（系统工程专业论文）Web服务组合的自动化机制研究.pdf

摘要 摘要 随着w e b 服务标准与技术的日臻完善，w e b 服务业已成为i n t e m e t 上一种 最为重要的计算资源，同时也使得面向服务的架构( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 成为开发分布式网络应用的主流范型。s o a 倡导以w e b 服务及其组合为基础构造应用的开发模式，其核心是研究如何组合已有的、自 治的w e b 服务，高效灵活地构筑企业级服务集成。w e b 服务组合作为面向服务 的开发范型中实现资源共享与应用集成的主要使能技术，具有广泛的应用前景。 而在高度动态变化的网络环境中，如何依据服务的语义信息，自动地将其组合 起来，以满足用户复杂而多样化的需求是当前服务组合领域中亟待解决的问题。 本文以基于i n t e m e t 的跨组织资源共享与应用集成为背景，针对当前服务组 合研究工作中存在的不足之处，围绕组合模型自动构建方法、基于有色p e t r i 网 的组合验证机制、支持流程q o s 敏感的执行方案选择策略、自动服务组合系统 原型实现等解决w e b 服务组合自动化的关键技术展开研究探索，主要工作与贡 献包括： 1 研究了w 曲服务自动组合问题，提出了目标驱动的w e b 服务自动组合 方法。w e b 服务组合是一项很复杂的工作。要实现服务组合过程的自动化，首 先要解决组合模型的自动构建问题，即如何根据用户目标自动选择简单服务， 并予以形成一个相对复杂的组合服务。本文首先从服务组合的生命周期出发， 将自动服务组合的实施过程划分为逻辑组合和物理组合两个阶段，并针对 o w l s 模型在抽象服务能力描述方面存在的不足，对其本体层次进行了扩展， 定义了一个s e r v i c e c l a s s 类层次，以有效实现抽象的服务类定义与具体的服务 实例描述分离。在此基础上，提出了一种目标驱动的启发式图规划算法g d h g p ， 通过采用逆向构建规划图的方法以及相关启发式搜索信息的设汁，可有效减少 搜索空问，提高规划求解效率。 2 研究了w e b 服务组合验证问题，提出了基于有色p e t r i 网的组合验证机 制。组合流程模型的结构是否正确，是否存在死锁、不可达等逻辑错误直接影 响组合服务能否正确执行。而w e b 服务组合的复杂、易错性使得组合流程执行 前的验证至关重要。本文在借鉴有色p e t r i 网的相关理论及应用方法的基础上， 利用有色p e t r i 网对根据语义信息自动生成的服务组合进行建模和分析验证。首 摘要 先给出了服务组合构造规则的代数定义，并据此将o w l s 规范中的组合要素 转换为相应的c p n e t s 模型。通过对c p n e t s 表示的组合模型进行形式化分析和 验证，可探测组合中的错误，并预测组合系统运行时的动态属性，从而有效提 高服务组合的可靠性，确保组合系统的成功执行。 3 研究了w e b 服务匹配问题，提出了支持流程q o s 敏感的执行方案选择 策略。服务的q o s 是指导w e b 服务选取与组合的重要指标，影响着服务组合中 具体服务的选择、组合方案的评价优化、流程执行的监控等各个方面，决定了 最终的服务组合的成功与否。本文首先定义了统一的服务质量模型，并在此基 础上提出了组合流程q o s 的评价方法。之后，针对用户的复杂偏好，采用柔性 约束满足框架形式化描述面向全局最优的q o s 选择问题，将用户的q o s 需求表 达为柔性约束，并给出了基于效用函数的目标优化设计。最后，提出了一种基 于分枝定界的启发式搜索算法b b 4 e p s ，并进行了大量的仿真实验以测试算法 的可行性和有效性。理论分析和实验结果表明，b b 4 e p s 在大规模组合场景下， 能够利用简单而有效的启发信息快速寻找到满足优化目标的最优解，其实际复 杂度接近于线性，具有较高的求解效率和较广的适用范围。 4 基于上述关键技术的研究探索，本文以“面向参观者的信息服务演示系 统平台v o i s s p ”为依托，设计和实现了一个支持自动组合w e b 服务的原型系 统a w s c m a 。a w s c m a 以智能a g e n t 技术为运行支撑平台，旨在利用a g e n t 所具有的自治性、交互性、反应性和主动性，通过一种更为灵活松散型的消息 机制来进行服务间的交互并可以在交互过程中实现良好的协作，从而为跨组织 的企业应用协同提供资源服务化和基于语义w e b 的自动服务组合支持。 关键词：w e b 服务，自动服务组合，语义w 曲，有色p e t r i 网，服务质量，a g e n t a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n g l yi m p r o v e ds t a n d a r d sa n dt e c h n o l o g i e so ft h e m ，w e b s e r v i c eh a sb e e nt h em o s ti m p o r t a n tm e a no fa b s t r a c t i n ga n dw r a p p i n gc o m p u t i n g r e s o u r c e so nt h ei n t e r n e t w h i c hm a k e ss o a ( s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) t h e m a i n s t r e a mp a r a d i g mf o rd e v e l o p i n ga p p l i c a t i o n sa c c e s s i b l ev i at h ed i s t r i b u t e d n e t w o r k s s o aa d v o c a t e sb u i l d i n ga p p l i c a t i o n sb a s e do nw c bs e r v i c e sa n dt h e i r c o m p o s i t i o n s ，a n di tm a i n l yc e n t e r so nh o w t oc o m p o s et h ee x i s t i n ga n da u t o n o m o u s w 曲s e r v i c e si no r d e rt oc o n s t r u c th i g h l ye f f i c i e n ta n df l e x i b l e a p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n te n t e r p r i s e s a sap r i m a r ye n a b l e dt e c h n o l o g yf o r s h a r i n gr e s o u r c e sa n di n t e g r a t i n ga p p l i c a t i o n si nt h es e r v i c e - o r i e n t e dc o m p u t i n g p a r a d i g m ，w c bs e r v i c ec o m p o s i t i o nh a sd e m o n s t r a t e dt h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o n p r o s p e c t i n d u s t r i e sa n da c a d e m i c sh a v ec o n d u c t e dq u i t eaf e wr e s e a r c h e so n s e r v i c ec o m p o s i t i o n ，a n dh a v em a d es o m ev a l u a b l ea c h i e v e m e n t s h o w e v e r , a n d e s i d e r a t ep r o b l e mo nh o wt oc o m p o s et h es e r v i c e sa u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt o 衄 s e m a n t i ci n f o r m a t i o ni m p l i e di nt h es e r v i c ed e s c r i p t i o ns oa st om e e tt h eu s e r s c o m p l e xa n dd i v e r s ed e m a n d si nh i g h l yd y n a m i ce n v i r o n m e n t sh a sb e e nu n r e s o l v e d s of a r t oa d d r e s st h er e q u i r e m e n t so fi n t e r - o r g a n i z a t i o n a lr e s o u r c es h a n n ga n d a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o nb a s e do nt h ei n t e r n e t ，w eh a v ei n v e s t i g a t e d s o m ei m p o r t a n t i s s u e so fa u t o m a t i cw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o na n dd o n ec o m p r e h e n s i v ew o r ki nt h i s d i s s e r t a t i o nt oi m p r o v ei t sc o r r e c t n e s s ，f l e x i b i l i t ya n de f f i c i e n c y o u rr e s e a r c hf o c u s o nt h ef o l l o w i n gk e yt e c h n o l o g i e s ：m e t h o d sf o rc o m p o s i n gs e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y , v e r i f i c a t i o nm e c h a n i s mf o rt h ec o m p o s i t i o nb a s e do nc o l o u rp e t r in e t s ( c p - n e t s ) ， e x e c u t i o np l a ns e l e c t i o ns t r a t e g ye n a b l i n gq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) a w a r e n e s sa tt h e p r o c e s sl e v e la n dp r o t o t y p ei m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n t h e c o n t r i b u t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1 g o a l d r i v e nm e t h o df o ra u t o m a t i cw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n w es t a r0 1 1 1 r e s e a r c hf r o mt h el i f ec y c l eo fs e r v i c ec o m p o s i t i o na n dd i v i d e dt h ee n t i r e i i i a b s t r a c t c o m p o s i t i o nl i f e c y c l e i n t ot w o p h a s e s ：l o g i c a lc o m p o s i t i o na n dp h y s i c a l c o m p o s i t i o n t h e n ，t oa l l e v i a t et h es h o r t f a l l so fo w l sm o d e li np r e s e n t i n ga b s t r a c t c a p a b i l i t i e s ，an e wo n t o l o g yc l a s s ，n a m e ds e r v i c e c l a s s ，i sa d d e di n t oi t so n t o l o g y c l a s sh i e r a r c h y b ya p p l y i n gt h ee n l a r g e dd e s c r i p t i o nf r a m e w 6 r k ，w ec a r le f f i c i e n t l y s e p a r a t et h ea b s t r a c td e f i n i t i o no fs e r v i c ec l a s sf r o mt h ec o n c r e t ed e s c r i p t i o no f s e r v i c ei n s t a n c e f i n a l l y , w ep r o p o s eag o a l - d r i v e nh e u r i s t i cg r a p h p l a na l g o d t t u n ， c a l l e dg d h g p g d h g pc a nr e d u c et h es e a r c hs p a c ea n di m p r o v et h er e s o l u t i o n e f f i c i e n c yt h r o u g he x p a n d i n gt h ep l a n n i n gg r a p hb a c k w a r da n du s i n gt h eh e u r i s t i c i n f o r m a t i o n 2 v e r i f i c a t i o nm e c h a n i s mf o rs e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e do nc p - n e t s a f t e r i n v e s t i g a t i n gi t sb a s i ct h e o r ya n da p p l i c a t i o nm e t h o d ，w eu s ec p - n e t st om o d e la n d a n a l y z et h ec o m p o s i t es e r v i c eg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l yi na c c o r d a n c ew i t hs e m a n t i c i n f o r m a t i o n f i r s t , ac o m p o s i t i o na l g e b r ai sd e f i n e d 硼t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nb a s e d o nw h i c h 唑yc o m p l e xw e bs e r v i c ec a n 争ec o n s t r u c t e d t h e n ，t r a n s f o r m a t i o n m a p p i n gr u l e sf r o ms e r v i c ec o m p o s i t i o n se x p r e s s e du s i n go w l - sc o n t r o lc o n s t r u c t s i n t oc p - n e tm o f f e li nt e r m so ft h e i rc o r r e s p o n d i n gc o m p o s i t i o no p e r a t o r sa r eg o n e i n t od e t a i l 孽m o r e o v e r , t h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i s t e c h n i q u e sa n dc o r r e s p o n d i n g p r o p e r t i e so fc f - n e t si nt h ec o n t e x to fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o na l ed i s c u s s e d b y m e a n so fo u rc p - n e t sr e p r e s e n t a t i o n ，c e r t a i nc o m p o s i t i o n 锄r s ，s u c h 笛d e a d l o c k s ， c m lb ed e t e c t e da n dd e s i r e dd y n a m i cp r o p e r t i e sc a nb ef o r m a l l yv e r i f i e db e f o r e a c t u a l l yn m n i n gac o m p o s i t i o np l a n f i n a l l ya ne x a m p l es c e n a r i oi si m p l e m e n t e dt o i l l u s t r a t et h ee f f e c t i v e n e s so f o u r a p p r o a c h 3 e x e c u t i o np l a ns e l e c t i o ns t r a t e g ye n a b l i n gq o s - a w a r e n e s sa tt h ep r o c e s s l e v e l w ef i r s t l yd e f i n eau n i v e r s a lq o sm o d e l ，b a s e do nw h i c ha c o m p u t i n gm e t h o d o nt h eq o so fac o m p o s i t es e r v i c ei sg i v e n 砀吼t od e s c r i b eu s e s c o m p l e x p r e f e r e n c e s ，t h ep r o b l e mo ne x e c u t i o np l a ns e l e c t i o nf o rg l o b a lq o so p t i m i z a t i o ni s m o d e l e d 鹤af l e x i b l ec o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o np r o b l & n ，w h e r e i nt h eu s e r sq o s r e q u i r e m e n t s a l ee x p r e s s e df l e x i b l ec o n s t r a i n t sa n dt h e o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o n f u n c t i o ni sd e s i g n e db a s e do nu t i l i t yt h e o r y m o r e o v e r , ah e u r i s t i c a l g o r i t h m b b 4 e p sf o rs e a r c h i n gt h eo p t i m a lp l a nw i t hg i v e nu s e rp r e f e r e n c e sb a s e do nb r a n c h a n db i n di sp r o p o s e da n das e r i a lo fs i m u l a t i o ni sc a r r i e dt h r o u g ht ot e s ti t s i v f e a s i b i l i t y a n de f f i c i e n c y c o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n t ss h o w t h a tb b 4 e p si s w e l l - p e r f o r m e db o t hi ne f f e c t i v e n e s sa n de f f i c i e n c ya n d s c a l e sw e l lw i t ht h ea u r a b e r o fs e r v i c ec o m p o s i t i o n s 4 p r o t o t y p ei m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o ns y s t e m b a s e d o nt h es t u d i e so nt h ek e yt e c h n o l o g i e ss t a t e da b o v e ，w e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o na p r o t o t y p es y s t e me n a b l i n ga u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，c a l l e da w s c m a n u t i l i z e s 廿1 em u l t i a g e n tp l a t f o m la sar u n t i m es u p p o r t i n ge n v i r o n m e n t t h em a m c h 锄a c 涮s t i c so fa g e n t ：a u t o n o m y , c o o p e r a t i o n , r e a c t i v i t ya n d i n i t i a t i v e ，e t c m a k ei t e a s vt oa c 缸e v eam o r ef l e x i b l ea n dl o o s ec o u p l e dm e s s a g ee x c h a n g em e c h a n i s m a n d 丽lt h i sc 0 1 1 1 m u i l i c a t i o nm e c h a n i s m ，a w s c - m a c a nd ow e l lmc o o p e r a t i o n a n dc o l l a t ，o r a t i o nb e t w e e ns e r v i c e s ，t h u se f f i c i e n t l y e n a b l i n ga u t o m a t i cs e r v i c e c o m p o s i t i o nb a s e d o ns e m a n t i cw e b k e yw o r d s ：w e bs g r v i c e ，a u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，s e m a n t i c w e b ，c p - n e t s ， q o s ，a g e n t v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者躲罗桷 a 吼年s 月8 曰 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：罗桶 a 卯髫年s 月g 日 第1 章前言 第1 章前言 随着w e b 服务标准与技术的日臻完善，w e b 服务业已成为i n t e m e t 上一种 最为重要的计算资源，同时也使得面向服务的架构( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 成为开发分布式网络应用的主流范型1 1 。s o a 倡导以w e b 服务及其组合为基础构造应用的开发模式，其核心是研究如何组合已有的、自 治的w e b 服务，高效灵活地构筑企业级服务集成【2 】。w e b 服务组合作为面向服 务的开发范型中实现资源共享与应用集成的主要使能技术，具有广泛的应用前 景。而如何依据服务的语义信息，自动地将其组合起来，以满足用户的复杂需 求，是w e b 服务组合领域的研究热点和难点。本文的工作正是围绕解决w e b 服务组合自动化的一些关键技术展开。 1 1 研究背景 1 1 1 w e b 服务与面向服务的架构 w e b 服务最初是由a r i b a 、i b m 和m i c r o s o f t 等共同提出的，旨在为i n t e m e t 上跨越不同地域、不同行业的应用提供更强大的互操作能力。关于w e b 服务的 概念一二直众说纷坛，不同的研究者对此有着不同的描述，如m m 的m a r kc o l o n 认为它是“基于互联网的模块化应用，执行特定的业务功能，并遵循明确的技 术格式”。当前得到普遍认可的是w 3 c 在2 0 0 4 年公布的w e bs e r v i c e a r c h i t e c t u r e 相关的一系列草案【3 】中对w e b 服务给出的定义：w e b 服务是由u r i 标识的软件 系统，其公共接口和绑定方式通过x m l 描述和定义。其它系统能够发现该服 务，并可按照预先定义的方式，使用基于x m l 的消息通过网络与该服务交互。 w e b 服务主要依托一系列开放的协议和标准 4 1 ，如图1 1 所示。在w e b 服 务协议栈中，基础层次为通信层，用于定义w e b 服务的底层通信协议，主要包 括广泛使用的因特网传输协议，如h t t p 、s m t p 、f t p 等。核心的三个层次分 别为消息层、描述层和流程层，其中消息层关注实现互操作所需的消息编码和 封装，目前主要使用基于x m l 的s o a p 【5 】协议作为w e b 服务的消息协议；描 第1 章前言 述层关注w e b 服务接口的标准描述方法，w s d l 嘲是基于x m l 的服务描述的 工业标准，支持可互操作的w e b 服务所需的最小标准服务描述；流程层则希望 在单个的w e b 服务基础之上，提供高层的集成手段，如服务的发布与发现 ( u d d i ”j ) 、组合( b p e l 4 w s 1 ) 等规范以及关于路由、可靠性和事务等方面 的协议。此外，还有一些关于安全、管理和服务质量方面的协议或机制o 川】。 它们一般由外部的正交机制来完成，所面对的问题贯穿协议栈的各个层次。 图i1w e b 服务协议栈 下面对几个主要协议进行介绍： s o a p s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 是一种使用x m l 为数据编码格式 的、在松散的、分布的环境中交换包括结构化、类型化数据等信息的轻量级协 议。s o a p 本身并不定义任何语义，而是定义了一种可以通过模块化的封装机 制和对应用定义的数据进行编码的编码机制。它描述了数据类型的消息格式以 及一整套规则，包括结构化类型和数组以及如何使用h 1 1 甲来传输消息。 s o a p 主要包括四个部分：1 ) 封装( e n v e l o p e ) ：定义了一个描述消息中的 内容、发送者、接收及处理者以及如何处理的框架：2 ) 编码规贝l j ( e n c o d i n gr u l e s ) ： 用于表示使用数据类型的实例；3 ) r p c ( r p cr e p r e s e n t a t i o n ) ：表示远程过程 调用和应答的协定；4 ) 绑定( b i n d i n g ) ：使用底层协议交换信息。这四个部分 是作为一个整体定义的，它们在功能上是相交而非彼此独立的。 2 縻隧隧麟鳞隧蘸 第1 章前言 w s d l w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 集中描述了与w e b 服务调用 相关的各种细节，例如网络协议、消息格式、参数的类型等，并且区分为服务 的抽象描述与特定协议相关的具体描述，抽象描述可以和不同的具体描述结合， 从而允许用户以多种方式访问服务。 w s d l 包括以下元素：1 ) 类型( t y p e ) ：提供消息交换中的数据类型定义； 2 ) 消息( m e s s a g e ) ：抽象描述w 曲服务与外界交换的数据，每个消息包括了 多个逻辑部分，每一部分都和某个类型的定义相关；3 ) 操作( o p e r a t i o n ) ：w e b 服务提供的服务方法，每一个操作包含若干消息作为其输入和输出；4 ) 端口类 型( p o r tt y p e ) ：一个或者多个端点所支持的一组抽象的操作集合；5 ) 绑定 ( b i n d i n g ) ：指定w e b 服务访问的具体协议和数据格式：6 ) 端c i ( p o r t ) ：指定 绑定的网络地址，形成实例化的端点( e n d p o i n t ) ；7 ) 服务：一系列相关端口的 集合。 u d d i u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n , d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 是一套基于i , v e b 的、分布的、为w e b 服务提供信息注册中心实现的标准规范。u d d i 注册中心 是一个逻辑上集中、物理上分布、由多个根节点组成的注册系统，根节点之间 按一定规则进行数据同步。 u d d i 注册使用的核心数据模型由x m ls c h e m a 定义，主要包括四种数据 模型：1 ) 商业实体( b u s i n e s s e n t i t y ) ：描述w e b 服务提供者信息的数据模型， 支持针对特定行业分类或者特定产品的企业搜索；2 ) 商业服务 ( b u s i n e s s s e r v i c e ) ：用于包含商业实体的一系列有关商业流程或者分类目录的 w e b 服务描述的数据模型；3 ) 绑定模板( b i n d i n g t e m p l a t e ) ：描述连接到w 曲 服务并进行通信所必需的信息( 如w e b 服务地址等) 的数据模型，一个商业服 务存在一个或者多个w e b 服务的多个绑定模板；4 ) t m o d e l ：用于描述w e b 服 务遵循的规范、行为、概念等一些技术信息，例如网络协议、信息交换的格式 和交换顺序的规则等。 正是由于上述被广泛接受的开放标准，使得w e b 服务成为当前最主要的服 务实现技术，同时也使得基于服务来解决广域网范围内应用的异构问题成为可 能。通过使用面向服务的计算技术，将不同服务提供者提供的各种信息服务资 3 第l 章前言 源以标准化的服务形式对外发布，使得它们可以在更广泛的范围内被透明使用。 面向服务的计算技术对分布式应用继承所带来的最明显的好处可以充分体 现在面向服务的架构( s e r v i c e - o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 【1 2 】中。s o a 作为一 种功能组件化的设计模型，屏蔽了异构的操作系统、网络和编程语言，而且能 够弥合不同中间件之间的技术差异，从而使得跨组织的资源共享与应用集成成 为可能。图1 2 展示了面向服务架构中的协作。这些协作遵循“发布、查找、 绑定和调用”原则。其中，服务使用者( s e r v i c e c o n s u m e r ) 执行动态服务定位， 通过查询服务注册中心来查找与其标准匹配的服务。如果服务存在，注册中心 就返回给使用者相应的服务接口及访问信息。 图1 2 面向服务架构 面向服务的架构中的角色包括： ( 1 ) 服务使用者( s e r v i c e c o n s u m e r ) ：服务使用者是一个应用程序、一个 软件模块或需要一个服务的另一个服务。它发起对注册中心中的服务的查询， 根据服务描述与服务提供者建立绑定关系，完成服务的调用； ( 2 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：服务提供者是一个可通过网络寻址 的实体，负责提供服务实现，并将与服务实现相对应的服务描述发布到服务注 册中心，以便服务使用者可以发现和访问该服务； ( 3 ) 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) ：服务注册中心是服务发现的支持 者。它以一定的拓扑存储和管理服务提供者发布的服务描述，并根据服务请求 者的服务请求找到合适的服务。 第1 章前言 s o a 中的每个实体都扮演着服务使用者、提供者和注册中心这三种角色中 的某一种( 或多种) ，其所使用的基本操作包括： ( 1 ) 发布( p u b l i s h ) ：为使服务可访问，需要发布服务描述以便服务使用 者发现和调用它，发布服务描述的位置可根据应用程序的要求而变化； ( 2 ) 发现( f i n d ) ：服务请求者定位服务，方法是查询服务注册中心来找 到满足其标准的服务； ( 3 ) 绑定和调用( b i n da n di n v o k e ) ：服务使用者匹配到合适的服务之后， 根据服务描述中的信息调用服务。 其中，服务实现是指真正完成服务功能的程序体，它由服务提供者负责编 写；服务描述是对服务实现的接口、访问地址及协议等方面内容的描述：服务 请求是由服务使用者提出的、对所期望使用的服务的需求描述。 在面向服务的架构下，通过发布、查找、绑定和调用三个基本操作允许在 服务使用者和服务提供者之间保持一种松散的绑定关系，使得服务提供者对服 务使用者具有位置、实现等多方面的透明性，便于在二者间建立动态的绑定关 系，从而提供了一种松耦合的编程模型，具备了支持动态应用集成的潜力【l3 1 。 1 1 2 语义w e b 技术与服务语义化 目前w e b 上的网页数量正以指数级速度剧增，随之而来的问题是严重的信 息过载，用户搜索、访问和维护网上信息变得越来越困难。而基于h t m l 的 w e b 信息仅仅是为了人们去阅读而不是让计算机程序去有效利用，因此限制了 机器的自动处理和w e b 的潜力发挥。为解决这一问题，语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 【1 4 】技术应运而生，其基本思想是通过本体( o n t o l o g y ) 和w 曲内容的语义标记， 使计算机能够理解并处理w e b 上的信息，从而更好地协助人们在w e b 上发现知 识、处理事务。本体是共享概念的形式化、显式的定义。在语义w e b 中，隐含 在数据、页面、程序和其它w e b 资源中的语义都通过合适的语义w e b 标记语言 来显示表示，构成一个基于知识的w e b ，使计算机可以智能地处理和集成这些 信息，从而使w e b 提供的服务实现一次质的飞跃。 语义w 曲的目标是开发一系列的语言和技术来表达“计算机可理解”的语 义信息，以提供计算机可处理的w e b 内容，从而使得各种自动化智能技术，能 够替代传统的( 半) 人工方式，更为方便和直接的对数量庞大的w e b 内容进行 5 第1 章前言 处理。为此，b e m e r s l e e 提出了语义w e b 的体系结构，如图13 所示。 凹13 语义w e b 的体系结构 语义w e b 体系所应用的关键技术手段包括： ( 1 ) 用x m l 替代h t m l 来承载网页内容，以使这些内容蕴含x m l 标签 所携带的元数据信息； ( 2 ) 用本体定义x m l 标签的语义，以及标签之问的关系； ( 3 ) 使用逻辑系统，依托规则( r u l e s ) ，对知识( k n o w l e d g e ) 进行推理， 以产生新的知识； ( 4 ) 使用各种代理程序( 如，a g e n t ) ，以逻辑推理为核心，利用o n t o l o g y 定义的语义，对x m l 文档进行处理，从而替代人工操作。 构建语义w e b 的核心任务就是建立o n t o l o g y ，并在其中定义各种词汇的语 义。这些语义构成一个语义网络，蕴含了各个词汇间的逻辑关系。在构建了本 体库之后，用这些被严格定义的词汇来描述网络内容，并使用一种易于机器处 理的格式，比如x m l 来编码所有的这些包括o n t o l o g y 与网络内容在内的信息。 语义w e b 研究的兴起为w e b 服务带来了新的活力，通过引入语义w e b 技 术，对w e b 服务进行语义化标注，可有效利用本体论解决传统语法级w e b 服务 能力描述的异构性，消除服务语义的模糊、理解的歧义性等问题，并进而增强 w e b 服务的自学习性、自适应性以及语义操作能力。这种进行语义化标注的 w e b 服务亦称之为语义w e b 服务。 语义w e b 服务的主要目标是使机器能够理解w e b 服务描述的含义，同时能 6 第1 章前言 够明确地解释并执行任务，从而实现对w e b 服务的定位及使用自动化。实现这 一目标的关键是开发一种语义丰富的、能够很好地编码和建模w e b 服务的描述 框架。这种描述框架必须能够利用语义本体对w e b 服务进行建模，在语义层面 对服务接口、服务消息、服务结构、服务交互等进行描述，以便能够结合语义 推理技术支持w e b 服务自动发现、组装、调用和监控等过程。另外，由于语义 w e b 服务是以语义w e b 为目标平台的，所以语义w e b 服务的描述框架也必须 能够融入到语义w e b 的体系结构中。 目前在语义w e b 服务的研究方面，具有较大影响力的代表性工作主要有两 个，分别是美国d a r p a 资助的研究项目o w l - s t l 6 】和欧盟委员会资助的知识技 术领域的研究项目w s m o t l 7 】。在本文后续章节中对此将有详细地描述。需要指 出的是，由于o w d l 8 j 本体己成为w 3 c 的推荐标准，所以，基于o w l 的w e b 服务描述语言o w l - s 业已成为主流的语义w e b 服务描述语言，本文的研究工 作也是以o w l 广s 为基础进行展开。 1 1 3w o b 服务组合及其自动化趋势 w e b 服务技术及s o a 的广泛接受使得w e b 服务正逐步成为i n t e r n e t 网络环 境中资源封装的标准形式。随着部署在i n t e m e t 上的w e b 服务不断丰富，这些 可被公共访问和集成的服务构成了一个潜在的巨大的标准组件库。w e b 服务的 价值在于服务重用，而将可重用的若干w e b 服务进行快速组合形成大粒度的能 提供用户所需功能的组合服务是实现w e b 服务重用的关键技术，也是构建基于 s o a 的分布式松耦合的企业级应用系统的核心方法。 关于服务组合问题，目前尚无统一定义，综合已有的各种观点【1 9 ，2 0 ，2 1 1 ，本 文认为：w e b 服务组合，是指通过i n t e m e t 将分布在不同环境、平台或组织间 已存在的w e b 服务，根据特定的业务目标，按照一定的业务规则和流程逻辑进 行有机组装，形成一个更复杂的、更大粒度的增值服务的过程，是面向服务的 计算范型中实现资源聚合与应用集成的主要模式。由服务组合构造得到的增值 服务称为组合服务( c o m p o s i t es e r v i c e ) ，参与构造组合服务的子服务称为组件 服务( c o m p o n e n ts e r v i c e ) 。组件服务本身既可以是基本服务，也可以是组合服 务