（计算机应用技术专业论文）支持qos全局优化的动态web服务组合问题研究.pdf

支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 摘要 w e b 服务作为一种新型的分布式计算模型，以其自包含、模块化、松散耦合、 基于标准、高度可集成能力等优点成为当今工业界和学术界共丽关注的焦点。但 是，单个w e b 服务功能有限，难以满足复杂的应用需求，需要集成单个w e b 服 务所提供的各种功能以形成新的、功能更强大的组合服务来满足不同用户的复杂 需求，因此，w e b 服务组合技术成为当今研究的热点。然而，随着w e b 服务的 流行，w e b 服务的数量与日俱增，不可避免地会出现大量具有相同或相似功能和 不同服务质量( o o s ) 的w 曲服务。如何能够在大量的能够实现相同功能的w 曲 服务中，选取出一组服务，使得所组合出的服务具有最好的服务质量、最高的用 户满意度，成为w e b 服务组会领域的一个关键问题。国内外许多研究者围绕w e b 服务组合问题展开了大量研究，并取得了一定的进展，但总体来说还存在许多亟 待解决的关键问题。 本文针对现有的w e b 服务组合模型缺乏动态性，不能很好满足动态w e b 服 务组合的应用需求，参考工作流技术的原理和应用方法，提出了w e b 服务组合 模型的相关概念，从w e b 服务组合的过程维和资源维出发定义了w e b 服务组合 流程定义元模型，有效解决了w e b 服务的动态变化性问题，使得w e b 服务组合 模型具有一定的容锚能力。 针对现有动态w e b 服务组合方案中缺乏对w 曲服务组合运行质量进行系统、 有效评估和优化手段的问题，本文提出了一种支持q o s 全局优化的动态w e b 服 务组合策略。首先建立一个客观全面的q o s 模型，作为动态w e b 服务组合中服 务选择和绑定、服务组合流程执行和监控的依据，该模型不仅可以保证基本服务 的质量，而且可以全面地评价组合服务的质量。然后提出一种支持q o s 全局优 化的w e b 服务选择策略，采用求解基于w e b 服务组合图的带约束最优路径问题 来实现服务的动态选择。在用户的约束条件下通过动态的、实融的服务选择，为 业务流程寻找到一组最优服务，从而组合成一种新的服务，并使得组合服务在满 足用户o o s 约束的同时服务质量最优。此外，通过应用w e b 服务群的概念，从 服务群中选择满足局部约束的w e b 服务作为候选服务，有效减少了组合服务数 量，提高了算法的执行效率。 关键词：w e b 服务组合；w e b 服务组合模型：服务选择；服务质量；q o s 约束 l l s t u d yo nk e yt e c h n o l o g i e sf o rd y n a m i cw e b s e r v i c e s c o m p o s i t i o n w i t hq o sg l o b a lo p t i m a l 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 a c ta n dw e bt e c h n o l o g i e s ，t r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e d c o m p u t i n gt e c h n o l o g i e sh a v en o tb e e ns u i t a b l ef o r t h ew e ba p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，w e bs e r v i c e sc o m ef o r t ht h a tb e c o m et h ef o c u si nt h ea r e ao fi n d u s t r ya n d a c a d e m i aw i t ht h ea d v a n t a g e s ，s u c ha ss e l f - c o n t a i n e d ，m o d u l a r i z a t i o n ，l o o s ec o u p l i n g a n ds t a n d a r d i z a t i o n n o w a d a y s ，c o m p o s i t i n gp r e v i o u sa v a i l a b l ew e bs e r v i c e si n t o i n c r e m e n t a lw e bs e r v i c e sw i t hm o r ep o w e r f u lf u n c t i o n sh a v eb e e nan e wh o t s p o t h o w e v e r , w i t ht h ep r e v a i l i n go fw e bs e r v i c e s ，t h en u m b e ro fs e r v i c e so nt h ei n t e r a c t h a sb e e nl a r g e ra n dl a r g e rh o wt os e l e c tas e to fs e r v i c e sa m o n gl a r g eb o d yo f s e r v i c e sw i t ht h es a m ef u n c t i o ni no r d e rt om a k et h ec o m p o s i t es e r v i c ea c h i e v eb e t t e r p e r f o r m a n c ea n db e t t e rq u a l i t yi sah o ti s s u ei nr e c e n tr e s e a r c h 。c u r r e n t l y , r e s e a r c h e r s o ft h ew o r l dh a v em a d es o m ev a l u a b l ea c h i e v e m e n t so nw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ； h o w e v e r , m a n yo t h e rk e yt e c h n o l o g i e sa r e t ob ef u r t h e rr e s e a r c h e d 。t h et h e s i s r e s e a r c h st h ef o l l o w i n ga s p e c t so nt h eb a s i so fa n a l y z i n gr e l a t e ds t a t u sq u o b a s e do nt h es t u d i n go ft h ed i f f e r e n c eb e t w e e nw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o na n d t r a d i t i o n a lw o r k f l o wa p p l i c a t i o n s ，t h et h e s i sp r o p o s e ss o m ec o n c e p t sa b o u tw e b s e r v i c e sc o m p o s i t i o nm o d e la n dam e t a - m o d e lo fw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o np r o c e s s d e f i n i n gf r o mt w oa s p e c t s ，i e p r o c e s sa n dr e s o u r c e ，w h i c he f f e c t i v e l yr e s o l v e st h e p r o b l e m so nd y n a m i cv a r i a t i o no fw e b s e r v i c e si nc o m p o s i t ep r o c e s sm o d e l 。 t h et h e s i sa n a l y z e sc u r r e n tq o sm o d e l s a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，b a s e do n w h i c hp r o p o s e sa no b j e c t i v eq o sm o d e l 。t h em o d e lp r e s e n t st h er e l a t i o nq o s b e t w e e ns e r v i c e sa n de n s u r e st h ec o m p o s i t es e r v i c e st oi m p l e m e n tc o r r e c t l y t h et h e s i sv i e w sw e bs e r v i c e ss e l e c t i o np r o b l e mi nw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o na s c o m b i n a t i o n a lo p t i m i z a t i o np r o b l e ma n dd e s i g n sq o s g l o b a l l yo p t i m a lm o d e lw h i c h c a ns a t i s f yt h eu s e r sc o n s t r a i n s ，t h e n p r e s e n t sad y n a m i cw e bs e r v i c e ss e l e c t i o n a p p r o a c hw i t hq o sg l o b a lo p t i m a l t h ea p p r o a c hc a l lg u a r a n t e en o to n l yh o l i s t i c i i i o p t i m u m ，b u ta l s ol o c a lo p t i m u m 。i no r d e r t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h ea p p r o a c h ， t h et h e s i su s e sw e bs e r v i c e sg r o u pc o n c e p tt os e l e c tc a n d i d a t es e r v i c e s k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ；w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nm o d e l ；s e r v i c e s s e l e c t i o n ；q u a l i t yo fs e r v i c e ；q o sc o n s t r a i n t s i v 独创声明 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。据我所知，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，也不包含未获得 ( 洼! 垫遗查墓丝霞要挂别直明数：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 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：彳p 碜 签字日期：狮6 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，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 授权学校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，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 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：却庄秀 导师签字： 签字日期：2 瓣舌月2 日 签字日期：。序阳j 日 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 1绪论 1 1 研究背景 随着i n t e r a c t 和w e b 技术的迅速发展，传统的分布式计算技术已经不能满足 w e b 应用环境，w e b 服务应运而生。w e b 服务作为一种新型的分布式计算模型， 以其自包含、模块化、松散耦合、基于标准、高度可集成能力等优点成为当今工 业界和学术界共同关注的焦点【1 1 。在实际应用中，单个w e b 服务一般提供一些比 较单一的功能，通常无法满足复杂的应用需求。因此，如何集成单个w e b 服务 所提供的各种功能以形成新的、功能更强大的w e b 服务来满足不同用户的复杂 应用需求成为一个迫切需要解决的问题，即w e b 服务组合问题。 w e b 服务组合是w e b 服务领域的核心支撑技术，它为复杂的w e b 应用提供 了有效的解决方案。w e b 服务组合是将现有的一组w e b 服务按照一定的业务逻 辑进行集成，构建服务执行流程，从而形成增值的服务来满足用户的复杂需求。 例如，一个“订购 服务就需要组合已有的多个w e b 服务，如订单服务、销售 服务、银行转账服务和送货服务等，其中各服务组件隶属于不同的服务提供者， 但订购组合服务呈现给服务消费者的是一致的接口，组合服务根据用户的请求， 可按需集成自治的w e b 服务。从现实应用来看，w e b 服务的组合可以实现虚拟 社区中软硬件的共享；从w e b 服务本身来看，w e b 服务的组合实现了组合服务 的动态生成，提高了服务组件及基本服务的可重用性和利用率，减少了系统的开 销【2 】o 目前w e b 服务组合方法按照其动态性可以分为静态组合和动态组合。在w e b 环境中，w e b 服务是经常变化的，大部分情况下，静态组合的方式并不能满足实 际的应用需求，因此，很多关于w e b 服务组合的应用和研究工作都侧重于动态 组合方式，如m m 、微软等公司推出的b p e i a w s 技术，以及l i p 公司提出的e f l o w 技术。i n t e r n c t 环境下，动态w e b 服务组合能很好的解决用户对w e b 服务需求的 多变性和动态性。 同时，随着w e b 服务的流行，w e b 服务的数量与日俱增，不可避免地会出 现大量具有相同或相似功能和不同服务质量( q o s ) i 拘w e b 服务，并且，随着w e b 服务应用的迅速普及，用户不仅会对组合服务的功能提出更高的要求，也会对组 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 合服务的价格、响应时间、可用性、可靠性和服务性能等非功能属性提出更高的 要求。用户对组合服务所提出的q o s 需求将成为对w e b 服务构成的整个组合逻 辑的全局约束。如何能够在大量的能够实现相同或相似功能的w e b 服务中，选 取出一组服务，使得所组合出的服务具有最好的质量、最高的用户满意度，成为 w e b 服务组合领域的一个关键问题，这个问题不仅具有重要的理论意义，还具有 重大的实用价值，它是w e b 服务组合领域的研究热点之一。 1 2 国内外研究现状及不足 随着w e b 服务技术的兴起和推广，w e b 服务组合技术引起了国内外工业界 和学术界的极大关注，成为推动w e b 服务技术不断向前发展的技术动力和w e b 服务领域的研究热点。近年来，工业界和学术界从不同角度对w e b 服务组合进 行了大量研究，提出了w e b 服务组合的各种技术和系统。本文主要从基于工作 流技术的w e b 服务组合、基于语义的w e b 服务组合和基于人工智能规划的w e b 服务组合三个方面，分析w e b 服务组合技术的研究现状。 1 2 1 基于工作流技术的w e b 服务组合 在基于工作流技术的w e b 服务组合系统中，w e b 服务被看作为工作流中的 一个活动，利用工作流的相关机制提供对w e b 服务的定义、执行和监控等。根 据业务流程中的活动与w e b 服务资源库中w e b 服务的绑定情况，基于工作流技 术的w e b 服务组合可以分为基于静态工作流的w e b 服务组合和基于动态工作流 的w 曲服务组合。基于静态工作流的w e b 服务组合方式类似于一般的工作流系 统，无法适应松散耦合的系统应用。为了适应当今业务环境动态多变的特点，具 有高度灵活性和适应性的动态w e b 服务组合成为研究热点。 典型的基于工作流技术的w e b 服务组合系统有h p 实验室的e f l o w 、澳大利 亚新南威尔士大学与昆斯兰科技大学联合研制的s e l f s e r v 等。e f l o w 引继承了 工作流领域，特别是动态工作流的研究成果，以支持自适应的动态w e b 服务组 合为其主要特色。e f l o w 中支持动态服务发现，服务组合模型的服务结点定义包 括一个“服务选择规则”，当该组合服务流程进行初始化或该服务结点被调用时， 通过对“服务选择规则 的解释和执行来得到一个具体的服务实例。此外，e f l o w 2 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 还对流程动态修改提供了一定的支持。s e l f s c r v 4 】提出了服务社区f s e r v i c e c o m m u n i t y ) 的概念用于解决潜在的大量w e b 服务的动态组合问题，服务社区本 质上来说是一个具有相同接口和功能的可替换服务的容器。在服务社区中，只提 供服务的描述，而不绑定具体的服务提供者，当服务社区接收到操作执行请求后， 才将操作与服务社区中具体的成员服务进行绑定。在s e l f s e r v 的研究中提出了 包括价格、时间、可靠性、可用性和声誉的q o s 模型，在此基础上研究了q o s 驱动的服务选择问题，给出了基于多属性决策的q o s 局部最优服务选择方法和 基于线形规划的q o s 全局最优服务选择方法。 1 2 2 基于语义的w e b 服务组合 工业界提出的大多数w e b 服务业务描述规范都侧重于基本服务之间业务逻 辑的描述和控制。这些描述都是属于语法性的表达能力较弱，无法支持服务组合 过程中的智能推理。学术界通过建立w e b 服务的本体论，来提供语义性描述以 支持服务发现、组合过程中的自动推理。w e b 服务标记语言o w l - s 5 ( w e b o n t o l o g yl a n g u a g e - s e r v i c e ，其前身是d a m l - s ) 就是其中的一项研究成果。它是 由d a m l 服务委员会提出的一套标记语言结构，来描述w e b 服务的属性和能力。 o w l - s 的使用提供了机器可以理解的信息，它使得服务的自动发现、调用、组 合、互操作和运行监控成为可能。因此学术界结合o w l - s 对w e b 服务的语义描 述和规划技术，对w e b 服务组合进行了大量的研究。 典型的基于语义的w e b 服务组合系统有美国乔治亚大学的m e t e o r s 【6 1 。 在组合服务建模方法上，m e t e o r s 提出使用“语义流程模板 来获取业务流 程的语义需求。语义流程模板是可配置的组合服务模型，其定义使用本体，从而 允许描述丰富的活动需求以及高效的定位组件服务，根据模板中所包含的活动的 语义信息进行模版的实例化以形成可执行的流程。在服务的选择过程中， m e t e o r s 基于候选服务的数据语义、功能语义、执行语义和q o s 语义标注， 综合选取“最好 的w e b 服务参与组合。m e t e o r s 的突出之处在于把目前的 w e b 服务组合标准的表达能力和语义网技术的优点结合起来进行流程模版的定 义和服务的发现。 3 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 1 2 3 基于人工智能规划的w e b 服务组合 人工智能规划技术是w e b 服务自动组合的重要工具，斯坦福大学提出的 s w o r d r 是基于人工智能规划的w e b 服务组合系统的典型代表。s w o r d 将 w e b 服务的输入和输出表示为一条对于给定输入产生特定输出的规则。如果希望 创建一个新的组合服务，开发者需要首先按照一定的规则对组合服务的输入和输 出进行描述，并提交给s w o r d 。s w o r d 使用基于规则的专家系统来进行推理 操作以判断使用现有的w e b 服务是否能够实现所需的组合服务，并产生相应的 组合方案。组合方案经开发者确认后即形成可执行的组合服务表示，当组合服务 收到用户请求时，其中的w e b 服务依次被调用，从而产生相应的应答。对于具 有复杂业务语义的服务，为之建立规则本身就是一项十分艰巨的任务，因此 s w o r d 只能处理简单的w e b 服务组合问题。 1 2 4 研究现状分析 在上述w e b 服务组合技术中，基于语义的w e b 服务组合虽然支持动态w e b 服务组合，但是它的基础是本体，通过本体支持服务发现和组合过程中的自动推 理。本体的语义过于复杂，难以理解，现阶段工业界对它的支持较少，难以大规 模构造业务应用。基于人工智能规划的w e b 服务组合方法本身具有浓厚的形式 化色彩，是一个十分复杂的过程，目前这一方法还处于理论和方法的研究探索阶 段。由于工作流技术研究已经比较成熟，相关工作流的应用也比较多，因此基于 工作流技术的w e b 服务组合方法是目前比较通用、可行的w e b 服务组合方法。 现有的许多w e b 服务组合流程描述语言如b p e i a w s 、w s f l 、x l a n g 等也都 是基于工作流的方法来实现w e b 服务组合的，因此本文将基于工作流技术进行 动态w e b 服务组合问题的研究。 现有的基于工作流技术的动态w e b 服务组合研究工作虽然在w e b 服务组合 的理论体系、工程方法和实现技术方面取得了一定的进展，但总体来说仍不成熟， 本文认为还存在以下关键技术问题需要作进一步的研究： ( 1 ) w e b 服务组合流程建模理论基础薄弱、表达能力有限，模型缺乏动态性， 不能很好的满足动态w e b 服务组合的应用需求。 。( 2 ) 现有动态w e b 服务组合方案中缺乏对w e b 服务组合运行质量进行系统、 4 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 有效评估和优化手段的问题。w e b 服务的q o s 模型是w e b 服务组合应 用的一个关键问题，但目前的q o s 模型都着眼于对一般服务的质量评价， 并不能够客观、全面地反映组合服务的质量。 ( 3 ) 服务选择是动态w _ e b 服务组合的一个重要问题，现有的工作大多是基于 q o s 局部优化的原则，面向服务质量目标和约束的q o s 全局优化服务选 择算法比较有限且具有片面性。 1 3 本文的主要内容 围绕上述问题，本文对动态w e b 服务组合技术进行系统研究，主要内容将 涉及以下几个方面： 首先，结合动态w e b 服务组合的应用需求，参考工作流技术的原理和应用 方法，提出了w e b 服务组合模型的相关概念；从w e b 服务组合的过程维和资源 维出发定义了w e b 服务组合流程定义元模型，有效解决了w e b 服务的动态变化 性问题，使得w e b 服务组合模型具有一定的容错能力。 其次，建立一个客观全面的q o s 模型，作为动态w e b 服务组合中服务选择 和绑定、服务组合流程执行和监控的依据。首先建立基本服务的q o s 模型，保 证基本服务的质量，然后建立评价组合服务质量的q o s 模型，用以全面地评价 组合服务的质量。 最后，提出一种支持q o s 全局优化的w e b 服务选择策略，采用求解基于 w e b 服务组合图的带约束最优路径问题来实现服务的动态选择。在用户的约束条 件下通过动态的、实时的服务选择，为业务流程寻找到一组最优服务，从而组合 成一种新的服务，并满足用户对组合服务质量的要求。此外，通过应用w e b 服 务群的概念，从服务群中选择满足局部约束的w e b 服务作为候选服务，有效减 少了组合服务数量，提高了算法的执行效率。 1 4 本文的组织结构 本文后续章节将按以下方式组织： 第二章从整体介绍了动态w e b 服务组合的相关技术。首先介绍了w e b 服务 - j 的体系结构、w e b 服务的技术架构及其核心技术，然后介绍了w e b 服务组合技 5 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 术的相关概念及w e b 服务组合方面的相关工作，最后提出了w e b 服务组合领域 所面临的关键问题。一 第三章首先分析了工作流技术与w e b 服务组合技术的联系和区别，然后结 合w e b 服务组合的应用需求，参考工作流技术的原理和应用方法，提出了w e b 服务组合模型的相关概念，最后从w e b 服务组合的过程维和资源维出发定义了 w e b 服务组合流程定义元模型，有效解决了w e b 服务的动态变化性问题，使得 w e b 服务组合模型具有一定的容错能力。 第四章详细介绍了w e b 服务的质量评价模型( o o s 模型) ，提出了一种客观的、 全面的服务质量评价模型。首先建立基本服务的q o s 模型，保证基本服务的质 量，然后建立评价组合服务整体质量的q o s 模型，用以全面地评价组合服务的 质量。q o s 模型是w e b 服务选择的重要组成部分，为动态w e b 服务组合中服务 选择提供了全面、客观的服务质量保证。 第五章详细介绍了支持q o s 全局优化的服务选择方法。采用求解基于w e b 服务组合图的带约束最优路径问题来实现服务的动态选择，该方法的目标是，在 用户的约束条件下通过动态的、实时的服务选择，为业务流程寻找到一组最优服 务，从而组合成一种新的服务，并满足用户对组合服务质量的要求。此外，通过 应用w e b 服务群的概念，从服务群中选择满足局部约束的w e b 服务作为候选服 务，有效减少了组合服务数量，提高了算法的执行效率。 第六章首先对动态w e b 服务组合的应用流程进行了描述，然后以集装箱航 运业需求为应用背景，介绍支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合策略，实现 动态w e b 服务组合的方法。 第七章对本文的研究工作进行了总结，并提出了下一步的研究和工作。 6 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 2相关技术概述 w e b 服务是进行w e b 服务组合的基础。本章首先介绍了w e b 服务体系结构、 w e b 服务技术架构及w e b 服务的核心技术，然后介绍了w e b 服务组合领域的相 关技术，最后总结出动态w e b 服务组合面临的问题作为本文研究的方向。 2 1w e b 服务技术概述 w e b 服务是一种构建面向服务架构( s o a ) 的分布式计算技术。在本质上，w e b 服务是一种自描述的、模块化的、由u r i 标识的应用程序，它采用基于x m l 和 i n t e m e t 的开放标准，支持基于x m l 的接口定义、发布和发现。开放标准的采用 使得w e b 服务具有很好的互操作性，自描述、模块化的特性允许任何企业采用 任何编程语言在任何平台上开发松耦合的应用部件，从而通过适当的服务组合支 持i n t e r n e t 上异构的应用程序集成f e a r ) 。 对于w e b 服务的定义，目前有很多标准，i b m t 8 】认为“w e b 服务是自包含的、 模块化的应用程序，为商业组织或个人提供二系列功能，可以通过w e b 使用标 准的语言格式访问 。这个定义有两个重点：一是w e b 服务可以由其它应用通过 w e b 来调用，二是w e b 服务是开放的，意味着服务要发布通过标准消息传递调 用的接口。这个定义标准并不完备，例如：没有说明自包含、模块化的应用程序 意味着什么。 w 3 c 对w e b 服务的定义是【9 】：“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 标准进行定义、描述和发现，w e b 服务支持通过基 于i n t e m e t 协议使用基于x m l 的消息与w e b 服务或者其他软件应用程序直接进 行交互 。w 3 c 的定义强调了w e b 服务的定义、描述和发现，从而相应的阐明 了w e b 服务如何被调用。 其它的一些研究组织也定义了w e b 服务的相关概念，总体来说，w e b 服务 的定义都包括了以下几点：w e b 服务通过标准的w e b 协议向w e b 用户提供有用 的功能，多数情况下通过s o a p 协议；w e b 服务可以非常详尽的说明其接口，这 使用户能够创建客户端应用程序与它们进行通信，这种说明通常是包含在称为 w e b 服务描述语言( w s d l ) 文档中的x m l 文档中；w 曲服务可以进行注册，以 7 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 便潜在用户能够轻易找到这些服务，这是统一描述、发现和粪成协i 义( u d d i ) 来 完成的。 2 1 1w e b 服务的体系结构 w e b 服务的体系结构是面向对象分析与设计( o o a d ) 篚j - - 种必然的发展结 果，同时也是电子商务解决方案中面向体系结构、设计、实现与部署而采用的组 件化模式的必然结果。w e b 服务体系结构基于三种角色( 即服务提供者、服务注 册中心和服务请求者) 之间的交互【1 1 。交互的内容包括发布、查找和绑定三个操作， 这些角色和操作都围绕w e b 服务本身和w e b 服务描述展开。 w e b 服务最典型的实现模型是服务提供者定义w e b 服务的服务描述并把它 发布到公用的服务注册中心或者直接发布到服务请求者私有的本地服务注册中 心。服务请求者使用查找操作从本地或服务的注册处得到服务描述，并使用服务 描述中的信息、和服务的提供者实现绑定，然后与w e b 服务交互，调用其中的 操作，并且通信是在服务请求者和服务提供者之间直接进行，无须经过服务注册 中心。服务提供者和服务请求者是服务的逻辑基础，且只是逻辑上的角色。一个 应用或者服务既可以是服务提供者也可以是服务请求者。图2 1 描述了w e b 服 务的体系结构。 图2 - 1w e b 服务体系结构 从图2 - 1 可以看出，w e b 服务体系结构中共有三种角色【1 0 】： 服务提供者 ( s e r v i c ep r o v i d e r ) 发布自己的服务，并且对使用自身服务的 8 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 请求进行响应。 服务代理或服务注册中一姒3 e r v l o c er e g i s t r y ) ：注册已经发布的w e b 服务， 对其进行分类，并提供搜索服务。 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) ：利用服务注册中心查找所需的服务，然 后使用该服务。 这些角色之间使用三种操作 1 0 】： 发布操作( p u b l i s h ) ：使服务提供者可以向服务注册中心注册自己的功能 及访问接口。 查找操作( f i n d ) ：使服务请求者可以通过服务注册中心查找特定种类的 服务。 绑定操作( b i n d ) ：使服务请求者能够真正使用服务提供者提供的服务。 事实上，w e b 服务是s o a ( 面向服务的体系结构) 的一种实现方式。s o a 是 一种分布式的软件模型，它是一种通过已发布的、可发现的接口向分布在网络上 的用户应用或者其他软件系统提供服务的软件系统构建方法【1 1 】，s o a 将应用程 序的不同功能单元( 称为服务) 通过定义良好的接口和契约联系起来，接口独立于 实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，目标是在软件代理交互中获得松散 耦合。 由于s o a 是在计算环境下设计、开发、应用、管理分散的逻辑( 服务) 单元 的一种规范，这就决定了s o a 的广泛性，并且s o a 要求开发者从服务集成的角 度来设计应用软件，因此s o a 体现了一种设计理念。它是一种非常适合i n t e m e t 环境中软件系统的体系结构模型和系统构建方式，并且s o a 没有限定某种具体 实现的技术。从w e b 服务的技术特点可以看出，w e b 服务是一种实现s o a 的较 好技术，而s o a 正在成为开发响应性好、可适应的新型应用程序所选择的体系 结构。 2 1 2w e b 服务的技术架构 w e b 服务充分利用现有的网络技术、标准化协议，并增加了一些新的技术或 标准。实现w e b 服务的典型操作包括服务描述、服务发布、服务发现以及消息 传送等。图2 2 对w e b 服务的各种典型操作及使用的技术标准做了对应，形成 9 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 一个技术间相互依赖的阶梯架构。在这个层次架构中，上层的功能必须依靠下层 的支持【1 】。 一4 w s 臣固 u d d i u d d i w s d l s o a p h 1 1 卫、f t p 等 服务描述层 x m l 消息层 网络层 图2 2w e b 服务的技术架构 w e b 服务的基础是网络，因此网络层位于w e b 服务协议栈的底层。为了让 w e b 服务能够被来自不同系统的客户使用，应用于w e b 服务的数据传输技术必 须是使用最广泛的。h i t p 凭借其简单且广泛应用，成为w e b 服务实现中首选的 网络协议。 在网络层之上的是基于x m l 的消息层，该层要求x m l 作为消息协议的基 础。目前s o a p 是最好的基于x m l 的消息协议。 服务描述层由说明文档组成。w s d l 专门用于描述基于x m l 的服务，支持 对可交互服务的最小限度的描述。w s d l 定义了服务交互的接口和机制。此外， 服务描述层还需要其他描述来指定商业环境、服务质量和服务器之间的关系等。 其他说明文档可以作为对文档的补充，用以描述w e b 服务的高级信息。 服务发布是指让服务的请求者得到w s d l 文档，这个操作可以在服务请求 者生命周期的任何阶段执行。最简单的方法就是服务提供者将w s d l 文档直接 发送给服务请求者，这种方法称为“直接发布。直接发布经常在服务静态组合 的应用中使用。 服务发现依赖于服务发布。服务发现层的发现机制对应于服务发布层的发布 机制。任何允许服务请求者得到服务描述并在运行时刻让应用程序使用服务的机 制都可以被看作服务发现。 1 0 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 单独的w e b 服务只能完成单一的工作，而事实上的商务活动都不是单一的 操作所能够完成的，需要系列的操作步骤，并且在大部分情况下这些操作不是 相互独立的，而是需要互相协作，从而形成一个服务流程。 图2 2 的右边是几个代表其他技术的垂直层次，它们代表了上述水平层次中 w e b 服务需要提供的其他技术支持，用来满足企业级的需求，包括安全性、管理 和服务质量等。这些垂直方向的技术层次在不同的水平层次中有不同的实现。 2 1 3w e b 服务核心技术 w e b 服务建立在一系列开放的i n t e m e t 标准和协议之上，其基本的规范包括 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 ) 、s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s s p r o t o c 0 1 ) 、u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r y a n di n t e g r a t i o n ) 以及 b p e l 4 w s ( b u s i n e s s p r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw e b s e r v i c e ) 1 2 1 3 ，1 4 1 5 1 。基本规 范的基础是被广泛应用的通用数据标记语言x m l 。s o a p 和w s d l 是w e b 服务 的基础协议。u d d i 标准定义了w e b 服务的发布和发现方法，实现了全球化、与 平台无关、开放式的架构和信息共享。b p e l 4 w s 协议是专为整合w e b 服务而制 定的一项规范标准，在基于工作流的思想进行服务组合的相关研究和应用中处于 核心地位。 ( 1 ) w e b 服务描述语言w s d l w s d l 1 2 】( 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 ) 是一种用于描述w e b 服务的规 范。w s d l 文档中，w e b 服务被定义为端点的集合，并且将抽象的端口类型与 消息定义和具体的网络连接绑定与数据传输的编码方式分开。它使用x m l 语法 定义了用于描述w e b 服务各个方面的元素，这些方面包括w e b 服务所在的位置、 支持的传输协议、包含的接口、接口方法以及方法参数类型等。w s d l 文档利用 元素定义w e b 服务，这些元素可以分为两类，一类位于文档的前半部分，构成 w e b 服务的“抽象定义 ；另一类位于文档的后半部分，构成文档的“具体说明 。 抽象定义部分包含以下三个元素： 类型( t y p e ) ，提供消息交换中独立于机器和程序语言的数据类型定义。 消，g ( m e s s a g e ) ，描述传输中数据的抽象定义，包含抽象的方法参数或消 息文档说明。 支掩q o s 全弱优化匏动态w e b 服务缓仑阕题研究 端蜀类型( p o r tt y p e ) ，是个或多个端点支持的一组抽象的操作集合，英 中，每一操作又引用若干消息作为其输入和输出。 具体说臻部分包含鹾个元素； 绑定( b i n d i n g ) ，用来指定端口类型中每个操作的具体协议以及指定消息 的数据格式援范。 服务( s e r v i c e ) ，指定每个绑定的端口地址。 由予捶象定义和具体说萌分离，故一个抽象的服务接羹可以有多个吴体的服 务实现。这种设计实现了服务接口提供者和服务提供者在逻辑上的分离，允许为 闭一个服务接露编写不弱的实现。w e b 服务透过w s d l 文档向外界撼述如何使 用自己，而w e b 服务的客户正是根据w s d l 文档格式化正确的请求，并正确处 理响应信息。 现有的w e b 服务描述语言大多只提供w e b 服务的功能性描述，而没有非功 能性属性( q o s ) 的描述。文献【王6 】设计了一种基于服务质量的w e b 服务描述语言 q w s d l ( q o s b a s e dw e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，全方位描述w e b 服务的 功能、行为约束| 以及服务质量，从而有利予w e b 服务组合的质量分析和监控。 ( 2 ) 简单对象访问协议s o a p s o a p 1 3 ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o 鼢玲是一种篱单、轻量级的基于x m l 机 制的协议，用于在分散或分布式环境下网络应用程序之间进行结构化数据交换。 s o a p 协议由四部分组成： 消息构架( m e s s a g i n gf r a m e w o r k ) ，定义一整套的x m l 元素用于封装在应 用之间传递的任意x m l 消息。 处理模型( p r o c e s s i n gm o d e l ) ，描述s o a p 结点如何处理接收的s o a p 消 息。 绑定协议( p r o t o c o lb i n d i n g ) ，描述如何通过各种协议在s o a p 结点之间交 换s o a p 消息，消息绑定的模式依赖于具体要绑定的协议。 可扩震模型( e x t e n s i b i l i t ym o d e l ) ，描述如何扩展s o a p ，以及这些扩展如 何与处理模块和绑定协议交互。 s o a p 消息包括三个部分：一个定义描述消息内容的框架的信封，一组表示 应用程序定义的数据类型实例的编码规则，以及表示远程过程调用和响应的约 1 2 支持q o s 全局优化的动态w e b 服务组合问题研究 定。它采用h t i p 作为底层的通讯协议，r p c 作为一致性的调用途径，x m l 作 为数据传送的格式。当w e b 服务收到s o a p 消息，会将其中的数据传给相应的 商业处理模块进行处理，处理结果返回给s o a p 服务器，由s o a p 服务器将处理 结果包装成响应消息返回给调用者。 ( 3 ) 统一描述、发现与集成标准u d d i u d d i c 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 ) 是一套基于w 曲的、 分布式的、为w e b 服务提供信息注册中心的实现标准规范，同时也促使企业能 够将自身提供的w e b 服务进行注册，以使别的企业能够发现服务的访问协议的 实现标准【1 4 1 。u d d i 的核心组件是u d d i 商业注册，它使用一个x m l 文档来描 述企业及其提供的w e b 服务信息。u d d i 商业注册提供的信息由三部分组成： 白页( w h i