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浙江大学硕士学位论文基于本体论的服务组合：d a r f f o w 的设计和实现 摘要 随着w e b 服务标准的完善和支持w e b 服务平台的逐步成熟，网络上的可用的 服务越来越多，基于w e b 服务的应用也越来越多，但是现有的服务都是单个而且 功能简单的服务，组合现有的w e b 服务能够为企业带来额外的利益。基于这种情 况，研究者们提出了服务组合的概念，来整合现有的w e b 服务。但是现有的服务 组合项目和平台，大多是建立在静态建模的基础上，不能对调用w e b 服务做动态 的修改，很难适应动态多变的网络环境。在详细分析了服务组合的主要特点和现 有的服务组合项目后，本文提出了一种基于本体论的服务组合平台一一 d a r t f l o w ，并设计实现了这种基于本体论的服务组合。本文的工作主要集中在以 下几个方面： 第一，基于本体论的服务注册。随着语义网的进步发展，使用本体论能够 准确、有效的表示网络资源，把本体论结合到w e b 服务中，能够有效的提高w e b 服务查找的速度和精度。为了解决服务组合的动态问题，本文提出了种基于本 体论的服务注册方式，使用本文设计实现的可视化工具，在w e b 服务中的元素和 本体论之间建立联系，并设计和使用本体论服务注册语言o s d l 来表示这种 映射关系，通过解析o s d l 把服务注册到服务库中。 第二，基于工作流的服务组合模式。在设计服务的组合模式时，我们对比以 前的工作流管理系统，发现了两者的很多共同点，因此我们采用了基于工作流的 服务组合方式，并类似的把服务组合流程称为服务流，在整个设计过程中，充分 参考我们以前在工作流管理系统的设计开发经验。 第三，支持动态的服务组合定义。在设计服务流时，根据绑定的服务类型把 服务流分为静态服务流和动态服务流，静态服务流的活动中绑定的服务有明确的 服务定义，而动态服务流的活动中绑定的服务只设定了服务的查询条件，查询条 件中结合了本体论的元素，我们设计使用o s q l 语言来表示这种本体论查询条件。 为此，我们设计出了基于b p e l 4 w s 的服务流建模语言s f d l ，s f d l 支持多种 基本的活动，并支持并行、选择、顺序三种结构化活动。本文设计实现了图形化 的服务组合建模工具，可以很方便的定义出具有高灵活性的服务流定义，并自动 生成服务流建模语言文件。 本工作得到项目的支持：支持可信用电子商务智能工作流技术研究( 国家 8 6 3 计划，2 0 0 1 a a 4 1 4 3 2 0 ) ，基于构件库的支持协同软件开发的工作流关键技术 研究( 国家8 6 3 计划，2 0 0 1 a a l l 3 1 4 2 ) 和面向电子政务的分布式工作流管理平台 ( 浙江省重点科研项目，2 0 0 3 c 2 1 0 1 3 ) 。 关键词：w e b 服务，服务组合，本体论，语义网，语义w e b 服务 浙江大学硕士学位论文 基于本体论的服务组合：d a r t f l o w 的设计和实现 a b s t r a c t w i t l lt h ee m e r g e n c eo f t e c h n o l o g i e sa n ds t a n d a r d ss u p p o r t i n gt h ed e v e l o p m e n to f w e bs e r v i c e s ，m o r ea n dm o r es e r v i c e sa r eb e c o m i n ga v a i l a b l eo nt h ei n t e m e t b u t a l m o s ta l lo f t h e ma r es i n g l ea n ds i m p l ef u n c t i o n a lu n i t s c o m p o s i n ge x i s t i n gs e r v i c e s i n t on e wf u n c t i o n a l i t yb e c o m e sv e r ye s s e n t i a lf o re n t e r p r i s e s a c c o r d i n g l yr e s e a r c h e r s a r ep u r s u i n gt h es e r v i c ec o m p o s i t i o nt oc o m p o s ee x i s t i n gs e r v i c e st ol a r g ea n d c o m p l i c a t e do n e s b u tm o s to ft h ee x i s t i n gp r o j e c t sa n df r a m e w o r k so ns e r v i c e c o m p o s i t i o nu s es t a t i cm o d e l i n g h o w e v e rt h ei n t e m e ti sd y n a m i ca n df u l lo fc h a n g e s ， t h o s ep r o j e c t sa n dp l a t f o r m sa r en o tf l e x i b l ee n o u g ht oe x e c u t es t a b l y t h i sp a p e r p r e s e n t sa t lo n t o l o g y b a s e ds e r v i c ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k - - d a r t f l o w t h em a i n l y j o bo f t h i sp a p e ri so nf o l l o w i n ga s p e c t s 1 o n t o l o g y b a s e ds e r v i c er e g i s t r a t i o n t h ei n t e m e tr e s o u r c ec a l lb ed e s c r i b e d a c c u r a t e l ya n de f f e c t i v e l yb yo n t o l o g y w ec a l lf i n daw e bs e r v i c eq u i c k l ya n d a c c u r a t e l yb yb i n d i n go n t o l o g yt ow e b s e r v i c e t h ed a r f f l o wf r a m e w o r kr e g i s t e r st h e w e bs e r v i c et os e r v i c er e p o s i t o r yb yb u i l d i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es e r v i c ea n d t h eo n t o l o g y au s e rt o o li sd e s i g n e dt ob u i l dt h i sr e l a t i o n s h i p a l s ow el l s eo n t o l o g y s e r v i c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ( o s d l ) t od e s c r i b et h i sr e l a t i o n s h i p w es t o r et h es e r v i c e d e f i n i t i o ni n t ot h ed a t a b a s eb yp a r s i n gt h eo s d lf i l e 2 w o r k f l o w b a s e ds e r v i c ec o m p o s i t i o nm o d e d u r i n gt h ep r o c e s so fd e s i g n i n g s e r v i c ec o m p o s i t i o n ，ad e t a i l e dc o m p a r i s o nb e t w e e ns e r v i c ec o m p o s i t i o na n d w o r k f l o wi si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h es i m i l a r i t yo f t h e s et w os y s t e m s ， w ec a l lt h eb u s i n e s sp r o c e s so fs e r v i c e c o m p o s i t i o na ss e r v i c e f l o wa n du s et h e w o r k f l o ws y s t e mf o rr e f e r e n c e 3 d y n a m i cs e r v i c ed e f i n i t i o ns u p p o r t t h i sp a d e rd i v i d e st h es e r v i c e f l o wt o s t a t i cs e r v i c e f l o wa n dd y n a m i cs e r v i c e f l o wa c c o r d i n gt om eb i n ds e r v i c e as t a t i c s e r v i c e f l o wh a sc o n c r e t es e r v i c ei nt h ea c t i v i t i e sa n dad y n a m i co n eh a sa b s t r a c t s e r v i c ew h i c hi sd e s c r i b e db yt h es e a r c h i n gc o n d i t i o n su s i n go n t o l o g y t h i sp a p e r p r e s e n t s a n o n t o l o g y s e r v i c eq u e r yl a n g u a g e ( o s q l ) t od e s c r i b et h e o n t o l o g y b a s e ds e a r c h i n g c o n d i t i o n an e ws e r v i c ec o m p o s i t i o nm o d e l i n g l a n g u a g e - - s e r v i c e f l o wd e f i n i t i o nl a n g u a g e ( s f d l ) i sd e s i g n e d t od e s c r i b et h e s e r v i c e f l o ww h i c hs u p p o r t st h ed y n a m i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n i n c l u d i n gb a s i c a c t i v i t i e s ，t h r e es t r u c t u r e da c t i v i t i e s ( f l o w , s w i t c ha n ds e q u e n c e ) i sd e ：f i n e di ns f d l a l s ot h i sf r a m e w o r kp r o v i d e ss e v e r a lg r a p h i ct o o l sf o ru s e rt od e f i n eas e r v i c e f l o w e a s i l ya n dq u i c k l y k e yw o r d s ：w 曲s e r v i c e ，s e r v i c ec o m p o s i t i o n ，o n t o l o g y , s e m a n t i cw 曲， s e m a n t i cw e bs e r v i c e i i i 浙江人学坝_ | 学位论文 摹于本体论的服务组台：d a r t f l o w 的设计和实现 1 1 引言 第一章绪论弟一早珀t 匕 w e b 服务的出现，提高了互联网资源的重用性，随着w e b 服务标准的提出， w e b 服务已经越来越多的使用到企业的应用中去，但是目前的w e b 服务一般都是 功能单一的单个服务，为了能够使用现有的服务去完成一个复杂的功能，提出了 服务组合的概念。但是现有的服务组合平台和项目，大多只支持静态的服务组合 建模方式，不能很好的适应互联网的变化，我们需要一个能支持动态建模方式的 服务组合平台来适应互联网的变化。 语义网是目前w e b 的延伸。语义网中的信息含义定义得更利于计算机使用 者之间的协同合作，当计算机能够更有效地处理和“理解”各类资料时，将出现 质量更高、速度更快的搜索引擎及软件工具。关联了语义的w e b 服务能够方便 w e b 服务的使用者快速、精确地查找所需要的服务，这就为我们设计动态的服务 流建模模型提供了可能。 1 2w e b 服务简介 w e b 服务是能够支持不同机器间的应用通过互联网实现交互的软件系统，他 的接口使用机器能够解析的格式( 一般来说是w s d l 格式) 进行描述，其他系统 按照人为约定的方式使用s o a p 消息访问w e b 服务的接口。w e b 服务发布后，使 用u d d i 来进行服务查找和定位。 w e b 服务基于分布式计算，一个完整的w e b 服务架构包括三种角色( 或者 说运行时环境) ： 图卜1w e b 服务三个角色之间的关系 服务提供者：包括以下两种角色： 服务接口提供者：提供访问应用的接口作为w e b 服务 服务提供者：提供可执行的应用程序作为w e b 服务。 服务注册中心：作为w e b 服务的代理，服务提供者在此发布他们的服务 渐江大学碗l 学位论文基于本体论的服务组合：d a r t f l o w 的设计和实现 描述。 服务请求者：是请求使用w e b 服务的应用程序( 客户端) 。最终用户可 以通过一个p o r t a l 或蜂窝电话来访问w e b 服务。 通过w e b 服务的定义可以看出，w e b 服务主要包括以下3 项技术： 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w e bs e r v i c e 最关键的技术。 它是w e bs e r v i c e 中数据和方法调用传输的介质。 s o a p 是一个基于x m l 的协议，它包括三个部分：s o a p 封装( e n v e l o p ) ，封装 定义了一个描述消息中的内容是什么，是谁发送的，谁应当接受并处理它以及如 何处理它们的框架；s o a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) ，用于表示应用程序需要 使用的数据类型的实例：s o a pr p c 表示( 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：s o a p 可以和多种传输协议绑定( b i n d i n g ) ，使用底层协议交 换信息。 w s d l ( w e bs e r v ic ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 【2 】描述了w e bs e r v ic e 的接口 和功能。 w s d l 用x m l 格式将网络服务定义为一组端点，这组端点是对包含面向文档 或面向过程信息的消息进行操作的。这些操作和消息的描述是抽象的，然后将它 们绑定到具体的网络协议和消息格式以定义端点。相关的具体端点都组合为抽象 的端点服务。w s d l 可扩展来允许描述端点及其消息，而不必考虑使用什么样的 消息格式或网络协议来进行通信。这意味着使用x m l 模式来简要地定义接口而后 将这些接口绑定到适用于该协议的具体表示法。 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 ) 引就像一 个电话目录，记载了所有可用的w e bs e r v i c e s 。 统一描述、发现和集成规范( u d d i ) 创建了一个平台独立，开放的框架，通 过i n t e r n e t 来描述服务，发现商务，并且整合商业服务。它是一套基于w e b 的、 分布式的、为w e b 服务提供的信息注册中心的实现标准规范，同时也包含一组使 企业能将自身提供的w e b 服务注册以使得别的企业能够发现的访问协议的实现 标准。 1 3 语义w e b 服务 w e b 上的本体论研究包括语义w e b 的研究和w e b 服务的研究，其共同目标都 是通过利用w e b 上人和机器都能够存取的内容，创建智能自动服务及商务处理基 础设施。考虑以上二者的结合，实现功能互补是一种自然的选择。首先，用于描述 w e b 服务w s d l 并不能很好地表达w e b 服务的语义信息：并且所描述的是静态的 w e b 服务，不包含任何有关服务执行过程的信息，而实际应用中要求服务的执行 具有动念性，并且能够达到自动化。其次，从语义w e b 的角度看，一系列本体论构 浙江大学硕十学位论文基于本体论的服务组台：d a r t f l o w 的设计和实现 造算予( o n t o l o g yc o n s t r u c t ) 能够通过a g e n t 使w e b 服务自动地被发现、激活及 执行，并且本体论为服务及服务间关系的描述提供了强有力的手段。 在w e b 服务中有效利用本体论领域模型进行服务的概念建模，可以指导w e b 服务应用的设计：在w e b 服务中有效利用语义信息，进行w e b 服务和语义w e b 的有 机结合可提高w e b 服务的质量：语义w e b 服务是语义w e b 和w e b 服务的结合，可为 w e b 服务的发现、执行、解释和组合的自动化提供有效的支持。其中，分布式环 境下进行语义的提取、语义的表示、探索适合w e b 服务的知识推理方法等方面都 是有待进一步研究的开放课题【4 】【5 】。 1 3 1 语义w e b 服务与传统w e b 服务的比较 语义w e b 服务是语义w e b 的应用，语义w e b 解决的是如何让w e b 的语义能准 确表示m 来，从而能够实现基于语义的更强有力的搜索方法的相关问题。语义 w e b 能够对w e b 服务进行更丰富的描述( 如半结构化数据、数据类型、继承关系、 语义约束等) 语义w e b 服务与传统的w e b 服务的比较如下表所示。 表卜i 传统w e b 服务和语义w e b 服务的比较 属性传统的w e b 服务语义w e b 服务 服务类型简单可以合成 请求者人机器 代理的角色核心削弱 服务描述基于分类 基于本体论 描述兀幕封闭的可以开放的 数据交换基于语法基于语义 语义w e b 服务和传统的w e b 服务相比最大的一个特点是：在传统w e b 服务中 处y - r n 山控制地位的u d d i 的代理机制有被削弱的趋势，取而代之的是具有智能 化的a g e n t 。用户可以通过a g e n t 程序得到w e b 服务的描述然后分析描述并和 服务绑定。 语义w e b 服务和元数据w e b 服务不同点在于：它强调对w e b 服务的自动发现， 自动调用，自动合成和互操作，自动执行和监控。 自动w e b 服务发现：自动w e b 服务发现包括w e b 服务的自动定位。因为w e b 服务的语义描述被注册到某个注册中心，具有智能的可移动a g e n t 通过在不同的 注册中心间移动而找到用户期望的服务，这可以通过有a g e n t 帮助的w e b 浏览方 法实现。一个用户接口的a g e n t ，它能够根据用户预先配置好的服务查询配置文 件浏览w e b ，这种方法也可以被使用在w e b 服务发现中。例如：服务提供者可以 在不同的层次上用不同的描述方法提供对服务的描述，而a g e n t 可以根据用户的 配胃文件在不同层次上查找用户期望的服务。 自动w e b 服务调用：目前许多的w e b 服务在执行过程中需要人的频繁干预 浙江人学坝l 学位论文 基于本体论的服务组台：d a r f f l o w 的设计和实现 例如在某个w e b 站点购书，用户需要填写购书的表单并提交。有时为了完成一次 w e b 服务的执行，需要用户和w e b 服务之间多次交互。自动w e b 服务调用意味着 一个软件的a g e n t 可以协助用户完成这些工作，而用户所要作的仅仅是让a g e n t 知道“我要购买一本名为 w e b 服务的折扣最多的书”，a g e n t 会在网上的多个 书店中选择一个满足用户需求的书店完成购书的任务。 自动w e b 服务合成和互操作：这个任务包括了w e b 服务的自动选择、合成和 互操作来完成一个任务。复杂的w e b 服务一般由许多小的w e b 服务组合而成例 如：安排一次会议就可能包括了预定机票，预定客房等各种由不同服务提供者提 供的服务。a g e n t 可以帮助用户协调各种服务的事务关系。 自动w e b 服务执行监控：在一个复杂的服务执行期间，用户经常需要跟踪和 查询服务及其组件执行过程中状态的变化。 语义w e b 服务的目标就是以一种明确的、计算机能够理解的语言来描述w e b 服务的功能和内容，同时增强已经存在的w e b 服务操作的性能和鲁棒性，比如 w e b 服务的发现和调用。语义w e b 服务也将使大量的自动化任务成为可能，包 括自动合成、交互、运行监控和恢复。 目前国内外在语义w e b 服务研究方面主要着眼于两个方面：一方面是创建 一种计算机之间能够互相理解的并能充分表示w e b 服务的内容、功能、属性、 接口以及规则和限制条件的语言；另一方面是在这种语言基础之上提出一种使 w e b 服务之间能够实现自动发现、选取、执行、合成以及交互的模型或体系结构。 现有的w e b 服务的工业标准( 诸如s o a p 、w s d l 、u d d i 等) 能否用来描述智 能w e b 服务呢? 实际上这些工业标准主要能够实现w e b 服务的自动发现和调用， 但是由于这些工业标准缺乏语义信息，因此无法实现w e b 服务的自动交互和合 成。因此大家的研究方向都着眼于目前语义w e b 领域比较成熟的语言( 如r d f 、 r d fs c h e m a 和d a m l + o i l ) ，希望能够在此基础之上开发一种新的满足智能w e b 服 务需求的语言。 1 3 _ 2 现有语义w e b 服务语言 在已经发布的语w e b 服务语言中，d a m l s 1 2 语言得到众多研究者的认可。 它是一种由d a r p a 资助的由多家研究机构共同创建的用于描述语义w e b 服务的 d a m l + o i l 本体语言。 在d a m l s 的官方网站是这样描述d a m l - s 的：d a m l s 为w e b 服务供应商 提供了一套核心的标记语言集，使之可以以一种明确的、计算机能够解释执行的 方式来描述w e b 服务的属性和功能。 d a m l s 是在若干w e b 服务工业标准之上开发的，同时加入了丰富的类型和 类信息，我们可以使用这些信息来描述和限制w e b 服务。而且它采用一种获取 w e b 服务的控制流和数据流的处理模型，集成了更多的类表示。这样的语言能 浙江火学硕士学位论文基于本体论的服务组合：d a r t f l o w 的设计和实现 够把w e b 服务聚合成分类的层次结构，并且还带有类以及类实例之间关系和限 制的丰富定义。这利，定义良好的语义信息通过现有的功能强大的推理技术，就能 实现对这些结构的自动操作。 简而言之，d a m l s 使语义w e b 服务的自动交互成为可能。设计d a m l s 是 针对语义w e b 服务自动执行的任务，包括自动发现、自动调用、自动交互、自 动集成、自动执行监控与恢复、自动模拟和验证。 d a m l s 主要由三部分组成，分别是 g e r v t c ep r o f i le ：描述“w h a tt h es e r v i c e sd o e s ”，指明所描述的w e b s e r v i c e s 的功能与接口，以便于服务代理能够搜索与匹配该w e b 服务； s e r v i c em o d e l ：描述“h o wt h es e r v i c e sw o r k s ”，指明当服务被调用时的 操作，以便服务代理进一步匹配，以及服务合成和服务的协调工作和监控； s e r v i c eg r o u n d i n g ：指定调用服务的具体细节，比如通信协议，调用端口。 目前已经有一些研究机构推出了智能w e b 服务的模型或者调用流程。其中 最受推崇的是由斯坦福大学m c l r a i t h 博士提出的一种智能w e b 服务实现模型。 该模型建立在d a m l - s 语言之上的，也就是说，提供w e b 服务的系统都采用d a m ls 来描述自身的w e b 服务，各个系统之间也通过d a m l s 进行信息交换及服务合 成。 在我们提出的平台中，我们定义了自己的服务描述语言o s d l ，它是位于w s d 层之上的w e b 服务的语义描述语言。它解决了w s d l 并不具有或通过扩展w s d i 。 后只是部分具有的对w e b 服务语义描述的能力以及w e b 服务发布和工作流等问 题。它比d a m l 服务委员会提出的一套标记语言结构d a m l s 简单。我们将在后面 的章节中详细描述。 1 4 服务组合相关项目和平台 服务组合问题的研究已经吸引了学术界和工业界的广泛关注，与此相关的平 台研制和产品开发也大量丌展起来。目前大多数的服务组合平台和产品，如都是 基于工作流管理系统的框架，并在此基础上增加服务相关的功能组件。综合现有 的一些平台和产品，我们得出如图12 所示的基于工作流的服务组合平台通用框 架。 在通用服务组合平台的体系结构之上，不同的平台和产品都会有所扩充。下 面我们将对国内外几个主要的服务组合项目和平台进行介绍，包括国外的e f l o w 平台、m e t e o r s 项目和s e l f s e r v 项目以及国内的f l a i e 2 0 0 8 平台。 浙i = l = 人学坝i 学位论义堪十奉体论的服务盟上合：d a r t f l o w 的议计和实小 幽卜2 攮于t 作流的服务纰台、i o 台通用框架 14 1e f l o w 平台 e f l o w l 2 2 3 9 是h p 公司较早推出的一个基于工作流方法的支持服务组合设计、 部署、运行和监控的服务平台。该平台是在服务基础平台e s p e a k 之上，结合： 作流方法进行开发的。e f l o w 支持将各种应用( 特别是j a v a 对象) 部署为w e b 服务，支持服务的注册、查询和调用。通过扩展工作流的基本概念和模型，e f l o w 提出了服务组合模型s c m ( s e r v i c o m p o s i t i o nm o d e l ) ，该模型将个服务组 合表j ；为。个流程模式( 阻o q e s ss c h e m a ) ，包含服务节点、判断节点和事务节 点等关键元素，支持服务组合的嵌套定义。基于s c m 提出了服务组合定义语- g c s d l ( c o m p o s i t es e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，支持服务组合的静态组合 和服务的动态绑定。e f l o w 的特点在于采用了柔性工作流的“黑盒”方法( 即将 流程的不确定的子流和结构用“黑盒”封装，而在服务组合执行中根据实例信息 将“黑盒”具体化而形成完整定义) ，提高服务组合的流程柔性和对业务变化的 应剥能力。此外，e f l o w 还具有可配臀( c o n f i g u r a b l e ) 的特点，用户可根据不 同的目标应用对e f l o w 的功能模块进行裁减，得到最合适的系统配置。然而e f l o w 只支持运行前的服务绑定，动态性和灵活性不够，此外服务( 服务组合) 的注册 和查询缺乏语义支持，准确率和效率有待改善。 1 4 2 m e t e o r s 项目 m e t e o r s 2 6 1 项目是由美国乔治亚大学的l s d i s 实验室承担的服务综合管理 项目。浚项目旨在结合工作流、语义网、w e b 服务三种技术以解决语义w e b 服务 的描述、发现、组合和执行问题。m e t e o r s 包含两大功能模块：服务发现基础 构架m w s d i ( m e t e o r - sw e bs e r v i c ed i s c o v e r yi n f r a s t r u c t u r e ) 和服务组合框 架m w s c f ( m e t e o r sw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k ) 。为了解决服务查 洵的准确高效问题，m w s d i 一方面增强了标准w e b 服务在接口、参数、功能和q o s 等描述的语义支持，另一方面采取r 分布式的p 2 p 语义存储和注册机制。m w s c f 提出了语义w e b 流程( s e m a n t i cw e bp r o c e s s ) 的概念( 即服务组合的各成员服 浙江人学坝。l 学位论文皋于本体论的服务组合：d a r t f l o w 的设计和实现 务均通过语义进行描述) ，将服务组合流程分成抽象流程和可执行流程两个不同 层次，前者采用语义服务模板、语义流程模板和抽象服务接口来描述目标服务以 达到动态绑定的目的，后者采用语义本体论推理和q o s 策略相结合的服务匹配和 筛选方法，能准确快速的获耿满足业务需求的目标服务。由于m w s c f 目前只实现 了服务组合的设计，而服务组合执行引擎是基于i b m 的b p e l 4 j 执行引擎，不仅 缺乏对服务组合执行的有效控制，而且要求在执行前完成抽象流程到可执行的 b p e l 4 w s 流程的转换，所以m w s c f 和e f l o w 一样动态性不够。 1 4 3 s e l f s e r v 项目 s e l f s e r v 【2 8 i 是澳大利亚新南威尔士大学和昆士兰大学合作研制的一个快速 开发和执行的服务组合平台。该平台使用离散状态图s t a t e c h a r t 进行服务组合 建模，其中每个状态表示一次原子服务或者组合服务的调用，转移条件使用e c a 规则表示。由于s t a t e c h a r t 具有形式化语义，因此能够准确无误的解释和分析 服务组合流程。s e l f s e r v 将服务按照粒度分为三种：基本服务、组合服务和社 区服务，其中社区服务是一类具有相同功能和接口的服务描述。s e l f s e r v 在服 务组合建模中，可以为状态指定社区服务，而不必指定一个特定的服务，以此来 实现在运行时服务的动态选取和绑定，因此具有很好的动态性和灵活性。不同于 e f l o w 和m e t e r - s 平台的集中式执行方式( 即存在一个中央执行引擎，各成员服 务都是通过执行引擎间接进行交互) ，s e l f s e r v 采用p 2 p 的执行方式，实现成 员服务之间的直接交互，从而避免了中央执行引擎在通信和效率上的瓶颈。参与 执行的每一个成员服务都自动从s e l f s e r v 环境中下载一个协调器 ( c o o r d i n a t o r ) 、封装器( w r a p p e r ) 和路由表( r o u t i n gt a b l e ) 以实现p 2 p 的执行，协调器实现服务之间的消息传递和消息处理，封装器将服务封装成 s e l f s e r v 中定义良好的对外接口，路由表则是成员服务在组合中的位置信息。 s e l f s e r v 目前只支持关键字级别的服务查询，与e f l 。w 一样缺乏语义支持。此 外在p 2 p 的方式下进行执行监控和异常处理也是s e l f s e r v 目前面临的问题。 1 4 4 f l a m e 2 0 0 8 平台 f l 恤i e 2 0 0 8 4 0 】是由中国科学院计算所和德国弗朗霍夫软件研究所合作开发的 面向北京2 0 0 8 年奥运会的一套服务中间件平台，旨在通过整合奥运会期间各种 自治的社会服务，为各类用户提供即时服务组合支撑环境，从而帮助业务用户在 业务层面组合配置各类服务形成应用，以满足用户个性化的应用需求。该平台的 特点在于将服务组合应用的丌发分成业务层( b u s i n e s s l e v e l ) 设计和软件层 ( s o f t w a r e l e v e l ) 设计，并且基于这种分层设计思想提出了一种服务组合模型 c a f i s e 。在该模型中，最终用户通过业务层的服务组合和配置形成目标业务逻辑。 为准确描述业务逻辑过程和业务需求，c a f i s e 设计了一种服务组合语言v i n c a 。 浙江大学倾士学位论文 基于本体论的服务组台：d a r t f l o w 的设计和实现 不同于现有的其它服务组合语言，v i n c a 是面向最终用户的业务配置语言，它从 业务层面描述了用户个性化应用需求，具有所见即所得的特点。v i n c a 语言既支 持服务的静态绑定，也支持运行时的服务绑定，因此f l a m e 2 0 0 8 具有很好的动态 性和对业务环境变化的应对能力。c a f i s e 根据业务层与软件层之间的服务映射 关系、控制逻辑映射关系等，将服务组合的v i n c a 描述自动转换到软件层的 b p e l 4 w s 描述。f l a m e 2 0 0 8 平台将业务服务根据特点领域的语义本体论划分成不 同的服务社区，很好的支持了服务( 组合服务) 在语义层的注册和查询。然而该 平台目前尚在不断完善阶段，目前的实现还缺乏对v i n c a 语言描述业务逻辑时的 正确性验证以及对服务组合执行过中的有效监控和管理。 1 5 文章的结构和组织 本文重点介绍了服务组合平台d a r t n o w 平台，与一般服务组合平台不 同的是，在这个平台中，w e b 服务加入了语义，提供服务查询功能，支持动态的 服务查询，在一定程度上允许用户设计动态服务流程。 第一章介绍了w e b 服务和语义w e b 服务的背景知识，为下面章节作准备。并 分析了现有的服务相关项目和平台，为以后的平台设计提供参考。 第二章介绍了服务组合的相关基础，介绍了现有的服务组合建模语言和不同 的建模语言之间的比较。接下来介绍了两种不同的服务组合方式：基于工作流的 服务组合方式和基于人工智能的服务组合方式，其中熏点介绍了基于工作流的服 务组合方式。并介绍了服务组合验证方面的相关技术。 第三章介绍了d a r t f l o w 平台的基础工作，主要是工作流平台的介绍。介绍 了工作流平台的设计和实现方法。 第四章开始详细介绍d a r t f l o w 平台。在第四章中主要从总体上介绍了 o a r t f l o w 平台的结构，并简要的介绍了d a r t f l o w 平台各个模块的功能。 第五章介绍了服务的注册和存储。主要介绍了服务中加入本体论，注册到平 台中的方法，以及存储过程。 第六章介绍了服务流的定义过程。服务流的定义是整个平台的前台部分的核 心，这一章详细介绍了服务流定义模块的实现，并给出了服务流定义语言s f d l 的定义，以及各个元素的含义。 在最后对整个平台进行总结，并提出了d a r t f l o w 平台后续的工作。 8 浙江人学坝i + 学位论文基于本体论的麒务组合：d a r t f l o w 的设计和实现 第二章服务组合 w e b 服务作为一种崭新的分布式计算模型已经在电子商务、企业应用集成等 领域扮演着越来越重要的角色。随着w e b 服务相关标准的持续完善和支持w e b 服务的企业级软件平台的不断成熟，越来越多的企业将其业务功能和流程包装成 标准的w e b 服务发布出去，实现便捷快速的寻求合作伙伴、挖掘潜在客户和达到 业务增值的目的。如何有效的组合分布于i n t e r n e t 中的各类服务，实现服务之 间的无缝集成，形成功能丰富的企业级服务流程以达到企业的商业目标，已经越 来越成为w e b 服务发展过程中的一个重要步骤。w e b 服务组合问题的研究和开发 已经吸引了工业界和学术界的普遍关注，他们围绕w e b 服务组合建模语言、服务 组合方法、服务组合执行、服务组合验证等方面进行了研究，启动了很多相关研 究项目和产品开发。工业界偏重于w e b 服务组合在b 2 b 电子商务、跨组织流程管 理、企业应用集成等方面的应用。在现有w e b 服务的标准如w s d l 、u d d i 、s o a p 、 w s t r a n s a c t i o n 基础上提出w e b 服务之间协作标准，如b p e l 4 w s 、b p m l 、w s c d l 等，并且基于工作流方法和理论进行服务组合平台和产品的开发。学术界则偏向 于研究w e b 服务的自动组合与实现，围绕这一目标将语义w e b 技术融入到w e b 服务之中，提出了语义w e b 服务的概念，并且提出了w e b 服务本体论标识语言 d a m l s o w l s ，旨在解决w e b 服务的自动合成。本章将对服务组合的主要研究内 容进行综述，包括服务组合建模语言、服务组合方法、服务组合验证，并且介绍 国内外几个重要的服务组合平台。 2 1 服务组合建模语言 w e b 服务组合建模语言建立在w e b 服务标准之上，为组合服务流程提供规范 化的描述方式。目前学术界和工业界提出了许多服务组合描述语言，但这些语言 主要针对各自不同的问题和目标，因而缺乏统一的规范和标准。目前比较典型的 服务组合语言包括b p e l 、b p m l 、w s c d l 、d a m l s o w l s 等。图1 描述了这些语 言。的发展过程。 2 1 1 服务组合建模语言简介 b p e l 4 w s 7 】是i b m 的w s f l 语言和微软的x l a n g 语言的结合体，它明确定义了 基于w e b 服务的业务流程。b p e l 4 w s 通过抽象流程和可执行流程两种方式描述业 务流程。可执行业务流程模拟业务交互中参与者的实际行为：抽象流程描述业务 协议，指定协议各方相互可见的消息交换行为并隐藏它们的内部行为。b p e l 4 w s 扩展了w s d l 中关于同步和异步消息的无状态定义，具有错误处理机制，支持补 浙江大学硕士学位论文基于本体论的服务组合：d a r t f l o w 的设计和实现 偿操作。 酬2 1 服务组合建梗语言发展过程 w s c i 【1 4 】是基于u m l 活动图的服务业务层会话描述语言，主要描述了参与协作 的各w e b 服务之间的消息交互。w s c i 仅指定抽象业务流程，为参与信息交互的 w e b 服务提供动态接口的描述，以描述服务之间可见的行为，不负责实际信息交 换时的内部流程的定义和实现。w s c l 支持信息关联、序列规则、异常处理、事 务处理和动态协作。 w s c d l 【9 i 用于精确描述任意类型的业务流程服务之间的对等协作，它从全局 的角度出发，定义不同网络服务参与者为实现某一共同商业目标在预定义的规则 下进行的信息交换，描述服务之间的协同作业。w s - c d l 是非执行的抽象业务流 程规范，它不依赖于任一合作方内部的具体业务流程实现语言，不仅支持对任意 数量的服务之间协作的描述，同时也支持对等协作中的异常处理和事务处理。 b p m l 瞄j 既可以作为业务流程的抽象化描述，也能作为可执行业务流程的具体 描述，能应用于各种场合，包括企业应用集成和w e b 服务组合。b p m l 解决企业 业务流程各个方面问题，包括复杂变化的活动、事务处理和补偿、数据管理、并 发、异常处理，是可执行业务流程规范。b m p l 定义三种流程类型( 控制流、数 据流和事件流) ，定义控制结构实现条件选择、顺序、重复和并行执行。 d a m l s 0 w l s 1 2 j 是基于d a m l + o i l 语言的w e b 服务本体论标识语言，它能够 清楚地描述计算机可理解的w e b 服务功能属性，旨在实现w e b 服务的自动发现、 查找、调用、组合、运行和监测。d a d v i l s 0 w l s 从三个方面描述w e b 服务的 语义：s e r v i c e p r o f i l e 、p r o c e s sm o d e l 、g r o u n d i n g 。s e r v i c e p r o f i l e 描述服 务提供的功能，p r o c e s sm o d e