（计算机软件与理论专业论文）面向感知上下文的web服务组合的应用研究.pdf

面向感知上下文的w e b 服务组合的应用研究 摘要 普适计算模式的发展带来的上下文感知计算已经逐渐延伸到s o a 架构下的 w e b 服务及服务组合领域。现有的w e b 服务组合引擎一方面多属于人工合成的 模式，灵活性不高；另一方面都没有将感知上下文纳入组合策略的考虑范畴， 会返回很多无效的结果，组合应用效率低，可适应性差。 本文详细分析了w 曲服务组合的上下文感知，将上下文感知应用到w e b 服务 组合中，并提出了一种面向感知上下文的w 曲服务组合引擎w s c e t c a 。通过对 w e b 服务组合流程的详细分析，将w e b 服务组合中的上下文分为以下五类：服 务实例上下文i c o n t e x t 、服务上下文w c o n t e x t 、复合服务上下文c c o n t e x t 、基 于服务质量的上下文q o s c o n t e x t 和用户上下文u s e r c o n t e x t ，并利用o w l s 来 描述这些上下文信息。将上下文信息嵌入到s o a p 的h e a d e r 头块进行传递发送， 并设计了上下文管理器及上下文数据库来存储管理驱动这些上下文信息，同时 对u d d i 进行语义扩展，提供服务及服务语义信息地注册、服务查询的语义接口， 从而实现一种上下文感知的服务查询、匹配及优化组合。 采用e c l i p s e 、j e n af r a m e w o r k 、a p a c h ea x i s 等开发工具开发了一个引擎原型， 结合一个上下文感知应用实例，利用p r o t 6 9 6 3 4b e t a 开发本体库来支持应用，以 验证该组合引擎的功能。最后，通过测试引擎响应不同长度的s o a p 消息和不同 数量的并发用户的响应时间，得知本引擎随着所传递消息长度的递增以及当前 用户数的递增，系统运行较平滑稳定。 关键字：w e b 服务组合w e b 服务商业流程执行语言w e b 服务本体论上下文 感知计算 i v r e s e a r c ho nw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o na p p l i c a t i o n t o w a r d sc o n t e x t a w a r e a b a s t r c t t h ec o n t e x t - a w a r ec o m p u t i n gd e v e l o p e dw i t hu b i q u i t o u so rp e r v a s i v e c o m p u t i n gh a se x t e n d e di n t ow e bs e r v i c ea n dw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o no fs o a o n t h eo n eh a n d ，t h ec u r r e n tw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ne n g i n e sa r em a n u a lm o d ea n d l a c koff l e x i b i l i t y o nt h eo t h e rh a n d ，t h e yd o n tt a k et h ec o n t e x ti n t oa c c o u n ti n c o m p o s i t i o ns t r a t e g y , s ot h e ym a yr e t u r ns o m eu n n e c e s s a r yr e s u l t ，t h ee f f i c i e n c y a n da d a p t a b i l i t yo fc o m p o s i t i o na p p l i c a t i o ni sl o w t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ec o n t e x t a w a r ei nw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o na n d p r e s e n t saw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ne n g i n ew s c e t c a t o w a r d sc o n t e x t a w a r e t h e c o n t e x ti nw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nc a nb ec l a s s i f i e db ya n a l y z i n gt h ep r o c e s so f w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ：t h ec o n t e x to fw e bs e r v i c ei n s t a n c e ( i c o n t e x t ) t h e c o n t e x to fw e bs e r v i c e ( w - c o n t e x t ) ，t h ec o n t e x to fc o m p o s i t e ds e r v i c e ( c - c o n t e x t ) ， t h ec o n t e x tb a s e do n q u a l i t y o fs e r v i c e s ( q o s c o n t e x t ) ，t h ec o n t e x to f u s e r s ( u s e r c o n t e x t ) ，a n dt h ei n f o r m a t i o no fc o n t e x ti sd e s c r i b e db y0 w l - s t h e c o n t e x ti n f o r m a t i o ni se m b e d e di nh e a d e ro fs o a pt ot r a n s f e r c o n t e x tm a n a g e r a n dc o n t e x td a t a b a s ea r ed e s i g n e dt os t o r e 、c o n t r o la n dd r i v et h e s ec o n t e x t i n f o r m a t i o n s e r v i c e s s e m a n t i ci n f o r m a t i o no fs e r v i c e sr e g i s t e ra n ds e m a n t i c i n t e r f a c eo fs e r v i c e sd i s c o v e r ya r ep r o v i d e db ye x p a n d i n gu d d is e m a n t i c a l l y c o n s e q u e n t l y ，a n e f f e c t i v es e r v i c e d i s c o v e r i n g ，m a t c h i n g a n dc o m p o s i t i n g t o w a r d sc o n t e x t a w a r ec a nb ea c h i e v e d a ne n g i n ep r o t o t y p ei s d e v e l o p e db ys o m et o o l s ，s u c ha se c l i p s e ，j e n a f r a m e w o r k ，a p a c h ea x i se t c b ya na p p l i c a t i o ne x a m p l eo fc o n t e x t a w a r e ，t h e o n t o l o g yi sd e v e l o p e dt os u p p l yt h ea p p l i c a t i o nb yp r o t 6 9 6 3 4b e t at ov a l i d a t et h e f u n c t i o no fw s c e t c a f i n a l l y , ac o n c l u s i o nt h a tw s c e t c ac a nr u ns m o o t h l y w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h el e n g t ho ft h et r a n s f e r i n gm e s s a g ea n dt h en u m b e ro f c u r r e n to n l i n eu s e r sb yt e s t i n gt h er e s p o n d i n gt i m eo ft h es o a pm e s s a g e rw i t h d if f e r e n tl e n g t ha n do n l i n eu s e r sw i t hd if f e r e n tn u m b e r 。 k e y w o r d s ：w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o r w e bs e r v i c e ( b p e l 4 w s ) ，w e bs e r v i c eo n t o l o g y ，c o n t e x t a w a r ec o m p u t i n g v 插图清单 图2 1w e b 服务架构图7 图2 2w e bs e r v i c e 的体系结构图8 图2 3w s b p e l 核心概念1 l 图2 4 服务顶层本体1 3 图2 5 过程本体的顶层1 4 图2 6o w l s 和w s d l 之间的映射1 6 图3 1 具有上下文的s o a p 消息2 2 图3 2 上下文处理机制2 4 图3 3w s c e t c a 的系统架构2 6 图3 4 上下文管理模块的类结构2 9 图3 5c t s 依赖关系图3 1 图3 6c t s 依赖关系图例3 2 图4 1w s c e t c a 原型系统登录界面3 5 图4 2t i c k e t 的类结构3 6 图4 3t i c k e t 属性3 7 图4 4 发布服务3 9 图4 5 服务发布删除界面4 0 图4 6 车票预定服务的本体结构图4 2 图4 7 服务组合规划图4 4 图4 8 不同w e b 消息的w e b 服务组合引擎的响应图。4 6 图4 9 不同数量并发用户的w e b 服务组合引擎的响应图4 6 i x 表格清单 表2 一lw s - b p e l 基本活动1 2 表2 2w s - b p e l 结构化活动1 2 表3 1 服务实例上下文表结构2 9 表3 2w e b 服务上下文表结构一2 9 表3 3 复合服务上下文表结构3 0 表3 4 基于服务质量的上下文表结构3 0 表3 5 基于用户的上下文表结构3 0 表3 6 服务调用历史数据库表结构3 0 表3 7 协调器数据库表结构3 3 表3 8 语义描述库表结构3 4 表3 9w s d l 描述库表结构3 4 x 独创性声明 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志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金8 墨王些太堂 或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。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：尹哝刃隆芳签字日期：沙p 、歹。夕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了角； 金鳇工、业太堂 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，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金巴王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文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。 ( 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： 签字日期： 训啦i 岁 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字e t 期： 电话： 邮编： 致谢 衷心感谢我的导师李心科副教授，在本论文的选题、写作和修改的过程中， 自始至终得到了导师的指导、关心和帮助，他为此投入了大量的时间和精力。 没有导师的培养和指导，本论文是不可能完成的。在我的研究生学习和生活期 间，也得到了导师的极大帮助和关心，给我创造了很多条件和机会，使我倍感 温暖。导师渊博的学识、敏锐的思维、严谨的治学态度，高尚的道德情操和平 易近人的人格魅力，给我留下了深刻印象，使我终身受益。 感谢软件工程实验室的教授们对我的关心和帮助，感谢计算机与信息学院 的老师们，感谢他们给我提供的学习条件和机会。 感谢合肥工业大学软件工程研究室的所有师兄弟们，和他们的交流帮助我 完成了学业。 感谢我的家人，是他们的支持才让我顺利的完成学业。他们的爱是我永远 前进的动力。 v i 作者：沈桂芳 2 0 0 8 年4 月 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 w o r l dw i d ew e b 是一种在t c p i p 协议之上的特殊结构框架，通过链接机 制可以访问遍布全球的i n t e r n e t 资源。基于w e b 的应用也由最初的简单应用延 伸到种类日益繁多的复杂应用和计算，近年来w w w 的发展出现了两个新兴的 重要发展趋势。 一个是w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 。w e b 服务是一些自包含、自描述、模块 化的程序，可以发布到w e b 上，并被发现和调用。w e b 服务使得w w w 从静 态的、松散的w e b 页面集合逐渐演化成动态的、互联的应用和服务平台。越来 越多的服务提供商开始基于w e b 向用户提供服务，例如b 2 b 应用、b 2 c 应用 等。 另一个是语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 。语义w e b 的概念由t i mb e r n e r s l e e 于19 9 8 年首次提出。语义w e b 研究的目标是扩展当前的w e b ，赋予w e b 中的 所有信息以定义良好的语义，让计算机能够理解和处理，从而使人和计算机能 更好地协作，充分发挥w w w 这个巨大的分布式信息系统的潜力。 1 1 1w e b 服务 w 3 c 的w e b 服务定义l l 】：“w e b 服务是一种通过u r i 标识的软件应用， 其接口及绑定形式可以通过x m l 标准定义、描述、检索，并能通过x m l 消息 及互联网协议完成与其他应用的直接交互。” 由上述定义可知，w e b 服务并不是一种全新的技术体系。它只是建立在原 有技术之上的传统组件技术在互联网应用环境下的一种拓展。其目的和作用是 提供一种统一的规范和技术，为i n t e r n e t 软件应用提供一个统的功能描述和 功能共享机制。w e b 服务提供了一种在不同平台系统间进行应用层功能自动整 合集成和自动化处理所需要的技术架构，为功能整合集成和信息交换处理提供 了实现的基础。 为满足w e b 服务的技术需求，w 3 c 等国际标准组织制定了一系列的w e b 服务技术标准，如x m l 规范( e x t e n d e dm a r k u pl a n g u a g e ) 口】，w e b 服务描述语言 ( 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 ，简称w s d l ) p 】、通用描述、发现和集成 ( 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 ，简称u d d i ) m j ，简单对象访问 协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简称s o a p ) 【5 】等。这些技术标准规范共同 构成了w e b 服务技术的完整体系。 1 1 2w e b 服务组合的提出 尽管w e b 服务技术能较好的解决不同的平台应用间的整合问题，为跨企业 边界的业务流程的自动化提供了相应的技术基础。但单个的w e b 服务所提供的 功能相对单一，无法构成完整的业务应用。一方面考虑到组件的重用性和可维 护性等原则，应该把复杂的业务逻辑封装到单个的w e b 服务中；另一方面从服 务提供者的角度来看，各种服务的提供者分工越来越明确，单个服务提供者无 法提供具有完备功能的w e b 服务。因此为了实现满足用户提出的各种需求的完 备功能，必须将分散的单个w e b 服务组合起来，形成具有增值价值的复合w e b 服务。 但由于w e b 服务技术本身是无状态的，无法支持服务间复杂的交互。需要 一个自动执行的处理流程负责将若干单个w e b 服务组合成一个满足用户综合 需求的w e b 服务。 w e b 服务处在一个开放的、松耦合的环境中，通常组合会采用动态组合机 制进行服务的动态发现、绑定与调用。基于w e b 服务的这些特点，传统的工作 流技术并不适合构建w e b 服务组合。 因此，各大标准化组织联合推出了b p e l 4 w s 规范( b u s i n e s sp r o c e s s e x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e s ，b p e l 4 w s ，简称b p e l ) 6 1 构建w e b 服 务组合。该规范为w e b 服务组合提供了一个统一规范，便于单个w e b 服务间 的组合交互。目前，b p e l 4 w s 规范已在w e b 服务组合中获得了广泛应用。 同时，语义w e b 研究的兴起为w e b 服务带来了新的活力，结合语义w e b 技术的w e b 服务( 即语义w e b 服务) 将是一种更为智能的服务，是w e b 服务 未来的发展趋势。 1 1 3 上下文感知计算 随着计算机、移动计算以及传感器网络的发展，计算变得无处不在。1 9 9 1 年美国的马克维瑟博士提出了普适计算( u b i q u i t o u so rp e r v a s i v ec o m p u t i n g ) j 。 这种计算模式的最终目标是将由通信和计算机构成的信息空间与人们生活和工 作的物理空间融为一体，支持用户“随时随地 并“透明 地获得符合其个性 化需求的信息服务。普适计算模式要求计算设备能够感知用户所处的上下文及 其变化，并做出相应的动作。研究人员把这种能感知用户上下文信息进而调整 系统行为的技术称为上下文感知技术( c o n t e x t a w a r e ) 哺j 。 目前上下文感知中间件有两个发展趋势： 1 ) 智能化：体现在基于知识表示的上下文建模及智能推理技术； 2 ) 与服务计算相结合：利用s o a 带来的灵活性和互操作性构建更加灵活、 可扩展的中间件。为了使面向服务的应用可以在更多的计算设备上运行，如移 动电话、p d a 、p c 机及带有先进无线网络和移动计算的膝上电脑等，作为服务 的应用需要一个确定的策略来适应这些上下文特征。 因此，在设计一个服务组合方案时有必要将这些用户及服务的上下文信息纳 入考虑范围。在这里，上下文是关于环境、系统或用户的任何即时的、可发觉 2 的、相关的属性，如用户和角色、过程和任务、定位、可提供的带宽、用户时 间表等。上下文感知是指感知上下文并根据该信息调整系统行为的性能。自动 感知物理空间中对象与环境的状态信息及变化是普适计算的重要特征。感知上 下文计算利用上下文信息向用户提供高效率的信息交互，并提高服务的针对性。 1 2 国内外研究现状 1 2 1w e b 服务组合的研究现状 目前，比较有代表性的服务组合方面的工作有b p e l 4 w s 、w s f l j 、 x l a n g t l0 1 、w s c i t l l l 、b p m l l l2 1 ，s e l f - s e r v | 1 3 】等，它们都分别在组合语言、组 合工具以及执行环境方面开展了富有成效的研究工作。但是从目前已经涌现出 来的各种w e b 服务组合模型以及具体的实现方案来看，w e b 服务组合技术仍 然没有达到期待的成熟度。 在w e b 服务语义描述模型出现之前，服务的组合一般是以基于x m l 的工 作流描述语言和工作流技术为基础。例如h p 实验室的e f l o w 1 4 】系统，澳大利 亚n e w s o u t h w a l e s 大学的s e l f s e r v 等，它们基本上是一种静态组合、动态 绑定方式的服务组合，就是事先给出描述组合结构的定义，而运行时再按此结 构绑定具体的服务。组合的自动化和动态适应性程度不高。 而d a m l s t l 5 】和o w l s 【1 6 】的出现为新的组合方式提供了可能，它们将w e b 服务看成是人工智能( a i ) 中的行为( a c t i o n ) ，用参数、前提和结果等来描述服务， 可以比较自然地映射为行为的形式化描述，这使得服务的组合问题可以利用a i 中的方法来解决。同时，它们也是从a g e n t 的角度出发来建模的，服务可以当 成是a g e n t 的行为，这样可以充分利用a g e n t 的自治性、主动性和推理性等特 性。 1 2 2 上下文感知在w e b 服务中的应用 上下文感知的( 移动) w e b 服务方面的应用研究工作在很多研究机构全面 展开了，许多相关的研究项目已处于开发和实验阶段。 f l a m e 2 0 0 8 项目【1 7 l 是由中德软件集成技术联合实验室s i g s i t 进行的联合 项目，用于北京2 0 0 8 年奥运会的智能个人w e b 服务的集成平台。其目的是 为了构建一个支持大量用户组和大量服务集的基于w e b 的信息系统平台， 支持类似2 0 0 8 奥运会的大型应用，面向成千上万甚至几百万的包括运动员、 记者和观众等的大量移动用户的服务，实现个人情形感知( s i t u a t i o n a w a r e ) 服务。 m y c a m p u s 项引1 8 1 9 】是美国卡耐基梅隆大学c m u 开发和实验的一个上下 文感知的移动服务的语义w e b 环境。通过自动发现和访问客户代理持续收 集来的用户资源信息( 如日程安排、位置跟踪和食物喜好等) ，来更好地 提供上下文感知的w e b 服务，帮助用户开展不同的任务。语境信息和其他 有关用户的个人详细信息通过一个语义电子钱夹( s e m a n t i ce - w a l l e t ) 来访 问。m y c a m p u s 环境的强大性和开放性直接来源于一系列个人描述资源、语 境信息、用户优先权和w e b 服务的本体，使得它容易适应新的面向任务的 代理、新的个人资源和新的w e b 服务等成为可能。 学术乔也有很多学者针对上下文感知的w e b 服务( 组合) 方面进行了研究 和探讨。 2 0 0 4 年m a r k u sk e i d l 和a l f o n sk e m p e r 通过对现有w e b 服务的扩展，提出 了一个感知上下文的自适应的w e b 服务开发与部署框架 2 0 l 。 r a f a e lc a p i l l a 于2 0 0 6 年提出了一个可升级的软件架构，能够用在不同类型 的上下文感知系统中，尤其是面向服务的应用系统中1 2 1 1 。 n c n a r e n d r a 和s r i n i v a sg u n d u g o l a 于2 0 0 6 年提出了一种通过上下文本体 利用上下文信息自动适应的工作流运算规则，说明了可适应的过程如何能 够通过可适应的w e b 服务实例的行为，决策并自动调整自身的动作l z 引。 n a nl u o ，j u n w e iy a n ，m i nl i u 和s h u x i ny a n g 于2 0 0 6 年针对当前服务组 合的方法没有考虑用户的上下文信息，缺乏有效的验证机制等问题，提出 了一种能够感知上下文的w e b 服务组合框架，试图根据有效的上下文信息 过滤掉不合适的匹配的服务组合。并开发软件代理a g e n t 来有效的支持面 向服务计算下应用中的上下文感知需求1 2 引。 浙江大学的瞿心杭等从普适计算的特点出发，分析了普适计算中间件的独 特性及相关问题，提出了基于x m lw e bs e r v i c e s 的支持感知上下文计算的 网络操作平台中间件【2 4 1 。 北京邮电大学的邹文科与智能通信软件、多媒体北京重点实验室的孟祥武 阐述了语义w e b 技术应用于上下文感知的移动服务，详细分析了智能移动 服务中的上下文信息本体构建，包括通用的上下文信息本体、用户概况本 体、情境本体以及服务本体等【2 5 1 。 在这样的背景下，安徽省科技厅科技攻关重点项目资金资助了面向感知上 下文的w e b 服务组合的应用研究项目。 1 2 3 存在的问题 尽管国内外的学术界及研究机构针对上下文感知的w e b 服务领域已经有了 一些研究成果，但是国内将上下文感知技术应用于w e b 服务组合方面的研究还 不多见。 w e b 服务组合已经成为面向服务计算下构建应用的主要方法。而现有的w e b 服务组合引擎( 如b p w s 4 j 、s e l f s e r v 、e f l o w 等) 一方面都属于人工合成 的模式，灵活性不高：另一方面都没有将感知上下文纳入组合策略的考虑范畴， 会返回很多无效的结果，组合应用效率低，可适应性差。 4 1 3 研究的内容及主要工作 本文针对现有w e b 服务组合的特点与不足，提出了一种面向感知上下文的 w e b 服务组合引擎w s c e t c a 。并根据所提出的w e b 服务组合引擎模型，实现 了一个w e b 服务组合引擎，结合一些服务实例，最后分析组合实验结果，以证 明本文提出的引擎框架的有效性。具体研究内容包括以下方面： 1 ) 深入分析了w e b 服务组合的上下文感知，包括w e b 服务组合中的上下 文分类、上下文参数的描述方式、上下文处理机制及相关的上下文隐私保护策 略。 2 ) 在上述研究的基础上提出了一种面向感知上下文的w e b 服务组合引擎 w s c e t c a ，并详细描述了该引擎的各个部件。 3 ) 根据设计的组合引擎的系统架构，利用j a v a 语言等辅助工具实现了该组 合引擎的一个原型。结合一些服务实例在该引擎上的运行情况，分析该引擎的 性能。 1 4 论文的组织结构 本文首先介绍了w e b 服务及w e b 服务组合的技术体系，阐述了上下文感 知计算与s o a 相结合的应用研究现状，分析了将上下文感知技术应用到w e b 服务组合中的必要性。接下来介绍了w e b 服务业务流程执行语言和w e b 服务 本体论o w l s ，在此基础上详细分析了w e b 服务组合的上下文感知，并提出 了一个面向感知上下文的w e b 服务组合引擎w s c e t c a 。最后介绍了组合引擎 的原型实现工作，并通过服务组合实例对该组合引擎的性能进行了分析。 论文组织结构如下： 第一章绪论 介绍了课题的研究背景，对国内外的相关工作进行了分析和总结，阐明了本 文的研究目标和主要工作内容。 第二章w e b 服务组合及相关研究 本章首先介绍了w e b 服务的定义、体系结构；随后阐述了w e b 服务组合的 定义及分类、w e b 服务业务流程执行语言及w e b 服务本体论o w l s ；接着引 入了普适计算中的上下文感知计算技术，为下一章的w e b 服务组合的上下文感 知及一种面向上下文感知的w e b 服务组合引擎的提出及实现提供了理论基础 和技术背景。 第三章面向感知上下文的w e b 服务组合引擎 在w e b 服务组合及上下文感知技术的有关理论的基础上，结合w e b 服务组 合的具体过程及涉及的具体对象，分析了w e b 服务组合的上下文感知。包括确 定w e b 服务组合的上下文类型、上下文描述方式、上下文处理机制及相应的隐 私保护机制。并在此基础上提出了一种面向感知上下文的w e b 服务组合引擎 w s c e t c a 。 第四章w s c e t c a 的实现 在上一章提出的w e b 服务组合的上下文感知及组合引擎的基础上，采用一 系列辅助工具实现了一个面向感知上下文的w e b 服务组合引擎原型，并结合服 务组合实例验证分析了其性能。 第五章总结与展望 总结了论文的_ t 要- r 作，并在此基础上分析了提出的这种面向感知上下文 的w e b 服务组合引擎的模型及实现的原型系统的缺点和不足，对下一步的研究 工作提出了展望。 6 第二章w e b 服务组合及相关研究 2 1w e b 服务 w e bs e r v i c e s 是指用于架构w e b 服务的整体技术框架，而w e bs e r v i c e 则是 使用w e b 服务技术而创建的应用实例。有时候，w e bs e r v i c e s 的含义也是具体 的应用实例，只不过此时是泛指。 从w e bs e r v i c e s 的技术特性的角度来看：w e bs e r v i c e s 是基于网络的、分 布式的模块化构件。它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得 w e bs e r v i c e s 能与其它兼容的构件进行互操作。即w e b 服务是对象构件技术在 i n t e r n e t 中的延伸。 从w e bs e r v i c e s 的功能特性的角度来看：w e bs e r v i c e s 是指由企业发布的完 成其特别商务需求的在线应用服务。其他公司或应用软件能够通过i n t e r n e t 来 访问并使用这项应用服务，即w e b 服务是在i n t e r n e t 上由一个实体发布的可供 别的实体使用的在线服务程序单元。 图2 一l 是从面向应用的角度描述了w e b 服务的基本架构。 图2 1w e b , l i t 务架构 该构架由3 个参与者和3 个基本操作构成。3 个参与者分别是服务提供者、 服务请求者和服务代理，而3 个基本操作分别是发布( p u b l i s h ) 、查找( f i n d ) 和绑 定( b i n d ) 。 服务提供者将服务发布到服务代理的一个目录上；当服务请求者需要调用该 服务时，他首先利用服务代理提供的目录去搜索该服务，得到如何调用该服务 的信息；然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。当服务请求者从服 务代理得到调用所需服务的信息之后，通信是在服务请求者和提供者之间直接 进行，而无需经过服务代理。w e b 服务体系使用一系列标准和协议实现相关的 功能，例如：使用w s d l 来描述服务，使用u d d i 来发布、查找服务，而s o a p 被用来执行服务调用。 在w e b 服务架构的各模块间及模块内部，消息以x m l 格式传递。其原因 在于，以x m l 格式表示的消息易于阅读和理解，并且x m l 文档具有跨平台性 和松散耦合的结构特点：从商务应用的角度看，从工作流到查询数据库，直到 同贸易伙伴交换信息，x m l 格式表示的消息封装了词汇表，可以同时在行业组 织内部和外部使用；它还有较好的弹性和可扩展性，允许使用附加的信息，并 7 且x m l 标签提供了可访问的进程入口，从而可强化商业规则，并且增强了可 操作性，为信息的自动处理提供了可能。 w e bs e r v i c e 是由一套协议栈构成的层次化体系结构。w e bs e r v i c e 的体系结 构如图2 2 所示。 刀 l w b e p b 以s e r v w i c s e ，w s c o m 儿p o s i 器t i o n l p u b l i c a t i o n a n d 图2 2w e bs e r v i c e 的体系结构图 其中，底层传输协议是广泛使用的因特网标准：h t t p 、s m t p 等。中间部 分是目前开发的w e b 服务的相关标注协议，包括服务调用协议s o a p 、服务描 述协议w s d l 和服务发现集成协议u d d i 以及服务工作流描述语言w s f l ( w e b s e r v i c ef l o wl a n g u a g e ) 等。 2 2w e b 服务组合 2 2 1w e b 服务组合定义及分类 随着w e b 服务技术的日益成熟，越来越多的稳定易用w e b 服务共享在网 络上。但单个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。 近年来，随着w e b 服务组合研究的展开，不同的研究人员对w e b 服务组合 的概念有着不同的认识。以下列举几个具有代表性的定义，它们从不同的角度 对w e b 服务组合进行了描述： i b m 公司的定义 2 6 1 ：w e b 服务组合是支持业务流程逻辑的一组w e b 服务， 其本身既可以是最终的应用，也可以是新的w e b 服务，组合是通过确定不同 w e b 服务的执行顺序和w e b 服务之间的复杂交互来实现的。 斯坦福大学s w i g 小组的定义1 2 7 】：w e b 服务组合就是研究如何通过组合自 治的w e b 服务而获得新的功能的问题，通过组合有助于减少新应用的开发时间 和费用。 h p 实验室的定义【2 9 j ：w e b 服务组合实际上是服务提供者将已有的w e b 服 务作为新的服务的构筑模块重用，并且在总体上实现对各个模块的增值。这种 8 增值体现在新的服务满足特定需求的能力，以及可以提供更高的可用性和服务 质量保障。 佐治亚大学计算机系的定义【2 9 】：w e b 服务组合主要研究用于服务组合的方 法论和用于建模的服务和功能的抽象方式。 从上述定义可以看出，w e b 服务组合的本质是协调若干w e b 服务共同工作， 它在面向服务的企业计算模式中扮演着中间模型的角色，即通过w e b 服务的组 合，最终能灵活实现上层的业务模型，屏蔽底层信息基础设施的变迁。从理论 上讲，新的业务应用可以由一系列w e b 服务方便的组合，而且这个过程不需要 任何编程工作。可视化工具能够把多个服务按照合适的次序连接在一起，并生 成实施组合操作所必需的消息代码。因此，如何组合这些己有的、自治的w e b 服务构筑企业新的业务应用问题也成为软件工程领域一个新的热点问题。 从整体上，看这些研究可以分为三大类：人工组合、半自动化组合和自动化 的组合。 ( 1 ) 人工组合方式 t r i a n a 提出的是典型的人工组合框架，在这些框架中，用户需要通过图形或 文本编辑器来产生一个工作流，然后提交给工作流执行引擎来执行。提供了一 个图形化的用户界面，用户从工具箱里选择所需的服务并将它们拖放到布局管 理器中。这些服务可以通过关键词检索从u d d i 中得到。另外，在t r i a n a 中可 以使用本地工具来进行服务的组合【3 0 】。b p w s 4 j 提供了一个e c l i p s e 插件让用户 在x m l 层次上来组织一个工作流图，这个工作流图以及跟组合相关的服务的 w s d l 文档提交给执行引擎【3 。s e l f - s e r v e 允许用户通过服务构造器来建立一 个工作流。服务构造器跟u d d i 进行交互来发现所需的服务。使用一个基于p 2 p 的执行模型，组合图( 一个被标注的状态图) 被执行。该系统的一大特色是引 入了服务容器的概念，容器中存放着具有相同功能的服务集合。在运行时，服 务容器根据成员模式和一个评估服务来选择实际所需的服务。 以上这些系统都存在着一定的不足：第一，当提供的服务的数目增长时，发 现和选择服务方法不能及时获知，因此不具有可伸缩性。第二，它们需要用户 具有底层的知识。比如在b p w s 4 j 中，用户要在x m l 层次上建立一个工作流。 虽然t r i a n a 提供了一个图形化的拖放界面，但是对大型的工作流，它们不太适 用。第三，如果某个服务出现问题，整个工作流的执行都会失败，即使在 s e l f - s e r v e 中，服务容器可能会选择一个服务替代者。 ( 2 ) 半自动化的组合方式 采用半自动化的组合技术，它们在组合的过程中向前又迈进了一步，对服务 的选择考虑了语义的一些特征，但是用户仍然需要从适当的服务列表中选取自 己所需的服务并按照约定的顺序来连接这些服务。s i r i n 给出了一个系统，能使 服务的选择在每个阶段上都保持语义一致性l 纠。c a r d o s o 和s h e t h 提出了一个 9 框架，能向用户推荐符合用户需求的服务，主要是通过匹配用户指定的s e r v i c e t e m p l a t e ( s t ) 和s e r v i c eo b j e c t ( s o ) 。c h e n 则提出一种基于知识的框架，能在用 户构建工作流的时候提供建议。该系统允许用户储存工作流，所以有利于工作 流的复用。这些系统虽然解决了人工组合的部分问题，但是当有海量的服务供 用户选择的时候，它们仍然不具有伸缩性。另外，在这些系统中几乎没有容错 机制。例如在c a r d o s o 和s h e t h 中，如果一个s t 和一个s o 匹配失败，整个组 合过程也将会失败。同样的，在s i r i n 和c h e n 中，组合的工作流被发送给执行 引擎，如果在这个阶段某个服务不可用，执行也会失败。最后，除了c h e n 外， 其他的系统对工作流的不同层次的粒度也支持不够。 ( 3 ) 自动化的组合方式 自动的工作流组合技术，通过使用人工智能或相关技术来自动化整个组合过 程。m c i l r a i t h 和s o n 是一个基于a g e n t 的服务组合框架，它通过使用类属过程 和语义化的服务来引导组合。a g e n t 代理充当w e b 服务的网关并负责服务的选 择和调用。该框架假定一个类属过程的存在，如果缺少了类属过程，组合不能 进行。另外，如果a g e n t 代理不能匹配一个服务，执行也会终止。s w o r d 通 过使用基于规则的服务描述来自动化服务的组合。用户指定初始和最终状态， 然后p l a n n e r 试着将一系列的服务形成一个满足需求的链。这里要求用户要能 给出状态，并且它里面没有自动的服务发现机制。同样的，组合也是基于特定 服务的执行，当某个服务不可用时，也很难保证整个过程的顺利执行。 在组合工作流中一个重要的方面就是服务的发现。在这方面的研究主要集中 在用d a m l s 来描述服务。匹配器比较服务请求者和服务提供者的d a m l s 描述。s y c a r a 提出了一个基于d a m l s 匹配器和d a m l s 虚拟机的框架。该 框架没有使用工作流仓库技术，所以当收到一个请求时，工作流每次都需要重 新计算。另外。它没有区分执行时和非执行时工作流。所有的工作流都是建立 在被执行的服务是可用的基础之上的，结果就是它所建立的工作流不能被复用 也不能被共享，因为谁也不能保证现在可用的服务将来一定还是可用的。 2 2 2w e b 服务商业流程执行语言 2 0 0 2 年8 月，i b m 、m i c r o s o