（计算机应用技术专业论文）基于语法的web服务自动组合方法.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 随着w e b 服务标准的完善和支持w e b 服务平台的成熟，互联网上可用的服 务越来越多，由此产生了大量基于w e b 服务的应用，然而现有的服务大多是单 个的，提供的功能非常有限。为了更加充分地利用共享的w e b 服务，提高服务 的重用性，加快系统开发的速度，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，快速满足用户需求。w e b 服务组合作为一种灵活、快速集 成信息的重要方法，成为开发异构环境中复杂分布应用的研究重点。 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，无法满足 “随需应变”的软件需求。在分析了当前主流的服务组合后，本文提出了基于 语法的w e b 服务自动组合方法，该方法通过组合现有的服务，形成组合服务， 提高了服务的重用性。本文的主要工作与贡献包括以下三个方面： 1 ) 提出服务语法化 服务语法化是指把服务进行语法转换，利用语法规则转换算法，将服务 转换成语法规则，其基本转换单位为服务中的操作，每一个服务的操作被 转换成一条语法规则，从而把整个服务库转换成语法规则的集合，看成一 个庞大的语法。 2 ) 对用户请求进行分析证明 构造了用户请求证明机，利用服务语法化之后生成的语法规则对用户请 求进行分析证明( 该分析证明过程借鉴了编译技术里文法分析算法) ，判断 当前的语法规则库能否识别用户请求。 3 ) 根据求解结论组合服务 在用户请求被证明的条件下，为每一个用户请求的输出对象即时生成服 务组合路径，然后将服务组合路径进行合成，形成满足用户请求的组合服 务。 关键词w e b 服务，服务组合，语法规则 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht 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 t o fw 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 ea v a i l a b l eo nt h ei n t e m e t b u tm o s to f t h es e r v i c e sa r es i n g l ea n dt h e i rf u n c t i o n sa r es i m p l e t oi m p r o v et h er e u s a b i l i t ya n d a c c e l e r a t e a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n ta n dp r o v i d em o r ep o w e r f u lf u n c t i o n s ，i ti s i m p o r t a n tt oi n t e g r a t et h ei n t e r - o r g a n i z a t i o n a la n dh e t e r o g e n e o u ss e r v i c e so nt h e w e ba tt h er u n t i m e a sa l li m p o r t a n tm e t h o df o rf l e x i b l ea n d r a p i di n t e g r a t i o n ，w e b s e r v i c e sc o m p o s i t i o nb e c o m e sah o tr e s e a r c ho fc o m p l e xd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ni n o p e na n dh e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t m 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 su s es t a t i cm o d e l i n gm e t h o dt o c o m p o s es e r v i c e s h o w e v e r , t h ei n t e r n e ti sd y n a m i ca n dt h es e r v i c e sa lec h a n g e a b l e ， 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 h a f t e rd i s c u s s i n gt w om a j o rw e b s e r v i c ec o m p o s i t i o nm e t h o d s ，t h i s p a p e ri n t r o d u c e s am e t h o df o ra u t o m a t i c c o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e su s i n gg r a m m a r t h em a j o rw o r ka n dc o n t r i b u t i o n sa r e a sf o l l o w s ： f i r s t , w e p r o p o s e am e t h o dt h a tt r a n s f o r m st h es e r v i c et og r a m m a rr u l e s w eu s et h eg r a m m a r - t r a n s f o r m e ra l g o r i t h ma n dt r a n s f o r ms e r v i c et og r a m m a rr u l e t h et r a n s f o r m a t i o nu n i ti st h eo p e r a t i o no fs e r v i c e e a c ho p e r a t i o no fas e r v i c ei s t r a n s f o r m e dt oas i n g l eg r a m m a rr u l e a f t e rt h i s ，t h es e r v i c er e p o s i t o r yb e c a m eas e t o fg r a m m a rr u l e s s e c o n d , w ep r o v et h eu s e rr e q u e s t w eb u i l dau s e rr e q u e s tp r o v e ra n du s e t h eg r a m m a rr u l e si nt h eg r a m m a rr u l e sr e p o s i t o r yt op r o v et h eu s e rr e q u e s t ( w e i m p r o v e dt h eg r a m m a ra n a l y s i sa l g o r i t h mt os u p p o r tu s e rr e q u e s tp r o v e r ) l a s t ，w ea u t o m a t i c a l l yg e n e r a t et h ec o m p o s i t es e r v i c e a st h eu s e rr e q u e s ti s p r o v e n ，w eg e n e r a t et h eo p t i m a lp a t hf o re a c ho u t p u to b j e c to fu s e rr e q u e s t ，t h e nw e c o m p o s et h eo p t i m a lp a t h st oc o n s t r u c tac o a r s e - g r a i nc o m p o s i t es e r v i c e k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e s ，s e r v i c ec o m p o s i t i o n ，g r a m m a rr u l e i l 浙江大学硕士学位论文图索引 图索引 图2 1w e b 服务模型。7 图2 2w e b 服务协议栈8 图2 3w e b 服务发展趋势lo 图2 4 服务上层本体l l 图2 5b p e l 4 w s 示例1 6 图3 1 算术表达式( 1 9 - 1 0 ) 1 2 的推导2 4 图3 2 添加语法规则流程图。2 6 图3 3 服务示例一2 7 图3 4 服务示例二2 7 图3 5 语法化服务示例3 0 图3 6 语法规则库图示3 1 图3 7 基于语法的服务自动组合过程3 3 图3 8 组合服务示意图4 1 图3 9 多条服务组合路径构成的组合服务4 3 图3 1 0 语法规则库示例4 4 图3 1 1 输出对象l 2 的服务组合路径一4 6 图3 1 2 输出对象l 5 的服务组合路径4 7 图3 1 3 输出对象l 6 的服务组合路径4 7 图3 1 4 组合服务示例二4 7 图4 1 不同数量语法规则库中证明用户请求时间趋势。5 1 图4 2 不同个数输出对象的用户请求证明比较5 3 图4 3 不同个数输出对象的用户请求证明时间开销比较5 4 图4 4 不同期望输出数量证明用户请求时间开销比较一5 5 图5 1w e b 服务自动组合系统模块5 6 图5 2w 曲服务管理透视图5 7 图5 3 服务自动组合模块透视图5 8 图5 4 组合服务详细信息5 9 图5 5 服务组合活动类型6 1 浙江大学硕士学位论文表索引 表索引 表3 1 自顶向下的分析程序的分析动作2 5 表3 2 语法化服务示例一2 9 表3 3 语法化服务示例二2 9 表3 4 请求证明初始化3 5 表3 5p r i c e 的证明过程：3 5 表3 6 输出对象l 2 的证明过程4 5 表3 7 输出对象l 6 的证明过程4 6 表4 11 0 0 个用户请求( 单输出) 在不同规则库中的处理结果5 0 表4 21 0 0 个用户请求( 2 个输出) 在不同规则库中的处理结果5 2 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿苤堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。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谢意。 学位论文作者签名：莲後一签字隰少影年月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿态堂 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和传播，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：苞扳 导师签名力歪、 签字日期刁仇殇每多月专日 签字日期：沙谚年移月弓日 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 面向服务的体系架构是软件行业的发展方向，而服务组合是面向服务的体 系架构的核心。 1 1 研究背景 伴随着互联网的浪潮，越来越多的企业将业务转移到互联网领域，带动了 电子商务的蓬勃发展，基于互联网的应用模式也在不断地发生变化，w e b 应用 由局部发展到全球，由集中走向分布。随着互联网在各个领域应用的普及和深 化，如何通过w e b 将运行在各种硬件平台和操作系统的企业应用简单、低代价 地连接在一起，实现企业级应用集成，成为当前急需解决的一大问题。企业应 用模式的变化对企业应用系统提出了很多新的要求：要求企业在互联网环境下 进行企业应用的互操作和集成，要求能够快速、灵活地集成已有的业务应用系 统，形成大粒度的复杂应用p 传统的分布式技术在组织或企业内部的同构环境 中可以成功地集成应用程序，但是对于异构环境下的应用集成却显得有心无力。 w e b 服务技术的出现从一定程度上解决了异构环境下企业应用集成问题。 与传统分布式计算技术相比，w 曲服务技术具有如下优点：( 1 ) 方便的集成机制： 传统的分布式技术，组件之间的通信使用特定的协议，不同平台组件之间的交 互非常复杂。而w e b 服务采取简单的、易理解的标准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差异，无论是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过这一种标准的协议进行互操作，方便了应用的集成。( 2 ) 松耦合：传统的基于分布式对象技术应用程序间是紧耦合的，紧耦合是指应用 程序的不同组件之间的接口与其功能和结构是紧密相连的，它的缺点是对任何 组件的改变可能导致各种相关组件无法正常使用。而w e b 服务是基于网络的、 分布式的、自包含的、自描述的、模块化的应用程序，服务之间只是较简单的 协同关系，交互双方某一方的变动并不会影响到另一方的正常运行。正是w e b 服务的这些特点，使得企业可以开发松耦合的应用程序，并以服务的形式提供 给用户使用。 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 随着w e b 服务技术的日益成熟，越来越多的稳定易用w e b 服务共享在网 络上。但单个的w e b 服务能够提供的功能有限，为了更加充分地利用共享的 w e b 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。因此，如何有效的组合分布在网络 中的各种功能不同的服务，实现服务之间的集成，形成功能强大的企业级流程 服务以完成企业的商业目标，已经成为w e b 服务发展过程中的一个重要步骤。 目前各大公司和研究所对服务组合问题进行了研究，具有代表性的服务组合项 目和平台有e f l o w 、m e t e o r - s 、s e l f s e r v 、f l a m e 2 7 】等。 1 2 研究意义 面向服务的体系架构( s o a ) 已经成为企业i t 系统实施的一个时尚，无论是 对旧有系统的改造，还是对企业新1 1 r 系统架构的设计，面向服务的体系架构都 往往成为首选的方案。面向服务的架构是一个组件模型，它建立在服务的基础 之上，而w e b 服务技术是实现s o a 中服务的最主要手段。 w e b 服务组合问题引起了流程管理( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ，b p m ) 领 域、w e b 服务技术领域、人工智能领域的专家的广泛关注，不同学者从自身研 究领域的角度出发，提出了不同的w e b 服务组合方法【1 】【2 】【3 1 。 当前的服务组合方法可以分为两大类：基于工作流的服务组合方法和基于 人工智能的服务组合方法。前者以流程为中心进行服务的选取与组合，存在较 多的人工参与，实现比较容易，多应用于电子商务领域的应用集成以及流程管 理；后者围绕问题域进行自动服务组合，人工干预较少，实现较困难，多应用 规划问题求解。但是这两类服务组合方法有其局限性。基于工作流的服务组合 方法，需要预先制定抽象的组合过程，然后运行时根据一定的限制条件来动态 选取合适的服务并绑定选取的服务，需要大量的人工参与，自动性不足，无法 处理柔性多变的业务流程；基于人工智能的服务组合方法要求对服务进行预处 理和形式化转换，规划的性质受限于偶然规划，这样就导致规划时可能产生大 量分支，服务组合的搜索和推理变得极其困难。 目前的w e b 服务规范缺乏对服务组合方面的支持，现有的技术和工具在单 个w e b 服务处理方面具有全面的支持，而在服务组合上，目前比较成熟的技术 2 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 只是在静态w e b 服务组合方面有一定的支持。 w e b 服务组合是目前s o a 架构方面的研究热点，尤其是服务动态合成，更 是对传统的软件开发及现有w e b 服务规范及相关技术提出了更高要求和新的挑 战。w e b 服务组合是提高w e b 服务重用性的关键技术。w e b 服务组合将会推动 软件开发方法学的变革，实现企业级跨系统的业务组合，提高数据的整合能力， 并在未来推动软件的自动化，智能化生产。因此研究w e b 服务组合的方法具有 重要意义。 1 3 研究内容 在分析了当前两大主流的w e b 服务组合方法之后，本文提出了基于语法的 w e b 服务自动组合方法。该方法建立在语法化服务的基础之上，首先将服务进 行语法化，把服务库转换成语法规则库，然后借鉴编译技术里面文法分析的思 想，将用户请求看成待证明的语言实例。本文提出的基于语法的w e b 服务自动 组合方法分为四部分内容： 1 ) 服务语法化。 提出服务语法化算法，将服务转换成语法规则，用于证明用户请求和生 成最优路径。 2 ) 证明用户请求。 对用户请求进行证明，证明现有的服务集合语法规则库能否识别用户请 求。 3 ) 生成服务组合路径。 为每一个用户请求的输出对象生成服务组合路径。 4 ) 合成路径。 将服务组合路径进行合成，形成满足用户请求的组合服务。 1 4 文章结构 本文由六部分组成： 第一章绪论，介绍本文的研究背景、研究意义、研究内容和论文结构。 第二章w e b 服务组合技术基础，相关技术介绍，分为三个部分：w e b 服务 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 概述、语义w e b 服务概述、w e b 服务组合。分别介绍了w e b 服务领域的相关 技术，对当前流行的服务组合技术进行分析和研究。 第三章基于语法的w e b 服务自动组合，介绍语法分析，介绍服务的语法规 则与服务语法规则处理与表达；基于语法的w e b 服务自动组合分为三个阶段， 第一阶段用基于服务语法规则的自动证明机去证明用户的请求能否被满足，第 二阶段生成服务组合路径，第三阶段合成路径；结合实例介绍基于语法的w 如 服务自动组合的三个阶段。 第四章仿真实验与结果分析，通过仿真实验来说明基于语法的w e b 服务 自动组合方法的可行性。实验对比了在不同规模的服务集合语法规则库中进行 服务组合的时间开销。 第五章基于语法的服务自动组合原型，提出基于语法的服务自动组合的系 统框架，说明该系统的主要功能、组件模块和关键过程。介绍基于该框架设计 和开发的服务自动组合原型系统。 第六章总结和展望，对全文进行总结，并对进一步的工作进行介绍。 4 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 第2 章w e b 服务组合技术基础 w e b 服务定义了如何在异构系统之间实现通信的标准化方法，使服务可以 跨越运行平台和实现语言。 2 1w e b 服务 随着互联网的高速发展，出现了大量的基于不同平台和语言开发的w e b 服 务组件。在w e b 服务以前，由于各个组织、机构之间平台的互异性，分布式网 络面临的一个重大问题是各种平台之间的互操作性太差。w e b 服务标准的出现 解决了这个问题。w e b 服务并不仅仅是一种技术，更是一种应用框架，一种系 统架构的方式。w e b 服务的优势在于良好的互操作性，它使得在某个平台上用 一种语言编写的应用程序可以使用在另一个完全不同的平台上以完全不同的语 言编写的应用程序。 2 1 1w e b 服务定义 w 3 cw 曲s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e 小组对w e b 服务的定义是：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x m l 构件进行定义、描述 和发现，w e b 服务支持通过基于因特网的协议使用基于x m l 的消息与其他软 件应用程序直接交互。 微软对w e b 服务下的定义是：w e b 服务是通过标准的w e b 协议可编程访 问的w 曲组件，它使用标准的互联网协议，像超文本传输协议( h t t p ) 和x m l ， 将功能纲领性地体现在互联网和企业内部网上。 i b m 对w e b 服务下的定义是：w e b 服务是描述一些操作( 利用标准化的 x m l 消息传递机制可以通过网络访问这些操作) 的接口。w e b 服务是用标准的、 规范的x m l 概念描述的，这一描述囊括了与服务交互需要的全部细节，包括 消息格式、传输协议和位置。该接口隐藏了实现服务的细节，允许独立于实现 服务基于的硬件或软件平台和编写服务所用的编程语言使用服务。w e b 服务执 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 行一项特定的任务或一组任务。w e b 服务可以单独或同其他w e b 服务一起用于 实现复杂的商业服务或业务流程。 b e a 对w e b 服务下的定义是：w e b 服务可以被描述为协议、协定和网络设 施，能通过互联网将业务功能公开给授权方。简而言之，w e b 服务是具体的业 务流程，它能够：公开和描述自己；定义自己的功能和属性，以便其它应用能 够了解它，并容易地向其它应用提供这种功能；其它服务能够在互联网上找到 它的位置，可以被调用，返回响应。 综上所述w e b 服务是基于网络的、分布式的、自包含的、自描述的、模块 化的应用程序，它采用基于x m l 和i n t e r n e t 的开放标准，它执行制定的应用， 提供了面向互联网应用的统一服务注册、发现、绑定和集成机制。w e b 服务良 好的互操作性，使其成为互联网环境下实现互操作的一种主要机制，其自描述、 模块化的特性使得企业可以开发松耦合的应用程序，并以服务的形式提供给用 户使用。 2 1 2w e b 服务模型 w 曲服务是基于w 曲服务提供者、w e b 服务请求者、w e b 服务注册中心和 发布、发现、绑定三个动作构建的。w e b 服务提供者是w e b 服务的开发者和所 有者，它耐心等待为其他服务和用户提供自己已有的功能；w e b 服务请求者就 是w e b 服务功能的使用者，它利用s o a p 消息向w e b 服务提供者发送请求以 获得服务；w e b 服务注册中心的作用是把一个w e b 服务请求者与合适的w e b 服务提供者联系起来，充当管理者的角色，一般是u d d i 。 如图2 1 所示，w e b 服务体系结构中共有三种角色： 1 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ，将自己的服务和接口以x m l 的形式发布 到服务注册中心，以便服务请求者发现和访问该服务； 2 ) 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) ，使用查找操作从本地或服务注册中心检 索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用服务； 3 ) 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) ，也经常被称为服务代理( s e r v i c e b r o k e r ) ，包含服务提供者的格外信息，如地址、服务提供者的联系方式 和关于服务的技术细节，对其进行分类，它是服务发现的支持者，提供 6 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 给服务请求者查询。 图2 1w e b 服务模型 w e b 服务体系结构中的三种角色之间包含了三种操作： 1 ) 发布( p u b l i s h ) 操作。为了使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请 求者发现和调用它。 2 ) 发现( f i n d ) 操作。服务请求者定位服务，查询服务注册中心来找到满足 其需求的服务。 3 ) 绑定( b i n d ) 操作。查询完服务描述之后，服务请求者根据服务描述信息 来调用服务。 为了支持w e b 服务体系结构中的三种操作，w e b 服务体系使用一系列标准 和协议来实现相关的功能。使用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 ) 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 ya n di n t e g r a t i o n ) 来发布、 查找服务，使用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 ) 来调用服务。 7 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 2 1 3w e b 服务协议栈 w e b 服务的协议栈描述了w e b 服务的结构，也就是，协议是各角色间用来 沟通的基础，之所以称为栈，是由于这些协议是一层层垒起来的，下层为上层 提供服务，上层是建立在下层的基础之上，可调用下层完成本层的功能。 x m l 是可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的缩写，是w e b 服 务各种协议的基础；s o a p 是简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 的缩写，它主要用于在服务提供者和使用者之间传送各种请求和应答数据； w s d l 代表w e b 服务描述语言( 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 ) ，服务提供 者使用这种语言发布自己的w 曲服务，供潜在的服务请求者使用；u d d i 是统 一描述发现和集成( u n i v e r s a ld s c d 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 ) ，u d d i 项 目由u d d i 社区维护，服务提供者可以将自己的服务注册到u d d i 服务器中， 服务请求者可以在服务器中浏览和查询所需服务；b p e l 4 w s 是用于w e b 服务 的业务流程执行语言( 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 曲s e r v i c e s ) ， 它可以将多个w e b 服务组装成完整的业务流程。 图2 2 展示了一个概念性w e b 服务协议栈。下面按照由底层到高层的顺序 6 。 分别介绍图中描述的各层。 图2 2w e b 服务协议栈 1 ) 最底层是服务传输层。这一组规范定义了在w e b 服务之间传送原始数 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 据的核心通信机制，其中包括h t y p 、简单邮件传输协议( s m l l p ) 和 f t p 等等，其中h t r p 是使用最为广泛的，因为h t t p 的请求应答模 式十分符合r p c 类型调用，s m t p 主要用于异步方式的调用，例如订 阅信息等等。w e b 服务实现可以支持其他的传输协议，但支持标准的、 可互操作的协议是非常重要的。 2 ) 服务消息层的协议定义了消息的格式。消息格式规范为编码传输的 w e b 服务消息定义了可互操作的机制。在这一层里几乎全部是以s o a p 为协议的。s o a p 定义了表示x m l 消息的标准编码方法，其中，x m l 消息用服务通过传输交换的字节信息进行表示。s o a p 以x m l 形式提 供了一个简单、轻量的用于在非集中、分布式环境中交换结构化和类 型信息的机制。 3 ) 服务描述层的协议用于对如何使用这个w 曲服务进行描述，描述信息 一般包括使用到的数据类型、消息格式、方法名称和参数( 在w s d l 里的称呼有所不同) 等等。w s d l 也是以x m l 为基础的。 4 ) 服务发布和发现层协议是供服务注册中心这个角色使用的，u d d i 是目 前使用最广泛的注册中心，图中其他几种方式也有应用。 5 1 服务组装层。把功能单一的w e b 服务组合成为新的功能复杂的w e b 服 务，这些被组装起来的w e b 服务体现了一定的业务流程。w s b p e l 支 持服务组合，它使开发人员能够为共同实现一个业务流程的w e b 服务 定义结构和行为。 图中右边三个纵向协议贯穿整个w e b 服务生命周期，它们是服务安全、服 务质量和服务管理。 服务安全性规范对于跨组织w e b 服务是至关重要的。这些规范支持验证和 消息完整性、机密性、信任和隐私，也支持不同组织之间的安全联盟。 2 2 语义w 曲服务 然而，由于传统的w e b 服务缺少必要的语义信息，无法让计算机准确地理 解并应用w e b 服务的功能，导致现有w e b 服务发现和集成的低精确性问题。语 义w e b 为这些问题的解决提供了新的途径。 9 浙江大学硕士学位论文 第2 章w e b 服务组合技术基础 把语义引入w e b 服务的目的是为了建立机器可以理解的w e b 服务，w e b 服务的资源能被自动工具和用户共享。语义w e b 作为当前万维网的扩展，于 1 9 9 9 年由t i mb e r n e r s l e e 等人提出，其目的是通过结构化和形式化，以表示网 络上的资源( 不仅限于h t m l 网页，而且包括所有可获取的数据及服务) ，使得 应用程序能够对网络资源进行分析和推理。 语义w e b 服务是语义w e b 和w e b 服务的有机结合。利用语义w e b 服务， 我们可以实现服务的自动检索、动态匹配、集成等。从图2 3 中，我们看到语 义w e b 服务是w e b 服务未来的发展趋势。 2 2 1o 、v l s 图2 3 w e b 服务发展趋势 o w l 4 】【5 】( t h ew 曲o n t o l o g yl a n g u a g e ) 是目前影响最大的语义w e b 标记 语言。o w l 允许领域本体的创建和使用，为网络上的知识共享和集成提供了基 础。o w l s 是用o w l 语言描述的w e b 服务本体，用来描述w e b 服务的属性 和功能，其目的是使计算机能理解服务，方便服务的发现、调用、互操作、组 合、验证和执行监控等。 图2 4 描述了服务的上层本体的结构。在o w l s 中，一个服务由三部分组 l o 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 成： 1 ) s e r v i c ep r o f i l e ，提供对服务的高级描述，它由服务的自然语言描述、 服务的功能和功能性属性组成。服务功能用输入输出来表示，功能性 属性指出了服务的附加信息，比如响应时间或准确性或服务的价格。 s e r v i c ep r o f i l e 最大的特点是双向性，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。这样在服 务发现阶段，就可以利用双向信息进行匹配。 2 ) s e r v i c em o d e l ，描述服务的过程模型，即与服务执行相关的控制结构和 数据流。o w l - s 把过程分为三类：原子过程、简单过程和组合过程。 3 ) s e r v i c eg r o u n d i n g ，对某个服务的访问方式做了详细描述，进而指明该 服务所使用的相关协议、消息格式、序列化、传输和寻址等。 ， p r 。v i d e 9 一 s e r v i c e 、 一季蔫 _ ：、 ( s e r v i e eg r o u n d i n g 。 o w l s 的目标是： 1 ) 自动w e b 服务发现。自动w e b 服务发现即根据用户的约束条件，自动 定位满足条件的w e b 服务是定位提供一个特殊服务性能以及满足一些 用户指定的约束条件类的w e b 服务的自动化过程。使用o w l s 服务 标记，为w e b 服务发现所使用的必要信息在服务w e b 站点能被作为计 算机可理解的语义标记，并且一个服务注册中心或加入本体的搜索引 擎能自动定位服务。作为一种选择，一个服务器预先使用o w l s 把自 己发布在一个服务注册中心，以至于请求者查询注册中心时，能找到 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 它。因而，o w l - s 能实现用于自动服务发现的服务属性和性能的发布。 2 ) 自动w 曲服务调用。自动w e b 服务调用通过一个计算机程序或代理， 在给定一个服务的说明性描述情况下，自动调用一个w e b 服务，而不 是已经预先设计调用特定的服务。一个w e b 服务的执行被看作是一组 远程过程调用。w e b 服务的o w l - s 标记提供一个公开的计算机可解释 的a p i ，它包括当执行这些调用的时候，被指定的自变量的语义；当服 务成功或失败的时候，返回消息的语义。一个软件代理应该能解释这 种标记，并能理解为调用服务什么输入是必要的，什么信息将被返回。 结合在o w l 中指定的域本体，o w l - s 提供为w e b 服务规定公开的 a p i 的标准方法，这种方法实现自动w e b 服务执行。 3 ) 自动w e b 服务组合和互操作。包括给定一个任务的抽象描述，自动选 择、组合和w e b 服务互操作去执行这个复杂的任务。随着w e b 服务标 记的使用，选择和组合服务的必要信息将被编码在服务w e b 站点。结 合任务目标的说明，软件操作这些表示，去取得任务自动化。为支持 这一项，o w l - s 提供个人服务应用的前置条件和结果的公开说明，以 及一种描述服务组合和数据流交互的语言。 4 ) 自动w e b 服务监控，即为服务执行状态提供便于公布的描述符。 2 2 2w 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 ) 由欧洲委员会和爱尔兰科学基金等 多个组织资助，其前身是w s m f ( w e bs e r v i c em o d e l i n gf r a m e w o r k ) 。w s m o 从 本体、w e b 服务、目标和中介器这四个方面描述语义w e b 服务。 本体：提供了描述其他要素的术语。它具有双重作用：一是定义信息的形式 化语义，二是关联机器和人的术语。描述本体由概念、关系、函数、公理以及概 念和联系的示例、非功能属性、引入的本体和应用的中介器组成。 w e b 服务：w s m o 提供了服务的语义描述，并从非功能属性、功能性和行为 三个方面进行描述。这样一个w e b 服务可以由其非功能属性，引入的本体，应用 的中介器，能力和接口进行定义。其中，能力和接口是w s m o 对w e b 服务进行 语义地描述的两个核心概念。服务能力是根据w e b 服务的功能性定义的，服务接 1 2 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 口说明了为达到服务的功能性服务如何运作。 目标：目标模型在w s m o 中作为单独的顶层实体，建模了w e b 服务应用过 程中用户的观点。它说明了一个客户端请求w e b 服务时可能具有的目的，根据被 请求的功能性和行为，描述了相关用户请求的方面。在w s m o 中一个目标由一 组非功能属性，引入的本体，应用的中介器，被请求的能力和被请求的接口进行 刻画。其中被请求的能力表示了用户希望有的服务的功能性，被请求的接口表示 了用户将具有并能与之进行交互的服务的接口。 中介器：w s m o 中的核心要素。它是解决在数据、过程以及协议层上不兼容 问题的核心概念，其目的是解决应用的术语间的误匹配( 数据层) ，w e b 服务间 如何通信( 协议层) ，以及组合w e b 服务和目标( 过程层) 。一般说来，w s m o 从以下方面定义中介器：非功能属性，引入的本体，源构件，目标构件和协调 服务，其中源构件和目标构件可以分别是一个中介器，一个w e b 服务或一个目标。 w s m o 中定义了四种不同类型的中介器用以连接w s m o 中的四个基本要素：( 1 ) 目标目标中介器。连接两个目标的中介器。这种连接表现了源目标到目的目 标的改进，或者声明两目标是等值的，这两个目标是可互相替代的。( 2 ) 本体一 本体中介器。协调引入的本体并解决本体间可能出现的误匹配。( 3 ) 服务一目标 中介器。连接w e b 服务到目标的中介器，表示w e b 服务能够完全或部分的完成 它所连接的目标。( 4 ) 服务一服务中介器。连接两个w e b 服务的中介器。 2 2 3s w s f s w s f ( s e m a n t i cw 曲s e r v i c e sf r a m e w o r k ) 是d a m l 语义w 曲服务语言委员 会发布的技术报告。s w s f 包括两个组件s w s o 和s w s l 。s w s l 用来说明w e b 服务概念的正式特征以及单个服务的描述。s w s l 包含了两个子语言 s w s l - f o l 和s w s l - r u l e s 。s w s o 表示了描述w e b 服务的概念模型和模型的 公理体系，它包括两种形式的w e b 服务本体f l o w s ( f i r s t o r d e rl o g i co n t o l o g y f o rw e bs e r v i c e s ) 和r o w s ( r u l e so n t o l o g yf o rw e b s e r v i c e s ) 。 2 3w e b 服务组合 随着w e b 服务技术的发展，普通的、简单的、功能单一的w e b 服务已经不 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 能满足现实应用的需求，为了提高w e b 服务的可重用性，当不存在一个服务满 足用户的需求时，需要按照共享上下文，将多个功能有限的简单w e b 服务按照 服务描述、约束、可用资源及服务等进行服务组合。 2 3 1 服务组合的定义 文献【6 】认为服务组合是根据用户动态定义的组合目标、语义描述和约束， 以及可用资源和服务，在运行时创建组合方案或者用户预先定义抽象的组合过 程，然后在应用运行阶段由限制条件选取合适的服务。 文献f 7 】认为服务组合是利用现有的服务，通过动态发现，整合成为客户自己 的服务，使这些服务按照一定的顺序执行以满足客户的请求。 本文认为w e b 服务组合是指当互联网上分布的单个的w e b 服务无法满足客 户应用需求时，自动选择满足需求的w e b 服务，按照一定的顺序执行组合服务 满足客户请求的过程。w e b 服务组合可以利用单一的、功能简单的服务来创建 功能复杂的、功能强大的服务，从而把分布在互联网上的各类相关w e b 服务有 机地组织成一个更为可用的系统，支持企业内和企业之间应用集成和电子商务 等w 曲应用。 2 3 2 服务组合的目的 w e b 服务组合的目的在于当当个的w e b 服务不能满足用户的需求，为了实 现复杂的业务逻辑，就必须对服务进行组合和集成，形成大粒度的服务，提供 复杂的功能。w e b 服务组合的目的主要有一下几点： 提高服务重用性。我们可以利用现有的服务组合成功能复杂的服务，满足 用户应用的需求，而不是为了满足用户新的应用需求去开发新的服务。而且通 过组合现有的服务，能够加快企业应用的开发速度，缩短开发周期，降低企业 成本。 实现快速便捷地寻求合作伙伴、挖掘潜在客户。企业可以把它们的业务功 能和组件包装成标准的w e b 服务发布到互联网上。 1 4 浙江大学硕士学位论文第2 章w e b 服务组合技术基础 2 3 3 基于工作流的w e b 服务组合 根据w f m c 的定义，工作流( w o r kf l o w ) 就是自动运作的业务过程部分或 整体，表现为参与者对文件、信息或任务按照规程采取行动，并令其在参与者 之间传递。简单地说，工作流就是一系列相互衔接、自动进行的业务活动或任 务。因为服务组合过程和工作流有很大的相似性，所以通过商业过程模型，借 助适合w e b 服务的商业过程建模语言来捕获一个组合服务的逻辑，是一个很自 然的选择。基于工作流的服务组合方法在很多服务组合的研究文献、原型系统 和成型产品中得到体现 8 1 1 9 1 1 1 0 1 1 1 】【1 2 】。目前在该领域的构成建模语言主要有： w 曲服务商业流程执行语言( b p