（计算机科学与技术专业论文）基于ai规划的web服务自动组合研究.pdf

摘要 i n t e m e t 技术的飞速发展带动了商业方式改变的创新大潮流。为了获取更多的自动 化，有效的业务过程，全球业务视图等，许多公司正在将主要的经营转移到网络。为了 在新的在线经济竞争中生存，公司需要应该选择或实现正确的软件科技解决方案。w e b 服务就是一种企业整合的新型软件系统，能够提高不同计算平台，应用，商业参与者之 间的协作，而w e b 服务组合技术是组合不同的服务以解决更为复杂的应用需求。 自动w e b 服务组合能够通过使用a ip l a n n i n g 技术实现，其中h t n 规划方法已经 研究用于处理基于o w l s 语义w e b 服务描述模型的服务组合问题。然而现有的基于 h t n 的w e b 服务组合方法不考虑多分解方法选择的问题，而每种不同分解方法的选择 可能导致产生不同的组合方案，同时用户也希望有多种可选的方案和建议的最佳选择。 因此，如何给用户提供较优的组合方案是w e b 服务组合问题中一个研究的重点问题。 本论文提出了一种基于m a r k o v - h t n 的自动w e b 服务组合方法。该方法分两部分， 首先改进原h t n 的分解方式，使其在规划过程中能同时搜索更多的解空间，以提供给 用户更多的可行组合方案。然后，对h t n 的分解过程进行m d p 建模，求解h t n 规划 输出的多种方案中的最优方案。同时也给出了一种基于m a r k o v - h t n 多组合方案在执行 过程中消解冲突的方法。我们实现了m a r k o v - h t n 组合方法，以进行有效性验证。实验 的结果表明，该方法能够得到多种w 如服务组合方案并评价出最优方案。 关键词：o w l s ，a ip l a n n i n g ，h t n ，m d p ，w e b 服务组合 r e s e a r c ho na u t o m a t e d w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nb a s e do na ip l a n n i n g c h e nk u n ( c o m p u t e rs c i e n c et e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yx uj i u y u n a b s t r a c t t h eg r o w t ho fi n t e r n e tt e c h n o l o g i e sh a su n l e a s h e daw a v eo fi n n o v a t i o n st h a tc h a n g et h e w a yb u s i n e s s m a n yc o m p a n i e sa r em o v m gt h e i rm a i no p e r a t i o n st ot h ew e bf o rm o r e a u t o m a t i o n ，e f f i c i e n tb u s i n e s sp r o c e s s e sa n dg l o b a lv i s i b i l i t y i no r d e rt os u r v i v et h e c o m p e t i t i o nc r e a t e db yt h i sn e wo n l i n ee c o n o m y , c o m p a n i e ss h o e dc h o o s ea n di m p l e m e n t t h er i g h ts o f t w a r ea n dt e c h n o l o g ys o l u t i o n w e bs e r v i c ei san e w t y p eo fs o f t w a r es y s t e mt o h a n d l ee a i ( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ) a n de n a b l ei m p r o v e dc o o r d i n a t i o na m o n g m u l t i p l ec o m p m i n gp l a t f o r m s ，a p p l i c a t i o n s ，a n db u s i n e s sp a r t n e r s a n dw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o np r o v i d e sam e c h a n i s mt oc o m b i n ed i f f e r e n ts e r v i c e st o g e t h e rt oh a n d l em o r e c o m p l e xb u s i n e s sp r o c e s s a u t o m a t i cw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nc a nb ea c h i e v e db yu s i n ga ip l a n n i n gt e c h n i q u e s h t n p l a n n i n gh a sb e e na d o p t e dt oh a n d l et h eo w l - sw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o np r o b l e m h o w e v e r , e x i s t i n gc o m p o s i t i o nm e t h o d sb a s e do nh t np l a n n i n gh a v en o tc o n s i d e r e dt h e c h o i c eo fd e c o m p o s i t i o n sa v m l a b l et oa p r o b l e mw h i c h c a l ll e a dt oav a r i e t yo fv a l i ds o l u t i o n s m o r e o v e r , u s e r so f t e nw a n tm o r et h a no n ep l a nt oc h o o s ea n dt ob eg i v e nt h eo p t i m a lo n e t h u s ，h o wt og i v et h eb e t t e rp l a n si st h ek e yi s s u ei nw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nr e s e a r c ha r e a t h i sp a p e rp r e s e n t san e ww e bs e r v i c ec o m p o s i t i o na p p r o a c hn a m e dm a r k o v h t n w h i c hi n c l u d e st w op a r t s f i r s t ，i m p r o v et h ed e c o m p o s i n gw a yi nh t nt os e a r c hm o r e s o l u t i o n st op r o v i d eu s e r sm o r ef e a s i b l ec o m p o s i t i o np l a n s n e x t ，b u i l dam d pm o d e lb a s e d o nh t n p l a n n i n gp r o c e s st oe v a l u a t et h eo p t i m a lp l a n m o r e o v e r , a na p p r o a c ho fs o l v i n gt h e c o n f l i c t so nt h eb a s i so fm a r k o v - h t np l a n si sp r o p o s e d w ei m p l e m e mt h em a r k o v h t n c o m p o s i t i o nm e t h o dt ov e r i f yt h ee m c i e n c yo ft h em e t h o d t h er u s u l t si l l u s t r a t et h a to u r a p p r o a c hi se f f i c i e n tt of i n dm o r et h a no n ef e a s i b l ep l a n sa n di d e n t i f yt h eo p t i m a lo n e k e yw o r d s ：o w l - s ，a ip l a n n i n g ，h t n ，m d p , w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：日期：2 和年 学位论文使用授权书 s 疑气日 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者躲坠生 指导教师签名： 日期：2 珈年 日期：弘届年 日 日 1叩f 月 月 岁岁 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 研究背景 开放分布式处理中的互操作性一直是其要解决的根本问题。随着开放系统和分布式 处理技术的逐步发展，出现了很多解决互操作性的技术。w e b 服务作为最新一代的开 放分布式处理技术，因其具有：高度的互操作性、跨平台性和全松散耦合的主要特征； 易于将一些现有系统集成为新系统的成功范例：采用新一代的面向服务的软件体系架构 的技术亮点，引起了国内外学术界和工业界的极大兴趣。 随着w e b 服务技术的日益成熟，越来越多的稳定易用的w e b 服务共享在网络上。 但是单个的w e b 服务功能非常有限，往往不能解决用户更为复杂的任务需求。为了更 加充分的利用共享的w e b 服务，根据w e b 服务的可重用性，如何将w e b 服务组合起来， 提供更为强大的服务功能，加快系统开发速度，快速满足用户需求成为目前企业应用集 成( e 砧) 和商业之间需要解决的主要问题。 目前，支持异构集成的平台和语言促进了w e b 服务组合技术的发展。u d d i 、w s d l 、 s o a p 定义了w e b 服务发现、描述、调用的标准，w s b p e l 业务流程执行语言成为工 业界的w r e b 服务编排领域的标准。而且发展产生了许多支持w e b 服务组合的模型，如 o w l s 【l 】，w s m o 2 等。在组合模型的基础上应用不同的方法来实现w e b 服务组合。 w e b 服务组合的方法一般分成两大类：基于工作流的w e b 服务组合和基于觚规划的 w e b 服务组合。基于工作流的组合方法是一种静态的组合方法，它渐渐被产业界所采用， 在部分企业也实际应用。这种组合方法事先需要领域专家针对某一任务需求先制定工作 流模板，然后再选择具体的w e b 服务实例填充模板，组合以完成任务，然而它不能够 自动组合产生组合方案以满足用户动态变化的任务需求和服务的不断变化。由此，基于 a i 规划的服务组合方法越来越成为研究的热点。 基于a i 的服务组合方法能动态地生成w e b 服务组合方案、动态地链接具体实现的 w e b 服务，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 服务空间中查找适合的w e b 服务，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需要深入研究的问题，以便使基于a i 的w e b 服务组合 能更好地为应用需求服务。 第一章前言 1 2 问题陈述 1 2 1h t n 规划的局限性 砧规划技术包括状态空间规划，h t n 规划，基于逻辑的规划等等，目前w e b 服务 的描述基本上都倾向于用包含语义信息的o w l - s 服务本体描述。由于在o w l s 中，服务 被描述成有前提和效果的复合或原子过程，这使得能够将过程模型直接转换成h t n 的方 法和操作，h t n 是一种分等级描述结构，能很好的适合w e b 服务松散耦合的本性。如何 利用h t n 规划技术来进行w e b 服务组合，已有许多研究者做了不同的工作。文献 3 1 首 次提出了将h t n 规划器s h o p 2 用于语义标记的w e b 服务( d 埘l - s ) ，使得能够自动化进 行w e b 服务组合。这实际上也间接地说明了h t n 技术用于w e b 服务组合的可行性。然后 更为具体的工作是将成为标准的，具有语义信息的o w l - s 服务本体描述转化为h t n 规划 领域的s h o p 2 描述。这解决了如何在h t n 规划领域利用w e b 服务描述信息的问题，架起 了h t n 规划技术到w e b 服务组合的桥梁。接着就是解决h t n 规划技术用于w e b 服务组合 过程中的问题，为了使得自动化w e b 服务组合过程更稳定、快速、灵活，产生组合方案 质量更高，更符合用户要求，已经提出了很多方法，其中混合偏序规划与h t n 规划的方 法 4 ，解决加入顺序约束带来的冲突，使得w e b 服务组合过程更具有适应性；另外还 有文献 5 提出了一种算法能够处理w e b 服务组合过程中初始信息不完备的情况。其方 法主要是利用h t n 规划产生方案都是一个单个w e b 服务组合的序列，这是因为h t n 规划 分解任务的最终目标就是产生一个操作的序列，但是在w e b 服务组合问题中，一个非原 子任务可以由多种方法分解或者一个原子任务能由多个操作解决。h t n 规划遇到这种不 确定性情况，不做处理，随机选择一种方法分解，如果该分解能分解找到组合序列，则 结束，当选择的方法不能分解结束时，才回溯重新选择另外的分解方法。在前面的基于 h t n 的w e b 服务组合的问题中都是不考虑这种任务分解不确定性问题。因此，它提供的 单一的单序列服务组合方案没有考虑方案最优性和组合方案执行失败的处理情况。 1 2 2 解决思路 本研究将在h t n 基本算法的基础上，引入分解方法选择概率和分解效用值的概念， 提出一种改进的h t n 分解算法，使得w e b 服务组合能够找出多种方案，并评价方案的最 优性，给出w e b 服务执行失败时的重规划机制。这样w e b 服务组合产生的方案质量有保 证，而且执行能力也有保证，更加符合用户的需求。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 3 主要工作 本论文课题中，试图建立一种基于h t n 规划的多方案产生，评价及重规划机制。 我们分析了h t n 规划算法分解的特征及w e b 服务描述0 w l s 的结构，提出了一种 w e b 服务组合方法m a r k o v h t n ，并且提出了一种在该组合多方案基础上进行服务执行 时解决冲突的方法，取得了以下成果： 1 提出了一种基于a ip l a n n i n g 的w e b 服务组合的扩展模型，在原有模型的基础上 增加考虑服务的非功能性属性及提供较优组合方案集合。 2 在新组合模型基础上，对用于 w e b 服务组合的h t n 规划算法改进，主要改进 h t n 的分解方式和分解过程中加入控制策略，消除同任务存在多种分解方法时选择的 不确定性。并且通过引入分解方法效用值和分解方法选择概率的概念，对整个规划过程 进行评价，结合马尔科夫决策过程评价出最优组合方案。 3 m a r k o v - h t n 方法能够产生多种可行的w e b 服务组合方案，在此多方案的基础 上，我们提出了一种基于博弈论的服务执行时的冲突消解算法，提供组合方案执行失败 时的新执行变更方案。 4 通过实验验证和分析，m a r k o v - h t n 方法可行。 1 4 论文结构 第二章主要介绍w e b 服务的基本架构，服务的相关规范，及w e b 服务组合领域的 相关国内外现状。 第三章主要介绍基于m a r k o v - h t n 的自动w 西服务组合方法。主要包括组合模型， 组合算法，算法改进和多方案求解最优组合方案。 第四章介绍了以m a r k o v - h t n 组合方法输出的多方案为执行模型，如何解决组合方 案执行过程中发生的冲突。 第五章介绍通过j a v a 编制一个原型系统对论文中的m a r k o v - h t n 组合算法进行实 现，验证了方法的有效性，并进行了实验结果分析。 最后，总结了本论文的贡献，指出了现有工作的局限性，有待改进的方面。 3 第二章国内外研究现状 第二章国内外研究现状 2 1w e b 服务简介 2 1 1w e b 服务产生的背景 开放分布式处理中的互操作性一直是其要解决的根本问题。随着开放系统和分布式 处理技术的发展，逐步出现了很多解决互操作性的技术。w e b 服务作为最新一代的开 放分布式处理技术，因其具有：高度互操作性、跨平台性和全松散耦合的主要特征；易 于将一些现有系统集成为新系统的成功范例；采用新一代的面向服务的软件体系结构的 技术亮点，引起了世界范围内学术界和工业界的极大兴趣。 2 1 2w e b 服务的定义 w 3 c 组织将w e b 服务定义为：一个软件系统，用于支持网络上可互操作的机器到机 器的交互。w e b 服务有一个界面，该界面以机器可处理的格式来描述( 一般采用w e b 服 务描述语言w s d l ) 。其他的系统与w e b 服务通过s o a p 消息中描述的方式进行交互， 一般使用x m l 串化、h w 限来传送消息，以便与其他w e b 相关的标准协作。 除了w 3 c 的定义外，还有很多对w c b 服务的定义，每一个都反映了w e b 服务某 一个方面的特征，将这些定义结合起来，对我们理解w e b 服务有很大的好处。从技术 层面来说，w e b 服务是基于x m l 的、采用s o a p 协议的一种软件互操作的基础设施； 从应用的层面来说，w e b 服务是用于集成应用的，将原有面向对象、面向组件的软件 系统改造为基于消息面向服务的松散耦合系统或者构建新的松散耦合系统的一种协作 设施 6 】。 文献【7 】也从不同的角度对w e b 服务做了定义。从技术方面讲，一个w e bs e r v i c e 是 可以被u r i 识别的应用软件，其接口和绑定由x m l 描述和发现，并可与其他基于x m l 消息的应用程序进行交互。从功能角度讲，w e bs e r v i c e s 是一种新型的w e b 应用程序， 具有自包含、自描述和模块化的特点，可以通过w c b 发布、查询和调用。其实现的功 能可以是响应客户一个简单的请求，也可以是完成一个复杂的业务流程。 近年来w e b 服务技术得到快速发展和应用，w e b 服务是基于网络的、分布式的、 自描述的、模块化的组件，它执行特定的任务，遵循一定的技术规范，提供了面向i n t e m e t 应用的统一服务注册、发现、绑定和集成机制，成为广域环境下实现互操作的一种主要 机制，得到产业界和学术界的广泛认可【8 】。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 1 3w e b 服务的基本架构 文献【9 】从面向应用的角度，总结描述了w e b 服务的基本架构。该架构由3 个参与者 和3 个基本操作构成。3 个参与者分别是服务提供者、服务请求者和服务代理；3 个基本 操作分别是发布( p u b l i s h ) 、查找( f r e d ) 和绑定( b i n d ) 。如图1 所示： 图2 - lw e b 服务基本架构 f i 9 2 一lt h ea 舭c t u r eo f w e bs e r v i c e 服务提供者将其服务发布到服务代理的一个目录上：当服务请求者需要调用该服务 的时侯，他首先利用服务代理提供的目录去查找该服务，得到如何调用该服务的信息： 然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。当服务请求者从服务代理得到调用所 需服务的信息之后，通信是在服务请求者和提供者之间直接进行，而无须再经过服务代 理。w e b 服务体系使用一系列标准和协议实现相关的功能，例如：使用w s d l ( w c b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 10 来描述服务，使用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 y ， i n t e g r a t i o n ) 1l 】来发布、查找服务，而s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c c s sp r o t o c 0 1 ) 1 2 被用来执行 服务调用。 在w e b 服务架构的各模块间以及模块内部，消息以x m l 格式传递。之所以采用 x m l 格式传递消息，其原因在于，以x m l 格式表示的消息易于机器阅读和理解，并 且x m l 文档具有跨平台性和松散耦合的结构特点；从商务应用的角度看，从工作流 到查询数据库，直到同贸易伙伴交换信息，使用x m l 格式表示的消息封装了词汇表， 可以同时在行业组织内部和外部使用；它还有较好的弹性和可扩展性，允许使用附加的 信息，并且x m l 标签提供了可访问的进程入口，从而可强化商业规则，并且增强了互 操作性，为信息的自动处理提供了可能。 5 第二章国内外研究现状 2 1 4w e b 服务存在的问题 与学术界的研究相比，工业界注重的是w e b 服务规范和协议的标准化问题，例如： s o a p ，u d d i ，w s d l ，b p e l 1 3 等，后面将做简单介绍。下面从学术界的角度总结， w e b 服务研究的主要问题【9 】： 从w e b 服务的技术层面看，为了满足建立在资源动态变化之上业务日益复杂的商 务应用的需求，w e b 服务有效地利用现有的w e b 数据集成、数据过滤、服务组合等 技术，以进行w e b 上分散资源的集成，并且在其中应用访问控制、事务机制，以保证 服务响应的可靠性及服务组件的协同工作。 从w e b 服务的现实应用层面看，实际应用中客户面对表现形式和复杂性都可能不 相同的服务，如何正确、高效地找到自己需要的服务至关重要，这正是w e b 服务发现 的任务。目前，w e b 服务的搜索与发现采用的普遍方法是由客户使用搜索引擎找到服 务，或者在相关的w e b 页面中考查其是否满足服务请求的要求。因此，w e b 服务发现 实现自动化，基于语义和约束进行w e b 服务的查找及发现，特定应用环境中的w c b 服务发现技术都是重要的研究方向。 2 2w e b 服务组合现状 2 2 1w e b 服务组合问题的提出 商业交互的一个显著特征就是有很长的执行过程，而且合作者之间存在着多重交 互。为了展开和有效的使用各种形式的服务，我们就必须能描述商业过程和服务状态， 然后按照一定的标准和体系结构来创建组合服务( 服务的复杂聚合) 【1 4 】。 文献【9 】中总结了需要w e b 服务组合的几方面原因：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、采用不同程序语言实现、由不同供 应商提供，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 ys 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。 文献【1 5 】中由服务发现引出服务组合问题的提出，寻找一个服务来满足用户提出的 请求被称为是服务发现问题，当不可能找到一个服务来完全满足请求时，就需要组合多 种服务来满足该请求。文中还从数学的角度描述了服务组合。 文献【9 ，1 4 1 5 】从不同的角度说明了w e b 服务组合的必要性，文献【1 4 】强调的是商业 交互需求方面，文献【9 】强调的是服务重用方面，而文献 1 5 】强调的是服务功能满足性方 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 面。其共同点都是说明w e b 服务组合能够便捷的产生新功能以满足各种新的需求。 2 2 2w e b 服务组合现状与相关规范 w e b 服务是一个崭新的分布式计算模型，是w e b 上数据和信息集成的有效机制。 w e b 服务技术与其他成熟技术的有机结合以及w e b 服务的集成是解决现实应用问题 的重要技术。w e b 服务技术支持自主软件和信息系统的动态互操作性，促进了w e b 服 务组合的发展。同时支持w e b 服务平台建立的一系列协议标准也趋于完善，如：s o a p ， w s d l ，b p e l 等。 目前，工业界和学术界从不同角度对w e b 服务组合进行了大量的研究，提出了多种 w e b 服务组合的方法【1 6 】。总的来说，工业界的方法主要侧重于提出组合描述语言，开 发相关编辑工具和执行引擎：学术界的方法则主要侧重于从语义、智能规划等方面研究 自动组合，并通过形式化方法验证组合系统的正确性。 w e b 服务技术的应用才刚刚起步，要真正实现w e b 服务组合，以满足更为复杂的 应用需求，还需要做更多的工作和研究。在介绍w e b 服务组合方法之前，需要先了解 w e b 服务组合常用的技术规范。 目前，围绕着w e b 服务的发布、查找、绑定，各大标准化组织和厂商不断的制定相 关标准规范，其中主要包括三个规范：s o a p ，w s d l ，u d d i 。另外，b p e l 业务流程执行 语言，受业界主流服务及技术提供商的拥护和推崇，使得其迅速成为w e b 服务编排领 域事实上的标准，无论是工业界还是学术界都对其产生了浓厚的兴趣，并围绕b p e l 展 开了多方面的理论与应用研究。 1 s o a p 由于互联网的异构性，导致跨平台的应用程序在数据共享方面的能力非常有限，因 此，一直以来，人们都在努力建立有关数据格式和数据交换方面的标准，希望能在互联 网环境下无缝地集成跨平台的服务，实现不同系统间的自由通讯和数据共享，而s o a p 正是实现这个目标的核心协议，能够使得数据通讯与编程语言、平台和硬件无关。 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 o l ，简单对象访问协议) 为在一个松散的、 分布的环境中使用x m l 对等的交换结构化和类型化的信息提供了一个简单且轻松级的 机制。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型或特定的语义实现等，它只是定 义了一种简单的机制，通过一个模块化的包装模型和对模块中特定格式编码的数据的重 编码机制来表示应用语义。s o a p 的这项能力使得它可以被很多类型的系统用于从消息 7 第二章国内外研究现状 系统到r p c 的延伸。 2 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 ，w e b 服务描述语言) 是一种) ( m l a p p l i c a t i o n ，它将w e b 服务定义为服务访问点或端口的集合，客户端可以通过这些服 务访问点对包含面向文档信息或面向过程调用的服务进行访问。w s d l 首先对访问的操 作和访问使用的消息响应消息进行抽象描述，然后将其绑定到具体的传输协议和消息 格式上，以最终定义具体部署的服务访问点，相关具体部署的服务访问点通过组合成为 抽象的w e b 服务。 w s d l 文档将w e b 服务定义为服务访问点或端口集合，在w s d l 中，由于服务访问点 和消息的抽象定义已从具体的服务部署或数据格式绑定中分离出来，因此可以对抽象定 义再次使用。其中，消息是对交换数据的抽象描述，而端口类型是对应操作的抽象集合。 用于特定端口类型的具体协议和数据格式规范构成了可以再次使用的绑定。将w e b 访问 地址与可再次使用的绑定相关联，可以定义一个端口，端口的集合则定义为一个服务。 3 u d d i 借助于s o a p 和w s d l 能够解决应用之间的消息通讯和功能接口描述的问题，但w e b 服务作为集成异构应用的手段，还必须提供一种有效的机制用于互联网环境中信息的发 布和检索，使得应用之间能够互相发现、彼此了解各自的需求和能力，进而实现应用的 集成和互操作。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 y ，i n t e g r a t i o n ，统一描述、 发现和集成) 规范，作为互联网环境下服务描述、发现和集成机制，为电子商务应用和 服务发现提供标准的信息格式。 w e b 服务包含了上面介绍的一系列协议和标准，他们互相依赖，密切协作，形成一 个完整的体系结构。下图把w e b 服务的相关规范与w e b 服务的体系结构结合了起来，w e b 服务消费者到u d d i 注册中心寻找自己需要的服务，u d d i 指向具体的服务提供者，然后 服务消费者通过s o a p 协议和w e b 服务提供者进行交互。u d d i 中存在的服务都是w s d l 描述的。 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 图2 - 2w e b 服务体系架构与相关规范 f i 9 2 2t h ea r c h i t e c t u r ea n ds p e c i f i c a t i o no fw e bs e r v i c e 4 b p e l w s b p e l 简称b p e l ，是w e b 服务编排领域事实上的标准。b p e l 业务流程的描述采 用x m l 格式，流程分为抽象流程和可执行流程，分别用于不同的场景，但是两者共用 同一套语法元素。这些语法元素的功能包括控制流程逻辑执行顺序、用来执行w e b 服 务调用、w e b 服务实现、事件响应、故障( 及补偿) 处理、流程实例匹配( 采用相关集) 、 变量定义与赋值等。b p e l 的主要概念如下图所示： 图2 - 3b p e l 核心概念 f i 9 2 - 3t h ec o r eo fb p e l 9 第二章国内外研究现状 2 2 3w e b 服务组合描述模型 w e b 服务组合方法的提出都是基于某种w e b 服务组合模型的。目前服务组合模型 有： ( 1 ) o w l s 模型【l 】：包含了许多原子服务模型，以及这些模型之间如何与r e a lw o r d 间进行交互。 ( 2 ) r o m a n 模型【1 7 】：通过对原子服务进行抽象，利用有限状态自动机( f s a ) 来 获取a c t i v i t y 序列，最终以a c t i v i t y 序列来服务组合进行描述。 ( 3 ) 基于消息的m e a l y 机模型 1 8 1 , 主要侧重消息行为的签名，使用有限状态自动 机框架，通过对组件间消息交互的描述来描述组合。 ( 4 ) w s m o 模型 2 】：在概念化模型中清晰的定义了中介器，中介器是描述w e b 服务的关键要素。它通过w r e b 服务接口中提出了“分解编排 和“综合调整”的概念 以达到服务组合的目的。 要实现w e b 服务的自动发现，组合，调用，w e b 服务模型的描述必须具有语义信息 的描述。在上述模型中，o w l - s 和w s m o 模型就是两种典型的具有语义信息描述的 w e b 服务模型。 下面将分别介绍这两种模型并进行简单比较。 1 o w l s o w l - s ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) ，是用o w l 语言描述的w e bs e r v i c e 的o n t o l o g y 。它也是一种具有显式语义的无歧义的机器可理解的标记语言( m a r k u p l a n g u a g e ) ，用于描述w e bs e r v i c e 韵属性和功能。 o w l - s 包含了一整套本体，提供描述w e b 服务的词汇表，描述服务的语义，能够 根据服务的要求( r e q u i r e m e n t s ) 和效果( e f f e c t s ) 进行推理( i n f e r e n c e ) 。o w l s 使得 w e b 服务具各机器可理解性和易用性，从而让人性化的智能主体能够支持自动的、动态 的w e b 服务发现、执行、组合和互操作【1 9 】。 o w l s 包含下面四种任务： ( 1 )自动w e b 服务发现：对于特定w e b 服务能够自动定位，而且满足一定条件 限制。例如，如果要订票旅行，用户就需要自己去搜索相关网站，然后人 工地实现购票的步骤。而o w l - s 则能通过站点所提供的语义信息，通过智 能主体中间件( a g e n t m i d d l e w a r e ) 实现上述功能。 1 0 中国5 油 学( 华东) 碗士学位论立 ( 2 )自动w e b 服务触发：通过计算机程序或智能主体自动执行某一特定的w e b 服务。 ( 3 )自动w e b 服务组合和互操作：这个任务是让计算机可以自动地选择、组合 w e b 服务，从而执彳亍一些较复杂的任务。 ( 4 )自动w 曲服务执行监控：监控单个服务或组合服务的完成。 为了达到上述目标，o w l - s 规定了一组用来描述服务的知识本体( o n t o l o g y ) ，使 用语义标记使得w e b 服务能够被人和机器理解。o w l - s 的知识本体由三部分组成，它 们都是有关服务的最本质的描述，分别描述服务是做什么的? 服务是如何工作的? 以及 如何被访问的? 如下图： h e 图2 4 服务本体 f i 醇4 s t i f e o n t o l o g y 上图是s e f v i o e 的上层o n t o l o g y 。在o w l - s 中，一个s e r v i c e 由三部分来描述 s e t v i c e p l _ 0 f i l e s e r v i c e m o d e l s e r v i c e g r o u d i n g 。简单来说，s e r v i c e p r o f i l e 描述服务是 做什么的s e r v i c e m o d e l 描述服务是怎么做的，s e t v i e e c r c m m d i n g 描述怎样访问服务。 一个s e r v i c e 最多被一个s e r d c e m o d e i 描述- 一个s e r v i c e g r o u a d i n g 必须和一个 s e r v i c e 相关联。下面将对这三部分分别描述 ( 1 ) s e r v i c e p r o f i l e s e r v i c ep r o f i l e 描述一个服务主要包含三方面信息。 首先，服务提供者的白页和黄页信息。比如：服务提供者的联系方式。 其次，服务的功能信息。主要是指服务的l o p e ：i n p u t - o u t p u t ，p r e c o n d i t i o n ，e f f e c t t l o p e 是o w l - s 中的主要内容之一，在s c t v l c , e m o d e l 中还会详细描述。 最后，s e r v i c ep r o f i l e 可以提供服务的所属的分类，服务q o s 信息。s e r v i c ep r o f i l e 也提供了一种机制来描述各种服务的特性。服务提供者也可以自己定义。 第二章目自井研究现状 s e r v i c ep r o f i l e 最大的特点就是双向性，服务提供者可以用p r o f i l e 描述服务的功 能，服务请求者可以用p r o f i l e 描述所需服务的需求。这样服务发现时，r a a t c l m a k e r 可 以利用这种双向的信息进行匹配。 ( 2 ) s 盯y i m o d e l s e i v i c cm o d e l 主要是服务提供者用来描述服务的内部流程。一个s e r v i c e 通常被称 为一个p r o c e s s ( 过程) 。首先定义p r o 嚣的o n t o l o g y ： 圈2 - 5 过程本件的上层描述 f i 9 2 - s t h e u l ) 1 ) e r l e v e lo f p r o c e s s m o d e l o n t o l o s f p r o c e s s 分为三类：a t o m i cp l o c e 黯，c o m p o s i t ep r o c e s s ts i m p l ep r o c e s s ，相关概念 的介绍在文献【l9 】中有介绍e i o p e 是o w l - s 中一个非常重要的概念。i o p e 是指i n p u t s ，o u t p u t s ， p r e c o n d i t i o n s ，e f f e c t s 。i n p m 和o u t p u t s 是指服务的输入和输出，可以理解为数据的 变换；p r e c o n d i t i o n s 和e f f e c t s 是指服务的前提条件和执行效果，即服务执行前虚该满 足的条件和服务执行后实际产生的效果，可以理解为状态的改变。o w l s 中可以定 义条件式o u t p u t s 和e f f e c t s 即只有在某种条件满足的情况下，o u t p u t s 和e f f e c t s 才 能产生。 s e r v i c ep r o f i l e 和s e r v i c em o d e l 中都用到了i o p e ，两者并不需要完全一致通常， p r o f i l e 中的i o p e s 是s e r v i c em o d e l 中的l o p e s 的子集，这需要根据服务提供者需 要发布哪些功能而给定。 ( 3 ) s e r v i c e c - r o u n d i n g s e r v i c ep r o f i l e 和s 硎c em o d e l 都是关于服务的抽象的描述而s c r v i c e 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 g r o u n d i n g 是涉及到服务的具体规范。简单来说，它描述服务是如何被访问的。具体的， 它需要指定服务访问的协议，消息格式，端口等等。但是o w l - s 规范中并没有定义 语法成分来描述具体的消息，而是利用w s d l 规范。选择w s d l ，一方面是因为 w s d l 是对具体消息进行描述的重要规范，另一方面是因为它具有强大的工业支持。 由于o w l s 利用了w s d l 来描述具体的消息，所以在o w l s 和w s d l 之间 需要进行概念的映射。参见下图： 图2 - 6 0 w l s 和w s d l 之间的映射 f 1 9 2 - 6t h em a p p i n gb e t w e e no w l - sa n dw s d l o w l - s 和w s d l 之间需要进行三方面的映射。 a ) o w l - s 的a t o m i cp r o c e s s 映射到w s d l 中的o p e r a t i o n ： b ) o w l - s 中a t o m i cp r o c e s s 的i n p u t s 和o u t p u t s 映射到w s d l 中的m e s s a g e c ) o w l s 中i n p u t s 和o u t p u t s 的类型( o w lc l a s s 定义) 映射到w s d l 中的 a b s t r a c tt y p e ( x m ls c h e m a 定义) 。 从上图可以看到，o w l sg r o u n d i n g 比w s d l 更抽象一些，两者之间有着良好的 对应关系。 2 w s m o w s m o ( w e bs e r v i c em o d e l i n go n t o l o g y ) 是一个规范化描述语义w e b 服务的本体 框架，由欧洲语义w e b 组织( e s s i ) 下属的一个研究小组制定，致力于促进语义w e b 服务语言标准化工作，以及面向语义w e b 服务的