（信号与信息处理专业论文）智能web服务组合的建模与分析.pdf

浙江理： 大学硕士学位论文 摘要 随着网络的快速发展，单个w e b 服务功能已经不能满足用户需求，需要将 多个w e b 服务组合起来，以提供更为强大的功能。目前w e b 服务组合的研究已 经取得一定的进展，但还缺乏一个通用的实现框架对w e b 服务的自动操作、自 主交互及动态组合进行规范。作为分布式技术和人工智能技术相结合的产物，移 动a g e n t 技术具有自主行为和动态建模的优势，能够在异构网络中自主地迁移。 本文将移动a g e n t 技术应用于w e b 服务组合领域，为实现动态w e b 服务组合和异 构的互联网软件系统开发提供了一种新的技术途径。 结合w e b 服务组合和移动a g e n t 技术，本文提出基于移动a g e n t 的层次化服 务组合模型。主要工作如下： ( 1 ) 采用高级p e t r i 网建立w e b 服务组合形式化模型 文中将整个系统模型分为系统层、a g e n t 层以及安全机制层，首先采用高级 p e t r i 网对系统层和a g e n t 层进行形式化的建模，然后对模型的安全性问题进行讨 论，并建立了保护主机的安全机制模型。系统模型清晰表达各个层之间的交互和 连接关系，体现移动a g e n t 的移动性、智能性和系统层的控制性、灵活性。 ( 2 ) 为了保证模型的正确性，采用形式化的模型验证方法。 文中采用主流的模型检测工具s p i n 对建立的形式化模型进行验证，具体过 程是提出高级p e t r i 网模型到p r o m e l a 目标模型的具体转换规则，实现模型转换， 利用线性时序逻辑公式( l t l ) 对系统性质进行描述，完成系统的服务交互过程和 安全性验证。这种方法可以有效地减小系统验证规模，提高验证效率。 ( 3 ) 结合w e b 信息服务查询系统实例，应用提出的方法对其进行形式化的建 模与验证分析。 以典型的w e b 信息服务查询系统为例，详细介绍本文所提出方法的实际应 用，首先对系统中的各个部分建立了形式化模型，然后采用提出的模型验证方法 对系统的主要属性和安全性进行实际验证和分析，说明提出方法的正确性和有效 性。 关键词：w e b 服务组合：p e t r i 网；移动a g e n t ；安全性；模型验证 浙江理工大学硕十学位论文 m o d e l i n ga n da n a l y z i n go ft h ei n t e l l i g e n tw e bs e r v i c e s c o m p o s i t i o n a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r a c t ，as i n g l ew e bs e r v i c ef u n c t i o nc a n n o t m e e tu s e r s r e q u i r e m e n t s w en e e dt oc o m b i n em u l t i p l ew e bs e r v i c e st op r o v i d em o r e p o w e r f u lf e a t u r e s a l t h o u g ht h ew e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nh a sm a d es o m ep r o g r e s s ， t h e r ei sn og e n e r a lt e c h n o l o g yf r a m e w o r ko fw e bs e r v i c et o i m p l e m e n ta u t o m a t i c o p e r a t i o n ，s e l f - i n t e r a c t i o na n dd y n a m i ci n t e g r a t i o no fs e r v i c e s m o b i l e a g e n t t e c h n o l o g yi s t h ec o m b i n a t i o np r o d u c to fd i s t r i b u t e d t e c h n o l o g ya n da r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c et e c h n o l o g y i th a ss u c ha d v a n t a g e sa sa u t o n o m o u sb e h a v i o ra n dn a t u r a l m o d e l i n g i tc a nm i g r a t ei n d e p e n d e n t l yi nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k t h i sp a p e r a p p l ym o b i l ea g e n tt ot h ef i e l do ft h ew e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，i no r d e rt op r o v i d e n o v e lw a y so fd e v e l o p i n gd y n a m i cs e r v i c e sc o m p o s i t i o na n dh e t e r o g e n e o u ss o f t w a r e s y s t e m sd e p l o y e di ni n t e r n e t t h i sp a p e rc o m b i n e st h ew e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o na n dm o b i l ea g e n t t e c h n o l o g y , a n dp r o p o s e sah i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eo fw e bs e r v i c e sd y n a m i cc o m p o s i t i o nb a s e do n m o b i l ea g e n t t h em a i nc o n t r i b u t i o no ft h i sp a p e ri si n t r o d u c e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) m o d e l i n gt h ef o r m a lm o d e lo ft h ew e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nb a s e do n h i g h - l e v e lp e t r in e t t h em o d e lo ft h es y s t e mi n c l u d e st h r e el a y e r s ：s y s t e ms e r v i c e l a y e r , m o b i l e a g e n tl a y e ra n ds e c u r i t yl a y e r f i r s t ，w eu s et h eh i g h 1 e v e lp e t r in e tt oe s t a b l i s ht h e f o r m a lm o d e l so ft h es y s t e ml a y e ra n da g e n tl a y e rr e s p e c t i v e l y t h e nt h es e c u r i t y i s s u eo ft h es y s t e mi sd i s c u s s e da n ds e c u r i t ym o d e li sd e s i g n e dt op r o t e c tt h eh o s t t h em o d e lc l e a r l yd e s c r i b e st h ep r o c e s so fs e r v i c ei n t e r a c t i o na n df u l l ye m b o d i e st h e m o b i l i t y , a u t o n o m yo fm o b i l ea g e n ta n dt h ec o n t r o l l a b i l i t yo fs y s t e ml a y e r t h em o d e l r e d u c e sn e t w o r kl o a d ，e n h a n c e st h ec a p a c i t i e so fi n t e r a c t i o na n dd y n a m i ca d a p t a t i o n o fw e bs e r v i c e s ( 2 ) t h ef o r m a lv e r i f i c a t i o nm e t h o di sp r o p o s e dt ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h e m o d e l t h i sp a p e ru s e ss p i n ，t h ep o p u l a rt o o lf o rm o d e ld e t e c t i n g ，t ov e r i f ym o d e la n d l i s t st h et r a n s f e rr u l e sf r o mp e t r in e tm o d e lt op r o m e l am o d e l i td e s c r i b e st h e p r o p e r t i e so fs y s t e mb yu s i n gl 1 la n ds i m u l a t e sa n dv a l i d a t e sam o d e lb a s e do ns p i n a d i s t i n g u s h i n gm e r i to fo u rm e t h o di st h es c a l eo f t h em o d e lc h e c k i n gc a r lb er e d u c e d ， i i 浙江理工大学硕士学位论文 a n dt h ee f f i c i e n c yo fm o d e lc h e c k i n gc a nb ei m p r o v e d ( 3 ) i n v e s t i g a t i n gt h ea p p l i c a t i o no ft h ef o r m a lm o d e la n dm o d e lc h e c k i n g m e t h o do nac a s es t u d y a ne x a m p l eo ft h ew e bi n f o r m a t i o ns e r v i c e ss y s t e mi sd e s i g n e da n da n a l y z e d t h es y s t e mi sf i r s tm o d e l e db yu s i n gt h em e t h o di nt h ep a p e r , t h e nw ev e r i f ya n d a n a l y z et h ep r o p e r t i e sa n ds e c u r i t yo fs y s t e m t h ee x a m p l es h o w sa n de x p l a i n st h e h i g hf e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o d k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ；m o b i l ea g e n t ；p e t r in e t ；s e c u r i t y ；m o d e l v e r i f y i n g i i i 浙江理工大学硕十学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着计算机技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，i n t e m e t 已经成为重要 的信息基础设施，如软件系统的部署和运行平台、信息搜索、分布式计算以及电 子商务等，人们已经不满足于仅仅在本地计算机上找到所需要的服务，而希望在 整个网络范围内找到所需要的服务。但是目前互联网上还是存在资源难以发现、 使用率低等多方面问题；另外，互联网上越来越多的软件系统表现出自适应、动 态、开放等复杂性特征。因此，如何适应互联网环境的动态性和开放性，从而更 好的有效地支持实现互联网资源的共享和综合利用，是目前计算机科学与技术领 域面临所的一项具有挑战性的研究问题。为了解决上述问题，近年来人们已经提 出了许多的技术，其中包括【1 1 ：面向服务计算( s o c ) 署n 面向服务体系架构( s o a ) 、 语义w e b 、m o b i l ea g e n t 技术，网格计算等。 面向服务的体系结构s o a ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 1 】是一种新的、重要 的软件系统开发范型，是一种新的分布式应用程序体系结构，是分布式计算和软 件开发的最新方向，提出将面向服务的体系结构作为软件体系结构下一个发展阶 段，帮助i t 领域的研究者解决现在比较复杂的问题。面向服务的体系结构中， 其功能都被描述为独立的服务，这些服务带有明确的可调用接口，通过接口调用 服务来组合成更大的服务。 w e b 服纠2 】是s o a 中所强调的服务概念的一种具体表现形式和功能载体， w e b 服务的出现改变了现有网络的应用模式，它是将信息资源的网络变成计算资 源网络，它的功能优点使其受到业界的广泛关注。w e b 服务主要是在现有的各种 异构平台的基础上，建立通用的与平台无关、语言无关的技术层，实现了依靠这 个技术层来连接和集成多种不同平台上的应用。 w e b 服务是自包含、自描述、模块化的应用程序，支持松耦合的组件式软件 系统构建。由于单个的w e b 服务功能单一，不能满足客户需求和提供完整的解 决方案，为了实现复杂的业务需求，就必须对w e b 服务进行组合和集成【1 j 。利用 网络上分布的现有w e b 服务构件，根据用户的应用需求，自动地选择需要的服 务操作，在w e b 服务组合支持平台的支持下，按照一定的规则协同完成用户请 求。w e b 服务技术可以很好的适应互联网软件系统的跨组织、技术多样性、系统 浙江理工大学硕十学位论文 异构性等特性，但是w e b 服务技术如何支持和适应i n t e r n e t 环境的开放性，服务 的动态组合性、自适应性、自主性等方面仍然面临许多的问题和挑战【1 】【2 】。 由于现代智能化和网络化的广泛需求，软件a g e n t 技术得到进一步的发展， 软件a g e n t 技术作为一种新的计算手段，能够解决复杂的、动态的、分布式智能 应用领域的很多问题。许多专家认为，软件a g e n t 技术将成为2 1 世纪软件技术 发展的又一次革命f 3 】【4 1 。 移动a g e n t 【3 】是a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物，移动a g e n t 的提 出，进一步扩展了软件a g e n t 的处理功能，与传统的分布式技术相比，它具有很 多的优势。移动a g e n t 能够自主的在网络的各个节点移动，在它接收到服务请求 后，将移动到其他的目标服务器端进行执行任务，由于移动a g e n t 处理消息是在 其他服务端进行的，所以很少用到网络传输，减少了数据资源的网络传送，从而 降低带宽、加快任务的执行和提高系统的处理效率。 移动a g e n t 关注系统软件对外部环境的感知和分析，它的自主性能有效地解 决环境的动态性、开放性和白适应性；此外，这种技术还解决了网络安全性和低 容错性的问题，根据网络的情况动态的适应【4 】。所以，移动a g e n t 技术的出现为 解决当前网络和分布式技术领域的问题，提供了一个新的思路。 1 2 国内外的研究现状 近年来，对w e b 服务组合的研究，已经成为人们研究的热点。同时在w e b 服务组合的应用需求下，m h t e rb e e k 与a b u c c h i a r o n e t 5 】【6 】给出了服务组合建模 方法应该满足的五种服务组合需求，包括服务连接性，组合正确性，是否支持例 外处理，是否支持补偿，以及服务质量，他们在上述五种需求的基础上还增加了 服务自动化组合、服务组合可扩展性、以及有无工具支持的需求。服务自动化组 合指用户或应用程序开发人员只需给出业务目标描述，而服务组合语言负责w e b 服务的自动发现、组合和执行；组合可扩展性指在w e b 服务组合语言模型在组 合w e b 服务数量较大时，是否具有调整能力。 w e b 服务组合的服务描述，服务组合模型等各方面的问题在学术界已经开展 了一系列的研究工作，例如基于状态图的s e l f - s e r v 服务组合平台和基于规则 专家系统的w e b 服务组合系统一s w o r d ，也有将w e b 服务的描述转化为线性逻 辑公理，将用户的查询请求采用线性逻辑公式描述，提出了通过证明线性逻辑而 浙江理工大学硕士学位论文 实现服务组合的方法【6 j 。 虽然对w e b 服务组合已经从不同方面展开了大量的研究并取得了很大的进 展，但是现有的w e b 服务组合大都采用集中式处理机制，不能适应w e b 服务组 合所固有的分布性的需求，也无法动态的适应变化的i m e r n e t 环境。 在此情况下，移动a g e n t 技术的出现，为解决w e b 服务在复杂网络环境的一 些问题提供了新的方法，将a g e m 技术与w e b 服务技术结合日益成为人们研究的 热点。有专家提出了新的移动a g e n t 理论框架a g e n i c e 【1 6 】，此框架就是基于a g e n t 的w e b 服务的，国外已有包括麻省理工学院、s t u t t g a r t 大学等多所学术机构在进 行移动a g e n t 系统的研究工作，近几年，国内的上海交通大学和南京大学也对该 领域开展了研究，并开发了相关应用系统【8 】。但是对此研究还处于初级阶段，特 别是对基于移动a g e m 的w e b 服务建模描述的问题。 目前对w e b 服务组合建模方法已经有很多，如：基于语法的w e b 服务组合 方法【1 5 】、基于本体的服务组合方法【2 0 l 、u m l 方法、形式化方法等。这些主流的 服务组合建模方法都是从一定程度上满足了服务组合的基本需求，这些方法各有 优势，又都存在一定的不足，其中采用形式化方法，如进程代数、p e t r i 网等来 描述和验证w e b 服务组合，已成为w e b 服务组合技术领域的重要研究方向【9 1 。 为了满足复杂的网络需求和促进互联网软件系统的开发，将移动a g e n t 和 w e b 服务结合起来，同时发挥各自的优点；移动a g e m 具有高效的移动能力，能 够进行服务或信息的本地交互，而且在结合w e b 服务之后，根据服务需求可以 动态灵活的实现w e b 服务组合【1 1 】【1 2 1 。这两种技术具有很好的互补性，为复杂互 联网软件系统的开发提供新颖、有效地解决途径。 1 3 主要研究内容 为了解决现有w e b 服务组合方法中存在的一些问题，本文提出了基于移动 a g e n t 的智能w e b 服务组合方法，主要研究内容如下： ( 1 ) 建立w e b 服务组合的形式化模型 给出了基于移动a g e n t 的w e b 服务组合的形式化建模的具体过程，首先是将 整个w e b 服务组合模型映射为基于移动a g e n t 的服务系统模型，采用高级p e t r i 网( 谓词变迁网) 对w e b 服务组合进行形式化的建模，采用分层机制对整个系 统进行设计，系统分为系统层、a g e n t 层以及安全机制层，分别给出了各层的形 浙江理工大学硕士学位论文 式化定义，建立动态连接模型，并对系统的安全性问题进行讨论和设计。系统由 移动a g e n t 根据需求动态的完成任务，体现移动a g e n t 的移动性、自主性及智能 性，系统的控制性和灵活性。 ( 2 ) 服务组合模型的形式化验证 为了验证系统模型设计的正确性，由于传统的p e t r i 网分析方法存在一定的 不足，所以针对所建立的形式化模型，提出了基于s p i n 模型检查工具的形式化 验证方法。基本思路是首先介绍了s p i n 工具的p r o m e l a 输入语言，将已建立的 p e t r i 网模型转换为p r o m e l a 目标模型，给出了模型之间具体的转换规则，采用 l t l 对系统的重要属性进行规范描述，作为模型验证条件，借助s p i n 工具来完 成模型验证分析。 ( 3 ) 服务组合模型在w e b 信息服务领域中的应用案例分析 为了说明所提出方法的实用性及合理性，文中以典型的分布式信息服务查询 为例，详细介绍本文所提出方法的实际应用，首先根据所提出方法对组成该服务 系统进行的形式化建模，然后采用所提出的的模型验证方法对系统的进行验证分 析。 1 4 论文组织结构 本文的组织结构具体安排如下： 第一章：绪论部分，介绍本文的研究背景，总结国内外的相关研究现状，给 出了本文主要的研究工作及文章的组织结构。 第二章：相关知识介绍，首先介绍了w e b 服务组合定义，研究现状及s o a 架构。然后介绍了移动a g e n t 技术的定义特性，以及采用移动a g e n t 的优势和移 动a g e n t 的系统结构，最后介绍了w e b 服务组合的形式化建模的需求及主流的建 模方法。 第三章：建立w e b 服务组合形式化模型，本章给出了基于移动a g e n t 的w e b 服务组合的形式化建模的具体过程和方法。首先介绍了高级p e t d 网，然后介绍 了本文提出构建模型的整体思想和方法，最后详细介绍了建立系统层、a g e n t 层 及安全机制层形式化模型的过程和方法。 第四章：w e b 服务组合模型的形式化验证，本章讨论了对第三章所描述系统 模型的验证方法。首先讲述了采用一般p e t r i 网的传统分析方法的不可行性，提 4 浙江理t 大学硕士学位论文 出了基于s p i n 模型检查工具的形式化验证方法。然后介绍了s p i n 工具的 p r o m e l a 输入语言，给出了由高级p e t r i 网模型到p r o m e l a 目标模型的具体转换规 则，采用l t l 对系统的属性进行描述，作为验证条件，借助s p i n 工具来完成模 型验证分析。 第五章：应用实例分析，本章以典型的分布式信息服务查询为例，详细介绍 本文所提出方法的实际应用。首先根据所提出方法对实例系统进行的形式化建 模，并采用所给出的模型验证方法对实例系统的进行实验验证和分析。 第六章：总结与展望，对本文进行总结，且也指出了目前在研究中还存在的 一些问题及不足，同时给出了下一步工作的设想。 浙江理丁大学硕士学位论文 第二章相关知识介绍 本章主要介绍一些相关技术基础知识，第一部分讲述了w e b 服务组合相关 定义及组合方法，第二部分讲述了移动a g e n t 的概念特征、优点以及其系统结构， 第三部分介绍了w e b 服务组合形式化建模的重要性以及目前主要的建模方法， 最后是本章小结。 2 1w e b 服务组合 2 1 1w e b 服务 目前，w e b 服务并没有统一的严格的概念定义，不同组织和公司部门给出的 定义有所不同，国际化标准组织w 3 c t 6 1 、u d d i 规范以及i b m 和微软公司从不 同角度表述了w e b 服务的特征，但是归纳起来，都离不开w e b 服务强自治、松 耦合、粗粒度和开放性的特点。 w e bs e r v i c e s 技术是由万维网联盟制定的一套开放的标准技术规范，万维网 联盟对w e b 服务技术的定义是：w e b 服务是为提供网络节点跨网络的互操作而设 计的一套软件系统，它具有计算机能够处理的消息格式( w s d l ) 定义的接口；其 它系统使用s o a p 消息且以一种能够被这个w e b 服务预先指定的方式来与其进 行交互，一般情况下，这些消息使用h t t p 协议进行传输，在传输这些消息之前 使用w e b 的相关标准来对其进行x m l 的序列化【1 0 1 。 w e b 服务具有良好的封装性，w e b 服务的最大优势就是采用开放性技术标准， 使得w e b 服务成为跨异构系统集成的最佳技术选择。除此之外，w e b 服务还具有 良好的标准协议性、松散耦合性、高度集成性等很多优点f 9 1 。w e b 服务的关键概 念是面向服务的体系结构s o a ( s e r v i c eo b j e c t e da r c h i t e c t u r e ) ，如图2 1 所示s o a 的逻辑视图。 s o a 的主要组成部分包含三个方面i l o 】【1 3 1 ，分别是服务提供者，服务注册( 或 服务注册中心、服务注册机构) 和服务请求者( 客户端) 。 服务提供者：是提供服务的企业或者个人，服务提供者把其所开发的服 务按照w e b 服务的注册标准发布到w e b 服务注册机构，这些被注册的服 务就可以被需要服务的使用者搜寻和调用。 服务客户端：其实就是服务使用者，是需要使用某种服务的企业或者个 6 浙江理工大学硕士学位论文 人，也可以是需要调用这个服务的应用程序，客户端能够发现所需的服 务描述并与相应的服务进行绑定，请求者可以是最终用户驱动的浏览 器，也可以是另一个w e b 服务。 服务注册机构：是可供搜索的目录，服务提供者将服务描述发布到注册 机构，服务请求者在此处查找服务并获得服务。服务客户端是通过注册 机构与服务提供者进行联系。信息注册机构是模型中的可选结构，因为 服务提供者可以把服务描述直接发送给服务请求者。 2 1 2w e b 服务组合 三发现3 7服务客户端j f 、 、_ ， 图2 1s o a 的逻辑视图 计算机技术的飞速发展使分布式企业应用领域也得到了不断地扩展，企业对 资源的共享和应用集成的需求也变的越来越普遍，w e b 服务组合技术可以满足企 业的复杂需求，所以w e b 服务组合技术在分布式、信息检索及网格计算等应用 领域有着强大的支撑作用【l o 】。 w e b 服务组合【13 】是随着w e b 服务的出现而提出的相关研究问题，由于单个 w e b 服务功能是有限的，不能够满足用户的需求，需要将多个w e b 服务组合起来， 以提供更为强大的功能。从而达到通过组合基本的w e b 服务，来为用户提供新 的增值服务。 w e b 服务组合是指用户可以根据自己的业务需求，把那些分布在网络上的现 有的服务按照一定的业务流程组合起来，从而形成功能更加强大且能够完成一定 的业务的可用系统，另外w e b 服务组合的过程也是需要按照统一的协议和标准， 在w e b 服务组合的支撑平台下，按照用户的需求协同完成服务组合。 7 浙江理工大学硕士学位论文 w e b 服务组合从组合的生成方式分为两类【1 0 】：静态组合和动态组合。 静态组合是指请求者在组合计划实施之前创建一个服务组合流程来完 成任务。 动态组合是程序根据用户在高层上给出的任务描述，自动地选择、绑定 和组合适当的服务。 根据组合过程中用户的参与程度，现有的实现w e b 服务组合方法大致分为 三类，具体如下【1 4 】： ( 1 ) 非自动化服务组合：也可以说是手工服务组合，使用服务流定义语言构 造服务组合的流程，常用的定义语言有w e b 服务的业务流程执行语言 ( b p e l 4 w s ) 、业务流程建模语言( b p m l ) 和w 3 c 的w e b 服务编排定义语言 ( w s c d l ) t 15 1 ，手工服务组合要求服务需求者具有丰富的领域知识，不适合用于 大规模的w e b 服务组合。 ( 2 ) 半自动化服务组合：半自动化方法目前已经有很多，它在非自动化的基 础上，实现了一定程度的自动化，但是半自动化服务组合依然存在着可扩展性差 的问题。 ( 3 ) 自动化服务组合：自动化服务组合一般是基于规划的w e bj 艮务组合方法， 将w e b 服务转换为某种逻辑公理，然后使用定理证明过程来体现w e b 服务自动 组合的过程。 2 2 移动a g e n t 技术 随着移动a g e n t 技术研究的逐步深入和成熟，已经被广泛的用来解决现实生 活中的问题，并且开发了各种各样的基于移动a g e n t 技术的应用系统。目前，a g e n t 技术已经用于众多领域，如电子商务、监管系统、分布式信息检索、工作流应用、 电信网络业务等应用领域3 1 。 2 2 1 移动a g e n t 的特性及优点 a g e n t 3 1 的研究起源于人工智能领域，用于模拟人类行为与关系，具有一定的 智能行为，并能够自主运行和提供相应服务。根据客户的需求，可以派移动a g e n t 在网络中自主移动并执行任务，完成某些功能任务，移动a g e n t 是具有移动性的 智能a g e n t 。 8 浙江理工大学硕士学位论文 移动a g e n t 除了具有a g e n t 基本特性外，还具有移动性。移动a g e n t 主要的特 性包括【3 】： 自主性( a u t o n o m y ) ：这是a g e n t 区别与其他一般的软件程序的基本特性， 表示它能在没有外部环境的作用或命令的情况下也能自主的执行任务， 指它的行动的独立性。 反应性( r e a c t i v i t y ) ：是指a g e n t s 对环境的影响作用做出适当的响应，表 明它能够能感知所处的环境。 主动性( p r o a c t i v i t y ) ：由于a g e n t s 是面向目标的，为了达到目标和完成任 务，a g e n t 不仅能对所处环境做出反应，在一定的情况下会主动的进行 行动。 通信性( c o m m u n i c a t i o n ) ：也可以说是合作协调能力( c o o r d i n a t i o n ) ，是指 a g e n t 之问的交互，是a g e n t s 在群体中应具有的社会属性，a g e n t 之间的 相互交互是变化的，是随着任务驱动而改变的。 可移动性( m o b i l i t y ) 是移动a g e n t 最重要的特性之一，是指a g e n t 可以 在i n t e r n e t 中迁移的能力。 学习适应能力( l e a r n i n g a d a p t a t i o n ) ：是a g e n t 智能特性的主要体现，包 括三个部分，即内部知识库、学习和适应能力及基于知识库内容的推理 的能力。 根据移动a g e n t 的上述特性，使得移动a g e n t 技术在网络应用领域中突显很 多优点【7 1 ，主要优点表现在： ( 1 ) 节约带宽，减轻网络负载。 移动a g e n t 的功能主要是移动到目的节点进行执行任务，直接在目的节点进 行资源处理，减少了大量数据的传输，完成资源的处理后，将处理结果返还请求 端。如图2 2 所示，基于移动a g e n t 传输方式和基于远程过程调用( r p c ) 方式相比 较，明显地减少了网络传输。 ( 2 ) 支持异步自主执行。 用户可以将多个请求任务指派给多个a g e n t 去执行，移动a g e n t 接受用户要 求的任务后，自主的迁移到网络中，此时用户可以断开网络，而被发送到网络上 的a g e n t 仍然继续完成任务，在完成任务后，等待用户网络的连接， 并交付任 务。 9 浙江理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 平台无关性。 移动a g e n t 的是否可以运行只与其运行环境有关，只要网络节点上有移动 a g e n t 的运行环境，移动a g e n t 就可以迁移并进行跨平台的执行任务，与具体环境 中的网络结构、计算机设备、o s 等无关。 除了上述优点，移动a g e n t 还具有动态适应性，能够提供实时的远程交互， 易于分发服务等优点。 主柳a 基于远程过程调用方式 基于移动a g e n t 方式 图2 2 基于移动a g e n t 与基于远程过程调用方式的比较 2 2 2 移动a g e n t 系统结构 移动a g e n t 的主要作用是完成用户指定的任务，它在移动a g e n t 服务器所提 供的运行环境中执行，并且可以从一个a g e n t 服务器移动到另一个a g e n t 服务器。 移动a g e n t 需要实现移动语义( 即目标主机或路由的选择) 、自身安全控制和与 外界或其他a g e n t 相互通信等功能，图2 3 所示移动a g e n t 的结构模型【3 1 。 该结构模型中包含多个部分，包括安全代理接口部分，用于a g e n t 与外界进 行交互，同时执行安全策略并保护a g e n t ；环境交互部分是移动a g e n t 对外部环境 的感知和作用；任务求解部分是a g e n t 的运行执行部分，目的是完成任务；知识 库是a g e n t 用于保存知识和任务结果；其他部分是a g e n t 执行过程中的一些状态、 迁移策略和约束条件，用于保证移动a g e n t 运行中的行为和肿i - t - 厶匕f j - , 。 l o 浙江理工人学硕士学位论文 外部环境( 服务设施或其他a q e n t ) 图2 3 移动a g e n t 的结构模型 对移动a g e n t 来说每个网络设备上均存在一个相同的移动a g e n t 执行环境， 一般称之为移动a g e n t 服务设施( m o b i l ea g e n tf a c i l i t y ) 或移动a g e n t 服务器。 虽然不同移动a g e n t 系统的体系结构各不相同，但几乎所有的移动a g e n t 系统都 包括如下两个部分f 3 1 ：移动a g e n t 服务设施和移动a g e n t 。移动a g e n t 在两个或多 个a g e n t 服务器之间的迁移是通过a g e n t 传输协议a t p ( a g e n t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 实 现的，a g e n t 在移动a g e n t 服务器中运行时是通过a g e n t 通信语言( a c l ) 相互通信， 如图2 4 所示。 图2 4 移动a g e n t 系统结构图 基于移动a g e n t 的系统具有生存、计算、安全、通信和迁移机制。 生存机制指的是移动a g e n t 的产生、销毁、启动等服务。 计算机制指的是移动a g e n t 及其运行环境所具备的计算推理能力，包括 数据操作和线程控制原语。 浙江理 人学硕士学位论文 安全机制描述移动a g e n t 访问其他移动a g e n t 和网络资源的方式。 通信机制定义移动a g e n t 问及其与其他实体间的通讯方式。 迁移机制负责组织移动a g e n t 代码及其执行时的中间状态，以让它在不 同位置间移动。 2 3w e b 服务组合的形式化建模 采用形式化描述与验证技术解决w e b 服务领域所面临的问题，从很大程度 上推动了w e b 服务组合技术的实际应用。形式化建模方法【1 9 】的实质是以逻辑、 自动机、代数和图论等数学理论为基础，用一套特定的符号和技术，对软件系统 进行描述和分析，目的是提高软件的一些性质。 采用形式化方法能够帮助软件开发人员对软件系统的理解，帮助发现系统描 述的不一致、不完整或者不明确问题，也便于及时更正设计中的错误和缺陷。由 于形式化方法具有严密的数学基础，它已成为保证软件系统正确性和提高软件系 统的其他性质的重要手段，所以，采用形式化方法来描述和验证w e b 服务组合， 成为w e b 服务组合技术领域的研究热点。 w e b 服务组合研究中，形式化建模方法的主要需求有两个方面【1 4 j ： ( 1 ) w e b 服务组合建模方法。w e b 服务组合模型中不仅包含基本的静态属性， 如基本输入输出、消息状态等，还应包含一些动态行为属性，如w e b 服务组合 交互、数据控制等。这些属性和操作存在一定的时序关系，都受w e b 服务组合 的内部的动态属性控制，而正确的建模方法又是w e b 服务组合实现的基础，所 以，对于服务之间的属性描述、交互通信等问题，需要严格准确的形式化建模方 法来解决，同时也完成服务之间交互过程的描述。 ( 2 ) w e b 服务组合验证技术。由于w e b 服务是通过互联网进行通信和联系， 而网络环境本身又具有复杂性、多变性和异构性，这种特殊的应用环境对保证 w e b 服务组合的正确性和可用性提出了更高的要求。因此，需要更加规范严谨的 验证技术来保证组合系统的正常运行，采用形式化建模方法有利于利用形式化验 证方法和相应的验证工具，从而保证w e b 服务组合的正确性和可靠性等。 目前有很多的建模方法帮助建立w e b 模型并进行必要的系统分析研究，当 前主流的w e b 服务组合建模方法主要分为三类。 ( 1 ) 基于本体的服务组合方法：w e b 服务本体语言o w l s 1 1 5 1 是一种用来描述 浙江理工大学硕士学位论文 w e b 服务属性和功能的本体规范，w e b 服务是使用类和属性来描述的，并具有可 共享的架构。这种方法是使w e b 服务能够被计算机所理解，进而实现w e b 服务 的各种方法调用等。 ( 2 ) 基于语法的w e b 服务组合方法：最常用的基于语法的w e b 服务组合方法 是w e b 服务商业流程执行语言b p e l 4 w s ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g e f o rw e bs e r v i c e s ，即b p e l 4 w s ) ，它支持两种不同的使用情形，种是实现可执 行的业务流程，一种是描述不可执行的抽象流程。这种执行语言作用就是将现有 的w e b 服务组合起来，实现新的w e b 服务。 ( 3 ) 形式化方法：形式化方法是一种正在兴起的w e b 服务组合建模方法，它 是基于形式化理论，对服务组合进行描述和推理，目的是发现系统描述的不一致， 不明确或者是不完整的问题。现在较为流行的形式化方法有进程代数、p e t r i 网【1 8 】、 有限状态机等。 2 4 本章小结 本章是相关知识介绍，首先介绍了w e b 服务定义和实现w e b 服务组合方法 等知识，接着介绍了移动a g e n t 的概念特征、优点及其系统结构，然后讨论了形 式化建模重要性和e l 前一些主要的形式化建模方法。下一章将讨论怎样建立基于 移动a g e n t 的w e b 服务组合形式化模型的问题。 浙江理工大学硕士学位论文 第三章w e b 服务组合的形式化模型的建立 本章详细介绍怎样采用高级p e t r i 网( p r t 网) 建立w e b 服务组合的形式化模 型。首先介绍了高级p e t r i 网相关知识和本文建立形式化模型的体系结构和思想 方法，然后详细介绍了怎样采用p r t 网对系统层、移动a g e n t 层及其之间的连接 进行建模，最后对移动a g e n t 的安全性问题进行讨论并建立安全机制模型。 3 1p r t 网简介 3 1 1p e t r i 网 p e t r i 网【2 1 1 吲是一种图形化的建模语言，具有直观、易懂和易用的优点，它 能有效地对信息系统进行描述和建模，借助p e t r i 网技术和相关分析方法既可以 用于静态的结构分析，又可以用于动态的行为分析。 p e t r i 网定义及相关知识介绍具体如下： 如果一个元组n = ( 尸，丁，f ) 满足如下四个条件则被称为p e t r i 网： ( 1 ) p a t = 囝； ( 2 ) p u t a ； ( 3 ) f 互p x t u t x p ； ( 4 ) d o m ( f ) u c o d ( f ) = p u t ； 其中，p 表示p e t r i 网的库所集( p l a c e s ) ，t 表示变迁集( t r a n s i t i o n s ) 。f 表示 流关系( f l o wr e l a t i o n s h i p ) ，是有由p l a c e 中元素和t r a n s i t i o n 中的元素组成的有序 对。且有： d o m ( f ) = xiy ：( x ，y ) f ) ，c o d ( f ) = xiy ：( y ，z ) f ) 。 在p e t r i 网图形模型中，一般用实心点或小圆圈”表示p l a c e ，用一条竖线”l f t 或者一个矩形方框来表示t r a n s i t o n ，在p l a c e 和t r a n s i t o n 连接带箭头的有向线段 表示f l o wr e l a t i o n s h i p 。 设n