（计算机应用技术专业论文）基于扩展颜色petri网的服务组合逻辑模型的构建与验证.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 基于扩展颜色p e t r i 网的服务组合逻辑模型的构建与验证 摘要 随着i n t e m e t 在全球的发展，基于网络的分布式应用越来越呈现出多样性和复杂性。 其中，统一的服务注册、发现、绑定和集成机制，成为广域环境中实现互操作的一种有 效方式，并得到学术界和产业界的广泛认可。单个的w e b 服务能够提供的功能的有限 性使得将共享的w e b 服务组合起来，以提供功能更为强大的服务成为必要，这促使w e b 服务组合研究的兴起。服务组合的结果表现为一个自动执行的处理流程。协调一个流程 中服务调用的顺序、对服务之间的数据流进行管理，都需要提供有效性、可靠性和可度 量性的支持。如何利用工具对w e b 服务组合进行建模，进而进行分析、验证和仿真成 为当前急待解决的问题。 针对上述问题本文选用p e t r i 网作为服务组合的建模和验证工具。p e t r i 网是一个图 形化的数学建模工具。一方面利用图形化方式来描述流程，另一方面利用其形式化分析 技术对所建立模型的正确性进行分析验证。本文以颜色p e t r i 网为基础进行扩展，提出 了一种基于扩展颜色p e t r i 网的服务组合逻辑模型的构建方法。在这个方法中，设计了 一个包括静态和动态两个方面的元模型，利用元模型的这两个方面的一致性，解决了服 务组合过程中控制流、数据流、以及特殊的i o 流无法在同一个图中表示的问题。在验 证方面，本文在p e t r i 网已有性质和验证方法的基础上，采用图形和线性代数技术分析 和验证了基于p e t r i 网的服务组合逻辑应包含的性质：可达性、有界性、活性和互斥性。 最后给出了全部性质验证过程及其重要步骤地实现的算法，以及对实验数据、平台和结 果的分析。对这些理论和实验的总结为进一步的研究扩展打下了良好的基础。 关键词：服务组合；颜色p e t r i 网；服务组合模型；验证 i i 东北大学硕士学位论文 t h ed e s i g na n dv e r i f i c a t i o no fs e r v i c ec o m p o s i t i o nl o g i c a lm o d e l b a s e do ne x p a n d e dc o l o r e dp e t hn e t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e t i nt h ew o r l d , t h ed i s t r i b u t ea p p l i c a t i o nb a s e de l l n e t w o r ks h o w sd i v e r s i t ya n dc o m p l e x i t ym o r ea n dm o r e t h em e c h a n i s mo f u n i v e r s a lr e g i s t r y , d i s c o v e r y , b i n d i n ga n di n t e g r a t i o nb e c o m e 姐a v a i l e dm r l m e rt or e a l i z ei n t e r o p e r a t i o ni nt h e w r o r l dw i d ew e be n v i r o n m e n t a ss i n g l ew e bs e r v i c e sf u n c t i o n a l i t yi sl i m i t e d , i ti sm 删t o c a m p o s et h es h a r i n gw e b $ 盯v i c e st op r o v i d es t r o n g e rf u n c t i o n a l i t y s ot h ei n t e r e s t so f r e s e a r c ho i lw e bs o l v i c ec o m p o s i t i o nr i s e t h er e s u l to fs e r v i c ec o m p o s i t i o ni sa l la u t o m a t e d p r o c e s s i tn e e d st op m 、，i d ev a l i d i t y , r e l i a b i l i t ya n dm e a s u r a b i l i t yf o rw h e t h e rt h ec o o r d i n a t i o n o ft h es e q u e n c eo ft h ee v o k i n gs e r v i c e so rm a n a g e m e n to ft h ed a t af l o wb e t w i i 翻删懈 h o wt ou s et o o l st om o d e la n a l y z e ，v m f ya n de m u l a t ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ni si m p e r a t i v e p r o b l e m 缸p r e s e n t a c c o r d i n gt ow h a ti ss a i da b o v e , i tc h o o s e sp e t r i - n e ta st h et o o lo ft h em o d e l i n ga n d v a l i d a t ef o rf f 脚 v i c o sc o m b i n a t i o ni nt h i st h e s i s p e t r i - n e ti sa g r a p h i n gm a t hm o d e h n g t 0 0 1 i t u s e st h eg r a p ht od e s c r i b et h ef l o w f u r t h e r m o r e , i tu s e st h ef o r m a l i z a t i o nt e c h n o l o g yt o v a l i d a t et h ec o r r e c t n e s so f t h em o d e l i nt h i st h e s i s ，i td e f i n e sam e t a - m o d e lb a s e de x p a n d i n g t h ep e t r i - n e t , t e r m so fs a v i c e $ c o m b i n a t i o n , s i g n i f i c a t i o no ft h et e r m sa n dt h er e l a t i o n s b e t w e e nt h et e r m si nb o t hs t a t i c ：a n dd y i l a m i ca s p e c t s i ts o l v e st h ep r o b l e mw h i c hi sh o wt o s h o wt h ec o n t r o ls t r e a m , d a t as t r e a ma n df od a t ai nt h es a r f l eg r a p h c o n c e r n i n gt ot h e v a l i d a t i o n , i ta d o p t st h eg r a p ha n dl i n e a ra l g e b r at e c h n o l o g yb a s i n gt h ep r o p e r t ya n d v a l i d a t i n gm e t h o d sw h i c hh a v eb e e nd e v e l o p e di np e t r i - n e tt oa n a l y z ea n dv a l i d a t et h e p r o p e r t yw h i c ht h ec o m b i n a t i o nl o g i cs h o u l dh a s ：r e a c h a b l e ，b o u n d a r y , l i v e l ya n dm u t e x f i n a l l y , i td e p i c t st h ev a l i d a t i n gp r o g r e s s ，t h er e a l i z i n ga r i t h m e t i ca n dt h ea n a l y s i so f t h ed a t a , f l a tr o o fa n dt h er e s u l t so fs o m ee x p e r i m e n t s a i m i n ga tp r o b l e m sa b o v e ，t h i sp a p e rc h o o s e s p e t r in e ta sm o d e l i n ga n dv e r i f 妯gt o o l so fs e r v i c ec o m p o s i t i o n p e t r in e ti sag r a p h i c m a t k m l a t i c s ，m o d e l i n gt 0 0 1 o no n eh a n d i te p p t yt h eg r a p h i cl n a l i l l e rt od e s c r i b ep r o c e s s ，o i l t h eo t h e rh a n d , i ta n a l y z ea n dv c r i 母t h ec o r r e c t n e s so f t h em o d e lu s i n gf o r m a l i z a t i o na n a l y s i s t e c h n o l o g y i te x t e n d st h ed e f i n i t i o no f m e t am o d e lo f s e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e do i lp e t r in e t ， t h e nd e f i n et h et e r m s ，t h em e a n i n go ft h e ma n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e mf r o mb o t hb 咖t t i c a n dd y n a m i ca s p e c t s ，a n d e x p l a i nt h ed e n o t a t i o no f c o n t r o lf l o w , d a t af l o wi n p o v o u t p u t f l o w 一一 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t i no n es e r v i c ec o m p o s i t i o np r o c e s sb a s e do nt h em o d e l w i t hv e r i f i c a t i o ni n v o l v e d ，i ta p p l i e s g r a p h i ca n dl i n e a ra l g e b r at oa n a l y z ea n dv e r i f yt h e c h a r a c t e r sc o n t a i n e db ys e r v i c e c o m p o s i t i o nl o g i cb a s e d o i lp e t r in e ta c c o r d i n gt oc h a r a c t e r sa n dv e r i f i c a t i o nm e t h o do fp e t r i n e t ，s u c ha sr e a c h a b l e , b o u n d e d n c s s ，l i v e n e s sa n dm u t e x i te x p l a i n st h ev e r i f i c a t i o np r o c e s s a n dt h er e a l i z i n ga l g o r i t h m , a n dt h ea n a l y s i so ft h ed a t a , p l a t f o r ma n dr e s u l to ft h e e x p e r i m e n t k e y w o r d s ：s e r v i c e sc o m b i n a t i o n ；c o l o r e dp e t r i - n e t ；s e r v i c e s - c o m b i n a t i o nm o d e l ； v e r i f i c a t i o i l 一一 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。 学位论文作者签名：南鸳 签字同期：n 7 ，叫 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位论文作者签名：、毛壤导师签名： 川 签字日期：嗣f 叫 签字日期：俨1 二 东北大学硕士学位论文第一幸绪论 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 随着计算机应用的日益普遍和系统规模的扩大，分布式计算得到了长足的发展。分 布式对象计算实现了对象之间的透明互操作，解决了企业计算中的诸多问题，已经在通 信、金融等行业得到了广泛的应用。但近年来，人们迫切需要能够方便地实现i n t e r a c t 上 跨平台、语言独立、松散耦合的异构应用的交互和集成，这对分布式计算提出了新的要 求。而原有的技术不能适用于极端异构的互联网环境，它们各自有一套独立的体系结构 和私有协议，并且客户端与服务器端之间在语义上紧密耦合，以及较大的网络通信量与 交互信息，这些都催生了作为一种新的技术，即w 曲服务( w e bs e r v i c e s ) ，于是提出了 面向服务的分布式计算模式。 随着互联网技术与应用的迅速发展，互联网的应用模式也从最初的页面w e b 、应用 w e b 发展到w e b 服务u j 。目前，基于w 曲服务的分布式计算模式正在成为技术发展的趋势， 而相关标准的制定和业界厂商的极力支持也加速了w e b j 务的发展。然而，单个的w e b 服务功能有限f 2 】，而跨企业流程往往是由一个确定的过程模型驱动的长期的多方的交互 过程【3 1 ，因此需要把已有的w 曲服务组合起来创建新的功能 2 1 。这种组合的结果表现为 一个自动执行的处理流程，它与传统工作流有很多共同的处理特征 4 1 ，如都需要去协调 一个流程中服务调用的顺序、对服务之间的数据流进行管理，都需要提供有效性、可靠 性和可度量性的支持等。 一方面，异构系统中运行在不同平台之上的w e b 服务可能是以不同的方式创建、用 不同程序语言实现、由不同供应商提供的，服务的请求需要根据特定的应用背景和需求 进行合理的服务组合；另一方面，服务组件( s e r v i c ec o m p o n e n t ) 或基本服务( e l e m e n t a r y s e r v i c e ) 不可能很复杂，这也是服务可重用的必要条件之一。因此需要按照一定的粒度进 行w e b 服务的组合【5 l 。在复杂的网络环境中进行服务的组合需要解决以下几个主要问题： 第一，对于与组合服务相关的各服务组件和基本服务，怎样定义它们之间的逻辑及时序 关系，以实现复杂w c b 服务执行的自动化；第二，怎样实现服务组件和基本服务之间的 动态交互、协调及状态保持，以保证w e b 服务执行的有序性：第三，怎样保持语义信息， 怎样验证和测试组合w 曲服务，以确保w 曲服务执行结果的正确性。 为解决w 曲服务组合问题，一些研究者和系统开发商使用一些商业的协议来建立 东北大学硕士学住论文 第一章绪论 w e b 服务组合，如i b m 的w s f l 6 ，微软的x l a n g t t l ，i b m 、微软以及b e as y s t e m s 等公 司将其流程语言合并成为的一种新的协议b p e l 4 w s 引。这些协议通常都基于现有的产品 ( 例如：w s f l a 乎就是i b m 的f l o w m a t k m qs e r i e sw j r l m o w 语言的一个拷贝【9 1 ) ，像组合 语义、表现力以及适用性等更加基本的论点及问题在其中没有获得其应有的关注 1 0 , l l 】。 另一些研究者从服务模型角度研究w 曲服务组合技术f 1 2 , t 3 1 ，如e f l o w 、c m i 等，这些研究 主要针对组合服务的可配置性以及从服务实现中分离出服务接口的技术，对w 曲服务动 态组合的语义异构性和w e b 服务动态性关注不够，而且缺少对w 曲服务进行语义搜索的 支持。还有一些研究者以传统的工作流集成技术为基础来研究w 曲服务组合技术 1 4 , 1 5 1 ， 如i n t e r w o r k 、w i s e 、f l o w j e t 等，但工作流和面向服务设计的w e b 服务组合面向的目标 是不同的，工作流描绘出一个服务所做的工作，而w e b 服务组合需要从外部可见的互操 作来模型化一个服务：实现服务的商务功能，需要提供松散耦合的互操作。 现有的w e b 服务组合标准b p e i a w s 、w s c i 等都是基于x m l 的w 曲服务组合描述语 言，为描述w e b 服务组合流程的控制流、数据流制定了语法规则，主要依靠设计人员的 经验完成组合服务的创建。由于没有流程建模和验证过程，流程设计者的水平决定了流 程正确与否1 1 6 1 。随着业务流程越来越复杂，构建流程的代价也越来越高，对于构建好的 流程实旌起来牵涉到所有参与的w e b 服务。w e b 服务是分布在网络上的共享服务，使用 者难以掌控，所以设计有错误的流程一旦付诸实施，造成的损失比较大，随着业务要求 的不断增强，w 曲服务组合日益复杂，服务组合出错的可能性也在不断增加。更严重的 是，这些错误可能会导致资源和时间的巨大浪费。用手工方法进行w e b 服务组合分析和 验证己经变得非常复杂，且工作效率很低，因此研究利用工具对w e b 服务组合进行建模， 进而进行分析、验证和仿真成为当前急待解决的问题f 1 ”。 w e b 服务组合分析验证的主要目标就是使服务请求者在复杂性增加的情况下仍能 构造正确可靠的服务组合，并在w e b 服务组合实施前能发现并改正错误。达到这个目标 的一种途径就是建立w 曲服务组合的形式化描述模型，利用形式化模型的分析、验证方 法来规范、验证w 曲服务组合的正确性。对正确性的分析有很多方面，基本上可以分为 四个层面：控制流正确性、数据依赖正确性、数据依赖与控制依赖无冲突、w e b 服务操 作间数据映射正确性。在验证的领域中，形式化验证有其不可替代的优势。形式化方法 是一种用于规范、设计和验证计算机系统的基于数学的方法，包括各种语言、技术和工 具等f 1 8 1 。形式化方法可以分为形式规范方法和形式验证方法两大类【1 9 1 。规范是一个描述 一2 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 系统及其系统特性的过程。形式规范使用规范语言来描述系统，这种规范语言具有严格 数学定义的语法和语义。被描述的系统特性可以包括行为特性、时间特性、性能特性和 内部结构等。对系统进行形式规范的过程实际上就是把系统精确地描述出来。形式规范 方法包括各种基于数学的表示法，规范语言以及对应的工具。形式验证是指使用严格的 数学方法来推理验证产品或设计是否符合其全部或部分规范的过程。形式验证要求产品 的规范和实现均需要有严格的形式描述。目前形式验证主要有两种方法：模型检验 ( m o d e lc h e c k i n g ) 和定理证i j y j ( t h e o r e mp r o v i n g ) 。两种方法都是使用形式方法来分析一个 系统是否满足所期望的特性。如果用其他方法建模后再转换为形式化模型，即不使用形 式规范方法但采用形式验证方法，由于很难保证转化的模型和原模型的一致性，所以很 难得到正确的结论 2 0 l 。只有采用形式化的方法建模，才能更方便的使用形式化的方法进 行分析检测，从而确保模型的正确性。 综上所述，w e b 服务组合的目标是通过将服务作为工作流活动任务管理的对象，使 用标准的流程集成的描述模型，将业务在活动或任务的基础上和业务流程集成起来，从 而实现i n t e m e t 上的、跨企业的应用程序之间的最大的互操作性和协同工作的能力。w e b 服务组合的系统是松耦合的、可扩展的，可以访问不同形式编写的服务，从而达到尽可 能大的灵活性和开放性。 1 2 研究的主要问题与论文的组织 考虑到服务组合的过程中，建模与分析都非常重要。而一般工作流技术都不能支持 工作流的检查，如果投入实际运行的工作流模型是存在错误或缺陷的，那可能导致巨大 的人力和物力的浪费。并且一般的工作流技术采用数据流、控制流相分离的表示方法， 不能在同一个模型中把各种流同时表示出来，大大降低了对模型的描述能力。为避免传 统工作流技术的缺陷，我们采用严格的过程形式化体系，即使用p e t r i 网进行过程建模 和分析。p e t r i 网作为一种图形化和数学化的建模工具，已被广泛应用于各个领域进行系 统的建模、分析和控制。p e t r i 网很适合于模拟和分析以资源( 物质，数据，信息等) 流动 为特征的异步并发系统。它不仅能描述系统的静态结构，也能描述系统的动态行为；它 既有易于理解的可视化表达，也有严格的数学基础；基于p e t r i 网的流程模型可以从理 论上对流程定义的正确性，合理性，良构性进行检验，从而形成基于p e t r i 网的流程分 析工具。使用这一形式化体系有很多优点，首先，它有精确的定义。同许多其他非形式 化的框图技术相比，避免了模糊性、不确定性和矛盾性。其次，这种形式化体系可以用 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 来反思过程，其形式化的表示方式使得分析和验证都成为可能。p e t r i 网最有可能成为未 来工作流建模的主流方案。 基于以上的分析，我们在依据一定的领域应用背景的基础上提出了基于扩展颜色 p e t r i 网的服务组合描述模型，对流程进行实时建模的形式化模拟和分析技术，使用高级 p e t r i 网中颜色网的抽象和扩展，对变迁的输入输出进行逻辑约束，并且充分考虑到在实 际的应用中不可避免的交互问题，以使得该模型能同时描述服务组合控制流、数据流及 特殊的i 0 流，其层次化建模支持层次流程描述。此外，基于所构建的模型，提出一种 对所表述的流程运用p e t r i 网的分析方法进行性质分析和验证，能验证抽象流程设计的 正确性，还能够分析流程实例的正确性、仿真流程实例的执行过程，以图形的方式描述 流程，具有较高的实用价值。 本文的内容分为六章，其章节结构如下： 第一章阐述了有关服务组合的发展现状以及本文研究的主要问题及意义。 第二章综述了论文研究所涉及到的相关知识。分别对w e b 服务及其组合、p e t r i 网 的理论，特别是高级p e t r i 网中的颜色p e t r i 网理论进行进一步的分析。 第三章在第二章的基础上，对颜色p e t r i 网理论进行扩展，并将其应用于服务组合 的环境中，提出了一个基于颜色p e t r i 网进行w e b 服务组合的形式化模型。 第四章利用p e t r i 网图形化建模所带来的优势，应用图论和形式化的方法对第三章 中所建立的模型进行性质分析和验证。 第五章首先给出了服务组合模型中性质验证所用到的实现算法，然后对所给出的技 术进行了实验并得出结论。 第六章对本文进行了总结。 4 东北大学硕士学位论文第二章研究基础 第二章研究基础 2 1w 曲服务综述 2 1 1w e b 服务概念及分类 ( 1 ) w e b 服务概念 至今w e bs e r v i c e 还没有统一的定义，通俗地说，w e bs e r v i c e s 是符合某些标准的分 布式应用软件。这些标准使它们能够在外部被访问，并且能够解决某些类型的行业问题。 各家大公司的定义各不相同，总结起来，w e b s e r v i c e s 是w e b 应用的新标准、是自包含、 自描述的应用模块，一旦发布，其他应用( 或服务) 就可以调用。可以说w e b 是一种 按标准语言描述并通过网络发布、发现和调用的自包含、自描述、松散耦合的构件集合。 ( 2 ) w e b 服务分类 w e b 服务的概念推出之后，得到了业界的广泛关注，i b m 、h p 、m i c r p s o f t 、s u n 、 b e a 等大公司纷纷推出了自己的w e b 服务开发工具。i b m 的w e b s p h e r e ，m i c f 6 s o f t 的。 n e t ，s u n 公司推出的s u n o n e ，b e a 公司的w e b l o g i e 等产品都把实现w e b 服务列为 自己的目标。目前w e b 服务的应用主要集中在以下几个方面： 第一，基于商业的w e b 服务。该类服务针对的是企业应用服务，包括企业内部的 e r p 系统，企业问的s c m c r m 等系统。 一 第二，基于消费者的w e b 服务。此类服务针对的是原来的b 2 c 网站的改造，为这 些基于浏览器的w e b 应用增加了w e b 服务的界面，使得用户使用i n t e m e t 更为方便，能 够获得更加便捷的服务。 第三，基于传统系统的w e b 服务。一些传统意义上的系统服务，比如用户权限认 证，系统监控等，如果迁移到全球范围的i n t e r n e t 上或者企业内部i n t r a n e t 上，其作用范 围将从单个系统或局部网络拓展到整个企业网络或整个i n t e r n e t 。这样，在同一系统服 务中的不同应用将可以在整个i n t e m e t 环境中部署。 第四，实现网格计算的w e b 服务。目前网格计算是把互联网中的计算机集合起来， 共同协作完成大规模的计算任务。w e b 服务及其发展是构建网格计算环境的一个途径， 使用w e b 服务，异构的计算机软件和硬件系统可以通过i n t e r n e t 联结起来，共同完成一 些计算。 一，一 东北大学硕士学位论文第二章研究基础 2 1 2w e b 服务体系结构 w e b 服务的体系结构是一种分布式的、用来促进跨平台的点对点程序之间的通信。 实现w e b 服务的方式有多种，其中最常应用的一种是：服务“a ”( 一个“请求者”应 用程序) 使用一个网络的简单服务编程接口( w e b 服务p ) 和一个注册中心( u d d i ) 来定位服务“b ”。可以用( 也可以不用) w s d l 来帮助程序确定互相通信的参数，所有 这些都发生在网络环境上，为了方便和标准，一般采用h t t p 作为通信协议。w e b 服务 的体系结构如图2 1 所示： w 图2 1w e b 服务的体系结构 f i g 2 1a r c h i t e c t u r eo f w e bs e r v i c e 此体系结构由简单访问对象而来，把所有的应用实体都抽象成服务2 1 2 2 】，包括三个 角色和三个基本操作。三个角色包括服务提供者、服务请求者以及服务代理圆。 ( 1 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e o 从商务角度看它是指服务的所有者，从体系结构上看它是指提供服务的平台。服务 提供商提供w e b 服务中服务应用程序或服务模式。服务提供商在网络环境上发布服务 之前必须遵守服务模式的规则。发布是一个过程，在此过程中，服务提供商将服务抽象 的服务接口注册到中心注册库。 ( 2 ) 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 它是指需要请求特定功能的企业或用户，从体系结构上看它是查找和调用服务的客 户端应用程序。服务请求者是服务模块的潜在客户，是服务提供商通过服务代理商实现 的服务消费者。服务请求者在服务注册库查找或是发现可行的服务。在找到所需的服务 后，请求者就可以通过相应的提供商来调用可行的服务。 ( 3 ) 服务代理( s e r v i e eb r o k e r ) 它是指用来存储服务描述信息的信息仓库。他负责为服务提供方发布服务，为服务 6 东北大学硕士学位论文第二章研究基础 请求方查找服务，并将获取服务的信息绑定给请求方。可以将服务代理商看成是能够提 供注册服务的中心注册库，例如进行注册和发现。服务代理商负责向潜在的请求者提供 可行的服务。服务代理商也被称为服务注册库( s e r v i c er e g i s t r y ) 。 基于上述对服务角色的划分，体系结构中三种基本操作有：发布、查找及绑定。 ( 1 ) 发布( p u b l i s h ) 服务提供者需要将服务进行一定的描述并发布到注册服务器上。在发布操作中，服 务提供者需要通过注册服务器的身份验证才能对服务描述信息进行发布和修改。 ( 2 ) 查找( f i n d ) 服务请求方根据注册服务器提供的规范接口发出查询请求，从而获取所需服务的相 关信息。在查找操作中，一般由两种查找模式：一种是浏览模式( b r o w s ep a t t e n ) ，即服 务请求方可以根据通用的分类标准来浏览或者通过一些关键词来搜索，逐步缩小查找的 范围，直到找到满足需要的服务，其查找结果是一系列服务的集合。另一种是直接获取 模式( d r i l ld o w np a t t e n ) ，即通过唯一的关键词直接得到特定服务的描述信息，其查找结 果是唯一的。 ( 3 ) 绑定( b i n d ) 服务请求方通过分析从注册服务器中得到的服务绑定信息，例如服务的访问路径、 服务调用的参数、返回结果、传输协议、安全要求等，对自己的系统进行相应配置，进 而可远程调用服务提供者的服务。 2 2w 曲服务组合概述 随着网络技术的发展，企业间的交流与合作逐渐增多，如何实现企业间数据、应用 的互联互通和互操作成为近年来信息化建设的重要问题之一。x m l 作为企业间数据集成 的基础，为各企业业务数据提供了统一的数据描述格式；w e b 服务技术作为企业间应用 集成的基础，提供了异构应用交互的手段。但单个w 曲服务的能力有限，为了更加充分 地利用共享的w 曲服务，有必要将共享的w e b 服务组合起来，提供更为强大的服务功能， 加快系统开发的速度，快速满足用户需求。 2 2 1w e b 服务组合的定义 w 曲服务组合是将已有服务按照一定的逻辑顺序组织起来构成新的服务的能力。其 中基本服务是外部用户可以引用的最小服务单位，复杂w 曲服务可以由服务组件和基本 1 东北大学硕士学位论文第二章研究基础 服务构成。服务由服务组件构成，与服务组件相比，服务可由外部用户引用；而各服务 组件封装了相应的服务功能和适合的数据，它们之间相对独立，其属性包括组件的功能 描述及操作系列、组件间的操作约束和依赖信息。 组合w e b 服务系统是由多个w e b l 务构成的网络环境下松散耦合的、分布的组合系 统，因此组合w e b 服务支撑系统同样需要建模、运行和监控管理等功能。 ( 1 ) 组合服务的模型由过程模型、接口模型以及交互模型构成 第一，过程模型。按一定的逻辑顺序将多个活动组织在一起实现某项业务目标就构 成了过程模型。第二，接口模型。建立业务过程的对外接口视图。经过组合的w c b 服务 仍将其对外接口封装为w e b 服务，使其可方便的用于进一步的组合。第三，交互模型。 组合w e b 服务的适用领域为跨企业的业务过程集成，参与组合的w e b 服务由多家企业提 供，在过程模型建立之后，还需要找到每个活动的服务提供者，即合作伙伴。寻找合作 伙伴的过程需要与u d d i 等服务注册机构进行交互，在u d d i 上查找服务的提供，选定合 作伙伴之后，需要进一步建立合作伙伴间的交互关系。第四，组合服务部署。为了使组 合w e b 服务可用，还需要将静态文本定义部署到运行系统中，使其在触发条件满足时， 执行组合w e b 服务，为服务请求者提供服务。 ( 2 ) 运行与监控 第一，组合服务运行：组合w e b 服务的触发条件满足时，组合服务的支撑系统完成 对活动的调度和执行，实现组合w e b 服务的功能。具体的运行维护工作主要包括过程管 理：支持组合w e b 服务的实例化，并维护其整个生命周期( 包括创建、挂起、恢复、结束 等等) ；活动管理：按组合w e b 服务描述，在适当的条件下激活指定的活动，使该活动的 属性处于激活状态，在该活动的操作完成后，引擎负责结束活动的激活状态；服务管理： 由于组合w e b j 报务的外特性仍为w 曲服务，且组合的各个活动实现也是w 曲服务，因此 执行引擎必须具有解析服务描述w s d l 的能力以及构造、发送、接收、解析s o a p 消息 的能力；交互管理：为完成组合w e b 服务与其合作伙伴之间的交互，引擎还需要维护组 合w e b 服务实例与其合作伙伴问的交互信息。第二，监控、管理：为了对组合w e b 服务 的实现过程进行更好的管理，需要提供组合w 曲服务的监控、管理功能，实时监控其运 行过程，并进行相应的管理，例如挂起、恢复或结束运行实例等等。 2 2 - 2w e b 服务组合机制 由于w e b 服务组合的主要应用环境是在i n t e m e t 环境下进行跨企业的业务过程集 一8 一 东北大学硕士学位论文第二章研究基础 成，各企业的自治性使得企业无法预知和控制企业外的服务的变化，因此企业间应用集 成的动态性要求很高，主要表现在提供同类服务的企业数量的动态变化。提供同类服务 的企业有多个，并且每天都有新的企业加入或退出。为了适应这种动态性的需求，本文 提出了w e b 服务的动态组合机制，使系统不仅支持服务的静态组合，同时也支持动态 组合。 静态组合是在组合服务定义过程中将组合w e b 服务与完成活动功能的服务提供者 静态绑定，将服务提供者的地址、接口等信息直接记录在组合服务定义中，这种情形适 合于固定合作伙伴间的交互，合作双方事先已建立一定的协议，可进行长期稳定的合作， 服务提供者保证服务时刻可用，且服务接口不发生变化。但在i n t e r n e t 环境中，这种合 作方式通常是不够的，企业总是希望寻找更好的合作伙伴，得到更好、更经济的服务。 因此，动态组合是组合w e b 服务的必备功能。 动态组合是指组合服务定义过程中不为活动指定固定的服务提供者，将具体的绑定 延迟到组合服务执行时动态完成。实现动态组合的活动在组合服务设计时，只说明活动 需实现的功能、所属的服务类别、需要查找的u d d i 地址以及多个查找结果的选择策略 等内容，而具体的服务提供者延迟到组合服务的执行过程中来绑定，以保证组合w c b 服 务适应于i n t e r a c t 这种动态性要求高的应用环境。动态w e b 服务组合是在运行时从一系列 服务组件中动态创建满足特定应用需求的新服务的过程，该过程包括三个阶段：组合前 服务组件的定位及选择、动态服务组合、组合后的新服务注册。服务组件动态创建组合 服务的存在三种不同技术 2 4 1 ：( 1 ) a t j 建组合服务接口；( 2 ) 基于管道和过滤机制创建新的 组合服务；( 3 ) 按照需求通过服务组件的动态组合创建新的组合服务。正因为服务是动态 创建的，服务的设计阶段只需考虑构成这些服务的服务组件，而且，组合服务的动态生 成可以有效地提高商务软件的敏捷性、灵活性及可用性。 2 2 3w e b 服务组合的方法 现有的服务组合方法可分为四个层次：硬编码模式、用特定的服务组合定义语言定 义组合服务模式、模型驱动模式、根据目标推理服务组合方案模式。 ( 1 ) 硬编码模式 将服务组合以硬编码的方式来实现，是组合服务最原始的方法，也最不灵活，形成 的组合服务适应性差。w e b 服务是动态变化且自治的，当某一服务组件产生错误时，需 要修改形成的组合服务工作量大，另一方面该方法也不能适应应用需求的动态变化。 0 东北大学硕士学位论文 第二章研究基础 ( 2 ) 基于b p e l 4 w s 的w e b h & 务组合 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 ef o rw e bs e r v i c e s ，w e b 服务的商业 流程执行语言) 是专为整合w e b 服务而制定的一项规范标准【2 5 1 。b p e l 4 w s 的作用是将一 组现有的服务整合起来，从而定义一个新的w e b 服务。它能够将w e b 服务调用、操作数 据、抛出故障或终止一个流程等不同的活动连接起来，从而创造出复杂的流程，这些活 动可以嵌套到结构化活动中，结构化活动定义了活动的运行方式和控制流程。b p e l 4 w s 可将一组现有的服务整合起来，从而定义一个新的w e b 服务。 b p e l 4 w s 流程是一个流程图，用来表达特定业务的处理逻辑和算法，流程的每一 步称为一个活动。b p e l 4 w s 主要利用w s d l 使得服务的动态绑定成为可能，但它没有提 供具体方式来选取动态绑定时需要调用的服务，并且b p e l 4 w s 不支持在应用运行时的 流程模型的调整。 与类似b p e l 4 w s 这样来表达业务流程的还有b p e l 等。查找w e b 服务时需要搜索巨 大的服务空间，比较、匹配满足条件的服务，因此用来组建组合服务的方法复杂、动态 以致难以手工处理。为了自动地开发组合服务，需要同软件开发方法一样的系统的方法 来分析需求，将需求所涉及的活动模型化。改变服务开发方法使其适应服务组合开发的 好处是我们能够深入了解组建服务组合流程以致更好地管理其实现。 ( 3 ) 模型驱动的w e b 服务组合 在用特定语言定义组合服务的基础上，提出用模型驱动的方法来开发、管理动态服 务组合，模型驱动方法将软件开发方法学应用到服务组合中【2 6 1 。该方法最大的特点是将 组合逻辑与组合规范分离开，使用u m l 描述服务组合，使得能在更抽象的层次将w e b 服务组合模型化，该组合定义随后可自动地映射到特定的规范，如b p e l 4 w s 上，进而 再关联到实际具体的w e b 服务上。模型驱动w e b 服务组合分以下五步：第一步，定义抽 象组合。定义抽象组合服务包括指定组合服务的需求信息、约束条件、组成组合服务的 w e b 服务组件及执行中可能发生的意外行为。第二步，调度组合。决定怎样、何时运行 服务，通过信息关联来表达数据间的依赖性，赋予各w e b h 务组件活动的执行优先权。 该阶段产生供选择的组合调度方案，由应用开发者来选择。第三步，创建组合。创建可 执行的w e b 服务组合，输入调度组合的方案，输出可执行的模式，如由b p e l 4 w s 表示 的可执行流程。第四步，映射为可执行的组合。系统将可执行的流程转变成编程语言中 具体的对象，运行w e b n 务组合。第五步，监视组合的执行。系统监视执行流程，确保 一1 0 一 东北大学硕士学位论文第二章研究基础 上述步骤的正确性。 模型驱动法描述业务流程建立在u m l 基础之上，不依赖特定的规范，适用范围广。 其缺点是该方法需要集成规划工具和服务组合服务器等子系统，较为复杂，难以实现。 ( 4 ) 基于a i 规划的w e b 服务组合 o w l s 的出现为基于a i 规划的组合方法提供了可能，将w e b 服务看成a i 中的动作， 通过输入输出参数、前提和结果等来描述w e b 服务。在服务组合时，只要将w e b 服务的 这些描述映射为动作形式化描述，在w e b 服务空间中以构造w e b j 匣务组合为目标，通过 形式化的推理来得出、b 服务的组合序列，动态形成服务组合方案，同时保证了规划结 果的正确性和完整性f 2 7 1 。 基于a i 的服务组合方法能动态地生成w e b j 务组合方案、动态地链接具体实现的 w e b j 务，能适应w e b 服务的动态变化，更能满足业务不断变化的需求。但如何高效、 准确地在w e b j 艮务空间中查找适合的w e bj 报务，如何评价生成的w e b 服务组合方案与需 求吻合度等一系列问题都是亟待深入研究的问题，以便使基于a i 的w e b j 务组番毹更好 地为应用需求服务2 8 2 9 , 3 0 l 。 2 3p e t r i 网理论与相关技术 p e t r i 网起源于1 9 6 2 年c a r la d a mp e l r i ( 德国) 的博士论文【3 l l 。p e t r i 网的设计出发 点在于描述自然规律本身：大干世界是由一张