（计算机科学与技术专业论文）web服务组合中的特征交互问题动态检测方法研究.pdf

摘要 特征交互问题源于电信领域。电信系统为不断满足用户需求而不断开发和配置新的 增值服务的同时，由于需求冲突、资源竞争、基础设施不足等原因可能导致这些增值服 务之间发生非预期的交互。这种非预期的交互往往导致用户的请求无法满足甚至得到错 误的处理，此即所谓特征交互( f e a t u r ei n t e r a c t i o n ) 问题。特征交互问题目前已成为电 信系统增加新型服务和提高服务质量最严重的障碍之一。w e b 服务体现了一种适合 i n t e m e t 的新型体系风格面向服务的体系风格，由于这种风格与电信系统有许多类 似之处，随着w e b 服务的快速发展，w e b 服务组合中的特征交互问题也将日益显著。与 电信系统类似，由于用户需求的不断增长，新的w e b 服务不断加载到网络中，使其数 量飞速增加；同时，出于市场竞争的压力，成千上万的w e b 服务提供商不断开发新的 服务且仅关注自己所提供的服务。因此，w e b 服务采用各自独立、增量式的模式下进行 开发。由于需求的不完全和不一致、假设冲突、设计不当、实现失当和测试不足等原因， 在w e b 服务组合过程中很容易出现特征交互问题。特征交互的出现将影响w e b 服务各 自不同的服务正常行为，可能导致服务降级，功能损失，甚至系统崩溃等严重后果，长 期下去将影响服务用户对服务质量的信任。随着服务数量的增加，服务和服务之间的组 合呈指数级增长。特征交互问题已经成为如何有效的开发和利用新服务尤其是组合服务 的最主要障碍。w e b 服务已经呈现出比现有电信系统服务更为多样和复杂的交互模式， w e b 服务中的特征交互问题带来的不良后果及解决难度极可能远甚于电信领域。因此， 必须研究w e b 服务组合中的特征交互检测技术。 w e b 服务具有分布性和开放性，不同的w e b 服务拥有不同的开发商，因为商业机 密的原因w e b 服务内部逻辑难以获得；同时w e b 服务更具多样性和个性化，w e b 服务 组合过程中的特征交互问题往往表现为服务副功能( 服务的副效应) 的冲突，且常常在 服务的运行过程中才表现出来。因此，对于动态w e b 服务组合过程中的特征交互问题 的检测，必须研究动态的检测方法即在线检测技术。本文旨在研究动态w e b 服务组合 环境中服务之间的特征交互问题的动态检测技术，通过研究不同w e b 服务之间交互的 内在机制，在利用o w l s 技术充分挖掘服务语义信息的基础上，提出一种利用情景演 算的思想来检测动态w e b 服务组合中产生的特征交互的在线检测方法。 关键词：特征交互，w e b 服务组合，动态检测，o w l s ，情景演算 r e s e a r c ho n ”台bs e r v i c e sf e a t u r ei n t e r a c t i 0 1 1d e t e c t i o nm e t h o d y uw e n g o n g ( c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yx uj i u y u n a b s t r a c t f e a t u r ei n t e r a c t i o no r i g i n a t e sf r o mt h ea l g ao ft e l e c o m m u n i c a t i o n i no r d e rt os a t i s f yt h e w a n t so fc o n s u m e r s ，t h es y s t e mo ft e l e c o m m u n i c a t i o nc o n t i n u a l l yd e v e l o p sa n dd e p l o y sn e w p r o l i f e r o u ss e r v i c e s a n dt h es 锄et i m e ，u n e x p e c t e di n t e r a c t i o n s o c c u ra m o n gt h e s e p r o l i f e r o u ss e r v i c e s ，b e c a u s eo ft h ec o n f l i c t so fw a n t s ，c o m p e t i t i o no fr e s o u r c e sa n d i n a d e q u a t ei n f r a s t r u c t u r e t h e s eu n e x p e c t e di n t e r a c t i o n sa l w a y si n d u c et h a tt h ew a n t so f c o n s u m e r sc a n n o tb es a t i s f i e d ，e v e nd i s p o s e db ye r r o r i ti st h ep r o b l e mo ff e a t u r ei n t e r a c t i o n f e a t u r ei n t e r a c t i o nh a sb e c o m et h em a i n l yb a r r i e ro ft h et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mw h e n t h e yw a n tt oa d dn e ws e r v i c e sa n dd e v e l o pt h es e r v i c e sq u a l i t y w e bs e r v i c e sr e p r e s e n to n e n e ws y s t e ms t y l ew h i c hf a c e st ot h es e r v i c e st os a t i s f yt h ei n t e r a c t b e c a u s et h i ss t y l eh a s s o m es i m i l a r i t y 、i mt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m , w i 也t h ew e bd e v e l o p sf a s t , t h ef e a t u r e i n t e r a c t i o no fw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nw i l lb e c o m em o r ea n dm o r ee v i d e n t l y 、析n lt h e c o n s u m e r sw a n t si n c r e a s e sc o n s t a n t l y , n e ww e bs e r v i c e sa l ea d d e dt ow e bc o n s t a n t l y , a n d m a k e st h ea m o u n ti n c r e a s e si nf a s ts p e e d m e a n w h i l e ，u n d e rp r e s s u r eo fc o m p e t i t i o n , t h o u s a n d so fs e r v i c ep r o v i d e r sc o n t i n u a l l yd e v e l o pn e ws e r v i c e sa n do n l yp a ya t t e n t i o nt ot h e s e r v i c e st h e yp r o v i d e s ow e bs e r v i c e sa l ed e v e l o p e di np a r a l l e l ，i n d e p e n d e n ta n di n c r e a s i n g m o d e b e c a u s eo ft h es e r v i c e s a s s u n l ec o n f l i c t s ，d e s i g n e di m p r o p e r l y , c a r r i e do u t i m p r o p e r l ya n dt e s t e di n s u f f i c i e n t l y , t h ep r o b l e mo f f e a t u r ei n t e r a c t i o nh a p p e n se a s i l yi n w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n f e a t u r ei n t e r a c t i o nw i l li n f l u e n c et h en o r m a ls e r v i c ea c t i o n a n di t m a yl e a dt ot h es e r v i c e sr e d u c ei ng r a d e ，f u n c t i o nl o s es y s t e mb r e a k d o w na n do t h e rw o r s e c o n s e q u e n c e 。i tm a yi n f l u e n c ec o n s u m e r sb e l i e fi nt h es e r v i c e sq u a l i t y a st h ea m o u n to f s e r v i c e si n c r e a s e s ，t h ep r o b l e mo ff e a t u r ei n t e r a c t i o nh a sb e c o m et h em a i n l yb a r r i e ro fh o wt o s u f f i c i e n t l yd e v e l o pa n de x p l o i tn e ws e r v i c e s f e a t u r ei n t e r a c t i o ni nw e bs e r v i c e sm a yb e m o r ec o m p l e xt h a nt h ea l e ao ft e l e c o m m u n i c a t i o n t h e r e f o r ew em u s ts t u d yt h ed e t e c t e d t e c h n o l o g yo ff e a t u r ei n t e r a c t i o ni nw e bs e r v i c e s f o rt h eo n eh a n d ，d i f f e r e n tf r o mt h e c e n t r a l i z e dc o n t r o lo ft e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w e bs e r v i c e sh a v ed i s t r i b u t i v i t ya n d o p e n n e s s t h ei n n e rl o g i co fw e bs e r v i c e sc a n n o tb ea c h i e v e db e c a u s ed i f f e r e n tw e bs e r v i c e h a sd i f f e r e n td e v e l o p e r f o rt h eo t h e rh a n o , w e bs e r v i c e sf e a t u r ei n t e r a c t i o na l w a y s r e p r e s e n t st h ec o n f l i c t so fs e r v i c e ss i d ee f f e c tw h i c ha l w a y sh a p p e n si nt h ep r o c e s so fs e r v i c e s e x e c u t i n g s ow em u s ts t u d yd y n a m i cd e t e c t i o nm e t h o dt od e t e c tt h ef e a t u r ei n t e r a c t i o ni n d y n a m i cw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n b ys t u d y i n gt h ei n n e rm e c h a n i s mo fw e bs e r v i c e s f e a t u r ei n t e r a c t i o n ，w ec o m eu pw i t ha no n l i n ed e t e c t i o nm e t h o dw h i c hu s e st h ei d e ao f s i t u a t i o nc a l c u l u st od e t e c tf e a t u r ei n t e r a c t i o nl l a p p e n i n gi nt h e 由m a i i l i cw e bs e r v i c e s c o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：f e a t u r ei n t e r a c t i o n , w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n , d y n a m i cd e t e c t i o n ， o w l - s ，s i t u a t i o nc a l c u l u s 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：2 0 o 年岁月2 7 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：2 纠勿年岁月石7 日 臼期：2 。0 年岁月二7 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 研究背景 1 1 1 w o b 服务和w e b 服务组合 随着因特网的发展，基于w e b 的应用数量也以飞快的速度增长着。在w e b 服务出 现之前，各个组织、机构之间由于平台的互异性使得分布式网络面临着一个重大问题： 互操作性太差。w e b 服务标准1 1 ( w s d l ，s o a p 和u d d i ) 的出现解决了这个问题，使 得w e b 服务得以迅速发展。w e b 服务并不仅仅是一种技术，更是一种系统架构式的应 用框架和一种应用的思想。它的优势在于其允许在一个平台上用一种语言编写的应用程 序可以调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，即具有无缝 互操作性。 直观上看，w e b 服务就是一个向外界提供一个能够通过w e b 进行调用的应用程序 接口的应用程序。这就是说，你能够用编程的方法通过w e b 调用来实现具备某种功能 的应用程序。例如，开发者创建一个w e b 服务，它的作用是查询某企业员工的基本信 息。它接受员工的编号作为查询条件，返回员工的具体信息。你可以在浏览器的地址栏 中直接输入h t t pg e t 请求来调用罗列该员工基本信息的a s p 页面，这就可以算作是 体验w 曲服务了。 从深层次上看，w e b 服务是自包含、自描述、模块化的应用，是一种新的w e b 应 用程序分支并且可以在网络( 通常为w ，e b ) 中被描述、发布、查找以及通过w e b 来调 用。 w e b 服务平台是定义了应用程序如何在w e b 上实现互操作性的一套标准。开发者 可以用他喜欢的任何语言在他喜欢的任何平台上开发w e b 服务，只要可以通过w e b 服 务标准对这些服务进行查询和访问。 ( 1 ) w 曲服务标准 w e b 服务的标准是由w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ( w 3 c ) 设计和指定的，用来保障 和促进跨平台的程序和程序之间的通信。到目前为止，w 3 c 已经指定了w s d l ( w 曲 服务描述语言) 为模板，并指定s o a p ( 简单对象访问协议) 为过程调用协议，作为正 式的w e b 服务标准。另外，还有与w r e b 服务体系结构有关，但非正式的w e b 服务标准： 统一描述、发现和集成一u d d i ，可扩展标记语言- x m l ( 一种表示格式和语法的 第一章前言 方法) ，超文本传输协议- h 1 r p ( 一个网际通信协议) 。w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 是基于x m l 的语言，用于描述w r e b 服务及其函数、参数和返回值。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 0 1 ) 也是基于x m l 和x s d 的，x m l 是s o a p 的数据编码 方式。s o a p 包括三部分：定义了描述消息和如何处理消息的框架的封包( s o a p 封包) 、 表达应用程序定义的数据类型实例的编码规则( s o a p 编码规则) 以及描述远程过程调 用和应答的协定( s o a pr p c 表示) 。其中r p c 方法用来调用w e b 服务。它定义了s o a p 消息的格式，以及怎样通过h t t p 协议来使用s o a p 。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 ) 是u d d i o r g 开发的一个发展中的注册中心和目录标准。u d d i 内部信息模型定义有关的注册信息结构，由x m ls c h e m a 描述，从而支持丰富的数据类 型、开放的描述方式以及按信息模型对数据进行验证的能力。这些信息在传递时被封装 在s o a p 包里，从而可利用h t t p 协议传递、利用x m l 系统进行解析。u d d i 外部接 口定义了有关a p i ，建立了信息交互框架，提供发布和检索各种w e b 服务描述信息的能 力。a p i 也是基于x m ls c h e m a 的，所以能够被方便地识别和应用。 ( 2 ) w 曲服务体系结构【2 l 图1 - 1w e b 服务体系结构 f i g l - 1w e bs e r v i c ea r c h i t e c t u r e w e b 服务体系结构由三种角色和三种基本操作构成。三种角色包括： 服务提供者。它是一个可通过网络进行寻址的实体，接收并执行来自服务请求 者的请求。它将自己的服务和接口协议发布到服务注册中心，以便服务请求者发现和访 问该服务。 服务请求者。它是一个应用程序、一个软件模块或者需要服务的另一种服务。 它发起对服务注册中心的查询，通过传输绑定服务并执行服务功能。服务请求者根据接 口协议来执行服务。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 服务注册中心。它包含一个可用服务的存储库并允许感兴趣的服务请求者查找 服务提供者接口，是服务发现的支持者。 ( 3 ) w | c b 服务基本原理和功能 w e b 服务基本原理是：一个服务请求者应用程序使用一个w e b 服务编程接口 ( s o a p ) 和一个注册中心( u d d i ) 来定位所需服务，由w s d l 来帮助程序确定程序 之间用来互相通信的参数。全部这些过程都发生在因特网上( 使用h t t p 作为通信协 议) ，其功能是：首先使用w s d l 来描述服务，然后由u d d i 来发布、查找服务，最后 利用s o a p 来调用服务。 w e b 服务便是分布式的、模块化的并且基于网络的组件，它遵守具体的技术规范并 执行特定的任务。w e b 服务规范使得w e b 服务能与其他兼容的组件进行互操作。w e b 服务可以使用标准的互联网协议，像超文本传输协议h 1 田和x m l ，将功能体现在互 联网以及企业内部网上，逐渐得到学术界和产业界的广泛认可。 近年来w e b 服务技术得到快速发展和应用。随着w e b 服务技术的日益成熟，越来 越多的稳定易用的w e b 服务共享在网络上。由于单个的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。 w e b 服务组合( w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ) p l ，就是利用网络上分布的现有w e b 服 务，根据用户的应用需求，在服务组合支撑平台的支持下，自动地选择满足需要的服务 并按照一定的规则协同完成服务请求。w e b 服务组合可以利用较简单的、较小且易于执 行的原子服务来生成更易于用户定制、功能更为丰富的复杂服务，从而能够将松散耦合 的、分散在网络上的各类相关w e b 服务有机地组织成一个更为可用的系统，支持电子 商务和企业内、外部的企业应用集成等网络应用。 2 0 0 4 年以来，w e b 服务作为跨组织应用集成的支持技术得到业界的广泛支持， 面 向服务架构( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 成为信息技术的新热点。s o a 的一 个重要理念是将独立、封装、单独的服务组合成为更大型的服务，充分发挥服务的潜力 和实现软件重用。因此，学术界和企业界给予了w e b 服务组合极大的关注，并涌现出 大量的w e b 服务组合研究。 1 1 2 w e b 服务组合中的特征交互问题 ( 1 ) 特征交互问题的产生 第一章前言 特征【4 】是电信领域中广泛使用的一个概念，大量研究人员从不同的角度对特征进行 了定义，综合来说，特征是供用户或管理员使用的逐渐递增的功能包，是用户可见的最 小服务单元，是对电信服务的控制、修改或增强，是电信网络提供给用户、基于电信管 理的功能单元。 电信系统可看作由一个基本的功能集合以及一组特征组成。其中基本功能集合完成 信道的建立、维护、信号传输等工作；特征则是用户可见、可选的系统附加功能的基本 单元。电信系统作为典型的面向服务的系统，通过一组特征及其之间的交互为用户提供 服务。为不断满足用户需求，电信系统经过长期发展产生了成百上千的特征。电信系统 的超大规模与7 2 4 ( 每周7 天，每天2 4 小时) 的不停机服务，决定了通过替换或删除 特征以实现系统更新难度较大。因此，电信系统的更新往往通过增加特征来实现，从而 导致一台通信交换机上往往积累了数以百计的特征。这些特征为了满足用户需求而进行 交互，同时，由于需求冲突、资源竞争、基础设施不足等原因可能导致这些特征发生非 预期的交互。这种非预期的交互往往导致用户的请求无法满足甚至得到错误的处理，此 即所谓特征交互( f e a t u r ei n t e r a c t i o n ) 问题【5 】。2 0 世纪8 0 年代初由b e l l e o r e 发现的特征 交互问题，目前已成为电信系统增加新型服务，提高服务质量最严重的障碍之一。自1 9 8 9 年b o w e n 等人开始，电信领域的研究人员针对特征交互问题展开了深入细致的研究， 取得了一定的成果，但缺乏实用的整体解决方案。 目前在电信系统已经发现了很多特征交互问题，下面是一个实例： 图1 - 2o c s 与c f u 之间的特征交互 f i g l - 2f e a t u r ei n t e r a c t i o nb e t w e e no c sa n dc f u 这是电信系统中一个最常见的特征交互的例子。如图1 2 所示，用户a 定制了o c s ( 发端呼叫屏蔽) 服务，不希望接通对用户c 的呼叫；用户b 定制了c f u ( 无条件呼 叫前转) 服务，希望所有呼叫都被转接到用户c 。当a 呼叫b 时，b 激活了对c 的c f u 服务，a 的呼叫被接通到c ，用户a 定制的o c s 服务失效。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 2 ) w e b 服务组合中的特征交互问题 与其他领域相比，电信领域的某些特性使其特征交互问题尤为突出和严重。w e b 服 务领域也存在类似的特性，w e b 服务体现了一种适合i n t e m e t 的新型体系风格面向 服务的体系风格，由于这种风格与电信系统有许多类似之处，这意味着w e b 服务组合 中的特征交互问题也将随着w e b 服务的繁荣而日益显著。从开发过程上看，w e b 服务 的开发也与电信系统类似。在电信系统中，由于业务需要，新的服务不断加载到电信系 统中，使其服务数量飞速增加；同时，出于市场竞争的压力，成千上万的服务提供商 不断开发新的服务且仅关注自己所提供的服务。w e b 服务领域同样如此。例如，面向服 务的体系( s o a ) 允许组织或者个人为网络上的所有用户提供服务。因此，w e b 服务都 在一种并行、独立、增量式的模式下进行开发。由于需求的不完全和不一致、假设冲 突、设计不当、实现失当和测试不足等原因，在w e b 服务组合过程中很容易出现特征 交互问题。 w e b 服务的特征就是w e b 服务可观测、相对独立的行为或特性。一个w e b 服务可 以有一个或者几个特征。例如一个电子付款服务具有自动付款特征，同时还可具有不同 折扣率付款的特征。随着w e b 服务的广泛应用，大量w e b 服务将部署在网络中，这些 w e b 服务分别属于不同的服务提供商，用户和服务提供商不能完全控制w e b 服务之间 的交互过程。同时，人们对各种不同类型服务的需求使服务呈现出多样性，服务提供商 根据服务用户的具体需求定制个性化的服务。w e b 服务的个性化丰富了服务体系结构 的内容，各种不同的电子商务也将逐步部署在服务体系结构中，服务体系结构提供了一 个虚拟的服务环境。由于单个w e b 服务往往不能为用户提供一个完整的服务过程，因 此w e b 服务组合成为新一代w e b 服务一个重要的过程。在w e b 服务组合中必须通过服 务特征的相互交互，来组成更多特定和更为强大的服务，并且由低层服务组成高层服务。 然而，因上面所述的实际情况，w e b 服务的需求有时会伴随一些副作用：其一，在w e b 服务组合过程中会产生设计时不可预期的交互问题，这将造成系统的某些执行性能下 降，甚至造成系统无法实现正常功能；其二，w e b 服务不同的提供商使得现实的服务环 境由于各自服务需求个性化和实现服务的假设不同，于是常常会出现大量的不一致性， 甚至表现为某种矛盾和冲突。这类问题称作w e b 服务组合中的特征交互问题【6 j 。 下面是一个w e b 服务组合特征交互的例子。 5 第一章前言 图1 - 3 孚处理组合服务功能图 f i g l - 3w o r dp r o c e s ss e r v i c ef u n c t i o nd i a g r a m 考虑一个字处理的组合w e b 服务，如图1 3 。这个组合服务由两个独立开发的w ，e b 服务组合而成：语法检查服务和格式化服务。格式化服务中包含两个服务特征，语法检 查和格式化。格式化服务的执行过程是先进行语法检查，语法检查通过的情况下进行格 式化。，假设在语法检查服务中，默认的是英式语法，而在格式化服务的语法检查特征中， 默认的是美式语法。组合服务在执行过程中，执行完语法检查服务之后再执行格式化服 务时，进行语法检查时发现冲突，于是特征交互发生，组合w e b 服务功能没有得到成 功实现。 1 2 问题陈述 1 2 1 w e b 服务组合中的特征交互检测 在w ，c b 服务组合过程中，不可避免的出现服务特征之间进行交互的现象。w e b 服 务已经呈现出比现有电信系统服务更为复杂和多样的交互模式。尽管大多数服务交互是 用户期望的，然而交互的复杂和多样以及因特网开放、动态、多变等特点导致非预期交 互( 即这里所说的特征交互) 产生的几率逐渐增加。特征交互问题将影响组合服务各自 不同的服务正常行为，可能导致服务降级、功能损失、甚至系统崩溃等严重后果。存在 特征交互的w e b 服务组合往往不能完成组合w e b 服务的整体功能，从而使得用户对组 合w e b 服务的满意度降低。大量特征交互问题的出现，势必影响w e b 服务的服务质量， 长期下去将影响服务用户对服务质量的信任。 随着w e b 服务数量的不断增加，服务和服务之间的组合呈指数级增长，这使得用 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 来处理特征交互问题所需的工作量也爆炸性的增长。特征交互问题也将成为w e b 服务 领域如何有效的开发和利用新服务尤其是组合服务的最主要障碍。如果不去尽早开展相 关研究和实践，w e b 服务领域的特征交互问题带来的不良后果及解决难度极可能远甚于 电信领域的今天。 我们在充分享受w e b 服务组合丰硕成果的同时，必须要减少特征交互问题带来的 不良后果和副效应。要解决这个问题，首先要求我们能够在w e b 服务组合过程中发现 特征交互问题，即进行特征交互检测。因此，必须研究w e b 服务组合中的特征交互问 题的检测技术，找到适合w e b 服务领域有效的特征交互检测方法。 特征交互检测就是发现或证明特征交互问题的存在。对待特征交互问题，在检测之 前有种预防技术。预防是指通过各种手段消除隐患，避免特征交互的发生。然而，对于 特征多、演化强的系统是无法完全预知其内部行为的，也无法通过预防措施完全避免特 征交互问题。因此，对于w e b 服务组合中的特征交互问题，检测是必需的。 1 2 2 解决的思路 一方面，由于w e b 服务的分布性和开放性，大量w e b 服务将部署在网络中，这些 w e b 服务分别属于不同的服务提供商，不同开发商导致服务逻辑因为商业机密的原因而 不可获得，用户和服务提供商不能完全控制w e b 服务之间的交互过程；另一方面，w e b 服务都在一种并行、独立、增量式的模式下进行开发，服务提供商根据服务用户的具体 需求定制个性化的服务，由于各自服务需求个性化和实现服务的假设不同，w e b 服务组 合中的特征交互问题往往是服务副功能之间的冲突，具有个性化，而非像电信领域的特 征交互那样通常都是服务主功能之间的冲突和矛盾，而且通常在w r e b 服务运行过程中 才表现出来。因此，对于w e b 服务组合中的特征交互检测不能完全采用电信领域的静 态检测方法，必须寻求一种充分利用w e b 服务特点、适合于w e b 服务领域的方法。因 此，鉴于以上两个角度的考虑，解决的思路主要有以下两个方面： 1 采用在线的检测方式。研究一种动态的检测方法将是解决w e b 服务组合过程中 特征交互检测这一问题行之有效的方法。 2 充分利用w e b 服务的语义特征。语义w e b 服务( s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ) 是一种 用来描述w e b 服务的属性和功能的本体规范，它使用一系列基本的类和属性来描述w e b 服务，提供了一个可共享的框架，它的目标是使得w e b 服务成为计算机可理解的实体， 从而便于实现服务的发现、调用、互操作、组合、验证和执行监控等。借助于w e b 服 7 第一章前言 务的语义信息，可以检测出w e b 服务组合过程中服务之间的副功能冲突引起的特征交 互。 在利用w e b 服务语义信息的基础之上，本论文提出了一种基于情景演算的在线检 测w e b 服务组合特征交互的方法。 1 3 主要工作 我们在熟悉电信领域和当前w e b 服务领域已有的特征交互检测方法基础之上，研 究动态w e b 服务组合环境中服务之间的特征交互问题的动态检测技术，通过研究不同 w e b 服务之间交互的内在机制，针对w e b 服务组合特征交互的特点，利用w e b 服务语 义并借助情景演算的思想，提出了一种适合w e b 服务领域特征交互的在线检测方法， 最后进行了实例分析并对方法进行了系统实现来验证方法的有效性。 1 4 论文结构 第二章，主要介绍了特征交互问题的检测方法在传统电信领域和当前w e b 服务组 合领域的研究现状； 第三章，介绍本论文提出的在w e b 服务组合过程中进行特征交互检测的方法所使 用的相关技术； 第四章，在给出一个支持本论文方法的w e b 服务特征交互检测系统框架的基础上， 详细阐述方法的具体检测过程； 第五章，首先用实例分析来介绍论文提出的方法如何在w e b 服务组合过程中动态 的检测特征交互问题，然后对方法进行系统实现，验证方法的有效性； 第六章，总结本论文的贡献，指出现有工作的局限性和有待改进的方面。 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章国内外研究现状 特征交互问题最早出现于电信系统，于2 0 世纪9 0 年代研究部署电信增值业务时【7 8 l 提出。特征交互是指已经部署在电信网络( p s t n 、智能网以及下一代网络) 中的增值 业务因其他新增值业务的部署而产生的交互，可分为不期望的交互即业务冲突和期望的 交互即业务协作。目前针对特征交互的研究往往指不期望的交互业务冲突。特征交 ，互问题从一提出就得到国内、外专家学者的重视，在先后举办的多次国际会议中得到定 期的探讨。然而，特征交互问题并非仅仅出现在电信系统中。研究表明【9 】：特征交互问 题是所有服务体系结构中所共同面对的问题。目前，电梯控制系统，电子邮件系统，数 据流系统，基于规划的系统，w e b 服务等领域均发现了特征交互问题。 特征交互问题已经成为电信领域提高服务质量和增加新型服务最严重的障碍之一， 支配着电信业务开发的整个过程。因特网的发展和软件的新型产业模式，促使w e b 服 务表现出类似电信系统的特点，w e b 服务中的特征交互问题也将成为w e b 服务发展的 严重瓶颈。由于w e b 服务的分布性与不确定性，如果不去尽早开展相关的研究和寻找 行之有效的解决方法，w e b 服务中的特征交互问题带来的不良后果以及解决难度将更为 严重和复杂，极可能远甚于电信领域的今天。 电信领域特征交互检测的研究取得了大量成果。由于w e b 服务领域和电信领域有 很多相似之处，电信领域的检测方法值得我们借鉴。同时，鉴于w e b 服务又有着不同 于电信的特点，对于w e b 服务组合中的特征交互检测的研究必须开辟新的思路，提出 新的方法。下面首先简单介绍一下电信领域的特征交互检测方法，然后给出w e b 服务 领域当前对于特征交互检测问题的研究现状，最后对研究现状进行总结并提出我们的观 点。 2 1 电信领域的特征交互检测的研究 在电信领域，有一种在进行特征交互检测之前的特征交互避免技术。尽管导致特征 交互发生的原因很复杂，但某些特征交互是可以避免的。特征交互避免技术用于业务创 建过程中，其前提是必须提供尽可能清晰准确的业务描述，然后需要使用先进的软件技 术或通过增强网络设备的能力来减少部分业务间发生特征交互的可能性。例如智能网技 术中提供了与业务无关的s i b 块( s e r v i c ei n d e p e n d e n tb u i l d i n gb l o c k ) ，可以一定程度上 避免由于业务描述不准确造成的特征交互；又如对于有限c p e 信令集造成的业务冲突 9 笫二章国内外研究现状 可以通过改用i s d n 终端设备达到部分避免。此外对于政策性问题造成的特征交互，也 可以采取强行的措施来避免业务冲突。例如由于3 0 0 业务的计费政策为主叫方付费，8 0 0 业务为被叫方付费，当3 0 0 用户呼叫8 0 0 业务用户时，因为计费政策冲突而导致特征交 互发生。目前电信系统采用禁止使用3 0 0 等一系列预付费的电话用户呼叫8 0 0 业务。通 常情况下可以在静态检测出来结果后通过重新设计业务或业务组合来避免部分类型的 特征交互。 由于大多数特征交互发生的机理比较复杂，因此在业务生命周期的初期考虑避免特 征交互虽然有利于简化问题的复杂性，却不可能通过避免技术解决所有的特征交互。因 此，对特征交互的检测是必需的。特征交互检测的手段包括三种【1 0 】：形式化方法，非形 式化方法和试验技术。形式化的方法最适合于特征交互问题，将成为该领域的主要研究 手段：而诸如启发式等非形式化方法和测试、仿真等试验技术也是必不可少的辅助手段。 目前，越来越多的专家学者把解决特征交互的方法转向电信系统和业务的形式化描述技 术，利用软件工程形式化的方法研究特征交互，通过形式化地描述电信业务，并通过仿 真环境进行验证，达到检测特征交互的目的。 特征交互检测方法可分为两类：静态检测方法和动态检测方法。 ( 1 ) 静态检测方法【1 1 1 上个世纪9 0 年代以来，特征交互的检测研究主要集中在利用业务特征规范的形式 化验证方法，其过程大致如下：首先，采用形式化的方法对呼日l 模型和业务模型进行相 应的描述；然后，利用相应的形式化数学工具对模型中的命题进行推导，从中发现不同 业务之间以及同一业务的不同业务实例之间是否存在冲突。就其具体形式化方法的不同 可分为：利用业务规范语言直接研究的方法，基于有限状态和时态逻辑的形式化方法和 以进程代数为理论基础的形式化方法3 类。 形式化的静态检测方法在规范业务逻辑和利用数学工具进行自动检测等方面有其 独到的优势，在业务得到形式化描述后，可检测出根据常识难以发现的特征交互。但是， 形式化方法也有其不利的方面：首先，形式化方法需要人们具有较强的数学基础，这往 往是工程技术人员最为头疼的一件事，其方法难以在工业界得到认同并得到广泛的应 用：另一方面，目前的形式化方法往往存在一定的缺陷，例如，对系统抽象程度的不确 定和状态空间爆炸等问题。 ( 2 ) 动态检测方法【1 1 l 随着对特征交互研究的深入，特征交互的静态检测技术显现出它存在的局限性。一 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 方面，特征交互往往发生在业务生命周期的不同阶段，例如发端屏蔽业务和呼叫前转业 务之间：假设主叫方a 订制了发端屏蔽业务，用户c 在a 的屏蔽列表中，用户b 订制 了呼叫前转业务，将所有对b 的呼叫转接到用户c ，于是当用户a 呼叫用户b 时出现 特征交互，特征交互发生在发端屏蔽业务生命周期结束、呼叫前转业务被激活的状态。 但在呼叫前转业务触发终端屏蔽业务中，特征交互却发生在呼叫前转业务结束的状态。 其次，大多数静态检测的形式化方法需要了解业务详细的内部逻辑，但是随着电信业务 市场的逐步开放，业务逻辑往往为业务开发商私有，难以获得。因此，近年来特征交互 的动态检测逐渐成为一个重要的研究方向。 文献【1 2 】提出的特征交互动态检测方法通过引入特征交互管理器来监视业务激活后 的序列状态。每个业务都有预先定义的“状态签名 ，如果业务的执行过程和“状态签 名 不一致，则系统发现特征交互。系统可分为学习阶段和特征交互管理阶段，在学习 阶段利用人工神经网络和行为规则进行学习。这种方法需要先验知识和限制每次检测的 业务数量。文献【1 3 】提出了基于事务( t r a n s a c t i o n ) 的特征交互动态检测方法。该方法 对于共享触发和顺序触发引起的特征交互提供了一种统一的动态检测机制，但具体判断 特征交互的准则以及如何解决特征交互需要进一步研究。另外该方法同样面临“状态空 间爆炸 方面的问题。文献【1 1 】对下一代网络中业务冲突的动态检测方法进行了研究， 对顺序触发引起冲突信息的不完备性，提出了重新触发业务实例的方法。文献【1 4 】中提 出了基于呼叫有向图的活锁类特征交互动态检测方法。 2 2 w e b 服务组合中的特征交互检测研究 特征交互问题是所有服务体系结构中所共同面对的问题。电信领域之外的其它领域 也逐渐发现了特征交互问题。2 0 0 1 年7 月召开的f i c s 会议【1 5 】首次明确提出研究电信领 域以外的其它软件系统中存在的特征交互问题。在w e b 服务领域，服务在数量、种类 上较之传统电信领域都将大幅度增长，w e b 服务之间的交互将更为频繁和复杂，其特征 交互问题因此将更加严重。w e b 服务组合中的特征交互检测逐渐成为一个新兴的领域， 有着不同于电信领域的新特点。 2 2 1 w e b 服务特征交互的特点 w e b 服务具有分布性、开放性和综合性三个主要特征，采用分层、开放的体系结构， 其主要技术优势是各实体间采用开放的协议或a p i 接口，打破了传统电信领域封闭的格 第二章国内外研究现状 局，实现了多种异构网络间的融合，使得上层服务与底层的异构网络无关，从而为实现 w e b 服务提供了更为广阔的空间，也使w e b 服务领域的特征交互呈现出新特点： ( 1 ) 随着w e b 服务领域市场竞争的日益激烈