（计算机软件与理论专业论文）基于agent组织的自适应web服务组合研究.pdf

于葡斐 随着i n t e r n e t 的发展，原先的封闭、紧耦合的计算环境逐渐转变为开放式环 境，w e b 应用的形态也随之不断发展。近年来，一种新的面向w e b 的分布式应 用w e b 服务，代表了一种更为松散耦合的分布应用结构，为应用程序在开放 动态的环境下实现互操作提供更为有效的办法。然而为了便于复用单个服务往往粒 度较小功能有限，因此很有必要将服务组合起来，以满足用户更为复杂的需求。传 统服务组合方式多为集中控制，服务被动组合，难以适应开放动态的环境，在自治 性、自适应性等方面存在缺陷。针对传统组合方式的问题，在对w e b 服务组合相 关技术深入研究的基础上，本文提出了一种基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组 合方法，其主要思想是将人类社会的组织概念引入计算机科学，由具有自治性和推 理能力的a g e n t 扮演组织角色，让服务组合更加贴近人类社会的特点，能更好地实 现用户需求，且具有一定的自适应能力。本文具体围绕如下方面展开工作： ( 1 ) 提出了基于a g e n t 组织的w e b 服务组合框架 本文提出了基于a g e n t 组织的w e b 服务组合框架。该框架分为三层，最上层 为组织模型，对系统所涉及的组织建模，定义组织中包含的角色、角色之间的关系 以及角色应遵循的规范；第二层为协同模型，其中包含m a s ，由a g e n t 扮演组织 模型中的角色，并根据由需求确定的抽象业务流程选择调用相应服务；最下层为服 务模型，该层包含多个可用的w r e b 服务，被a g e n t 调用。三层模型共同协作，增 强了服务组合的灵活性和健壮性。 ( 2 ) 提出了协同模型的自适应调整算法 协同模型中的a g e n t 是任务的实际执行者。每个a g e n t 都按照自己的任务结构 调用相应的服务，因此协同模型的自适应体现为对a g e n t 的任务结构进行动态调 整。本文提出了对a g e n t 任务结构进行调整的算法，包括“分裂 、“复制 和“合 并”。在这些算法的支持下，a g e n t 的自适应能力能够得到保证。 ( 3 ) 提出了服务模型中基于p e t r i 网的服务组合方法 本文提出了服务模型中基于p e t r i 网的服务组合方法，将服务根据一定规则转 化并简化得到p e t r i 网，构造p e t r i 网的覆盖图用于服务功能选择，计算服务的q o s 效用值以便进行非功能性选择。 ( 4 ) 自适应w e b 服务组合原型系统的设计与实现 本文根据提出的基于a g e n t 组织的w r e b 服务自适应组合框架，在给定场景下 设计并部分实现了一个原型系统。该系统的设计完全遵循组合框架中的理论，并在 工具的支持下运行了一个实例。实验表明，采用该框架能够在服务组合的自适应方 面提供较好的支持。 关键词：w e b 服务，服务组合，a g e n t 组织，自适应 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e m e t ，t h ec l o s e da n dt i g h t l yc o u p l e dc o m p u t i n g e n v i r o n m e n tg r a d u a l l yc h a n g e dt ob eo p e n a sar e s u l t ，t h et y p eo fw e ba p p l i c a t i o na l s o c o n t i n u a l l yd e v e l o p s i nr e c e n ty e a r s ，an e ww e b - o r i e n t e dd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n , c a l l e d w e bs e r v i c e s ，h a sr e p r e s e n t e dam o r el o o s e l yc o u p l e dd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns t r u c t u r e a n dp r o v i d e dm o r ee f f e c t i v ew a y sf o ra p p l i c a t i o n st oi n t e r o p e r a t ei no p e na n dd y n a m i c e n v i r o n m e n t h o w e v e r , s i n g l es e r v i c ea l w a y sh a sl i m i t e df u n c t i o nf o rr e u s e s oi ti s n e c e s s a r yt oc o m p o s es e r v i c e st om e e tm o r ec o m p l e xr e q u i r e m e n t sf r o mu s e r s 。t h e t r a d i t i o n a lc o m p o s i t i o nm e t h o d sa r ea l w a y sc e n t r a l i z e dc o n t r o la n ds e r v i c e sa r ec o m p o s e d p a s s i v e l y , t h e r e f o r e ，i ti sd i f f i c u l tt oa d a p tt h eo p e na n dd y n a m i ce n v i r o n m e n ta n dt h e r e a r ed e f e c t sa b o u ta u t o n o m ya n ds e l f - a d a p t a t i o n b a s e do nt h ei n t e n s i v es t u d yo nr e l a t i v e t e c h n i q u ea b o u tw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n , w ep r o p o s ea na g e n to r g a n i z a t i o nb a s e d a d a p t i v ew e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nm e t h o dt oi m p r o v et h et r a d i t i o n a lo n e s t h ec o n c e p t s a b o u th u m a ns o c i a lo r g a n i z a t i o na r ei n t r o d u c e di n t oc o m p u t e rs c i e n c ef i e l d s ，a n da g e n t s w i t ha u t o n o m ya n dc a p a b i l i t yo fr e a s o n i n gp l a yt h er o l ei nt h eo r g a n i z a t i o n a sar e s u l t ， t h em e t h o di sm o r ec l o s e d 、肮t 1 1t h ef e a t u r e si nh u m a ns o c i e t y , a n dc a nb e t t e ra c h i e v eu s e r r e q u i r e m e n t sw i t hs e l f - a d a p t a t i o nt os o m ee x t e n t t h ed e t a i l sa r el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) a na g e n to r g a n i z a t i o nb a s e dw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nf r a m e w o r ki sp r o p o s e d t h i sp a p e rp r o p o s e da l la g e n t o r g a n i z a t i o nb a s e dw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n f r a m e w o r k , w h i c hh a st h r e el a y e r s t h et o pl a y e ri sc a l l e do r g a n i z a t i o nm o d e l ，i nw h i c h o r g a n i z a t i o ni n v o l v e di nt h es y s t e mi sm o d e l e d w h a t sm o r e ，r o l e s ，r e l a t i o n s h i p sa m o n g r o l e sa n dn o r m st h er o l es h o u l do b e ya r ed e f m e d t h em i d d l el a y e ri sc o o r d i n a t i o nl e v e l ， i nw h i c hc o n t a i n sm a s a g e n t sp l a yt h er o l e si nt h eo r g a n i z a t i o nm o d e l ，a n dc h o o s e a p p r o p r i a t es e r v i c e st oi n v o k ea c c o r d i n gt oa b s t r a c tb u s i n e s sp r o c e s sd e c i d e df r o mu s e r r e q u i r e m e n t s t h el a s tl a y e ri ss e r v i c em o d e l ，w h i c hc o n t a i n sm u l t i p l ea v a i l a b l ew e b s e r v i c e s t h r e el a y e r sc o o p e r a t et oe n h a n c et h ef l e x i b i l i t ya n dr o b u s t n e s so fs e r v i c e c o m p o s i t i o n ( 2 ) s e l f - a d a p t i v ea l g o r i t h m si nc o o r d i n a t i o nm o d e li si n t r o d u c e d a g e n t sa r ea c t u a lt a s ke x e c u t o r si nc o o r d i n a t i o nm o d e l e v e r ya g e n ti n v o k e sr e l a t e d s e r v i c e sa c c o r d i n gt oi t so w nt a s ks t n l c 眦s ot h es e l f - a d a p t a t i o ni nc o o r d i n a t i o nm o d e l e m b o d y a st h ed y n a m i ca d j u s t m e n to ft h ea g e n t s t a s ks 1 胱t i l r e t h i sp a p e ri n t r o d u c e s a l g o r i t h m st oa d j u s tt h et a s ks t m c t u r e i n c l u d i n gs p l i t , c o p ya n dm e r g e t h ec a p a b i l i t yo f s e l f - a d a p t a t i o no f a g e n t sc a l lb eg u a r a n t e e d 、i t ht h e s ea l g o r i t h m s ( 3 ) p e t r in e tb a s e ds e r v i c ec o m p o s i t i o nm e t h o di ns e r v i c em o d e li sg i v e n t h i sp a p e rp r o p o s e sap e t r in e tb a s e ds e r v i c ec o m p o s i t i o nm e t h o d s e r v i c e sa r e t r a n s l a t e da n ds i m p l i f i e dt op e t r in e ta c c o r d i n gt oc e r t a i nr u l e s t h e nt h ec o v e m b i l i t y g r a p hi sc o n s t r u c t e dt oc h o o s et h es e r v i c e sf r o mt h ef u n c t i o na s p e c t ，w h i l eq o sv a l u eo f t h es e r v i c e sa r ec o m p u t e df o rt h en o n - f u n c t i o n a lc h o i c e ( 4 ) t h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h es e l f - a d a p t i v ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n p r o t o t y p es y s t e m w e d e s i g na n dp a r t l yi m p l e m e n tt h ep r o t o t y p es y s t e mu n d e rc e r t a i ns c e n ea c c o r d i n g t ot h ea g e n to r g a n i z a t i o nb a s e da d a p t i v ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k t h ed e s i g n o ft h es y s t e mc o m p l e t e l yf o l l o w st h et h e o r yo ft h ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k a ni n s t a n c ei s a l s or u nu n d e rs u p p o r to ft o o l s t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a tt h ef r a m e w o r kc a np r o v i d e b e t t e rs u p p o r ta tt h ea s p e c to f s e l f - a d a p t a t i o nf o rs e r v i c ec o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，s e r v i c e sc o m p o s i t i o n , a g e n to r g a n i z a t i o n , s e l f - a d a p t a t i o n 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 馀批 签字日期：们卜年j 月i s 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借 阅。本人授权扬州大学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。 学位论文作者签名： 徐橱 i 导师签名： 签字日期：yfo 年歹月l s 日签字日期：日 f i氓硼 砖一 徐妍：基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组合研究 1 引言 1 1 研究背景 上世纪八十年代，随着个人电脑的普及，计算设备通过局域网相互连接，构成 客户服务器( c s ) 计算环境，数据资源和计算资源被适当分割，客户和服务器通过 远程调用、网络协议或消息等方式相互协作完成计算。随后，为了满足更高的可伸 缩性要求，逐渐出现了多层架构，数据资源和计算资源的分布开始呈现出多样化的 特点。这些资源与已存在的计算环境特别是主机及其遗留系统之间的集成也变得越 来越重要。此时中间件迅速发展，出现了分布式对象、组件和接口等概念，用于在 计算环境中更好地分割运算逻辑和数据资源。计算环境中不同部分之间的交互，也 从原有相对低层的网络协议、远程调用和消息机制的基础上发展到支持分布式对 象、组件和接口之间的交互。然而由于缺乏标准化支持很难做到技术透明，集成系 统是紧耦合的。 随着i n t e m e t 的不断发展，底层计算平台都开始支持开放的标准和协议，这使 得计算环境内部和各计算环境之间交互的障碍被打破。一种新的w e b 应用 w e b 服纠l 】闪亮登场，数据和功能的表示与交互在x m l 2 、w e b 服务技术与标准 的基础上，保证了通用性和强大的交互能力，这使得计算环境发展到全新的阶段， 从此进入了基于标准、开放的互联网技术的计算环境。在该环境中允许各组件采用 异构的底层技术，使用x m l 描述和表示自己的数据和功能，采用开放的网络协议 通信，在此之上，使用w e b 服务来互操作和交换数据。 在面向服务的计算环境阶段，面向服务的计算 3 ( s o c ，s e r v i c e - o r i e n t e d c o m p u t i n g ) 成为最热门的研究内容之一。在一系列标准的支持下，以w e b 服务为 基本组成成分，软件成分之间建立起了松耦合的协同软件体系。面向服务的计算涉 及多个研究方面，其中一个重要方面就是w e b 服务的组合问题【4 5 1 。由于单个w e b 服务的功能相对比较单一，所以当面临开放的环境和复杂的需求时，单个w e b 服 务往往难以满足，需要将多个相对简单的服务按一定的业务流程逻辑组合起来形成 一个复合服务，该复合服务使单个服务功能增值并能够提供更强大更完整的功能。 通过组合已有的w e b 服务，就无须重构单一的复杂服务。然而，目前已有的一些 组合方法在对开放动态的网络计算环境和不断演化的用户个性化需求的适应性方面 2 扬州大学硕士学位论文 还不能完全满足要求，特别是在对系统的动态配置以及自适应方面还有待深入研 究。本文的工作主要是研究在开放系统环境下w e b 服务的自适应组合问题。 1 2 研究现状及存在问题 目前，有很多技术用于w | e b 服务组合，如基于工作流【6 】的方法，基于人工智 能1 7 】的方法，以及利用形式化工具1 8 。1 川进行组合等。所有这些方法从组合的方式 看，分为静态组合和动态组合1 4 j 。静态组合是指在设计阶段根据应用环境和需求定 义好服务组合方案，包括组合哪些服务，按照什么顺序组合等。动态组合是指在运 行时才选择和调用所需服务的组合方式。由于静态组合方式在设计阶段就决定组合 的服务，所以当运行环境发生变化或者用户需求有所改变时，静态组合出的服务就 往往不能适应，需要重新进行设计、运行；相反，动态组合方式在运行时才决定选 择哪个服务，所以在面临变化时可以根据需要动态选择服务完成相应任务。 从w 曲服务组合执行方式来看，一般包括两种：集中式和分布式 1 1 , 1 2 】。集中 式执行方式有一个集中的服务执行引擎，控制服务组合的各成员服务之间的逻辑和 数据传输。该引擎是整个服务执行的中心控制者，负责调用服务、传递参数、接收 结果、异常处理、与用户交互等。基于w s b p e l 1 3 j 的服务组合就是属于集中式。 由于引擎需要传输大量消息，所以集中式引擎可能成为执行中的瓶颈。分布式服务 组合不存在一个集中的流程引擎，服务协同模型的运行和控制传递都是由成员服务 直接通过点对点的方式进行的。在该方式下可以有效提高服务执行效率和可靠性， 当然，要把服务组合起来也更复杂。与w s b p e l 相对应，基于w s c d l 1 4 】的组合 方式就是一种分布式的服务组合。 w e b 服务的组合为复杂的w e b 应用提供了有效的解决方案。从现实应用来 看，w e b 服务的组合可以实现软件共享；从w e b 服务本身来看，w e b 服务的组合 提高了服务的可重用性和利用率，减少了系统的开销。但是由于现行平台的主流技 术是面向对象技术。受到对象的被动性及对象间协同方式单调性的限制，i n t e m e t 平台下的w e b 服务组合技术也面临着多方面的挑战。 ( 1 ) 实体的被动性：在传统的w e b 服务组合中，w e b 服务是服务集成的基本 实体。通过w e b 服务的若干关键技术如w s d l 1 5 1 、u d d i 1 6 1 和s o a p 1 7 l 等，w e b 服务可以被发布、被查找和被调用：首先，为了让其他应用程序发现并访问它， 服务提供者将服务的描述信息w s d l 发布到注册中心u d d i 上；然后，服务调 徐妍：基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组合研究 3 用者到注册中心u d d i 上根据需要查找服务；最后，服务调用者根据查找到的服 务描述信息在s o a p 消息中给出输入参数调用该服务。在整个过程中，w e b 服务 都处于被动状态，不能自主的拒绝其它应用程序的请求，不能主动的调用其它服 务，也不能根据环境的变化主动调整现有的服务方法等。 ( 2 ) 实体间协同方式单一：w e b 服务之间的交互采用s o a p 调用方式。这种 调用方式只适合于程序实体功能固定、位置固定以及协同逻辑固定的静态和封闭世 界，难以满足开放、动态和多变的i n t e m e t 环境对时间或空间的紧耦合或松散耦合 等多种协同方式的需要。 ( 3 ) 集中式处理：目前w e b 服务组合控制，许多工作都是采用集中式的体系 结构，即有一个中心引擎负责根据组合服务模型调度各个基本服务依照指定的执 行顺序和条件执行，并在它们之间传递数据。然而服务组合通常面向丌放的互联网 环境，采用集中结构存在如下问题：首先，服务集成系统的大部分通信都集中在 引擎点上，增加了不必要的网络开销和处理时间【l8 】；其次，由于参与组合的基本 服务数目以及客户并发请求规模均具有难以预知的特征，集中的体系结构在可伸缩 性及可用性等方面存在局限性t 1 9 1 ；再者，某些应用出于商业和安全目的不允许业 务数据流经第三方结点。 ( 4 ) 缺乏自适应性：传统的w e b 服务组合流程是静态的，即流程中涉及的 w e b 服务以及这些w e b 服务之间的交互行为、顺序等都是事先制定好的。由于 服务组合面向的是开放的互联网环境和动态的用户需求，在此环境下采用静态组 合方式将面临参加组合的w e b 服务在服务功能、位置、q o s 和协同方式等会发 生变化，这些变化往往会导致服务组合系统的单点失败。另外，用户需求会动态 变化，一旦需求发生变化组合的服务将无法进行调整，只能重新设计、运行。 1 3 解决方案和论文的工作 上述的分析表明，目前对w | e b 服务的研究已经取得了一定的成果，但现有的服 务组合方法却不适用于处于开放系统环境下的w e b 系统。目前的w r e b 服务组合技术 还不成熟，我们需要在吸取一些相对成熟的技术优点的基础上，继续扩展，提出更 为有效的w r e b 服务自适应组合框架。 软件a g e m 技术t 2 0 ，2 1 1 是当前学术界和工业界研究的热点技术。a g e n t 具备普通程 序所没有的自治性、主动性、推理性以及社会性1 2 2 1 ，它是w e b 上使用知识、代表或 4 扬州大学硕士学位论文 代替用户行为的最佳实体。a g e n t 可以在一定程度上模拟人类社会的行为，具有一 定的智能和优良的判断、推理能力，能够自主运行，具有极大的灵活性和适应性， 适合于i n t e m e t 这样开放、动态的网络环境。a g e n t 技术与w r e b 服务技术的结合可以 很好的弥补w r e b 服务存在的被动性、协同方式单调、缺乏自适应性等缺点。 通常a g e n t 是自私的，总是希望最大化自己的利益。因此将人类组织的特点引 ) k 妻；a g e n t 系统。a g e n t 组织【2 i 】是多a g e m 系统的一种形式，它可以模拟人类社会中 的组织，区分出各个角色，给不同角色赋予不同的职责、权利和义务，给组织定义 一定的社会规范要求组织成员遵守，并以此对扮演相应角色的a g e n t 的行为进行约 束。 本文研究的主要目标是针对w r e b 服务组合中存在的问题，在仔细分析相关研究 项目的基础上，引入多a g e n t 组织技术，通过结合流程分布式和自适应工作，提出 了一个基于多a g e n t 组织的自适应分层框架，将组织、协同和服务相分离，以便于 支持w | e b 服务组合系统的高效运行、w - e b 服务选择的灵活性、a g e n t 任务的动态合 并、复制和分离。本文的研究工作主要从以下几个方面展开： ( 1 ) 建立了基于a g e n t 组织的自适应服务组合框架 该框架是个三层框架，最上层组织层定义组织模型的结构，包括表示角色之间 关系的社会结构、表示角色之间交互关系的交互结构和表示社会规范的规范结构； 最下层服务层，包含一组可用的w e b 服务，这些服务将通过功能和非功能选择确 定最终的复合服务；中间层是协同层，连接组织层和服务层，包含一组a g e n t ，扮 演组织中的角色并代理服务层相应的服务。多层次的设计模型带来的最大的优点是 系统的灵活性。当一个层次发生变化时，可以不影响或者较少影响其他层次； a g e n t 之间是分布式控制，不会出现瓶颈；组织更贴近人类现实社会，服务组合更 加贴近用户需求。 ( 2 ) 提出了服务组合框架下各模型的自适应调整算法 针对服务组合框架，提出每个层次可能遇到的需要调整的情况，并分别给出调 整的具体方法。组织层主要涉及角色的加入、退出，角色的交互变化以及角色的职 责发生变化等。协同层涉及a g e n t 的加入、退出，由此引起a g e n t 的任务结构调整 如任务合并、复制和分裂等。服务层主要会遇到服务失效的问题，本文提出基于 p e t r i 网的组合替换方式进行调整。 ( 3 ) 实现了w 曲服务组合的原型系统 徐妍：基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组合研究 5 给出一定场景，在该场景下根据服务组合框架设计该系统每层的具体架构，并 在工具的支持下部分实现了原型系统。最后模拟系统中遇到需要调整的情况，根据 自适应调整算法对系统作出调整。 1 4 论文的组织结构 本文围绕着对基于a g e n t 组织的w e b 服务自适应组合研究展开，全文分为六 章，具体组织如下： 第一章引言。本章主要介绍w e b 服务组合的研究背景；目前的研究现状、存 在的问题及解决方案；概括本文的主要工作；说明论文的整体结构； 第二章w e b 服务组合相关知识简介。本章主要介绍与w e b 服务组合相关的背 景知识，包括对w e b 服务的概念、体系结构及语义w e b 服务进行介绍，对单个 a g e n t 、多a g e n t 系统和a g e n t 组织等a g e n t 相关技术进行介绍，给出p e t r i 网简 介，最后总结现有的w e b 服务组合相关工作： 第三章基于a g e n t 组织的自适应服务组合框架。本章介绍了全文的基础 基于a g e n t 组织的w | e b 服务自适应组合框架。该框架是一个三层框架，组织层主 要介绍组织内容和组织结构，协同层给出框架工作的核心m a s 的工作方式， 服务层则包含一组可用的服务。本章分别介绍了这三层框架的具体设计，并采用扩 展的a g e m 组织逻辑e l a o 对该框架进行形式化描述； 第四章w e b 服务组合框架的自适应方法。本章在上一章提出的自适应组合框 架的基础上给出各层可能需要作出调整的方面以及具体如何调整的方法，协同模型 中主要是a g e n t 任务结构的分裂、复制和合并，服务模型中是提出了基于p e t r i 网 的服务组合替换失效服务。有了这些方法的支持服务组合框架才能真正做到自适 应； 第五章自适应w e b 服务组合系统的设计和实现。本章首先给出了一个场景， 并在该场景下根据第三章的框架设计该系统每层的具体架构，根据第四章的介绍的 自适应算法模拟系统的调整； 第六章总结与展望。本章主要是总结本文的主要工作，包括主要结论以及作 者的主要贡献，最后指出了进一步研究的方向和课题。 6 扬州大学硕士学位论文 2w e b 服务组合相关知识简介 2 1w _ e b 服务和语义w e b 服务 2 1 1w e b 服务简介 w e b 服务是互联网和软件技术发展到一定阶段的产物。目前，对w e b 服务尚 无统一的定义。i b m 在w e b 服务教程【2 3 1 中，对其定义的描述是：w e b 服务是一种 新的w e b 应用。它们是自包含、自描述，可以发布、定位且通过w e b 调用的模块 应用。w 3 c 则对w e b 服务的定义【2 4 】是：w e b 服务是一种由u r i 标识的软件系 统，其公共接口和绑定使用x m l 描述，它的定义可以被其他软件系统发现，这些 系统可以按照使用基于x m l 的通过i n t e m e t 协议传递的消息定义的方式交互。 从以上两条定义我们可以看出w ，e b 服务具有如下特性1 2 5 1 ： ( 1 ) w e b 服务是自包含的。在客户机端不需要附加软件，有x m l 和h t t p 客 户机支持的编程语言足矣。在服务器端，也仅需要w e b 服务器和s o a p 服务器。 ( 2 ) w e b 服务是自描述的。服务器和客户机都不关心除请求和响应消息的格式 和内容之外的东西。消息格式的定义和消息内容一起传递，不需要外部工具。 ( 3 ) w e b 服务具有平台独立性。客户端和服务器端可用不同的平台和语言环 境，不必为了支持w 曲服务而更改现有代码。 ( 4 ) w e b 服务是开放的和基于标准的。h t t p 和x m l 是w e b 服务的主要基 础。 ( 5 ) w 曲服务是松散耦合的。传统应用程序设计取决于两端的紧密互连，而 w e b 服务采用消息，服务之间仅通过接口联系。 ( 6 ) 应用到应用的交互。w e b 服务应用于分布式环境，若采用集中控制方式有 诸多弊端，应用到应用的交互可使服务更具可伸缩性。 2 1 2w e b 服务体系结构 w e b 服务体系结构5 l 如图2 1 所示，共有三种角色。服务提供者是服务的拥有 者，他可以发布自己的服务，并对别人发来的服务调用请求进行响应；提供者把自 己的服务发布到注册中心，在那里注册自己的服务，注册中心对已经发布的服务分 类并提供搜索查询服务；服务请求者到注册中心查询自己需要的服务，查到后向服 徐妍：基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组合研究 7 务提供者发送请求使用该服务服务提供者进行应答。请求和应答消息都封装成 s o a p 消息通过网络协议如h 兀p 传播。为了支持上述操作，需要一些标准协议。 服务提供者发布服务时，需要统一的格式对服务的功能、参数、路径等进行描述， 因此在w e b 服务体系结构中使用w s d i 广一种遵循x m l 格式的w e b 服务描述 文档。服务注册中心需要能够对服务分类、支持服务请求者的查找，所以采用 u d d i ( 通用描述和发现接口) 。此外，还有很多其他协议，如支持服务寻址的 w s a d d r e s s i n g 2 6 1 ，保护服务安全的w s s e c u r i t y t 2 7 1 、w s - t m s t l 2 引，复杂场景中支持 多方交互多组消息的w s c o o r d i n a t i o n 2 9 1 及支持服务组装的w s b p e l 、w s c d l 等。 绑定 图2 1w e b 服务体系结构 2 1 3 语义w e b 服务 随着语义w 曲【3 0 j 的发展，i n t e r n e t 上的资源能够以机器可读的格式表示出来， 这样w e b 信息可以被机器自动处理。在语义w e b 不仅可以对内容访问，同样也可 以对服务进行访问，用户和软件a g e n t 对w e b 服务的发现、调用、组合和监控能 够达到更高的自动化程度。因此在语义w r e b 中出现了语义w e b 服纠3 l 】。 为了实现语义w e b 服务，必须给w e b 服务添加语义信息，具体包括用于自动 服务发现的服务性质和能力的说明性描述，用于服务自动执行的说明性a p i ，用于 服务组合和互操作的服务前提和结果的说明性信息以及用于服务选择的用户偏好。 如今语义w e b 服务大多用o w l s 3 2 】描述。o w l s 是基于本体描述语言o w l 的 语义w e b 服务本体，它的顶层服务本体如图2 2 所示。 8 扬州大学硕士学位论文 图2 2o w l - s 的顶层服务本体 如图2 2 ，o w l s 中服务描述的信息有三种，s e r v i c e p r o f i l e 表示该服务能够做 什么，s e r v i c e g r o u n d i n g 表示如何访问该服务，描述访问服务的通信方式， s e r v i c e m o d e l 则用来描述该服务如何工作，交代和服务交互的细节。 2 2a g e n t 技术 2 2 1 a g e n t 简介 不同的学者对a g e n t 有不同的定义。目自 广为接受的一个定义是w o o l d r i g e 和 j e n n i n g s t 2 0 1 提出来的：a g e n t 是处在某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这 个环境中自主行动以实现其设计目标。 图2 3 是一个a g e n t 的抽象视图。a g e n t 接收从环境中感知的输入，并产生输 出动作作用于环境。这种交互常常是一个连续不断的过程。 传感器 输入 动作输出 图2 3a g e n t 与环境交互 a g e n t 之所以被广大学者研究，原因之一是其智能性。而什么样的a g e n t 是智 能的呢? w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 提出智能a g e n t 应具有以下特性【2 0 j ： ( 1 ) 反应性。智能a g e n t 可以感知它们的环境，并可以对环境发生的变化及 时做出反应以满足它们的设计目标。 ( 2 ) 预动性。智能a g e n t 通过主动发起可以表现出目标引导的行为，以满足它 们的设计目标可以主动发起一个动作。 徐妍：基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组合研究 9 ( 3 ) 社会行为能力。智能a g e n t 可以与其他a g e n t ( 也可能是人) 交互，以满 足它们的设计目标。 智能化和网络化的发展促成了a g e n t 技术的发展，a g e n t 作为一种软件中间 件，为解决异构网络环境下分布式应用软件的互连与互操作提供了种有效的解 决方案，它可屏蔽实现细节，提高应用系统的易移植性，对应用软件的开发和运 行提供更为直接和高效的支撑。使用a g e n t 来完成用户与w e b 服务之间的交 互，其优点在于： ( 1 ) 将w e b 服务的功能独立于w e b 服务间的交互协议和协同方式，有利于 w e b 服务功能体的实现； ( 2 ) a g e n t 将所代理的w e b 服务的功能体与外界隔离，能够有效地保障w e b 服务的功能体的安全。 2 2 2 多a g e n t 系统( m a s ) “三个臭皮匠，顶个诸葛亮。”智能活动在很大程度上是一种社会现象。单个 a g e n t 拥有的智能往往是有限的，要求单个a g e n t 完成多项任务或复杂任务是不现 实的，需要多个a g e n t 合作共同完成。a g e n t 为了共同的目标或各自的利益走到一 起，就形成了多a g e n t 系统( m u l t i - a g e n ts y s t e m ，m a s ) 。 多a g e n t 系统是指由多个a g e n t 组成的集合，这些a g e n t 成员之间相互协调， 相互服务，共同完成一个复杂的任务。一个成功的m a s 系统的整体问题求解能力应 大于单个a g e n t 能力的简单相加。m a s 的特征表现如下【3 3 j ： ( 1 ) 协作性：m a s 中a g e n t 可以相互协作，解决单个a g e n t 无法解决的问题。 ( 2 ) 并行性：a g e n t 可以异步并行活动，提高求解问题的效率和质量。 ( 3 ) 健壮性：由于有多个a g e n t 进行协调完成任务，因此不会因为单个a g e n t 失效或崩溃而导致整个系统瘫痪。 ( 4 ) 分布性：资源、数据等分别存在各个a g e n t 中，表达了系统描述问题的分 布性。 2 2 3a g e n t 组织 纯粹的m a s 存在交互的模式和结果具有不可预测性，难以预测系统的整体行 为，缺乏外部控制易产生安全问题以及缺乏现代软件工程的模块性等不足队3 卯。 1 0 扬州大学硕士学位论文 因此，提出了a g e n t 组织作为一种解决方案。 组织是角色的集合，角色之间有特定的关系，并且角色之间的交互是系统化的 制度化的。a g e n t 组织是一种结构和求解目标明确的、为求解同一类问题长期存在 的m a s 形式。基于a g e n t 组织的问题求解通常以角色为中心，有显式的组织结 构，组织中的a g e n t 有共同的利益和求解目标，a g e n t 组织的存在不依赖于具体的 问题，一个求解任务的完成不会使组织解体，a g e n t 组织可以重复用于同一类问题 的求解。 组织的形成可以是a g e n t 由于交互而形成的合作关系，也可以是根据问题求解 的要求预设的，无论是哪种情况，a g e n t 都要在组织中扮演一个或多个角色，并按 照角色的职责活动。由于交互而形成的组织通常没有明显的组织结构，而预先设计 的组织往往具有显式的结构，更符合人类社会的组织形式，已经被广为使用。本文 后文提到的组织模型中的组织是预先设计的。 学者已经提出了多种组织建模方法，常见的有： ( 1 ) a g r l 3 4 1 。a g r 分别是a g e n t 、g r o u p 和r o l e 的首字母，是一个基于 a g e n t 、小组和角色等概念的模型。小组由一类具有共同特征的a g e m 组成，是组 织对功能的划分。该方法首先根据系统的功能确定小组，然后对角色、角色之间的 关系建模，最后确定组织的动态方面。 ( 2 ) t r o p o s l 3 6 1 。t r o p o s 方法组织结构采用基于人类组织的一般结构。在需求分 析阶段定义组织模型，并详细设计角色、目标和依赖关系等。此方法为系统指定最 合适的结构和a g e n t 模型，但没有考虑社会规则。 ( 3 ) o p e r a l 3 7 1 。o p e r a 方法刻画的组织对角色、交互和社会规范也作了描述。 组织的动态方面通过社会模型和交互模型实现。社会模型通过合同对a g e m 进行角 色分配，交互模型描述了角色的行为。 ( 4 ) m o i s e + t 3 8 】。该方法通过结构、功能和义务三方面建模a g e n t 组织。结构 方面通过使用角色、小组和联接等概念定义a g e n t 之间的联系。功能方面描述了目 标如何通过规划进行分解并将任务分配给m a s 。义务方面则描述了对任务的职责 和义务等。 2 3p e t r i 网简介 p e t r i 网起源于1 9 6 2 年c a r la d a mp e t f i 的博士论文1 3 9 1 ，是一种可以用网状图形 徐妍：基于a g e n t 组织的自适应w e b 服务组合研究 1 1 表示的系统模型。p e t r i 网具有严密的数学基础和图形建模能力以及直观、易懂和 易用的优点，适合描述和分析系统中事件之间的因果、并发等，并能够预先验证和 模拟系统的性能。p e t r i 网诞生至