轨迹描述（SvcV-10c）。
（5）云服务资源分析
服务资源关系包含PaaS平台的上层（SaaS）和下层（IaaS），从应用需求到支持平台服务组合的基础设施，平台按需组织云服务环境的部署和配置（服务器、存储、网络等）由系统视角（SV）模型来展现。选用系统功能描述（SV-4）来刻画云中相应功能及数据流，系统接口描述（SV-1）、系统资源流描述（SV-2）来描述云中资源的部署及网络拓扑结构，然后开发系统度量矩阵（SV-7）以反映体产品性能参数要求。根据不同需要，还可利用SV-10a、SV-10b 和SV-10c 来描述云应用资源的动态部署、调度过程。
2.2 构建PaaS平台产品测评指标
在平台产品选择框架中，企业服务架构视图模型既是PaaS平台产品定量化测评的依据也是创建平台产品测评指标体系的基础。以企业平台产品需求为导向，建立PaaS平台测评指标体系源于架构视图模型的大概对应关系如图2示意。
测评指标体系构建步骤如下：
Step1：提出总目标，基于企业云服务目标架构全视角（AV）的总览和概要信息视图模型（AV-1）提出PaaS 产品测评指标总目标。
Step2：构建准则层
通过服务域功能分解，依据企业架构能力视图的能力构想（CV-1）和能力分类（CV-2）以及能力依赖（CV-4）描述和能力映射到服务（CV-7）描述提出平台测评指标分类准则（如：平台开发成本、性能指标和产品售后服务等）。
Step3：明确指标层属性
由 SvcV-4（服务功能描述）和SvcV-7（服务度量矩阵）追溯服务应用指标隶属关系及其度量以及不同子目标的指标之间影响与依赖关系。
图2 平台产品测评指标与视图模型的对应关系
例如，以选择满足企业自身需求的PaaS平台产品为测评总目标。通过服务域功能分解构建指标分类准则。在平台开发成本准则下的测评指标有：（1）平台购建成本，以企业项目预算为准则选择恰当的PaaS成本指标值；（2）维修成本，测评在平台维修管理方面为企业提供最佳效益；（3）开发周期，构建符合企业云服务需求的PaaS 平台所花费的时间；由服务视角（SvcV）的操作活动到服务的可追溯矩阵（SvcV-5）以及SvcV-4、SvcV-7 和系统视角（SV）部分视图模型提炼出平台产品性能指标有：（1）云服务组合水平度量定义在一个或多个元服务对象的集体行为上的多个指标（网络传输延迟、吞吐量、响应时间、可靠性等）以反映用户对云服务的满意程度。（2）基础设施利用率度量PaaS 平台产品优良性，如：资源回收、弹性扩展、快速部署和动态调整能力等。（3）平台运行稳定性反映平台操作系统和应用软件运行支撑的稳定性，平台正常工作且不失效的能力。（4）故障致应用停用率即测评平台通过故障迁移等手段避免云应用服务停滞能力。（5）SLA违背率取决于SLA违背的条目占有率，SLA 违背率越高则服务与协议出入越大，需要付出的违背代价也就越高。（6）服务差错率：展示平台满足用户服务请求水平，即平台在单位时间内服务响应异常的概率；另外，考虑PaaS 产品维护水平测评指标：（1）售后服务态度：度量产品供应商提供PaaS 产品的正常维护与维修具备的相关技术与服务评价。（2）售后服务质量：反映企业对产品售后服务的感知与服务期望的满意程度。（3）维修平均时间：度量用户的满意度，售后服务请求到完成产品故障排除的平均时间。测评指标隶属关系层次结构如图3所示：
为了反映企业应用需求，保证产品测评选择的客观性，建议通过服务架构模型仿真获取图3性能指标值（如平台运行稳定性、故障致应用停用率、SLA违背率和平台基础设施利用率等）。考虑决策者对PaaS平台熟悉程度以及为简化测评过程等因素，某些测评指标还是需要依赖决策者的主观认定。
图3 PaaS平台产品测评指标体系构成
基于决策者经验和偏好主观确定的测评指标（如售后服务态度等）的定量化方法有Saaty教授创建的网络层次分析法（ANP）。它既能够将决策者的定性判断定量化，又能考虑定性与定量测评指标间的相互影响和重要性依赖关系，如：平台运行稳定性会影响到云服务组合水平。为此，本文采用ANP作为PaaS平台产品选择的综合测评方法。
3. PaaS产品ANP选择
Saaty教授提出的ANP网络结构模型如图4示意。控制层包含判别网络层中各元素重要性及相互影响的准则。如，针对目标下的成本与产品性能两个准则，其网络层中的各个元素的重要性及其相互之间的影响是不同的。同时，网络层中的元素亦会在同一准则下相互影响，例如在成本准则下，故障致应用停用率受构建成本的质量的影响。因此ANP能客观考虑选择决策中指标间的相互依赖影响，评测元素内部的依存关系。
图4 典型ANP层次结构
应用ANP完成PaaS产品综合测评步骤：
（1）确定目标准则
通过对决策问题的详细描述，包括决策问题的目标和准则，指明该决策参与者和决策者期望目标。
（2）构建ANP层次模型
建议通过此步骤，理清楚ANP层次结构模型的控制层（目标和决策准则）与网络层（相应目标、准则下指标结构指标元素或元素组）之间的相互影响。
（3）获取指标相对权重
挖掘决策者的指标重要性认知，采用1～9标度法，通过指标间的两两比较来构造判断矩阵。再通过判断矩阵特征向量归一化和一致性检验，获得各个指标元素相对某一准则的权重。
（4）创建加权超级矩阵
将上步骤获得的权重向量填入每个准则对应的列中，再将由架构模型仿真与主观判断获取的各个备选方案的指标值归一化处理后，填入各指标对应列中，这样就构成了非加权超级矩阵。将加权矩阵A与非加权矩阵对应的块相乘，即获得评价的加权超级矩阵。
（5）计算平台产品综合测评结果
针对加权超级矩阵，采用矩阵幂乘的方法，直至加权超级矩阵达到收敛的状态。超级矩阵幂乘反应的是各个指标之间相互影响的累积过程。最后，各指标及备选方案的权重都能够在收敛的极限超级矩阵中提取出来，从而得到PaaS平台产品的优劣排序以支持企业决策者的云服务平台产品选择。
4. 示例分析
简单起见，本示例主要阐述应用ANP的PaaS平台产品选择测评分析过程。假设某企业园区通过建立企业云服务体系架构视图模型，分析企业云服务需求，获得该企业PaaS产品评测指标如图3所示。分别从平台开发成本、PaaS平台性能和产品售后维护的12项指标来完成平台产品综合测评，并由ANP计算获得指标间的相互影响积累。例如“云服务差错率”对“云服务组合水平”的影响，“运行环境稳定性”对“云服务差错率”的影响等。具体而言：
（1）选取市场上的A、B、C平台产品作为测评对象，构造的ANP 测评模型如图4 所示。这里构建的ANP模型只有一个准侧——PaaS平台的优劣，因此省略了控制层的构建，只需要考虑网络层之间的相互影响关系。
图5 PaaS平台产品ANP测评模型构造
分析12项测评指标值，部分指标可通过企业云服务体系架构可执行模型仿真获得，其它指标则通过汲取决策者认知偏好得到。据此获得的测评指标的数值如下表所示。
表2 测评PaaS平台产品的指标值
参考简单的理想解逼近排序，将获得的各平台测评指标数值做归一化处理，得到PaaS平台产品的指标值分布如图5所示：
图6 PaaS平台产品测评指标比较
由图6清晰观察到：A平台产品在故障致应用停用率方面表现尤为突出，明显优于B、C平台产品，而C平台产品在售后服务方面表现较好。
如果单纯地以图5中各测评指标的数值线条所围成的图形面积的大小来测评供产品的优劣，可看出A产品优于B、C，而B、C 相当。但是应该指出，这一测评选择结果是基于各指标权重相同的假设下得到的。在实际产品选择过程中，由于企业对测评指标有不同的侧重。如某企业可能更加看重开发平台所耗费的成本，而某些企业更加看重产品的售后服务等。因此，考虑决策者偏好的PaaS平台产品综合测评排序要依靠ANP 模型完成。
（2）超级矩阵元素影响分析
应用ANP模型需要通过分析元素之间的相互影响作用来确定各元素的重要性。例如，以“E4云服务组合水平”为准则，在“C2 PaaS平台性能”元素集中，需要考虑“E7故障致应用停用率”、“E8 SLA违背率”和“E9云服务差错率”的影响作用。平台能否正确识别服务请求反映平台云服务组合能力，但是SLA违背和故障致应用停用率对系统云服务组合水平的影响相对较小。元素间的相互影响关系采用1～9标度法。如E8比E7对E4的影响略大，取E8\E7=2。构造的判断矩阵如表3所示：
表3 针对“云服务组合水平”的判断矩阵
（3）元素集重要性分析
与指标重要性判断方法一样，通过构造判断矩阵完成两两比较。最终以加权矩阵A的形式来表示元素集的比较结果，每一列表示针对某一元素集重要性比较后获得的特征向量。获得的加权矩阵A如表4：
表4 加权矩阵A
（4）构造加权超级矩阵
构造15×15矩阵，将步骤（2）中获得的特征向量填入每个准则对应的列中，同时，将各个备选方案的指标值进行归一化处理，填入各指标对应列中，这样就构成了非加权超级矩阵。此时获得的15×15矩阵可分解为4×4个块，任意两个元素集中所有元素在非加权超级矩阵中交叉即构成一个块，将加权矩阵A 与非加权矩阵对应的块相乘，即获得评价的加权超级矩阵，具体见表5：
表5 加权超级矩阵
（5）综合测评结果
将获得的加权超级矩阵幂乘，直至矩阵中每行的元素值相等。各备选方案对应行的数值即为其整体权重。PaaS平台产品选择测评结果如表6所示：
表6 综合测评结果
通过ANP测评分析，A平台产品测评得分最高，而B、C平台产品测评得分较低，因此A平台是企业PaaS平台产品的满意选择。
5. 结论
面向企业在私有云建设中PaaS平台产品难以抉择的问题，本文提出了一个综合测评PaaS平台产选择测评框架和基于企业服务架构模型的分阶段ANP测评步骤。它从企业面向服务体系结构（SOA）和企业云应用目标架构出发，提出完成云服务体系架构DoDAF视图模型三阶段五步骤开发方法和通过视图模型需求分析构建能反映企业云应用需求差异性的PaaS平台产品选择测评指标体系过程；最后通过ANP多属性决策模型，让企业决策者能充分调动自己的产品抉择能力，科学地执行符合企业云应用需求的PaaS平台产品选择排序决策。这样一个框架，不仅可以提升企业产品选择决策水平，还可以从PaaS产品服务质量测评上促进云产品供应商不断提高产品质量，以满足PaaS平台产品的服务水平。
尽管在该框架执行示例中没有考虑企业云应用安全性（Security）度量，也没有考虑PaaS产品购置风险，但是这个PaaS产品选择测评框架已经改变了传统的凭经验拍脑袋的产品选择模式和风格。而框架在这些方面的欠缺也是下一步研究工作的重点。同时，关于测评指标与视图模型之间的契合性也将在下一步工作中重点考虑。
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本文标题：企业PaaS/ERP平台产品选择框架研究
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