（计算机软件与理论专业论文）基于聚类分析的web服务管理.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 网络已经改变了人们的世界，并且正在产生更大的改变，现在人们越来越喜 欢去网络获取帮助，完成自己的任务。w e b 服务的出现提供了一种企业之间互相 自动的进行通讯的能力，使得网络应用为人们提供帮助的能力大大增强，网络应 用通过协调、组织、调用各个服务商提供的w 曲服务，可以很容易的为用户提 供更加强大的功能。很多情况下，按照流程组织各种w e b 服务，可以更好的满 足用户复杂的、个性化的需求，也可以更加有效的组织各个w e b 服务，发挥w 曲 服务的最大作用。但是在面向w e b 服务的互联网环境下，按照流程组织w 曲服 务，给原有的流程模式带来了新的挑战。 同时，随着i n t e m e t 的迅速发展，w r e b 服务与语义w 曲相结合产生了语义 w r e b 服务，w 曲服务技术得到了极大的普及，w - e b 上可获得的w 曲服务急剧增 多，这对于w e b 服务的管理提出了严峻的考验，如何更方便快捷的管理这些w e b 服务是面临的一大挑战。只有更好的实现w 曲服务的分类管理，才能更好的解 决w e b 服务的查找、组合等问题，更好的为用户提供服务。 如今，业界中普遍使用u d d i 作为w 曲服务注册中心，为w 曲服务提供者 和w 曲服务需求者提供注册、查找服务。但是，随着w 曲服务技术的发展，尤 其是语义w 曲服务的出现，u d d i 传统的以关键字和分类目录来查找w - e b 服务 的方法已经满足不了新的需求，查全率和查准率受到极大的挑战。 为此，本文提出了基于聚类分析的w 曲服务管理方法辅助进行w 曲服务的 管理，利用聚类分析的方法对注册的w 曲服务进行聚类处理，根据语义将功能 相同或相近的w 曲服务放在一起，通过对同一类的服务进行抽取、封装成为代 表该类w e b 服务的“元服务”，使用“元服务”用来更好的表示、组织w e b 服务， 辅助支持w 曲服务的注册、查找匹配等。它的基本原理是：基于语义w e b 服务， 借助于本体，使用聚类分析方法，辅助对特定领域的w e b 服务进行聚类分析。 将功能相同或相近的、b 服务划分在一起，进而对它们进行抽取，使用“元服 务 概念来描述这一类w e b 服务，使用这个“元服务”来辅助w e b 服务的注册、 查找等，达到对w 曲服务管理的目的。 根据基于聚类分析的w 曲服务管理原理，本文提出了c w s m a 山东大学硕士学位论文 ( c l u s t e r i n g b a s e dw e bs e r v i c e sm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e ) 框架，并将此框架应用于 智能流程平台i p v i t a ( 智能旅游平台) 中。口t a 平台是实现了智能流程模式的 旅游平台，能够根据用户的旅游需求，自动查找注册的w e b 服务，为用户提供 一个满意的旅游行程。这里面，c w s m a 使用基于聚类分析的w e b 服务管理， 为w e b 服务的注册和查找提高了效率和准确率。 关键词w e b 服务，聚类，智能流程 i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n t e m e th a sc h a n g e da n di sc h a n g i n go u rw o r l dh e r ea n dt h e r et o d a y i ni n t e m e t s a t u r a t e dw i t ha l lk i n d sw e bs e r v i c e s ，a p p l i c a t i o n ss u c ha sw e bs i t e si sp o w e r f u lm u c hm o r et h a n b e f o r et op e r f o r mv a r i o u sk i n d so ft a s k sa n dp r o v i d es a t i s f i e ds e r v i c e sf o ru s e r s i ns e r v i c e o r i e n t e di n t e r n e te n v i r o n m e n t sh o wt oc o o r d i n a t ea l lk i n d so fw e bs e r v i c e st oc o o p e r a t ew i t he a c h o t h e ri sf a c i n gn e wc h a l l e n g e sd i f f e r e n tf r o m w h a tt r a d i t i o n a lw o r k f l o wt e c h n o l o g yp e r f o r m s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，s e m a n t i cw e bs e r v i c ec o m e su p 谢t l lt h e c o m b i n a t i o no fw e bs e r v i c ea n ds e m a n t i cw e b a n dt h e r ea r eal a r g en u m b e ro fw e b s e r v i c e sa n ds e m a n t i cw e bs e r v i c e so nt h ew e ba v a i l a b l e i ti sac h a l l e n g ef o r m a n a g e m e n to fw e bs e r v i c e s n o w a d a y s ，u d d ii sac o m m o nw a yt om a n a g ew e bs e r v i c e sf o rs u p p o r t i n g p u b l i s h i n g ，f i n d i n gf u n c t i o n a l i t y 谢t ht h e k e y w o r ds e a r c h i n g a n ds t a n d a r d c l a s s i f i c a t i o n i ti sn o tf i tf o rt h er e c a l la n dp r e c i s i o no fw e bs e r v i c e s 、i mt h e d e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c e s s ow ep r o p o s ea nc l u s t e r i n g - b a s e dw e bs e r v i c em a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r ef o r s u p p o r t i n gt h ew e bs e r v i c em a n a g e m e n t b a s e do nt h eo n t o l o g yv o c a b u l a r ya n dw e b s e r v i c es i m i l a r i t yc o m p u t i n gm e t h o d , t h ea r c h i t e c t u r eu s e st h ec l u s t e r i n gm e t h o dt o g r o u pt h er e g i s t e r e dw e bs e r v i c e sa c c o r d i n gt ot h e i rf u n c t i o n a l i t y , e x t r a c t st h ew e b s e r v i c e si nt h es a m eg r o u pa n de n c a p s u l a t e sa a b s t r a c tw e bs e r v i c e t os t a n df o rt h e w e bs e r v i c e s t h ea r c h i t e c t u r eu s e st h e “a b s t r a c tw e bs e r v i c e t os u p p o r tw e bs e r v i c e s r e g i s t e ra n dd i s c o v e r y b a s e do nt h ea b o v e ，t h ep a p e rp r o p o s e sc w s m a ( c l u s t e r i n g b a s e dw e bs e r v i c e m a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e ) ，a n da p p l i e st h ea r c h i t e c t u r ei nt h ei p v i t ap l a t f o r m ，w h i c h i sb a s e do nt h es m a r t f l o wp a t t e m i p v i t ad i s c o v e r sw e bs e r v i c e sr e g i s t e r e di nt h e p l a t f o r ma n dm a k e sas a t i s f a c t o r yt r a v e lp l a nf o rt h eu s e r sa c c o r d i n gt ot h e i r r e q u i r e m e n t sa n dt h es m a r tf l o wt e c h n o l o g y i nh e r e ，i p v i t au s e st h ec w s m a t og i v e ab e t t e rp e r f o r m a n c eo nw e bs e r v i c e sr e c a l la n dp r e c i s i o n k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e , c l u s t e r i n g , s m a r t f l o w i i i 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 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、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，随着电子商务的迅速崛起，w 曲应用从局部化发展到全球化，从 b 2 c ( b u s i n e s s t o c u s t o m e r ) 发展到b 2 b ( b u s i n e s s t o b u s i n e s s ) ，从集中式发展 到分布式。w e b 服务 1 ，2 1 作为一种新兴的w e b 应用模式，是一个崭新的分布式 计算模型，是w 幽上数据和信息集成的有效机制。从电子商务应用领域来看， 复杂的应用连接的程序代码造成了电子商务应用的高维护代价和更新代价，而 w 曲服务正好能够解决这一问题，成为目前应用环境中最为合理的解决方案。从 w e b 服务中的支持技术来看，很多关键问题有待解决，具有广阔的研究空间，但 同时也存在很多挑战。 随着i n t e m e t 的迅速发展，w e b 服务【1 ，2 1 与语义w e b 相结合产生了语义w e b 服务，w e b 服务技术得到了极大的普及，w e b 上可获得的w e b 服务急剧增多， 这对于w e b 服务的管理提出了严峻的考验，如何更方便快捷的管理这些w e b 服 务是面临的一大挑战。只有更好的实现w e b 服务的分类管理，才能更好的解决 w e b 服务的匹配、组合等问题。如今，业界中普遍使用u d d i 3 ，4 ，5 1 作为w e b 服 务注册中心，为w 曲服务提供者和w e b 服务需求者提供注册、查找服务。但是， 随着w e b 服务技术的发展，尤其是语义w e b 服务的出现，u d d i 传统的以关键 字和分类标准来查找w e b 服务的方法已经满足不了新的需求，查全率和查准率 受到极大的挑战。 w 曲服务的出现为互联网应用提供了一个难得的机遇。网络应用通过协调、 组织、调用各个服务商提供的w e b 服务，可以很容易的为用户提供更加强大的 功能。但是组织这些w e b 服务不是简单的罗列各种w e b 服务，由于各个w e b 服 务之间存在着必然的联系，同时相似功能的w e b 服务之间还存在着竞争，因此 通常情况下，需要精- t l , 组织各种w e b 服务之间的调用关系。很多复杂情况下， 为了满足用户复杂的、个性化的需求，同时也为了更加有效的组织各个w e b 服 务，网络应用还需要按照流程组织各种w 曲服务，才能更好的满足用户的需要， 发挥w e b 服务的最大作用。在这种面向服务的互联网环境下，现有的流程管理 山东大学硕士学位论文 模式并不能很好的胜任这个任务，面临着巨大的挑战。 文献【6 】提出了一种智能流程模式，这是一种新型的流程模式，它适合面向 服务的互联网环境，可以满足用户的个性化需求，借助流程技术，提供智能化的 服务。通过智能流程模式，可以根据用户的个性化需求，从服务注册中心中选择 合适的w e b 服务，借助流程技术，将各个w e b 服务组织起来为用户提供满足用 户需求的智能化的服务。这里，如何管理、组织服务注册中心中的w e b 服务变 成了一个研究重点。 1 2 研究现状 w e b 服务技术出现最初，服务注册和服务发现就是w e b 服务技术不可缺少 的部分，在w e b 服务出现的最初阶段，服务注册中心的概念就被提了出来【7 ，8 】， 它的作用是按照某种统一的格式存放服务注册信息，并提供面向网络的修改、删 除和查找功能。通过服务注册中心，服务使用者可以查找到自己需要的服务，并 通过合适的方式调用它。为用户找到满意的w e b 服务通常成为服务发现，这一 直是w e b 服务领域的热点研究之一，每年的w e b 服务国际会议i c w s ( i n t e m a t i o n a lc o n f e r e n c eo nw 曲s e r v i c e s ) 上，都有专门的主题讨论服务注册与 发现，其中大多数的服务发现都是基于服务注册中心的。 w e b 服务技术出现之初，基于统一描述、发现和集成协议( u n i v e r s a l d 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 ，简称u d d i ) 【3 , 4 ，5 】的注册中心就应运而 生。u d d i 是一个跨产业、跨平台的开放性架构，可以帮助服务提供商在i n t e m e t 上公布自己的w 曲服务。具体来说，u d d i 是一套基于w 曲的、分布式的、为 w e b 服务提供的信息注册中心的实现标准规范，同时也包含一组使企业能将自 身提供的w e b 服务注册以使得别的企业能够发现的访问协议的实现标准。u d d i 定义了四种主要的信息类型，它们是：商业实体信息( b u s i n e s s e n t i t y 结构) 、服务 信。皂, ( b u s i n e s s s e r v i c e 结构) 、绑定信息( b i n d i n g t e m p l a t e 结构) 和技术规范信息 ( t m o d e l 结构) ，这四种信息之间存在着层次关系。 2 山东大学硕士学位论文 图表1 1u d d i 协议的数据结构 基于u d d i 注册中心的服务发现，基本思想是根据服务的描述信息 ( b u s i n e s s e n t i t y 和b u s i n e s s s e r v i c e ) 找到与用户需求吻合的w e b 服务，然后使用 服务的技术信息( b i n d i n g t e m p l a t e 和t m o d e l ) 调用服务。很多研究都致力于提 高u d d i 注册中心的查找速度，文献【9 】使用复制策略( r e p l i c a t i o ns t r a t e g i e s ) 介 绍了一种基于u d d i 的快速比较算法；文献 1 0 贝j j 提出了一种外部匹配的u d d i 快速查找算法，用户快速查找服务； 文献 1 1 】提出了基于u d d i 注册中心一种 的e b x m l 架构，用户解决当前b 2 b 模式中业务伙伴合作问题；文献 1 2 贝3 j 介绍 了一种使用u d d i 注册中心解决b 2 b 模式中业务集成的方法。 但是问题很快出现：相对于服务的技术信息，u d d i 注册中心中服务的描述 信息过于单薄，因此很难找到符合需求的服务，很多情况用户只能利用服务名和 服务商进行关键字匹配，来查找服务，这样的服务发现显然很难满足用户需求， 这也是最初u d d i 的研究盛极一时，却并未取得满意效果的主要原因。 随着本体技术的兴起，利用本体对u d d i 进行扩充的研究逐渐转热。利用本 体，为服务注册信息扩充语义，这样就可大大增加服务的描述能力。文献 1 3 ，1 4 】 描述了结合了w 曲服务语义的u d d i 注册中心框架，提高注册中心的性能；文 献 1 5 】则利用语义技术提出了一种增加了上下文敏感特征的w e b 服务描述方法； 文献【1 6 】介绍了一种利用语义技术提高u d d i 注册中心中w e b 服务发现能力的方 法；文献 1 7 1 贝j j 介绍了一种使用语义标记处理u d d i 注册中心中的查询方法；文 献 1 8 】更进一步的提出了使用分类发提高u d d i 注册中心中的语义查找效率的方 法。这样的扩充既可以针对服务描述信息，也可以针对服务技术信息，后者更常 3 山东大学硕士学位论文 见于服务组合的研究。对为服务注册信息扩充语义后，u d d i 注册中心的效果大 大加强。 同时，一个更加彻底的改进方案也逐渐清晰：使用本体技术，为w e b 服务 建立本体( d a m l s ，后来扩充为) ，并将其作为服务注册信息，建立服务注册 中心，这种方案称为d a m l s 19 ，2 0 或o w l - s 21 ，2 2 注册中心方案。 o w l s 是用来描述服务的高层本体语言，包含一整套本体，提供描述w e b 服务的词汇表，描述服务的语义，并能根据服务的要求和效果进行推理。整个 o w l s 的结构如图1 2 。s e r c e 类是对一个声明了的w e b 服务的结构化的引 用点，每个s e r v i c e 实例将对应一个发布的服务。而p r e s e n t s 、d e s c r i b e d b y 和 s u p p o r t s 作为s e r v i c e 类的三个属性，分别将值域映射到上面的 s e r v i c e p r o f i l e 、s e r c e m o d e l 署口s e r c e g r o u n d i n g 。s e r v i c e p r o f i l e 告诉我们“服务做了什么”，s e r v i c e m o d e l 告诉我们“服务是怎么工作 的”s e r v i c e g r o u n d i n g 告诉我们“如何访问服务”。 h o wt t w o r k s 图1 - 2o w l 语言的组成 o w l s 注册中心在很多原型系统中已经实现，它无疑比u d d i 具有更强的 能力。但是u d d i 注册中心出现多年，并且得到很多软件厂商的支持，因此将 o w l s 和u d d i 结合的研究，也是服务注册与发现中的热点。文献 2 3 1 展望了从 w s d l 到d a m l s ，为w e b 服务带来的新机遇；文献【2 4 】介绍了一个借助 d a m l s ，在u d d i 注册中心中实现语义查找的有效算法；文献 2 5 1 介绍了在 u d d i o w l s 注册中心中，实现服务查找和动态调用的方法；文献【2 6 】综述了为 4 山东大学硕士学位论文 服务建立本体的总体思路；文献 2 7 ，2 8 分别介绍了使用o w l s 注册中心中的两 个应用实例；文献 2 9 】介绍了一个在o w l s 注册中心中，实现服务匹配的新方 法。这些研究普遍认为，u d d i 的主要问题在于它并没有提供像o w l s 中p r o f i l e 的能力表示语言，o w l s 与u d d i 之间是互补的关系：u d d i 实际是业内标准， o w l s 提供了c a p a b i l i t y 匹配所需的信息：集成的o w l s u d d i 提供了u d d i 所提供的所有功能并使用了相同的a p i ，因而u d d i 可以和它交互来获得可用 w 曲服务的信息，同时它也支持o w l s 中的能力匹配。 然而，无论是u d d i ，0 w l s 还是o w l s 肥d d i 在现实中均未能达到设想 的效果，因此多数服务并不在这些注册中心中注册，用户也并不通过注册中心查 找服务。为了解决这个问题，文献 3 0 】介绍了一种面向领域的注册策略。g o o g l e 3 1 】 等甚至提供了一个更为简单可靠的方法：通过为用户提供j a v a 的a p i 帮助用户 调用g o o g l e 搜索服务。这种方法违背了w e b 服务设计的初衷，同时也反映出各 种注册中心存在的问题。 1 3 论文主要研究内容 w e b 服务的出现为互联网应用提供了一个难得的机遇。网络应用可以通过协 调、组织、调用各个服务商提供的w e b 服务，可以很容易的为人们提供更加强 大的功能。于是，如何组织、管理这些w 曲服务便成了一个重要的问题。u d d i 等实现了w 曲服务注册、发布等，但是随着w 曲服务的迅速发展，迫切需要新 的w 曲服务管理方法。 随着语义w e b 服务的出现，为了能够适应w e b 服务技术的发展，满足用户 的需求，论文探讨了一种新的w 曲服务管理模式，在本文中，这是一种集中式 的w e b 服务管理模式。该模式的目的是将w e b 服务根据它们之间的语义相似度、 功能相似度进行聚类分析，抽取并封装成代表该类w 曲服务的一类“元服务”， 用来标志该类服务。之后，对于新注册的w 曲服务，可以根据其与各个“元服 务”的比较快速、合理的添加入该类服务；对于w e b 服务的查找，由于“元服 务”的出现提高了查准率和查全率：对于w e b 服务的绑定，由于有了“元服务” 这一统一接口，可以对用户屏蔽具体的映射过程。 论文主要研究内容： 山东大学硕士学位论文 1 利用注册的w e b 服务，按照语义功能将各个w e b 服务进行聚类分析； 2 针对分类的w - e b 服务，进行抽取封装操作，以得到代表该类服务的元w e b 服务，得到对该类w 曲服务的一个整体认识，支持对w 曲服务的分类管理。 1 4 本文结构 第一章绪论 首先阐述课题研究的背景，介绍了目前w 曲服务管理采用的方法，分析了 目前w - e b 服务管理存在的问题，最后给出了本文的主要工作和论文结构。 第二章智能流程模式 本章介绍了基于聚类分析的w e b 服务分类管理的应用背景s m a r t f l o w 模式。 本章从总体上详细介绍了s m a r t f l o w 模式，给出了s m a r t f l o w 总体模型，详细描 述了模型中各个功能模块的关系，以及s m a r t f l o w 模型的总体运行情况。 第三章基于聚类分析的w e b 服务管理架构 本章介绍了基于聚类分析的w 曲服务管理方法的原理，框架。 第四章w e b 服务的聚类分析方法 本章介绍了聚类分析方法，并介绍了w 曲服务管理架构使用的聚类方法。 第五章基于聚类分析的w - e b 服务管理 本章主要介绍了基于聚类分析的w 曲服务管理框架的功能，并介绍了其中 w e b 服务查找中存在的问题，并分析了两种对应的解决方案。 第六章总结和展望 本章总结了本文的主要工作，并对未来的研究内容提出了展望。 1 5 本章小结 本章介绍了w e b 服务管理的研究背景，给出了当前w e b 服务管理的研究现 状，详细描述了课题研究的主要内容，清晰的列出本文结构。 6 山东大学硕士学位论文 第2 章智能流程模式 网络已经改变了人们的世界，并且正在产生更大的改变，现在人们越来越喜 欢去网络获取帮助，完成自己的任务。w 曲服务的出现提供了一种企业之间互相 自动的进行通讯的能力，使得网络应用为人们提供帮助的能力大大增强，网络应 用通过协调、组织、调用各个服务商提供的w r e b 服务，可以很容易的为用户提 供更加强大的功能。很多情况下，按照流程组织各种w 曲服务，可以更好的满 足用户复杂的、个性化的需求，也可以更加有效的组织各个w 曲服务，发挥w - e b 服务的最大作用。但是在面向w e b 服务的互联网环境下，按照流程组织w 曲服 务，给原有的流程模式带来了新的挑战。 2 1s m a r t f l o w 模式 s m a r f f l o w 模式是一种新型的流程模式，它适合面向服务的互联网环境，可以满 足用户的个性化需求，借助流程技术，提供智能化的服务。s m a r t f l o w 模式是一 种更加灵活、更加智能、更加敏捷的新型流程模式。它同w o r k f l o w 模式一样， 都是一种计算机支持的流程管理模式，但是它又与w o r k f l o w 模式有许多不同之 处。下表详细列出了这两种流程模式的不同之处。 s m a r t f l o w 模式w o r l d l o w 模式 流 没有流程设计阶段，只有执行阶段每个流程都分为设计阶段和执行阶段 程 以基于概率的自适应模型作为理论基础，强以岍n e t 作为严格的理论基础，强调流 生 调生成流程与用户需求的符合程度程的正确性 成 流程根据用户需求自动生成 流程模型由专家或用户事先定制 阶 根据不同用户需求，流程多变，生成依据的流程相对固定，修改代价非常大 段 修改代价很小 有专门的交互工具获取用户的个性化需求流程需求的获取主要依靠人的交流 流程生成的依据经常需要调整流程模型较少根据实际情况改变 流程不要求非常严格，基本满足需求即可流程非常严格，必须严格符合需求 为每个用户提供个性化流程一个流程为众多用户服务 7 山东大学硕士学位论文 流流程执行的智能化要求很高流程执行过程中并不强调智能化 程 流程相对比较简单流程一般比较复杂 执 流程实例运行时间短流程实例运行时间长 行 流程生命周期短 流程生命周期很长 阶 流程模型执行完毕后就被抛弃流程模型长久有效 段 每个自动生成的流程中只有一个实例 一个流程模型中有多个流程实例 流程实例的失败处理较为简单流程实例的失败处理复杂 流程需要调用的w e b 服务非常多，之间关流程需要调用的外部应用较少，互相之 系复杂，竞争激烈间关系简单，较少有竞争关系 流程对于用户透明，用户只能感觉到最终的流程对于企业或用户清晰可见 服务 表2 1s m a r t f l o w 模式& w o r k f l o w 模式 从上表可以看出，s m a r t f l o w 模式是一种更加灵活、更加智能、更加敏捷的 新型流程模式。这种新的流程模式使计算机支持的流程管理技术融合在人们的生 活中，成为人们正常生活的一部分，让人们体会不到它的存在，追求一种“去流 程化。这种新的流程模式还更加智能和友好，人们在这种流程模式下，可以享 受到更加人性化的服务。在使用s m a r t f l o w 模式的网络应用中，即使是首次接触 的新手，也能获得满意的服务，这正是用户和网络应用共同追求的梦想。 为了让人们对于s m a r t f l o w 模式有更加直观的认识，我们举出一个理想中的 使用s m a r t f l o w 模式的网上旅行社的场景，这个场景也是s m a r t f l o w 模式追求的 理想目标。本文做出的各种努力，就是为了实现或是接近这个目标。 s i m o n 是一个旅游迷，酷爱周游世界各地，但是这次他要去澳大利亚墨尔本， 目睹谁将在2 0 0 7 澳大利亚网球公开赛上挑战罗杰费得勒。s i m o n 从没去过澳 大利亚，所以他准备去一个网上的智能虚拟旅行社寻求帮助。s i m o n 是这个网站 的常客，登陆网站后，智能旅行社的登陆服务根据s i m o n 的d 知道一些s i m o n 的个人信息，例如身份、旅游经历等等，知道s i m o n 最喜欢各地观光，这些信 息对于网站进行后面的处理很重要。 现在s i m o n 开始同智能旅行社的虚拟专家( 友好交互工具) 交谈，s i m o n 告 诉专家他要去墨尔本观看2 0 0 7 澳网。而专家知道s i m o n 收入不错，并且酷爱周 8 山东大学硕士学位论文 游各地。专家根据各类服务( 机票、酒店、景点介绍、a t p 球票预定等) 的特点， 调用流程生成模块为s i m o n 首先生成一个元流程。 ( 1 ) 首先，调用a t p 球票预定服务预定s i m o n 喜欢的场次的球票。 ( 2 ) 根据比赛场次的安排，预定机票和酒店，鉴于s i m o n 的高收入，不必 关心机票和酒店之间的关系，二者可以并发进行。 ( 3 ) 景点导游服务被推荐，在比赛的间隙，既然间隙这么大，并且s i m o n 又喜欢这样。 ( 4 ) 每场比赛之前，球迷购物服务被循环的触发，但是由于费得勒的球迷 众多，能否买到所需装备不能保证。 ( 5 ) 下注服务在每场比赛前夜被调用，如果s i m o n 喜欢比赛之前打个赌， 猜猜谁能获胜的话。 然后服务发现模块为元流程找到合适的服务，展示模块通过模拟执行为 s i m o n 显示详细的日程安排。s i m o n 很满意，它既能看比赛又能游玩，而且花费 并不太多。s i m o n 剩下要做的就是回家等待了，流程执行模块开始执行流程，并 且随时提醒s i m o n 下一步将要做好什么准备，例如下面谁在提供服务，需要作 什么准备，是否对提供的服务满意等等。最终旅游完美的结束了，而虚拟旅行社 的又一个任务完成了，又有新的收入进帐了1 9 山东大学硕士学位论文 2 2s m a r t f l o w 整体模型 专家 服务挝供旖 s m a r t f l o w 整体结构 流程生成模块 霹 骏苏磊如蠡眦础黜蟛娩荔荔缀蠡斌貉缸赫：胁赋矗鳓疏澎赫；g g 溯 霾嚣畔镳 搿* ； 嘲 由曲亡 h照劳溯黝移墨 缀 ；赫赫赫! 赫：瓣鬟 9 _ 口日g 日z 女 翳黟缈” 雾徽势缓瓣糗橇键 7 、 象秀 缓搿搿獬骡够粥辫5 绣缀 缓7 黪缀瓣黪黪麓貉鼋专 ，镶糍撇秀 爹。，二o7 ，l 丑森 图 e = 令静；，一鬓b 蟋专 缓缀势溯鬻魄壤 鹈瑰磊蕊彩氍溉斑癌疲磊燃 、- _ _ ， 服务注册中心流程执行模块 图2 2s m a r t f l o w 整体结构 如同工作流管理联盟w f m c 定义了w o r k f l o w 参考模型 3 2 】一样，本文也 定义了s m a r t f l o w 整体模型。s m a r t f l o w 整体模型按照功能分为几个部分，各个 部分又分为几个子功能模块。如图2 2 所示，整个平台分为四部分，知识管理工 具、业务流程生成器、服务注册中心和流程执行器。 2 2 1 知识管理工具 知识管理工具的作用是通过简洁的界面和方便的操作，对平台所需要的智能 基础领域本体和领域规则进行管理，其中最重要的是对元服务的管理。平台 其他三个模块都需要得到本体和规则尤其是元服务的支持，因此平台必须要有一 个好的知识管理工具。该模块包括两个组成部分：本体管理工具和规则定义工具。 本体管理工具：本体管理工具的作用是提供方便的、人性化的界面，供领域 专家定义和修改领域本体。领域本体是由领域专家定义的，它描述了不同领域中 的各个概念，以及概念之间的关系、概念之间存在的规则等。一般的领域本体应 该是整个模型之外的外部本体，如地理信息本体、交通信息本体等，但是仍有部 分本体需要在整体模型之内设计，如元服务和某些暂时没有合适的外部本体，而 1 0 山东大学硕士学位论文 s m a r t f l o w 模型又非常需要的领域本体等。设计好的本体存放在本体库中，本体 管理工具还可以根据对整体模型运行情况的监控结果，提示专家调整本体。 规则定义工具：规则是平台其他部分的智能基础，如流程生成依据、全局匹 配依据，服务选择标准等等。规则定义工具的作用就是为专家提供方便的工具， 定义和修改规则。规则定义工具还应该提供检查规则合法性和正确性的功能。需 要注意的是，本模型中的规则并非都是传统意义上的一阶逻辑规则，除此之外还 有很多非一阶逻辑的、非传统形式的规则。 2 2 2 业务流程生成器 、 业务流程生成器的功能是将用户的需求规范化并进行分析，然后根据规范的 需求自动生成业务流程。业务流程生成器由三部分组成，用户界面生成模块、元 流程生成模块和业务流程生成模块。 用户界面生成模块：用户界面生成模块的作用是根据服务本体元服务， 自动生成用户界面，与用户交互获取需求。用户界面借助语义技术等，可以友好 的同用户交互，并且将交互结果规范化并进行分析，作为流程生成和服务匹配的 依据。规范化的需求中既包括确定的要求，也包括扩展的要求。例如对旅游的要 求既包括目的地、可以承受的花销、旅游时间的长短等确定要求，也包括温暖湿 润、刺激度高等附加的要求。 元流程生成模块：元流程生成模块的作用是根据规范化的用户需求，结合事 先定义好的流程生成规则，自动生成一个抽象的流程元流程。元流程是一个 抽象的流程，在元流程中，明确定义了流程的控制顺序，但是并未将每个任务节 点与相应的服务一一对应起来，而只是在每个任务节点上附加了对完成该任务的 服务的要求，所以说这是一个抽象的流程。元流程生成模块是i p v i t a 的核心模块 之一，元流程的生成方法也是本文的一大创新。 业务流程生成模块：业务流程生成模块的功能是将元流程转变为可以在通用 流程引擎中执行的业务流程。业务流程生成模块从元流程的节点获取到对具体服 务的需求信息，然后调用服务发现模块，在服务注册中心查找到与需求信息匹配 的服务，作为候选服务，最后根据一个服务选择算法，选出最合适的若干候选服 务，供用户选择。选择算法，除了选择局部最优的服务之外，还在全流程的观点 为整个流程找到最合适的服务集合。 山东大学硕士学位论文 2 2 3 服务注册中心 服务注册中心的作用是管理服务提供商提交的服务注册信息，并提供对注册 信息的查找、建立、修改、删除等功能。服务注册中心由三部分组成：服务注册 模块、服务发现模块和服务评估模块。 服务注册模块：服务注册模块的作用是根据元服务，自动生成服务注册界面， 由服务提供商填写，用于注册他们的服务。服务注册信息应该包括两部分，服务 描述信息和服务实现信息。服务描述信息包括服务详细的描述，用于服务的查找； 服务实现信息描述服务的调用方法，用于自动调用该服务，其作用类似于u d d i 中的w s d l 。服务注册信息存放在服务注册库中。服务注册模块还提供了服务注 册信息的修改、删除等功能。 服务发现模块：服务发现模块的功能是为元流程中的任务节点匹配满足要求 的服务，其中元流程是由元流程生成模块生成的。元流程中每个任务节点只对该 节点需要的服务进行了描述，服务发现模块的任务根据这些描述，在服务注册库 中查找满足条件的服务。 服务发现模块将需求描述树中的服务需求和服务注册库中的服务描述进行 匹配，如果匹配成功，那么该服务即为候选服务。如何进行匹配是服务发现模块 的难点，因为用户需求和注册信息是由不同组织提出的，所以匹配通常情况下不 是确定信息的匹配。服务匹配还要在领域本体的支持下，进行必要的推理才能成 功。例如虚拟流程中需要一个可以订到去北京的机票的订票服务，但是服务注册 中心中注册的某个订票服务可能只表明它可以预定“所有国内城市 的机票，服 务发现模块必须清楚“北京是国内城市”这一事实，才能不错过这个服务。当有 多个服务均为候选服务时，服务发现模块还应该按照一定的策略选择其中几个服 务，服务评估模块的评估结果就是选择标准之一。 服务评估模块：服务评估模块的功能是根据业务流程的运行情况对服务进行 评估，评估的结果作为注册信息的一部分追加到服务注册信息中。 由于竞争的加剧，通常存在多个同类的服务均能满足用户需求，但是各个服 务的服务质量( q o s ) 却不相同。同时由于网络条件的限制，w e b 服务存在很大 的不确定性；而且服务提供商提供的服务的描述，可能跟实际的服务存在出入； 更严重的是还可能存在欺骗性的服务。因此我们需要建立服务评估机制，评估服 1 2 山东大学硕士学位论文 务的质量，作为选择服务的一个标准。本文的服务评估，更加注重对功能性指标 的评价。服务评估模块还跟据s m a r t f l o w 模型的日志信息建立s m a r t f l o w 评价数 据仓库，将历史的日志信息抽取转换后，加载到数据仓库中去。并且提出了一种 适合数据仓库技术的服务评估模型，根据o l a p 的结果对服务进行评估。 2 2 4 流程执行模块 流程执行模块的功能是执行自动生成的业务流程，并使执行过程尽可能友 好。流程执行模块由两部分组成：业务流程展示模块和流程引擎。 业务流程展示模块：业务流程执行之前，预先将模拟的执行结果展示给用户， 这样执行过程对于用户来说更加友好，也更加尊重用户的选择权，更加人性化。 业务流程展示模块的作用就是以合适的形式，展示模拟的流程执行结果。 流程引擎：流程引擎负责执行匹配了具体的服务之后的业务流程，流程引擎 可以调用任何的通用引擎，执行业务过程。流程引擎还要负责不同引擎之间业务 流程格式的转换。 2 3s m a r t f l o w 模型的整体运行 上节详细介绍了s m a r t f l o w 模型的各个组成部分，以及各个功能模块的功能。 本节结合s m a r t f l o w 模型的运行情况，介绍各个功能模块之间的关系，也从整体 上阐明使用s m a r t f l o w 模式的应用的整体运行过程，使读者对s m a r t f l o w 模式有 一个更加直观的认识。s m a r t f l o w 模型的整体运行过程如图2 3 所示。 山东大学硕士学位论文 1 。f 、 广_ 一0 = 二， 辩髯 图2 3s m a r t f l o w 模型的整体运行 2 3 1 领域专家定义本体和规则 首先，领域的专家在软件专家的配合下使用本体定义工具定义必须的领域 本体，使用规则定义工具定义规则。专家还会根据实际的运行情况，调整本体 和规则。旅游专家定义的本体中，最主要的部分就是元服务本体及其规则。 2 3 2 服务提供商注册自己的服务 服务注册模块根据元服务为每种服务生成不同的注册界面，交由服务提供 商填写。服务注册界面根据元服务自动生成，并随着元服务的改变自动改变。注 册界面以合适的交互形式列出了此类服务的各个属性，由服务商填写对各个属性 的承诺；除了填写元服务本体中固有的属性，服务注册模板还允许服务商写出自 己服务的特色。服务的注册信息就像是服务的广告，服务商填写的越详细，被选 中的几率就越大。填写完毕的服务注册信息，存放到服务注册中心。 需要特别注意的是，有些服务的属性不是通过服务商填写的，而是通过服务 评估系统根据服务的运行情况评估得到的。这些属性作为每个服务的质量得分， 1 4 山东大学硕士学位论文 会影响到服务的选择。服务提供商也可以通过注册中心分析自己的服务的使用情 况，调整自己的注册信息。 2 3 3 根据用户提出的需求生成业务流程 同样根据元服务，用户界面生成器自动生成用户界面。用户界面包含对该 类服务的要求，其中既包括基本需求，又包括扩展需求。基本需求是对服务固有 属性的要求，对应元服务本体中的属性；扩展需求则是游客对服务的个性要求， 是顾客更加感兴趣但是又不一定必须满足的需求。用户界面以合适的方式展现给 用户，通过与用户交互得到用户需求，用户需求经过规范和分析，形成形式化的 用户需求。 元流程生成器根据形式化的用户需求，在生成规则的支持下，生成元流程。 元流程是由虚拟服务组成的，是业务流程的雏形。但是需要注意的是，元流程中 的虚拟服务与实际的服务并不是一一对应的关系。 元流程生成完毕之后，业务流程生成器为流程中的虚拟服务匹配真实的服 务，形成真正的业务流程。元流程生成器取出任务节点的服务描述，送至服务发 现模块，由服务发现模块在服务注册中心里查找到若干合适的服务，组成多条 业务流程，供用户选择。 2 3 4 用户选择满意的流程交由流程引擎执行 业务流程展示器将选择出的多个业务流程以合适的形式交由用户选择，例如 旅游流程用旅游行程展示就较为合适。用户根据自己的标准选择了一条合适的业 务流程之后，交由流程执行引擎来执行。 在执行过程中，服务评估模块根据服务的运行情况进行评估，将评估结果 服务能量( e o s ) 追