（计算机软件与理论专业论文）基于bpmn的web服务组合模型的形式化分析.pdf

摘要 摘要 面向服务计算( s e r v i c e o r i e n t e dc o m p u t i n g ，s o c ) 代表着分布式计算和软件 开发的最新发展方向。w e b 服务组合技术为w e b 服务的重用以及增值提供了解 决方案，是s o c 的核心技术之一。b p m n 是首个为基于消息交互的松耦合系统 集成建模而设计的业务过程建模语言，提供基于业务流程的w e b 服务组合方法， 是目前应用在w r e b 服务组合方面极为重要的标准。 基于b p m n 的w r e b 服务组合模型作为在分析时的交换依据，其语义正确 性是服务组合能够得以实现、并以预期的方式工作的基础。但是，由于b p m n 不是形式化的建模语言，结构比较自由且缺乏精确的语义，加上w e b 服务组合 本身是一个复杂的过程，使得b p m n 模型比一般的基于图形表示的流程更易于 出现语义错误。b p m n 模型的正确性需要在服务组合实施前得到保证。形式化 方法是对系统进行分析的有效途径，对b p m n 模型进行形式化分析具有重要的 理论和实际意义。 本文通过应用形式化分析方法，采用c o w s 进程代数对b p m n 模型进行 形式化描述和分析，并结合性质的s o c l 时态逻辑表示，给出b p m n 模型的形 式化验证过程。本文的主要工作有： ( 1 ) 分析基于b p m n 的w e b 服务组合方法，通过对面向服务系统的形式化 方法的研究，提出一套基于c o w s 的b p m n 元素建模规则，定义了b p m n 模 型的精确语义。同时对c o w s 的语法和操作语义进行扩展，为复杂的w e b 服 务处理过程赋予清晰形式化语义。 ( 2 ) 对b p m n 模型正确性分析，包括：对b p m n 结构正确性，定义合理b p m n 模型；使用c o w s 的操作语义推演理论来验证b p m n 系统协作的正确性；分 析组合服务系统的业务正确性，并用s o c l 时态逻辑进行形式化描述。 ( 3 ) 在上述理论研究的基础上，设计实现了b p m n 向c o w s 模型转换的自 动转换工具，并结合使用c m c 模型检测工具，对b p m n 的c o w s 模型进行自 动化验证。 关键词：w e b 服务组合b p m n 形式化分析c o w s ab s t r a c t s e r v i c e o r i e n t e d c o m p u t i n g ( s o c ) r e p r e s e n t s t h et r e n do fd i s t r i b u t e d c o m p u t i n ga n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o ni st h ec o r e t e c h n o l o g yo fs o c a st h ef i r s tb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gl a n g u a g et h a ti su s e df o r i n t e g r a t i o no fl o o s e l yc o u p l e ds y s t e m s ，b p m ni sas e to fs i m p l en o t a t i o n s a n di ti s a ne x t r e m e l yi m p o r t a n ts t a n d a r di nt h eb u s i n e s sp r o c e s s b a s e dc o m p o s i t i o no fw e b s e r v i c e s t h ec o r r e c t n e s so fb p m n m o d e l si st h ep r e c o n d i t i o nt h a t c a nb ee x e c u t e da se x p e c t e d h o w e v e r , t h em i xo fc o n s t r u c t s t h ec o m p o s i t es e r v i c e i nb p m n a l o n gw i t h t h ec o m p l e x i t yo fw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nm a k e si t p o s s i b l et oo b t a i nm o d e l sw i t l l ar a n g eo fs e m a n t i ce r r o r s t h ea b i l i t yt oc h e c kt h es e m a n t i cc o r r e c t n e s si s t 1 1 u s d e s i r a b l ef o rs e r v i c e sc o m p o s i t i o nm o d e l sb a s e do nb p m n s oi t i sn e c e s s a r yt o d e f i n eaf o r m a ls e m a n t i c sf o rb p m na n da n a l y z et h em o d e l st o e l l s t i r e p r e c i s e s p e c i f i c a t i o na n dt oa s s i s ti nm o v i n gt o w a r d sc o r r e c ti m p l e m e n t a t i o no fs e r v i c e s c o m p o s i t i o n t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e saf o r m a ls e m a n t i c so fb p m nd e f i n e di nt e m so fa m a p p i n gt oc o w s ，f o rw h i c he f f i c i e n ta n a l y s i st e c h n i q u e se x i s t t h ep r o p o s e d m a p p i n gh a sb e e ni m p l e m e n t e da sat o o lt h a tg e n e r a t e sc o d ei nt h ec o w s e x p r e s s i o n s a l s os o c li su s e dt of o r m a l i z et h ep r o p e r t i e se x p e c t e do fb p m n m o d e l s t h em a i nw o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o ni ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h r o u g ht h es t u d yo fb p m nb a s e dw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nt e c h n o l o g y a n dt h et h e o r yo ff o r m a lm e t h o d s ，b p m ni sg i v e nas e m e n t i c si nt e r m so fc o w s s u c hs e m a n t i c sa l l o w sf o r m a l l ya n a l z s i n ga n dc o m p a r i n gb p m n d i a g r a m s a l s o ， t h i sd i s s e r t a t i o ne x t e n d sc o w s s y n t a xt om o d e lt r a n s a c t i o n a la c t i v i t i e si nb p m n ( 2 ) d e f i n et h ec o r r e c t n e s so fb p m nm o d e l sa n dv e r i f yt h em o d e l sb ym e a n so f c o w s t h ef o l l o w i n ga s p e c t sa r ei n c l u d e d ：t h es t r u c t u r ec o r r e c t n e s s t h ec o i t e l a t i o n c o r r e c t n e s sa n dt h eb u s i n e s sp r o c e s sc o r r e c t n e s s i i a b s t r a c t ( 3 ) d e s i g na n di m p l e m e n tt h ec o n v e r s i o nt o o lt oa u t o m a t i c a l l yc o n v e r tb p m n m o d e l si n t oc o w s t a k ea d v a n t a g eo fc m cm o d e lc h e c k i n gt o o lt ov e r i f yw h e t h e r t h eb p m nm o d e l sm e e te x p e c t e dp r o p e r t i t i e s k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，b p m n ，f o r m a la n a l y s i s ，c o w s i i i 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获 得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文( 包 括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文， 并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开 的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文 摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向教育部 指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和中国学 术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库， 通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩： 提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 2 0 年月日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 姓名学号答辩日期年月日 论文类别博士口学历硕士口硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院系所专业 联系电话e m a i l 通信地址( 邮编) ： 备注：是否批准为非公开论文 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 i n t e m e t 技术的迅速发展和在社会生产生活各个领域中的广泛应用，极大促 进了分布于各处的计算机信息和资源之间的共享和交互，企业共享的信息资源 也越来越表现出一种异构、分布、松散耦合等特点，对跨企业的应用集成以及 企业内部应用的集成提出了需求。而w e b 服务的出现正好为这些应用的集成提 供了一个很好的解决方案，使企业内和企业之间应用的集成成为可能。w e b 服 务【l 】是现有应用面向i n t e m e t 的延伸，它是部署在w e b 上的软件构件，具有松 散耦合性、高度可集成性、开放性、规范性和互操作性等特点，能够最大限度 地实现各种网络资源的共享，这使得它在电子商务【2 】、企业应用集成等领域扮 演着越来越重要的角色。 单个的基本w e b 服务通常只能提供比较有限的功能，w e b 服务组合技术通 过灵活地将各个小粒度的w e b 服务进行有效组合，组合的子w e b 服务会彼此并 发地交互以完成客户的请求，而彼此间的交互是通过通信和交换信息来完成。 这样，创建用户定制、满足复杂业务功能需求的较大粒度的服务，从而将松散 耦合的w e b 服务组织成为业务上有机的整体，实现商务应用在i n t e m e t 上的交 互，完成跨企业的信息共享与业务协同，实现了w e b 服务增值【3 】。w e b 服务组 合涉及到的问题包括被组合的服务间的并发、同步、通信等。 服务组合建模能在较高的抽象层次上对服务组合的业务问题进行规范和定 义，为服务组合编码活动提供设计蓝图。服务组合建模活动的结果是服务组合 模型。 企业流程管理模型分析是软件分析师在分析企业目标和信息沟通的工具。 业务流程建模符号b p m n ( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gn o t a t i o n ) 川是用于表示业 务过程的规范图形符号，作为模型在分析及沟通时的交换依据。b p m n 为服务 组合和业务流程建模提供了有力工具，并且能映射为流程执行语言，成为广泛 应用在企业应用程序整合和面向服务架构中的服务组合建模语言。 但是，b p m n 的结构自由性使得对b p m n 模型的语义分析比较困难。b p m n 标准规范中对语法规则进行了详尽的说明阐述，但仅以描述性语句的形式给出， 第一章绪论 并且使用的术语有时存在前后不一致的情况。因此，采用b p m n 进行w e b 服 务组合，组合的正确性保证较弱。同时由于企业的业务过程变得越来越复杂， 并向动态性、灵活性、自适应性、扩展性和互操作性等方面扩展，对这些过程 进行建模的复杂性也随之提高，服务组合建模出错的可能性也在不断增加，而 如果实施和运行包含错误的模型，会导致资源和时间的巨大损失。 b p m n 建模方法缺乏严格的形式化基础，所以无法采用自动方法对其进行 验证，而只能主要通过人工验证来评判模型的正确性。但是采用人工评判的方 法来验证复杂的模型，不但无法保证效率，也无法保证其准确性和可靠性。如 何在设计阶段，利用自动化的工具对b p m n 模型进行形式化的分析，确保其能 正常地执行以满足服务组合设计者的预期目标，实现可靠的服务组合，成为亟 待解决的问题。 1 2 研究现状 目前对采用b p m n 建模w e b 服务组合的研究，主要集中如何在语法级别 的描述将多个组件服务通过一定的流程逻辑组合成一个组合服务，在模型的语 义和结构方面的工作有限。采用形式化方法研究b p m n 模型，是近年来的一个 趋势。某些研究借鉴了工作流建模理论的成果，通过将组合服务的b p m n 模型 与形式化的建模方法，如p e t r i 网等形式化工具之间建立映射关系，从而增强对 服务组合模型性质分析和检验的能力。这些方面的研究目前刚刚起步，还很不 完善。 其中，文献 5 将b p m n 映射到p e t d 网来为其定义形式化语义。p e t r i 网能 揭示系统的许多并发特性，然而它的缺点是只有模型而没有演算 6 1 ，对于一个 复杂的w e b 服务组合系统，其对应的p e t r i 网模型的验证分析较为复杂，同时 p e t r i 网所引起的状态空间爆炸以及对c p u 资源的消耗问题很难避免，通常比较 难以实现。因此对于复杂系统的描述有一定的局限性。 文献 7 】采用c s p 对b p m n 进行形式化分析。其等价理论能够简化模型， 且描述能力很强，但是该语义并不能适当地为多实例、错误处理和消息流等模 型建模，对b p m n 模型来说描述并不充分。 另外有研究将b p m n 和w s b p e l 之间相互转换【8 】【9 】，并取得比较理想的 效果。但是，对开发复杂系统的流程来说，采用图形化方式辅助建模越来越重 2 第一章绪论 要，就有必要为b p m n 定义形式化语义，用精确的规范来辅助设计，进而在建 模阶段就能发现流程中存在的问题。 c o w s ( c a l c u l u sf o ro r c h e s t r a t i o no f w r e bs e r v i c e s ) 1 0 】是为面向服务系统而设 计的进程代数。c o w s 具有严密定义的形式化语义，能够将服务的行为与清晰 的操作语义联系起来，能够对模型的属性进行验证。c o w s 演算是结合了传统 进程代数思想和w s b p e l 的结构，它能很好地表示组合构造，流程图，错误 和补偿处理等。并且，c o w s 作为一个基础模型，可以应用于w e b 服务技术的 各个方面。同时，已有较多的方法和工具对c o w s 进行分析，如对模型进行性 质验证的检测工具m c 【l l 】原型系统，使得c o w s 模型易于验证。 因此，本文研究采用c o w s 为b p m n 定义精确的语义，并进一步对b p m n 模型进行形式化分析和模型的正确性验证。在设计阶段使用c o w s 为b p m n 建模有助于清楚地描述系统的交互行为；而在系统模型建立后，则可利用c o w s 演算来推演系统的行为，同时验证模型的正确性。探索和研究使用c o w s 对基 于b p m n 的w e b 服务组合模型进行分析，对形式化分析模型具有实际意义。 1 3 本文主要研究内容 本文研究的主要应用方向是w e b 服务组合的b p m n 模型的形式化分析。 在对w e b 服务组合理论和形式化方法进行研究的基础上，给出基于b p m n 的 w e b 服务组合模型，并将b p m n 模型映射用c o w s 建模，为b p m n 定义精确 的语义，并对模型正确性进行形式化分析，为服务组合模型的分析验证提供理 论基础和实现方法。 本文的主要研究内容包括： ( 1 ) 研究w e b 服务和服务组合方法，结合b p m n ，给出基于b p m n 业务流 程组合w r e b 服务的方法。 ( 2 ) 介绍形式化方法的理论基础，特别对面向服务系统的形式化描述方法一 c o w s 演算和s o c l 时态逻辑的语法和操作语义进行分析。 ( 3 ) 使用c o w s 来为b p m n 形式化建模，建立b p m n 和c o w s 之间的映射 关系，形式化描述b p m n 系统行为。其中，还针对w e b 服务组合事务的特殊 性，扩展c o w s 演算，用以形式化描述长事务的处理机制，解析了长事务的出 错及补偿机制，使长事务处理模型更加清晰和直接。 3 第一章绪论 ( 4 ) 提出基于b p m n 的w e b 服务组合应满足的性质。将服务组合的验证问 题归结为结构正确性、协作正确性、期望的特定性质是否满足等三个方面。通 过采用c o w s 操作语义对系统进行推演来验证，并用s o c l 时态逻辑描述期望 的系统抽象性质。从而能进一步采用模型检测工具对模型进行分析。 ( 5 ) 开发将b p m n 模型转换为对应的c o w s 模型的工具。给出使用c m c 工具进行自动化验证的方法。 1 4 本文的组织结构 本文的主要框架结构如下： 第一章为绪论，介绍本文研究的背景，研究现状以及研究的内容、目标研 究的成果，最后概括介绍了本文的组织结构； 第二章对w e b 服务组合和b p m n 的基本理论进行阐述，给出基于b p m n 的w e b 服务组合方法。 第三章介绍形式化方法理论基础，研究了面向服务的c o w s 和s o c l 形式 化方法。 第四章建立b p m n 和c o w s 之间的映射关系，使用c o w s 对b p m n 进行 形式化建模，对b p m n 模型定义精确的语义，并扩展c o w s 对w e b 服务长事 务进行形式化描述。 第五章对b p m n 模型的正确性进行分析，并将相关性质采用s o c l 进行形 式化描述。 第六章实现一个b p m n 模型的c o w s 建模系统，对i l o gb p m nm o d e l e r 工具建立的b p m n 模型进行解析，转化为c o w s 表达式，进而使用c m c 进行 模型检测。 第七章总结本文的主要研究成果，并对下一阶段的研究工作提出展望。 4 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 w e b 服务组合为快速灵活的满足企业业务需求提供了一种系统构建方式。 本章通过对w e b 服务及服务组合背景知识的分析，结合b p m n 模型核心元素， 通过对基于b p m n 的w e b 服务组合方法的研究，提出基于b p m n 的服务组合 模型需要在实施前进行验证。 2 1w e b 服务组合 w e b 服务和w e b 服务组合技术是面向服务计算的核心，已经从基础设施的 构建与概念推广阶段向大规模商业应用阶段快速发展。 2 1 1w e b 服务 w e b 服务是随着i n t e m e t 的发展而兴起的一种软件技术，是一段可以用 x m l 发现、描述和访问的代码，是w r e b 上数据和信息集成的有效机制，是建 立可互操作的分布式应用程序的新平台。目前，基于w e b 服务的分布式计算模 式正在成为技术发展的趋势。 w e b 服务描述了一些操作的接口，通过标准化的x m l 消息传递机制，可 以通过网络访问这些操作。w r e b 服务是用标准的、规范的基于x m l 的w s d l 语言描述的，这称为w 曲服务的服务描述。这一描述包含与服务交互所需要的 全部细节，包括消息格式、传输协议和位置。该接口隐藏了服务实现的细节， 允许通过独立于服务实现、独立于硬件或软件平台、独立于编写服务所用的编 程语一言的方式使用该服务。 w e b 服务涉及到的技术包括x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标 记语言) 、s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 、w s d l ( w e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，服务描述语言) 、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 ， a n di n t e g r a t i o n ，统一描述、发现和集成) 。 基于x m l 的消息处理是w e b 服务基本的数据通讯方式；s o a p 1 2 】是为服 务的请求、消息的格式定义了简单的规则；w s d l 1 3 】描述w e b 服务的名称、 5 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 它的方法的名称、参数和其它详细信息；u d d i 1 4 】提供可访问的w e b 服务注册 中心和调用w e bs e r v i c e 的简单机制。 典型的w e b 服务应用过程是：服务提供者创建w - e b 服务，并在u d d i 注册 中心上发布w e b 服务；u d d i 注册中心使用服务描述协议w s d l 对注册的w e b 服务进行描述；服务请求者使用u d d i 来在注册中心中查找并取得合适的w - e b 服务并进行绑定，最后调用所选择的w e b 服务。 图2 1w e b 服务体系模型 者 从外部使用者的角度而言，w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象组件，它 具有以下特征【l5 j ： ( 1 ) 完好的封装性：w e b 服务作为是一种部署在w e b 上的对象，自然也具 备对象的良好封装性。对于使用者而言，它能且仅能看到该对象提供的功能列 表。 ( 2 ) 松散耦合：这一特征来源于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生 变更的时候，调用者不会感觉到这一点。对于调用者来说，只要w e b 服务的调 用接口不变，w e b 服务实现的任何变化对他们来说都是透明的。 ( 3 ) 使用协约的规范性：首先，w e b 服务对象界面所提供的功能应当使用标 准的描述语言。其次，由标准描述语言描述的服务界面应当是能够被发现的， 6 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 因此，这一描述文档需要被存储在私有或公共的注册库里面。最后，所有层次 上的处理都应当是可管理的，因此，需要对管理协约运用同样的机制。 ( 4 ) 使用标准协议规范：作为w e b 服务，其所有公共的协约完全需要使用开 放的标准协议进行描述、传输和交换。一般而言，绝大多数规范将最终由w 3 c 或者o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 ( 5 ) 高度可集成能力：由于w e b 服务采用简单的、易于理解的标准w e b 协 议作为组件对外接口描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异， 因此，不同系统平台下的应用，都可以通过这一种标准的协议进行互操作，实 现了在当前环境下的最高的可集成性。 2 1 2w - e b 服务组合 w e b 服务组合，是以特定的方式，遵循给定的应用逻辑规则，将原有服务 进行组织得到一个逻辑整体的方法、过程和技术。由于目前网络上发布的服务 大多都是结构简单、功能单一的服务，而跨企业流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。因此需要把已有的w e b 服务组合起来创建 新的功能，实现服务之间的无缝集成，形成功能强大的企业级流程服务以完成 企业的商业目标。 w e b 服务组合是通过组合基本的w r e b 服务以提供增值服务的能力。也就是 说，服务组合需要使用其它服务，而组合后形成的是一个具有新功能的服务。 从开发者的观点来看，服务组合提供了重用的可能性；从用户的观点来看，它 提供了对各种服务的无缝访问。将可重用的w e b 服务进行组装形成大粒度的、 能提供用户所需功能的组合服务，是实现w e b 服务重用的关键技术，也是构建 基于s o a 的分布式松散耦合的企业级应用系统的核心方法。通常将由服务组合 构造得到的服务称为“组合服务( c o m p o s i t es e r v i c e ) ，为组合服务提供子功能 的服务称为该组合服务的“组件服务( c o m p o n e n ts e r v i c e ) 。 w r e b 服务组合的具体作用体现在下述方面： ( 1 ) 通过服务组合可以生成新的增值服务，使系统功能得以灵活扩展。组合 得到的服务对原有服务操作的调用是服务复用的一种体现，因此服务组合促进 了服务复用。基本服务不可能做得太复杂，这也是服务可重用性的一个必要条 7 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 件。因此有必要以特定的粒度来组合服务。通过以松散耦合的方式公开业务服 务，企业可以根据业务要求更轻松地使用和组合服务。 ( 2 ) 1 艮务组合是一种控制复杂性的手段。通过把小粒度服务组合成大粒度 的、具有业务含义的服务，可以使客户仅仅关心复合服务的接口和功能，而不 需要了解服务组合的构成细节，降低使用系统的复杂性。 ( 3 ) 组合服务由一系列业务服务组成的，可以更轻松地创建、修改和管理它 来满足不同时期的需要。 w e b 服务组合问题得到业务过程管理b p m ( b u s i n e s sp r o e e s sm a n a g e m e n t ) 、 w e b 服务技术等领域的广泛关注，研究者提出了不同的w e b 服务组合方法 1 6 1 7 1 o w e b 服务的组合方式广义上划分为静态组合、半自动组合和动态组合【l 引。 静态组合是指在设计阶段，根据应用环境和应用需求，对已有的服务组件进行 组合的过程。在静态组合中，首先需要列出复合服务要实现的所有功能，然后 根据功能列表，选择和定位合适的服务组件来提供相应的功能。比如飞机订票 系统，它应包括可用机票查询、信用卡信息查询、更新数据库并将机票预定给 顾客这三个功能截然不同的服务。由于这项复合服务的使用频率会很高，服务 提供者若将这三个服务事先集成到一起要比在每次顾客请求时都创建一次复合 服务更符合应用的需要。静态w e b 服务组合通常利用业务流程描述过程模型。 动态组合是在系统运行过程中选择和调用所需的服务组件并将之组合为一个复 合服务的过程。动态w e b 服务组合不仅要动态发现、动态选择和绑定w e b 服务， 同时更重要的是要自动地创建过程模型。 而根据实现方式，w e b 服务组合分为服务编制o r c h e s t r a t i o n 和服务编排 c h o r o g r a p h y 两大类。两者的目标都是以一种面向流程的方式把多个w r e b 服务组 织起来，完成一个复杂的新业务流程，实现单一w e b 服务无法实现的功能。编 制需要重用多个服务的内部流程，以形成一个新业务流程，并由一个工作流引 擎完成该业务流程的执行。编排是指不同w e b 服务协作完成一个新业务流程， 即该业务流程的执行依赖于多个w e b 服务协作完成，而不是由单一流程引擎来 完成【1 9 1 。 w e b 服务组合的结果表现为一个自动执行的处理流程，它与传统工作流有 很多共同的处理特征，如都需要去协调一个流程中服务调用的顺序、对服务之 间的数据流进行管理，都需要提供有效性、可靠性和可度量性的支持等。但由 8 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 于w e b 服务处在一个开放的、松散耦合的环境中，以及w e b 服务组合的动态组 合机制决定了只能在运行时进行w e b 服务的动态发现、绑定与调用等特殊性， 从而不能基于传统的工作流语言和管理系统来构建w e b 服务组合处理系统。因 此，如何基于w e b 服务进行业务逻辑集成成为当前的一个研究热点。 2 2 基于b p m n 的w e b 服务组合 基于b p m n 的w e b 服务组合是基于业务流程的服务组合方式。b p m n 能 通过简单易理解的图形符号，表达复杂丰富的系统。同时可以生成可执行的组 合编程语言w s b p e l ，提供服务组合建模和服务组合编程的衔接。 2 2 1b p 由于企业之间竞争日趋激烈，越来越多的企业不得不利用信息技术来支持 它们的业务过程处理，以适应快速变化的商业环境，提高企业的工作效率和工 作质量。但缺乏一个能在业务流程整个生命周期中对业务流程进行控制、指导 设计和执行的标准。业务流程管理b p m ( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ) 就是在这 样的背景下逐步发展起来。其目的是使业务流程管理标准化，能够对企业起决 定性作用的业务流程的建模、部署和管理统一起来，使业务流程能跨越大量企 业，应用程序，协作部门以及商业伙伴。业务流程管理系统思想是以流程为核 心，有别于以前的以数据为核心的信息系统。在企业应用方面，b p m 是继工作 流和企业应用集成之后发展起来的一种研究方向，将是企业信息化的趋势。 业务流程建模符号b p m n ( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gn o t a t i o n ) 是由开放标 准组织b p m i ( t h eb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ti n i t i a t i v e ) 2 0 0 4 年发布的、用于 表示业务过程的规范图形符号，越来越成为图形化定义过程的标准。b p m n 的 目的就是创建一套简单的机制来创建业务流程模式，同时能应付业务流程内在 的复杂性。 b p m n 是首个用于跨组织业务过程建模的开发标准建模语言，它的两个设 计目标是【2 0 j ： ( 1 ) 提供一些被所有业务用户容易理解的符号，提供业务过程建模的标准图 形表示，创建流程轮廓的业务分析。用b p m n 建立的业务过程模型应该能被业 务人员和技术人员容易地阅读和理解。 9 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 ( 2 ) 为需要交流业务过程的用户、厂商和服务提供者提供描述业务过程的标 准方案。 b p m n 定义了一个业务流程图b p d ( b u s i n e s sp r o c e s sd i a g r a m ) ，该业务流程 图基于一个流程图，该流程图被设计用于创建业务流程操作的图形化模型。而 一个业务流程模型，指一个由的图形对象组成的网状图，图形对象包括活动和 用于定义这些活动执行顺序的流程控制器。 b p m n 仅支持业务流程建模相关概念，非业务流程的其它方面的建模像组 织结构、资源，数据和信息模型，策略，业务规则等不属于b p m n 表示的范围。 b p m n 以流程管理为核心，本质是将流程作为一种新的抽象数据类型，它直接 操作和管理的对象就是业务流程。 图2 2b p m n 流对象元模型 b p m n 基本图形元素分为4 类： ( 1 ) 流对象，是b p m n 中定义业务流程的核心元素。包括活动、事件和网关 三种。 ( 2 ) 连接对象，用于流对象之间的连接，以及流对象和其它信息的连接。包 括顺序流、消息流和关联三种。 ( 3 ) 泳道，对基本建模元素进行分组。包括池p o o l 和道l a n e 两种。池主要 用于2 个独立的实体或者参与者之间的物理划分。各个池中的活动通常是有自 身的流程的。因此，顺序流通常不会越过多个池的，而消息流是可以的。道常 用来将活动按照角色划分，流程可以在一个池中跨道流转，但是在同一个池中 消息流通常不跨道流转。 1 0 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 ( 4 ) 物件，为流程提供附加的信息。包括数据对象，组，和注释等。这些元 素对业务流程本身并不影响，但可用来增强流程的可读性。 表2 1b p m n 基本元素 类型元素描述图形表示 流对象 活动对象a c t i v i t y 对一定行为的抽 象；它可是是原子 的，也可以是复合 的，原子活动称为 任务，复合活动称 为子过程。 事件e v e n t 事件是业务流程中 所发生的事情。有 开始事件、结束事 ooo 件和中间事件三 种。 网关g a t e w a y 控制流程的分支和 合并。包括异或、 或、与和复杂网关。 连接对象 顺序流s e q u e n c e 表示流程中活动的 f l o w 顺序。 消息流m e s s a g ef l o w 不同的参与者之间 d 一c 消息的接收和发送 关联a s s o c i a t i o n将流对象和文本等 物件相关联。 泳道 池p o o l 流程中的参与者。 一系列活动的容 器。 道l a n e池的划分，用于将 活动组织和分类。 物件数据对象d a t ao b j e c t为流对象提供额外 信息 注释t e x ta n n o t a t i o n注释信息 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 文献 2 1 1 q h 对b p m n 的表达能力进行检验。结果表明b p m n 提供丰富的符 号集，能够直观充分地表达现实世界的很多结构，方便在设计和业务人员之间 进行交流。 一方面，b p m n 借鉴了许多已有建模语言的技术和经验，如u m l 的活动 图等，提供业务流程的可视化标准，图形直观形象，流程整个生命周期所涉及 的不同人员都能够轻易理解，很容易为不熟悉计算机技术的商业用户所掌握， 用来规范地描述业务流程，为服务组合和业务流程建模提供了有力工具； 另一方面，b p m n 提供更完整、更适合于描述业务流程的基本元素，如流 对象中的事件类，并且支持更多的流程模式，如多实例化和条件设定等，更有 利于复杂逻辑的描述。并且具有较强的灵活性和可扩展性，提供如异常处理、 事务性和补偿等高级建模概念，还可以给基本类别的元素附加上变化信息以支 持复杂流程。 此外，以往的一些可视化业务流程建模语言如u m l 活动图、事件过程链 图等所表示的可视化业务流程图大多无法直接映射到基于x m l 的业务流程执 行语言，从而增大了从业务表示到技术实现的难度。而b p m n 和流程执行语言， 例如b p e l 4 w s 、b p m l 能直接映射，支持提供一个内部的模型可以生成可执 行的组合编程语言w s b p e l ，具备了设计到实现的柔性。b p m n 不仅标准化了 业务人员之间、业务与开发人员之间交流的描述方式，还为从业务分析人员图 表自动生成流程开发人员所需的代码框架提供了支持。因此b p m n 易于被程序 实现，是业务流程设计和实现之间的桥梁。 2 2 2 基于b p m n 组合w e b 服务 b p m n 提供了一种规范化的组合服务流程描述方式，描述和整合具体业务 功能。它定义了任务间的相关性，比如任务执行顺序、何时以及如何激活任务、 谁可以执行某一任务，以及与其它流程相关的业务规则。基于b p m n 的w e b 服务组合基本思想是采用流程的方式组合服务，组合服务作为构建在一组确定 的组件服务之上的业务流程。 b p m n 可以看作一种服务编制语言，为了将业务逻辑相关的子服务组合成 一个新的w e b 服务，服务的开发者可以利用b p m n 规范定义一个新的服务， 该服务可以被称为编制者，新的服务处于一个中心协调者的地位，它负责和各 1 2 第二章基于b p m n 的w 曲服务组合 个子服务交换信息，协调这些子服务间的交互以完成组合服务的功能。组合服 务作为一个中央流程，控制相关的w r e b 服务并协调对操作所涉及w e b 服务的不 同操作的执行。 活动、顺序流、消息流是b p m n 建模的基本模型元素。b p m n 流程中执行 的工作称为活动，b p m n 定义了各种不同类型的活动，包括原子活动( 任务) 、 结构化的活动( 过程) 和并发行为来描述一个组合的商业流程。 组合后的w e b 服务必须能够支持w e b 服务界公认的五个基本控制流模型， 即顺序模型、并发模型、同步模型、独占模型和归并模型【2 2 1 。其中顺序模型保 证对象实体能够按照一定的顺序依次执行；并发模型则能够同时在多个进程上 处理对象；同步模型可以通过等待锁在流程执行之前将并发的几个进程同步； 独占模型确保流程执行时的进程独占性；归并模型则是在流程开始执行前等待 前序流程执行完毕。 b p 中定义的业务流程，是一系列组织内或组织间活动的组合。顺序流 和网关能保证组合w e b 服务的控制流逻辑要求。b p d 中的流程可以包括多个不 同的流程，每个流程从顺序流的角度来看都是独立的，流程之间通过消息流来 连接。同时它还提供了异常处理器、事件处理器和补偿处理器来处理流程中的 异常、事件和事务。因此能建模各种复杂w e b 服务组合。 根据流程描述的范围，可将b p m n 模型分为三种基本的子模型：内部私有 流程，抽象公共流程和全局协作流程。 ( 1 ) 内部私有流程是某个组织内部的，主要描述独立的业务实体( 或流程) ， 也会描述出和外部参与者的互动关系，但主要描述业务实体之间私有的、独立 业务实体内部的活动。如果b p m n 模型中使用了泳道，内部私有流程的顺序流 只能局限在一个池里，不能超出池的边界；消息流可以超出边界和别的内部流 程进行交互。 ( 2 ) 抽象公共流程表示私有流程和其它流程或是参与者之间的交互。抽象流 程之包含和私有流程以外活动交互的活动。其它私有流程的内部活动不再抽象 流程表示范围内。抽象流程包含在一个池内，对外界表现出需要的交互消息顺 序。 ( 3 ) 全局协作流程描述两个或多个业务实体( 流程) 之间的互动，主要描述业 务实体之间可视活动的交互。交互过程被定义为表示实体之间消息交换的活动 序列。协作流程可以包含在一个池内，而池中每个道表述两个参与者及它们之 1 3 第二章基于b p m n 的w e b 服务组合 间的关系。协作流程也可以用两个或多个通过消息流交互的抽象流程表示。这 些流程在b p m n 中各自建模。 根据b p m n 流程和活动的含义，活动对应于w e b 服务中执行的操作，活 动的执行对应于对w e b 服务操作的调用；顺序流描述活动之间的依赖关系，也 就是w e b 服务执行操作之间的时序关系；消息流描述活动之间的数据传递，也 就是w e b 服务之间的数据交换关系。那么，流程、活动、w e b 服务以及服务组 合之间的