（计算机应用技术专业论文）基于有色petri网的web服务应用方法研究.pdf

人连理下大学硕士学位论文 摘要 随着软件开发技术的不断发展，面向服务架构技术己逐渐成为继面向过程，面向对 象，面向构件等技术以后的主流技术架构。s o a 突出的特点是粗粒度和松耦合，使得不 同的业务间可以通过跨网络，跨平台，甚至跨编程语言以服务的形式进行交互。 许多企业为了降低风险，提升业务敏捷度，应用w e b 服务技术整合企业价值链， 封装业务流程，创造一种开放的分布式系统，以此来降低集中管理的耦合度，节省项目 投资总成本，提高企业的竞争力和生命力。 实际应用中，往往将多个具有特定业务功能的w e b 服务按照一定的业务流程逻辑 组合起来，完成复杂业务的需求。基于形式化描述的组合方法是建模和验证w e b 服务 组合的一种有效方法，它是基于行为描述的模型，能够较好的支持w e b 服务组合的复 用。c p n ( 有色p e t r i 网) 作为一种形式化的描述工具，被广泛用来对系统进行模拟、 分析和验证，它能够统一地描述w c b 服务( 包括原子服务和组合服务) ；此外，利用 c p n 分析验证技术，能够保证服务组合的正确性。 本文首先引入了一种基于有色p e t r i 网的w e b 服务组合建模方法叫p nw s 模 型。在此模型中，将有色p e t r i 网中的变迁细化为服务变迁和控制变迁，服务变迁对应 系统的数据流，控制变迁对应系统的控制流，并在此基础上形式化w e b 服务的引发规 则。根据某企业的业务流程，应用上述组合方法，构建订货流程、新产品开发流程和生 产流程的应用实例模型，并化简实例模型、验证其正确性。最后，本文结合项目需求和 上述的理论工作，在原有的三层结构中加入服务层和服务组合层，使用w c f 技术升级 了某企业的系统。 关键词：w e b 服务；w e b 服务组合；有色p e t r i 网；w c f 大连理下大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho fw e bs e r v i c ea p p l i c a t i o na p p r o a c hb a s e do nc o l o r e d p e t r in e t s a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to fs o f t w a r et e c h n o l o g y ，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 ( s o a ) i s b e c o m i n gam a i n s t r e a mt e c h n o l o g yg r a d u a l l ya f t e rp r o c e d u r e - o r i e n t e d ，o b j e c t - o r i e n t e d ，a n d c o m p o n e n t o r i e n t e d t h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g e so fs o aa r ec o a r s e - g r a i n e da n dl o o s e l y c o u p l e d w h i c hm a k e si tp o s s i b l et h a to n eb u s i n e s si n t e r a c t sw i t ho t h e r si nt h ef o r mo fs e r v i c e e v e nt h o u g ht h e ya r eb a s e do nd i f f e r e n tn e t w o r k s ，p l a t f o r m sa n dp r o g r a m a b l el a n g u a g e s m a n yc o m p a n i e sh a v ea d o p t t e dw e bs e r v i c et oi n t e g r a t ee n t e r p r i s ev a l u ec h a i na n d e n c a p s u l a t e db u s i n e s sp r o c e s si no r d e rt oc r e a t ea no p e nd i s t r i b u t e ds y s t e m ，d e c r e a s et h er i s k a n di m p r o v et h ea g i l i t y i np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，i tb e c o m e sn e c e s s a r yt oc o m b i n ew e bs e r v i c ew i t hs p e c i f i c f u n c t i o nl o g i c a l l yi nt e r m so fb u s i n e s sp r o c e s sa n dc r e a t eac o m p l i c a t e ds e r v i c et os a t i s f yt h e c o m p l e xr e q u i r e m e n t s b a s e d o nf o r m a ld i s c r i p t i o nc o m b i n a t i o nm e t h o di sa ne f f e c t i v e m e t h o dt oc o n s t r u c ta n dv e r i f yt h ec o m b i n a t i o nm o d e l i tb a s e so nb e h a v i o rd e s c r i p t i o n m a t sm o r e i tc o u l dp r e f e r a b l ys u p p o r tt h er e u s eo fw e bs 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 ( c p n ) a saf o r m a ld e s c r i p t i o no ft o o l si sw i d e l y u s e df o rs y s t e ms i m u l a t i o n ，a n a l y s i sa n d v e r i f i c a t i o n c p nd e s c r i p t sw e bs e r v i c eu n i f o r m l yi n c l u d i n ga t o ma n dc o m p o s i t i o ns e r v i c e t h a ti sa b l et oc o m b i n ew i t hm o r ec o m p l e xs y s t e m b e s i d e s ，c p nm a yg u a r a n t e et h a tt h e s e r v i c ec o m p o s i t i o ni sc o r r e c tv i at h et e c h n o l o g yo fi t sa n a l y s i s t 1 1 i sd i s s e r t a t i o ng i v e sad e s c r i p t i o no ft h ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e do nc o l o r e d p e t r in e t s n a m e dc p nw s m o d e l t r a n s i t i o n so fc p na r ed i v i d e di n t os e r v i c et r a n s i t i o na n d c o n t r o l l i n gt r a n s i t i o n , t h es e r v i c et r a n s i t i o n sd e s c r i b e t h ed a t af l o wa n dt h ec o n t r o l l i n g t r a n s i t i o n sd e s c r i b ec o n t r o l l i n gf l o w t h e n ，t h ed i s s e r t a t i o ns i m u l a t e sw e bs e r v i c e ss o l i c i t a t i o n r u l e su s i n gf o r m a ld e s c r i p t i o n a c c o r d i n gt oa l le n t e r p r i s e sb u s i n e s sp r o c e s s e s ，i ta p p l i e st h e m e t h o da b o v et ob u i l dt h ea p p l i c a t i o nm o d e lo fo r d e rp r o c e s s ，n e wp r o d u c td e v e l o p m e n t p r o c e s sa n dp r o d u c t i o np r o c e s s ，t h e nv e r i f yi t sc o r r e c t n e s s f i n a l l y , t h i sd i s s e r t a t i o nc o m b i n e s t h ep r o j e c tn e e d sw i t ht h et h e o r e t i c a lw o r ka b o v e ，s u b j o i nt h es e r v i c el a y e ra n ds e r v i c e c o m p o s i t i o nl a y e rb a s e do nt h eo r i g i n a lt h r e e - t i e ra r c h i t e c t u r e t h e n , i tu t i l i z e sw i n d o w s c o m m u n i c a t i o nf o u n d a t i o n ( w c f ) t e c h n o l o g yt or e c o n s t r u c tt h ee n t e r p r i s es y s t e m k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ；w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ；c o l o r e dp e t r in e t s ；w c f 大连理t 大学硕十学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 煎互垄色箜目经逊缱垒垄盈垒丝至翌之 日期：兰竺z 年乏月j l 日 日期：2 翌z 年月五日 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：。煎互塑色隧豳厶型旦量益垄圈垄垄五丑杰一 作者签名：囊垄 日期： 迎z 年月l 日 人连理t 大学硕士学位论文 1绪论 1 1 研究背景及意义 在知识经济时代，信息化成为全球经济发展的主导方向。十六大报告进一步提出“走 新型工业化的道路，以信息化带动工业化”，无疑为企业管理信息化提供了新的契机。 管理信息系统是通过信息技术等手段，实现企业内部资源共享和协同，克服企业中的官 僚制约，使得各业务间无缝平滑地衔接，从而提高管理的效率和业务的精确度，提高企 业的盈利能力，降低交易成本【l 】。 当前，我国大型制造企业很多已经实现管理信息化，如实施e r p ，b r p 项目等，并 取得了一定的管理效益和经济效益。但不难发现，在目前的这些应用中，较多集中在进、 销、存等企业经营管理的外围环节，而对于制造企业的核心部分：生产质量管理、工艺 管理等环节，较难实现管理信息化。一般情况下，引进先进的制造设备是一种提高信息 化的方法；另外一种方法就是针对企业特殊业务逻辑开发生产管理系统【2 1 。 某印染企业属于我国传统制造业，具有多工序、连续化、生产能力强、劳动密集程 度高和市场流行期短等显著特点。由于生产工序繁多、数据采集量异常庞大，以至于生 产监督、生产质量控制、工艺管理等一直是开发该企业管理信息系统的重点和难点。 该企业采用连续性生产方式，生产过程复杂。当前运行的管理信息系统中，生产物 流子系统和工艺管理子系统均实现了记录每日产量和查询的功能，它们的数据中有一部 分都是重复记录，由于各子系统独立开发，造成格式不匹配，不能实现共享数据。工艺 管理是该企业的业务核心，它不仅和生产物流数据共享，环节协同运作，并与采购和销 售等子系统息息相关。另一方面，随着经济的发展，公司为了迎合大众的需求，会不断 增加或修改印染流程的方案，这就造成了经常修改业务逻辑层代码的弊端。因此，考虑 以上因素，在本次升级该管理信息系统中，采用基于w e b 服务框架，同时将数据和业 务往来最多生产物流管理子系统和工艺管理升级为一个生产管理子系统。通过w e b 服 务组合管理w e b 服务实例，降低系统中各个业务流程和流程方案之间，复杂业务和业 务元的耦合，减轻工作人员的负担，增加企业的生产效益，提高系统的可扩展性。 具体来讲，本论文研究意义主要有以下两点： ( 1 ) 大大简化系统维护的工作，使得开发方不用把大部分精力用于因业务变动， 改动原来设计的、测试、维护项目的工作，从根本上提升管理信息系统的质量，提高了 软件的柔性和可扩展性； ( 2 ) 在升级生产管理子系统的过程中，采用w e b 服务框架，应用基于有色p e t r i 基于有色p e t r i 网的w e b 服务应用方法的研究 网的w e b 服务组合方法构建订货流程、新产品开发流程和生产流程的应用实例模型， 并化简实例模型、验证其正确性。对于有色p e t r i 网在w e b 服务组合中的应用，具有一 定的理论和现实意义。 1 2国内外研究现状 1 2 1s o a 与w e b 服务 随着软件开发技术的不断发展，面向服务架构技术已逐渐成为继面向过程，面向对 象，面向构件等技术以后的主流技术架构。面向服务体系架构( 以下简称s o a ) 及相关 规范由i b m 、o r a c l e 、s a p 和微软等公司共同推出。和以往的软件开发技术相比，s o a 突出的特点是粗粒度和松耦合【3 】，使得不同的业务间可以通过跨网络，跨平台，甚至跨 编程语言以服务的形式进行交互。利用s o a 可以将业务作为链接服务或可重复业务任 务集成到其他系统中，可在需要时通过网络访问这些服务和任务。这些服务是自包含的， 具有定义良好的接口，可以被远程调用；同时由于具有松散耦合特性，使得能够将服务 组合为各种应用程序，从而大幅度提高了代码重用率。 w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 是用于s o a 最常见的技术标准，另外还有c o r b a ， m q s e r i e s r p c 等都是可以实现s o a 的技术。随着w e b 技术的迅猛发展，全世界对网络 上各类资源共享需求同益增加，使得w e b 服务成为s o a 的主流技术。许多企业为了降 低风险，提升业务敏捷度，将w e b 服务作为整合企业价值链，并实现业务流程自动化 的有力工具，以此来节省项目投资总成本，提高企业的竞争力和生命力【4 】。通过应用 w e b 服务技术，创造一种开放的分布式系统，来构建集中管理的松耦合。一个企业可以 仅仅实现协作系统的一个子集，将各个企业内部或着企业之间的应用以w e b 服务的方 式，利用网络有效组织起来实现企业的协同运作。从技术层面上讲，w e b 服务可以更方 便地处理数据，并且允许软件更自由地进行通信；从更高的概念层面上讲，可以将w e b 服务视为一些工作单元，每个单元处理特定的功能任务；从管理层面上讲，在业务流程 改变时，w e b 服务能主动管理变化的商务环境，提升企业自身的竞争优势【5 】。 近几年来，关于w e b 服务研究是备受关注的一个课题。语义w e b 的发展将使得机 器能够对w e b 上的各种信息自动处理。基于语义的w e b 服务发现己成为语义w e b 服务 领域内十分活跃的研究课题。文献 6 】提出一种基于语义的w e b 发现框架，并给出了一 个语义服务发现算法，该算法能够提取描述w e b 服务的语义信息，并进行匹配来发现 服务。文献 7 】对o w l - s ( o n t o l o g yw e bl a n g u a g e ) 的扩展，使服务注册到u d d i 的同 时记录下语义等一些非功能的扩展信息，通过这些属性来提高w e b 服务发现的概率和 一2 一 人连理丁大学硕士学位论文 准确性。文献 8 假设在大量有效w e b 服务的前提下，搜索并发现w e b 服务，提出 d u o p a r a l n v e r t e d f i l e 算法，然后根据算法构建w s c t 模型。 基于w e b 服务还可以视为一种平台独立的、自描述的组件。考虑到组件的复用性 和可维护性等原则，实际应用中不应该将复杂的业务逻辑封装到单个的w e b 服务中。 因此有必要将共享的w e b 服务组合起来，以满足复杂业务需求，因而诞生了w e b 服务 组合的研究领域。文献 9 研究支持动态服务组合的w e b 服务三层组织模型，并分析已 经注册到u d d i 中的所有w e b 服务，按服务的操作、功能和接口等信息将他们映射到 不同的组织单元，实现服务的分级组织管理。也可以通过确定语义的范围和潜在需求来 构建w e b 服务架构【1 0 1 ，还有研究者利用设计模式来构建w e b 服务架构【1 1 】。文献 1 2 1 则 将w e b 服务视作一个过程网，由于w e b 服务具有闭包属性，所以可以采用扩展p e t r i 网来描述它，该文献基于扩展p e t r i 网构建了一个多层次的半自动w e b 服务框架。 当前w e b 服务的另一大热点就是与p e t r i 网理论结合，分析构建合适的w e b 服务组 合模型或者利用p e t r i 网验证w e b 服务组合模型的正确性。基于p e t r i 网或者高级p e t r i 网的w e b 服务建模过程首先提出建模方法，建立一套完备的形式化定义，然后验证模 型的正确性，最后联系实际业务。基于p e t r i 网描述w e b 服务的方法为w e b 服务流程建 模仿真提供了很好的方法和思路【1 3 】。组合w e b 服务的过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，因此需要采用一些其它的技术来把w e b 服务组 合起来以实现新的功能。文献 1 4 】给出了w e b 服务动态组合的基本模式，并采用有色 p e t r i 网的图形化方式对这些基本模式进行建模与分析。 人工进行w e b 服务组合并分析和验证所组合的系统，不仅效率低下，而且已经成 为事实上不可行的一种方法。因此，依据业务应用的服务需求，对w e b 服务组合策略 的建模，并通过功能强大的建模分析与验证工具对所建立的模型进行验证【1 5 】，是基于 w e b 服务的应用系统开发过程中不可缺少的环节。文献 1 6 】提出一种转换组合语言转换 w s c i 到有色p e t r i 网的方法，以便利用扩展c p n s s p e c i l i z et o o l s 有效地验证了模型的 正确性，并以“计划和图书之旅 为例，构建、分析、验证和模拟。 总的来说，当前对服务组合的研究主要分成三大方向：第一个方向是定义能够实现 服务表述、调用机制和服务组合的语言；第二个方向是寻找能够实现自动服务组合的机 制、思想及算法；第三个方向是构建适合进行服务组合的框架。而本文主要是基于第三 个方向进行的研究。 1 2 2 当前应用中存在的问题 实际应用中，购买的商业产品通用性较差，不能本公司业务较好接轨；自主开发的 基丁有色p e t r i 网的w e b 服务应用方法的研究 系统，敏捷性和适应更改的能力不是很高，致使维护难度大。在业务变动较多时，甚至 要重构系统。 这与产品的全面性、集成性有关，也与企业应用的状况有关，分析原因主要存在以 下一些问题【1 8 】： ( 1 ) 平台不独立，耦合紧密 应用程序接口依赖较大，改动牵连较多，很难对现行代码库进行结构性更改。需要 新功能或者接口变动时，可能要涉及到部分代码重构，代码之间耦合太紧密，而且平台 不独立，配置不同服务器时候可能要更改相应的特性。 ( 2 ) 标准化程度差 不同的厂商所提供的产品具有自己独立的一套业务流程模型、a p i 函数。但难于在 不同系统之问进行交互，集成的效果不理想，不能方便地在不同系统间进行应用对象的 重复利用和数据的交流。 ( 3 ) 无法集中控制流程 如今企业都不再满足于只使用一套软件系统，有些企业还要求将o a 、e r p 、c r m 、 s c m 等系统共享信息，而每个系统都有流程控制，并且流程相关联，一个系统更改要 导致其他系统也要调整相应流程，无法集中控制，需要每个系统都去更改相应代码，这 样增加了成本和隐患。有些企业有很多连锁店，他们的价钱，促销等信息都是统一的， 具体事务处理系统紧密地联系在一起，要求达到数据录入一次即可有效的目的。 ( 4 ) 实现的复杂性 实施是一个复杂的过程，要了解其它应用系统的业务、流程进行分析处理、业务流 程的改造、管理规程和操作规范建立等。并且还必须有不同软件供应商的全力配合，原 因是企业不可能在短时间内了解所有系统的来龙去脉并实现。 ( 5 ) 系统的安全性和健壮性 系统中对于并发访问和异常错误缺乏正确和可靠的支持。一旦系统出现非正常退 出，如何恢复数据并保证数据的一致性还需要解决。 ( 6 ) 缺乏扩展性、抽象性、以及对分布式应用系统的集成能力。 1 2 3w e b 服务技术的优势 总的来说，w e b 服务具备以下一些特征【1 9 2 0 】： ( 1 ) 松懈的连结。松懈连结是使系统灵活起来的动力。这一特点正好可弥补传统 系统的耦合太紧密的缺陷，避免应用程序接口依赖过大，重构性差。 ( 2 ) 由于w c b 服务是一种部署在w e b 上的对象，因此w e b 服务具备对象的良好 大连理工人学硕+ 学位论文 封装性，用户能且仅能看到w e b 服务提供的功能列表。对于w e b 服务调用者透明。当 一个w e b 服务的实现发生变更时，w e b 服务调用者是不会感到这一点的。 ( 3 ) 使用x m l 。对于i n t e m e t 环境下的w e b 服务，x m l s o a p 正是目前最为合 适的消息交换协议。而w e b 服务所有公共的协议完全要求使用开放的标准协议来进行 描述、传输和交换。这些标准协议都是完全免费的协议规范，以便由其中任意一方进行 实现。这一业界标准，了解愈深，愈能发挥其潜在能量。 ( 4 ) 系统平台的发展将会持续，w e b 服务可以在不同的平台上继续运作。由于 w e b 服务采取简单的、易处理的标准w e b 协议作为组件界面描述和协同描述规范，完 全屏蔽了不同软件平台的异构性，无论是公共对象请求代理体系结构( c o r b a ) 、分 布式组件( d c o m ) ，还是企业j a v a b e a n ( e j b ) ，都可以通过这种标准的协议进行互 操作。 ( 5 ) w e b 服务具有可描述性和可管理性。w e b 服务中对象界面所提供的功能，应 当使用标准的描述语言来描述( 如w e b 服务描述语言w s d l ) ；并且用户应用应当能 够比较容易发现有标准w e b 服务描述语言描述的服务界面。同时，使用标准w e b 服务 描述语言描述的使用协议不仅仅是服务界面，还将会被延伸到w e b 服务的聚合、跨w e b 服务的事务处理、工作流等，而这些又都要有服务质量( q o s ) 的保障，要对诸如授权 认证、数据完整性( 如签名机制) 、消息源认证以及事务的不可否认性( 反抵赖) 等运 用规范的方法来描述、传输和交换。 1 3 课题来源与研究内容 本课题来源于某印染企业项目，本人参与了该企业系统的升级开发。在本次升级该 管理信息系统中，采用基于w e b 服务框架，同时将数据和业务往来最多生产物流管理 子系统和工艺管理升级为一个生产管理子系统。通过w e b 服务组合管理w e b 服务实例， 降低系统中各个业务流程和流程方案之间，复杂业务和业务元的耦合，提高系统的可扩 展性和可维护性。 本人自从2 0 0 6 年下半年参与该课题以来，查阅了大量相关文献，系统学习了w e b 服务、w e b 服务组合、有色p e t r i 网、w c f 等与项目研究相关的基础知识；同时在实际 开发过程中，积极认真地开展工作，引入了基于有色p e t r i 网的w e b 服务组合模型，依 据该模型，结合项目业务流程，构建实例模型，并验证其正确性，最终将该实例应用在 系统中。 具体研究内容如下： ( 1 ) 研究了w e b 服务技术和w e b 服务组合技术的概念、体系结构，并深入研究 基丁有色p e t r i 网的w e b 服务应用方法的研究 了w e b 服务组合方法并进行了归纳和比较； ( 2 ) 研究了基本p e t r i 网和高级p e t r i 网的概念，深入研究基于有色p e t r i 网理论， 引入了一种基于有色p e t r i 网的w e b 服务组合建模方法，c p nw s 模型。并在此基础上 形式化w e b 服务的引发规则； ( 3 ) 结合项目流程，构建基于c p nw s 模型的，构建订货流程、新产品开发流 程和生产流程的应用实例模型，并化简实例模型、验证其正确性； ( 4 ) 本文结合项目需求和上述的理论工作，应用w c f 技术升级了某企业的系统。 1 4 论文结构 本文共分为五章： 第一章：介绍了本课题的研究背景和意义、国内外的研究现状、课题来源以及论文 各个章节的组织结构； 第二章：介绍本文所涉及的基本理论知识，介绍了w e b 服务和w e b 服务组合的相 关理论、p e t r i 网相关理论和w c f 技术； 第三章：介绍有色p e t r i 网的经典定义，并引入基于有色p e t r i 网的w e b 服务组合模 型叫p nw s 模型，并在此基础上形式化w e b 服务的引发规则； 第四章：根据第三章的模型定义和运算规则，结合项目的需求分析，利用c p nt o o l s 建模工具，构建c p nw s 实例模型，并对模型的正确性验证； 第五章：本文结合项目需求和上述的理论工作，应用w c f 和c j f i 技术升级了某企业 的系统； 最后，总结本文研究工作的可行性、必要性，继而分析本文存在的不足，并对不足 提出进一步的研究期望。 一6 一 大连理工人学硕士学位论文 2 基本理论与方法 2 1w e b 服务相关概念 w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，因此具有对象技术所承诺的所有优点，同 时，w e b 服务的基石是以x m l 为主的、开放的w e b 规范技术，因此具有比任何现有的 对象技术更好的开放性，是建立可互操作的分布式应用程序的新平台。 2 1 1 w e b 服务技术 国际化标准组织w 3 c 对w e b 服务的定义【2 l 】为：“w e b 服务是由u r i 标识的软件 应用程序，其接口和绑定可以通过使用) c i v i l 来进行定义、描述和发现，w e b 服务通过 支持基于因特网的协议，使用基于y d v l 的消息与其它软件应用程序直接交互”。 其它的w e b 服务定义还有： ( 1 ) w e b 服务是通过标准i n t e m e t 协议访问的可编程应用逻辑； ( 2 ) w e b 服务是通过开放标准与其它应用动态交互的应用； ( 3 ) w e b 服务是基于如h t t p 、s m t p 之类的网络协议，松散耦合并可以被其它 软件组件以标准) u v i l 格式在i n t e m e t 上编程调用的软件组件。 国际化标准组织w 3 c 的定义较为清晰、简洁，这个定义说明w e b 服务是描述一些 利用标准化的) c i v i l 消息传递机制，可以通过网络访问这些操作的接口。因此本文以后 提到的w e b 服务，均是采用该定义的。 w e b 服务是一类可通过开放的i n t e r n e t 协议访问的软件组件，它代表了w e b 技术和 组件技术的结合。在w e b 服务调用框架中，服务和客户之间通过标准的w e b 协议( 如 h t t p ) 和l 进行通讯，这些协议是完全独立于平台和实现。由于w e b 协议和x m l 侧重于底层的数据传输，在实际使用时，需要制定相关的应用标准( 包括格式和协议) ， 使得服务参与方能相互理解。因此，为实现w e b 服务体系中应用的互操作，需要在不 同的层面上建立起一系列的标准。 目前，w e b 服务所使用的标准协议主要有如下的几州2 1 】： 简单对象访问协议( s o a p ) ：定义了w e b 服务参与者之间标准的交互协议，它的 主要作用是为各类y d v i l 消息，提供一个简单统一的传输机制，但s o a p 不对应任何对 象模型，可以被任何语言使用和实现。 w e b 服务描述语言( w s d l ) ：提供了一种描述服务接口的标准方法。它定义了一 种描述接口的抽象语言，使服务的接口定义独立于底层协议和编码方式。 通用描述、发现和集成( u d d i ) ：u d d i 是分布式w e b 服务的信息注册规范。它 基丁有色p c t d 网的w e b 服务应用方法的研究 提出了标准的规范，用来对w e b 服务提供动态注册功能。 w e b 服务的体系结构【2 2 】是基于w e b 服务提供者、w e b 服务请求者、w e b 服务注册 中心三个角色和发布、发现、绑定三个动作构建的。简单地说，w c b 服务提供者就是将 自己的服务发布到注册中心，然后等待其他服务或者用户调用；w e b 服务请求者利用 s o a p 消息向服务注册中心发送请求以获得服务：w e b 服务注册中心作为一个中介，将 w e b 服务请求者与合适的w e b 服务提供者联系在一起，它充当管理者的角色。这三个 角色是根据逻辑关系划分的，在实际应用中，角色之间很可能有交叉。一个w e b 服务 既可以是w e b 服务提供者，也可以是w e b 服务请求者，或者二者兼而有之。 w e b 服务角色之间的关系如图2 1 所示。 图2 1w e b 服务框架 f i g 2 1 w e bs e r v i c e sf r a m e 其中，“发布”是为了让用户或其他服务知道某个w e b 服务的存在和相关信息； “查找 是为了找到合适的w e b 服务；“绑定 则是在提供者与请求者之间建立某种 联系。 2 1 2w e b 服务组合 随着企业生产模式的日益复杂，单个w e b 服务的实现已经无法满足复杂业务的需 求，有时需要将多个具有不同业务功能的w e b 服务按照一定的业务流程逻辑组合起来， 构建复杂的组合服务。通过对组合服务的执行，来满足复杂的需求。另一方面，现实中 的应用一般都非常复杂，在w e b 服务的设计过程中，为了简化和分散应用逻辑，提高 服务可重用性，先设计业务功能较为单一的原子服务，然后利用服务组合技术，将各类 原子服务“拼装 成一个具有新的业务功能的组合服务。对用户来说，与实际的功能模 块没有区别，但实际上使用的是组合服务，不同的服务可能运行在不同的服务器，甚至 不同的平台之中。 原子服务可以进行独立的设计与开发，并可自由地部署在分布式环境下，作为程序 一8 一 大连理t 大学硕士学位论文 代码块，也可以在其它w e b 服务的开发中重用。由多个独立的w e b 服务组合成的组合 服务，同样可以被看作是组成其他组合服务的原子服务。各种原子服务分别实现了一定 的业务功能，通过将各种原子服务进行组合和集成以创建动态应用。 w e b 服务组合从方法上可以分为静态组合和动态组合两种f 2 3 】。 ( 1 ) 静态组合 静态组合是指在设计阶段或者编译阶段，根据应用环境以及应用需求，对已有的服 务组件进行组合的过程【2 4 1 。从程序员的角度而言，就是如何利用现有的程序模块来实现 开发新的程序应用。在静态组合中，首先需要列出组合服务要实现的所有功能，然后根 据功能列表，定位和选择合适的原子服务来提供相应的功能。为此，在静态组合模型中， 需要建立和维护一个原子服务库，并提供相应的工具帮助服务开发人员根据原子服务的 名称或功能来查找和定位他们所需要的服务。组合过程对于服务请求者来说并不可见， 服务请求者可以像调用单个原子服务那样调用组合服务。 ( 2 ) 动态组合 动态组合是指在运行时刻选择和调用所需原子服务，并将它们组合为一个组合服务 的过程【2 5 1 。整个构建组合服务的过程，是在组合的运行过程中完成的。动态组合与静态 组合不同之处在于，动态组合能够适应动态变化的运行环境以及动态变化的应用需求。 在运行过程中，系统可以根据实际运行需要，从原子服务库中动态选择所需要的原子服 务来提供和完成相应的服务和功能。 将一个组合w e b 服务设计成静态的还是动态的，取决于组合服务的性质及其应用 域。如果组合服务本身是希望与客户之间有一个相对固定的关系，并且原子服务很少被 改动，那么静态组合就会比较合适。相反，动态组合就适合于那些对特定组合服务请求 较少，同时原子服务也不十分稳定的情况。 2 1 3w e b 服务组合分类 目前工业界和学术界已经对w e b 服务组合的问题提出了许多种方法，综合各种分 类方法，当前解决服务组合的问题主要有三类：基于工作流的w e b 服务组合，基于a i ( 人工智能) 规划的w e b 服务组合和基于形式化的w e b 服务组合【2 6 1 。 ( 1 ) 基于工作流的方法 基于工作流的w e b 服务组合方法提供一种“预定义 流程的静态组合。将w e b 组 合服务中的各个原子服务看成工作流中的任务，服务组合就是转化为一个构建工作流的 过程。工业界多采用基于工作流的w e b 服务组合方法。用工作流模型构建起来的组合 服务可以利用工作流的分析技术，方便地进行数据一致性、约束、死锁满足等方面的检 一9 一 基丁有色p e t r i 网的w e b 服务应用方法的研究 查。这种组合方法优点是关于服务的推理信息只是输入、输出和异常处理，比较容易实 现。缺点是动态性、灵活性差，需要大量人工操作去事先定义业务进程【2 1 7 1 。 ( 2 ) 基于a i 规划的方法 与工作流不同，a i 规划不需要事先给定服务流程。传统的智能规划问题可以描述 如下【2 8 】：给定状态集s 和动作集a ，定义s 和a 上的状态转移关系( 知识库) ，给定 一个初始状态以及要达到的目标状态，智能规划的目标就是要找到一个a 中的一个动作 序列，使得s o 经过这个动作序列的变换以后到达目标状态。几种比较重要a i 规划利2 9 】： 情景演算规划，层次任务网规划，基于规则的规划。利用a i 规划技术求解w e b 服务的 组合问题不能够对组合服务中各种动态关系( 特别是并发关系) 很好的刻画。 ( 3 ) 形式化描述的方法 形式化描述也称是形式规约，是设计和编制程序的出发点，也是验证程序是否正确的 依据。对形式化描述通常要讨论其一致性( 自身无矛盾) 和完备性( 是否完全、无遗漏 地刻画所要描述的对象) 等性质。 上述两种服务组合方法只需知道其前提条件和执行效果即可对服务进行组合，但是 有些w e b 服务可能需要经过一系列相关的调用才能完成，所以其内部行为不可忽略。 而上述两种服务组合方法缺乏对服务组合的分析与验证，无法保证服务组合的正确性。 基于形式化的组合方法是对上述两类方法的补充。形式化方法对于建模和验证w e b 服 务组合是一种有效的方法，它是基于行为描述的模型，能够较好的支持w c b 服务组合 的复用【3 0 1 。 基于形式化的w e b 服务组合方法主要包括：s p i n 、a s m s 、自动机、进程代数和 p e t r i 网。基于p e t r i 网的方法，由于图形化表示法易于理解，而且非专业人员能够使用， 因此是一种通用的系统确定表示法。该方法采用具有形式语义的图形语言，为系统开发 和升级带来特殊的好处。后面将重点介绍其中的p e t r i 网方法。 2 2p e t ri 网相关概念 p e t r i 网的概念最早是1 9 6 2 年在c a r la d a mp e t r i 的博士论文中被提出来的，它是一 种使用图形方式对系统进行需求规格说明的技术。作为一种系统模型，p e t r i 网是一种可 用网状图形表示的系统模型，借助于数学开发的p e t r i 网分析方法和技术，具有严密的 数学基础和图形建模能力，适合精确地描述系统中各事件之间的因果性、独立性、并行 性和动态性，并能够预先验证和模拟系统的性能【3 l 】。p e t r i 网侧重于系统的变化，包括变 化发生的条件、变化的结果以及变化之间的内在联系。所以，它被广泛应用在分布式软 件系统、工业控制系统、柔性制造系统( f m s ) 等离散事件动态系统( d e d s ) 的建模 大连理1 二大学硕十学位论文 与分析中【3 2 】。 2 2 1p e t ri 网 基本p e t r i 网【3 l 】，又称为经典p e t r i 网，是一种有向二部图( ad i r e c t e db i p a r t i t eg r a p h ) ， 它包含4 个基本元素，分别是两种类型的节点，即库所( p l a c e s ) 和变迁( t r a n s i t i o n s ) 、 有向弧( a r c s ) 和表示资源流动的托肯( t o k e n ) 。分别表示如下： ( 1 ) 库所：代表一种资源，描述系统状态，用椭圆形表示。 ( 2 ) 变迁：代表操作，描述系统活动，用矩形表示。 ( 3 ) 托肯：库所中资源类别的标记，用点表示，其中点的个数表示该种资源的数 量。 ( 4 ) 有向弧：代表资源流动的方向，连接库所和变迁，用箭头表示。 当变迁t 的所有输入库所中都至少含有一个托肯时，变迁就可以发生。变迁发生的 结果是从每个输入库所中移除一个托肯，而给每个输出库所移入一个托肯。需要注意的 是，由于p e t r i 网是二部图，所以，一条弧不会连接两个同一类型的节点，即库所与变 迁一定是交替出现的。此外，有向弧的权值一定为1 。p e t f i 网的定义如下。 定义1p e t r i 网是一个4 元组的二分有向图【3 1 - 忉忙( 尸t , f y o ) ，其中：尸是p 的有 限库所集，z 是刚的有限变迁集。他们满足l 尸i = 疗，= m ，p n 丁= 矽，p u t s ； f = p x t u t x p 是一个有限有向弧集，包括从尸到丁的输入弧( i n p u t ) 和从丁到p 的输 出弧( o u t p u t ) 。彳= 尸u 丁称为p 的元素集。胍是尸的初始标识( i n i t i a lm a r k i n g ) 。 令石= 尸u 丁，则 。x = 尸u 刁( 训) f 称为工的前集( p r e - s e t ) ； z = b puj r l x ) f ) 称为x 的后集( p o s t - s e t ) 。 对于每一个库所都可能有托肯，令p p ，t = j ，以日= 口标识获得一个托肯，那 么，将会有一个变迁丁将会被激活并执行。m ：p 一称为标识，常常被描述成一个列向 量，其中每一个元素就是一个连通库所中的托肯号。每个标识被描述成模型的一个状态。 对于每一个p e t r i 网都将满足，若3 t t ，使得变迁t 在m 处可以激活，当其仅当， 对于v p e t ，都满足m ( p ) 1 ，则变迁t 在m 可以发生。同时，对于v 尸。t ，则生成新 的标膨( p ) = m ( p ) 一l ，对于任意p e t 的后集，生成新的标识m ( p ) = m ( p ) + 1 。 定义2 加权p e t r i 网是5 元组的有向图 3 h w p n = ( p , t ，, w y o ) ，其中 t , f , m o ) 是一 个p e t r i 网；w ：f 专n + 是弧的加权函数。 与基本p e t r i 网不同，若3 t t ，变迁t 在m 可以激活，当其仅当，对于v p e 。t ， 基于有色p e t r i 网的w e b 服务应j 【 j 方法的研究 都满足m ( s ) w ( s , t ) 。则变迁t 在m 可以发生。对于v p e 。t ，则生