（计算机软件与理论专业论文）基于行为的web服务相容性与可替换性研究.pdf

2 0 1 0m a s t e rt h e s i s s c h o o lc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n tn u m b e r ：5 1 0 7 1 5 0 0 0 0 1 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y r e s ea r c ho n 眙bse r v i c e s u b s t i t u t a b i l i t yb a s e c o m p a t i b i l i t ya n d o nb e h a v i o r d e p a r t m e n t ：q 鱼盟垒! 曼基旦g i 旦曼曼亟卫g ! 塾墨! i ! 坠! 曼 m a j o r ： r e s e a r c hd i r e c t i o n ：s e r v i c eo r i e n t e ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r e t u t o r ： a u t h o r ： 至! q 鱼墨曼q ! l i 坠i 堕g 鱼q 堕g ：塾曼g i 垒坠g 2 0 1 0m a r c h 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文碧础舟影溉鲷 是在华东师范大学攻秀萝土7 博士请勾选学位期间在导师的指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或 撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说 明并表示谢意。 作者签名： 华东师范大学学位论文著作权使用声明 型撇1 彪燃在蛐玎罐豺囊劂系本人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的硕士博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东 师范大学所有。本人同意华东9 币范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管 部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允 许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入 全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版， 采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) 、 k () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密 学位论文牛， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ， ( 2 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名盔重复丢 沙彦年侈月巧同。 “涉密”学位论文应是已经华尔师范人学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华尔师范人学 f 究生中请学何论文“涉密”审批表方为有效) ，朱经上 述部fj 审定的学何论文均为公开学位论文。此声明栏不填下亏的，默认为公开学位论文，均适喇 上述授权) 。 宫雪强硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 缪淮扣教授上海大学主席 顾宁教授复旦大学 姜宁康副教授华东师范大学 - _ 一 论文摘要 近年来，随着互联网技术与网络应用程序的迅速发展，基于w e b 服务的分 布式计算模式j 下在成为技术发展的新趋势。w e b 服务是一种基于网络的、分布式 的、自捕述的、模块化的组件，它按照定的规范，实现特定的功能，提供了面 向i n t e m e t 应用程序的统一的服务注册、发现、绑定和集成的机制。而w e b 服务 组合可以使多个服务合作协调工作，以实现更加复杂的功能，成为广域环境下实 现互操作的一种主要机制。 w e b 服务组合是w e b 服务的研究重点。为了确保多个服务之间可以协调工 作，实现特定的功能，需要参与合成的各个服务的行为满足一定的条件，从而达 到各服务之间行为兼容的目的。另外为了保证服务组合的灵活性，需要考虑服务 之问的替换性关系，即在服务组合的过程中，用一个新的服务替换一个参与合成 的服务，并且替换后的服务不会引起服务组合中出现不相容的关系。 本文提出了两个w e b 服务协调工作时相容性的判定标准，并且根据这一判 定标准，设计了一种基于进程代数和自动机的形式化的判定方法，并结合实例加 以说明。另外一方面，根据服务替换性的要求，通过逐步精化，提炼出服务替换 性的充分必要条件，并且加以证明；然后根据这些条件，得到一些有用的推论， 应用这些推论可以简化服务替换性的判定；最后讨论了服务相容性与服务替换性 的关系。 关键词：相容性、替换性、服务组合、进程代数、自动机 _ 一 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a st h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e tt e c h n o l o g ya n dw e b a p p l i c a t i o n s ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gm o d e lb a s e do nw e bs e r v i c e si sb e c o m i n gt h e n e wt r e n do ft e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n t w e bs e r v i c ei saw e b b a s e d ，d i s t r i b u t e d ， s e l f - d e s c r i b i n g ，m o d u l a rc o m p o n e n t ，w h i c ha c c o r d i n g t oc e r t a i n s p e c i f i c a t i o n s ， a c h i e v e ss p e c i f i cf u n c t i o n s ，a n dp r o v i d e sau n i f i e d ，r e g i s t r a t i o n ，d i s c o v e r y , b i n d i n g ， a n di n t e g r a t i o nm e c h a n i s ms e r v i c e - o r i e n t e di n t e r n e ta p p l i c a t i o n s t h ew e bs e r v i c e c o m p o s i t i o n e n a b l e sm u l t i p l es e r v i c e s c o o p e r a t i o n a n dc o o r d i n a t i o nw o r k ，t h u s a c h i e v i n gm o r ec o m p l e xf u n c t i o n s s oi tb e c o m e sap r i m a r ym e c h a n i s m t oi m p l e m e n t i n t e r o p e r a b i l i t yi nw i d e a r e ae n v i r o n m e n t w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ni sm o s ti m p o r t a n tr e s e a r c hd i r e c t i o no fw e bs e r v i c e s i n o r d e rt oe n s u r em u l t i p l es e r v i c e sc a nw o r kc o o r d i n a t e dt oa c h i e v es p e c i f i cf u n c t i o n s ， i tn e e d st h eb e h a v i o ro fe a c hs e r v i c ew h i c hp a r t i c i p a t e ss e r v i c ec o m p o s i t i o nt os a t i s f y c e r t a i nc o n d i t i o n s s oa st oe n s u r et h es e r v i c ec o m p a t i b i l i t y o nt h eo t h e rs i d e ，t o e n s u r et h ef l e x i b i l i t yo fs e r v i c ec o m p o s i t i o n w en e e dt oc o n s i d e rt h es e r v i c e s u b s t i t u t a b i l i t y i no t h e rw o r d s ，w h e nw eu s ean e ws e r v i c et os u b s t i t u t et h eo n e i n v o l v e di ns e r v i c ec o m p o s i t i o n ，i td o e s n to c c u ri n c o m p a t i b l er e l a t i o n s h i p i nt h i sp a p e lw ep r o p o s e dt h es t a n d a r d st od e t e r m i n et h ec o m p a t i b i l i t yo ft w o w e bs e r v i c e sw h e nt h e yw o r kt o g e t h e r a n dd e s i g n e daf o r m a ld e t e r m i n a t i o nm e t h o d s b a s e do np r o c e s sa l g e b r aa n da u t o m a t a ，a n dt h e ni l l u s t r a t e di tw i t he x a m p l e s o nt h e o t h e rh a n d ，w ee x t r a c t e dt h en e c e s s a r ya n ds u f f i c i e n tc o n d i t i o n sf o ro n en e ws e r v i c e t os u b s t i t u t ea n o t h e rs e r v i c ew h i c hp a r t i c i p a t e di ns e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e do nt h e r e q u i r e m e n to f s e r v i c e ss u b s t i t u t a b i l i t y , a n dp r o v e di t u n d e rt h o s ec o n d i t i o n s ，w eg o t s o m eu s e f u li n f e r e n c e sw h i c hc a nb eu s e dt os i m p l yd e t e r m i n es e r v i c e ss u b s t i t u t a b i l i t y f i n a l l yw ed i s c u s st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e r v i c e sc o m p a t i b i l i t ya n ds e r v i c e s u b s t i t u t a b i l i t y k e yw o r d ：c o m p a t i b i l i t y , s u b s t i t u t a b i l i t y , s e r v i c ec o m p o s i t i o n ，a l g e b r a ， a u t o m a t a _ _ 。一 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外相关研究现状2 1 3 本文主要工作5 1 4 第2 章 2 1 2 2 第3 章 3 1 3 2 第4 章 4 1 4 2 4 3 1 3 1 本文的研究意义5 1 3 2 本文的研究目标5 1 3 3 本文的研究内容5 本文的组织与结构6 w e b 服务与w e b 服务组合基本理论。7 w e b 服务的基本理论8 2 1 1w e b 服务的定义8 2 1 2w e b 服务的体系结构8 w e b 服务组合的基本理论1 1 2 2 1w e b 服务组合的研究框架1 1 2 2 2w e b 服务组合方式的分类与比较1 3 确定型有限自动机与通信顺序进程c s p 1 8 确定型有限自动机一1 8 3 1 1 确定型有限自动机的定义1 8 3 1 2 确定型有限自动机的语义1 8 通信顺序进程1 9 3 2 1 进程( p r o c e s s l 2 0 3 2 2 选择( c h o i c e ) 2 1 3 2 3 踪j 峦( t r a c e ) 2 2 w e b 服务组合的相容性判定方法2 4 单个w e b 服务的模型2 4 w e b 服务组合相容性的判定条件2 5 w e b 服务组合相容性的判定方法2 7 4 3 1 路径( p a t h ) 2 9 4 3 2 验证算子“”2 9 4 3 3 验证过程3 1 第5 章w e b 服务组合的可替换性研究4 4 5 1 服务可替换性的产生与发展4 4 5 2 服务可替换性的充要条件研究4 5 5 2 1 服务可替换性的第一组充分条件4 6 5 2 2 服务可替换性的第二组充分条件4 8 5 2 3 服务可替换性的充要条件4 9 5 3 服务可替换性与相容性的关系5 2 第6 章总结与展望5 5 6 1 本文工作总结5 5 6 2 未来f j 景展望5 5 附：录5 7 参考文献5 8 后记( ；2 一一 华东师范人学硕i ：学位论义 第1 章绪论 1 1研究背景 随着互联网技术与网络应用程序的迅速发展，基于w e b 服务的分布式计算 模式诈在成为技术发展的新趋势，而相关标准的制定和业界厂商的极力支持也加 速了w e b 服务的发展。然而，随着w e b 服务应用的深入发展，单个简单的w e b 服务已经无法满足实际的应用需求，为了完成某项任务，人们常常需要把多个 w e b 服务组合起来，使它们能够协调工作，作为一个复杂的服务实现某项功能。 面向服务的体系架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 1 l 代表了分布式计 算和软件开发的新方向，它的核心思想足以服务为基本单位，通过服务重用和快 速组合来构建松散耦合的分布式的应用系统【2 】。因此w e b 服务的组合技术已经 成为s o a 最为关键的问题之一。服务就是一个实体为另外一个实体工作或操作， 服务组合是以特定的方式，按照给定的应用逻辑将若干个服务组合成为一个逻辑 整体的过程与方法。w e b 服务组合是通过组合基本的w e b 服务提供增值服务的 过程，这些基本的服务可能由别的组提供，由此可见，服务组合需要使用其他服 务，而组合后形成的是一个具有新功能的相对复杂的服务。关于w e b 服务组合， 根据实现方式可以分为服务编舞( s e r v i c ec h o r e o g r a p h y ) 和服务编排( s e r v i c e o r c h e s t r a t i o n ) 3 。服务编舞描述参与某次协作的多个服务i 白j 的消息的交互协议， 服务编排描述服务组合的一个过程，该过程描述如何按照一定的次序让参与组合 的服务进行消息交互以完成组合服务的应用逻辑。服务编排逻辑受全局服务编舞 逻辑的约束。 为了保证w e b 服务组合时服务之间能够j 下确的交互，需要在w e b 服务的设 计过程中用形式化的模型来描述服务，只有这样才能方便服务间交互j 下确性的验 证，保证服务组合正确进行。而目前用于描述服务间协作的规范如 b p e l 4 w s ( b u s i n e s s p r o c e s se x e c u t i o n l a n g u a g e f o rw e bs e r v i c e s ) 4 】、 w s c d l ( w 曲s e r v i c e sc h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 5 等都是基于x m l 的语言，缺乏形式化的验证机制，不能保证参与组合的服务之间能够协调工作， 完成预定的目标。服务组合过程中可能存在死锁、活锁，不可达状态等不希望的 行为。为了保证服务组合的j 下确性，一般都采用形式化的方法对其行为进行描述， 然后对语义的一致性、服务行为的相容性和可替换性等方面进行验证。 服务组合对于b 2 b 事务和企业应用软件的组合有很大的重要性。一方面商 乍东师范人学硕j 二学位论文 业领域已经丌发了一系列基于x m l 的标准来形式化w e b 服务的规范、组合和运 行。另外一方面，语义w e b 组织把w e b 服务看作一种资源，又基于存在论精确 定义了它们运行的前提条件和效果。当前的w e b 服务组合方式，既包括 b p e l ( 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 e 6 ) 、o w l - s ( o w iw e bo n t o l o g y l a n g u a g ef o rs e r v i c e s 【7 】) 这种试图成为工业标准的语言方式，也包括理论模型方 面的方法，如基于p e t r i 网 8 】、自动机理论和进程代数的。 关于服务的相容性，既包括静态的相容性，如服务间传送的消息的名称、类 型等，也包括动态行为的相容性，行为方面涉及到的相容性主要是关于服务问消 息交互的顺序是否匹配的问题，这里我们主要考虑的是行为方面的相容性，也就 是动态的相容性。关于服务的可替换性，是和服务的相容性相关的，即一个新服 务替换一个旧的服务之后是否满足原有服务问的相容性关系，只有满足这一条 件，才具有可替换性。 本文主要是研究w e b 服务组合行为的相容性和替换性验证问题，主要用到 了进程代数c s p ( c o m m u n i c a t i n gs e q u e n t i a lp r o c e s s e s ) 9 和自动机理论的一些概 念，在这些概念的基础之上，提出了一些新的操作运算符，并且根据服务替换性 的要求，给出了满足可替换性的一个标准，通过证明，说明了这一标准与可替换 性是完全等价的。 1 2 国内9 1 j f l 关研究现状 近年来，随着w e b 服务标准的持续发展完善，尤其是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 ，面向服务的计算) 和s o a ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务的 体系架构1 概念的提出，网络上发布的结构和功能比较单一的服务，无法满足企 业提出的复杂需求，如何有效的组合分布于网络中的各种功能服务，实现服务之 间的无缝集成，形成强大的企业级流程服务以完成企业的目标，已经成为w e b 服务发展过程中的重要研究领域。而要保证服务组合的j 下确性，必须要一种基于 数学的严格的形式化方法来作为保证。于是就产生了基于各种形式化语言的w e b 服务的研究，最主要的包括p e t r i 网、进程代数、有限状态机( f s m ) 3 0 等。 文献 1 0 ，i i ，1 2 】提出了基于p e t r i 网的w e b 服务的描述形式。p e t r i 网作为一种 基于状态的形式化建模方法，具有直观、形象、语义严格的优点，是数据和控制 流的抽象和形式化建模的方法【1 1 】。p e t r i 网已经被用来模拟和分析多种类型的过 程，包括协议、制造系统和业务流程。p e t r i 网作为一种可视化建模技术有许多 优点，它可以用精确的语言来清晰的描述概念【1 0 】。 2 华东帅范人学硕i ：学位论义 文献f 1 0 】为w 曲服务控制流提出了一种基于代数的p e t r i 网模型，这个模型 足以刻画组合后的复杂服务的语义以及单个服务各自的规范，这就为服务组合提 供了一个框架。然后可以通过该形式化模型来验证服务的性质和探测服务组合过 程中的不一致性。文献【1 1 】首先分析了形式化方法p e t r i 网的优势，接着结合w e b 服务的定义，给出w e b 服务组合的形式化定义并给出图形化表示，给出了p e t r i 网模型的生成算法。采用了p e t r i 网技术对w e b 服务组合进行描述，并对组合服 务的可达性、安全性、有界性、活性、完整性等特性进行了验证分析和实例分析 f 1 1 1 。文献 1 2 1 禾1 用有色p e t r i 网对根据语义信息自动生成的服务组合系统进行形 式化描述和建模，通过服务组合代数定义组合运算的基本规则，并在此基础上， 根据w e b 服务本体语言组合要素的相关语义建立其对应的有色p e t r i 网结构，提 高了w e b 服务组合的可靠性，为服务组合的自动化提供了可能。 文献 1 3 ，1 4 ，2 1 都是采用有限自动机的形式来对w e b 服务进行建模和验证 的。文献1 1 3 通过举例对w e b 服务的行为进行了详细的分析，接着介绍了基于 w s d l 和b p e l 的w e b 服务的行为的描述方法，然后通过对有限自动机进行扩 展，来精确的描述w e b 服务的执行步骤，并提出了服务发现的总体方案。为简 化并自动化w e b 服务组合的验证，文献【1 4 1 提出了一种扩展的有限自动机，然后 通过扩展后的模型来验证w e b 服务组合。使用该模型可以准确地描述w e b 服务， 可以与w e b 服务中的状态、交互的消息和动态行为系列一一对应。使用该方法， 除了可以验证组合服务是否满足系统需求外，还可以验证组合服务在运行过程中 是否有逻辑错误，更适合于验证开放式环境下的服务组合。文献 2 1 1 雨j 用自动机 作为基于w s c i 2 2 1 描述的w e b 服务的行为模型，在这个基础之上提出了一个 c l i e n t s e r v e r 模型，定义了w e b 服务合成时服务之间的相容性与替换性的概念， 并提出相应的算法与定理进行验证，保证了服务组合流程的正确性和替换服务的 正确性。 基于进程代数的服务组合验证方法是应用最多的一种方法，进程代数是关于 通信并发系统的代数理论的统称。主要包括通信系统演算( c a l c u l u so f c o m m u n i c a t i n gs y s t e m s ，c c s 1 5 ) 、通信顺序进程( c o m m u n i c a t i o ns e q u e n t i a l p r o c e s s e s ，c s p ) 和p i 演算等。上个世纪七十年代末，r m i l n e r 和c a r h o a r e 分 别提出了c c s 和c s p ，开创了用进程代数方法研究通信并发系统的先河。香港 科技大学的s h i n gc h ic h e u n g 和帝国理工学院的j e f fk r a m e r 1 6 ，1 7 1 首次将c s p 描述的并发模型应用于可达性分析。他们提出了可达性分析技术，该方法首次应 3 华东师范人学硕i ：学位论文 用进程代数等价理论约减并发模型状态空问，避免了状态爆炸的问题。p i 演算是 一种基于命名概念的并发计算模型，它是由r o b i nm i l n e r 等人在通信系统演算 c c s 的基础上提出的一种用于描述和分析通信拓扑结构动态变化的分布式通信 系统 2 3 1 。 文献 1 8 1 q b ，作者利用形式化方法c c s 给出了替换性在w 曲服务行为特性 层次情况下的定义，w e b 服务的替换是基于服务组合的，w s d l 层次的服务替 换只检查w e b 服务的接口是否包含将要被替换的w e b 服务的操作，但在w e b 服 务行为层次则不一样。还要保证替换之后的w e b 服务合成中消息的执行顺序是 正确的，不会出现不相容的情况，然后用两个服务进程的一致性关系来表示一个 服务是否可以替换另外一个服务，而且替换是上下文无关的。文献 1 9 1 中使用p i 演算对w e b 服务的可替换性进行了验证。文献【2 0 】使用p i 演算对w e b 服务的相 容性关系进行了形式化的描述。通过描述w e b 服务问的交互，针对两个服务间 的互相容和弱互相容，分别给出形式化的定义，并证明它们之间的等价性。在此 基础上又给出了多个w e b 服务互相容的定义，并且给出了判定多个w e b 服务相 容性所需要的进程投影操作的算法。 。 上面提到的三种形式化方法的表达方式、数学理论基础等各不相同，但对于 w e b 服务组合的验证而言，其验证能力基本相当。只是，在使用的方便程度和计 算复杂度方面还是存在一定的差异。采用p e t r i 网或者自动机对服务组合进行描 述时，尽管比较直观，但在服务流程规模增大、服务数量增多、服务间交互变复 杂的情况下，往往会引起状态空问的爆炸，因此，这两类方法的复杂度随着服务 组合规模的增大而急剧增大。与此相比，基于进程代数的方法由于采用了文本的 进程表达式描述系统，其表达能力强而且形式更为简洁，加之进程代数中的行为 理论为w e b 服务组合验证提供了良好的理论基础，因而本文在用自动机描述服 务的基础上，采用进程代数的方式来验证服务组合的相容性条件。这是因为自动 机方式的状态迁移与w e b 服务组合交互时收发消息后状态的变化可以很好的进 行类比。 除了以上三种主要方式以外，还有其它文献 2 4 ，2 5 ，2 6 ，2 7 ，2 8 1 对w e b 服务组合 时的相容性与可替换性做了详细的探讨。其中文献 2 4 1 最早的引入了在行为层次 上相容性的概念，并把这一概念应用到部件协议的相容性上，给出了判定两个协 议是否相容的标准，这为以后的w e b 服务相容性的提出提供了理论依据。另外 还给出了子类型的的概念，并给出了判定条件，这是以后w e b 服务中可替换性 4 一 4 # 东师范人学硕i ：学位论义 的概念的雏形。文献 2 5 】正式提到了w 曲服务的动态行为相容性的概念，把文献 f 2 4 1 中提到的部件相容性的概念引入到w e b 服务上来，并用l t s ( l a b e l l e d t r a n s i t i o ns y s t e m ) 来描述w e b 服务，然后讨论了在不同的严格性要求的情况下 w e b 服务相容性的定义，最后简单介绍了一些可替换性的概念。 上面提到的这些文献中，对w e b 服务的相容性标准基本达成了一致，但对 于具体的验证过程，并没有给出太多有效的方法，而对于服务的可替换性则没有 给出一个充分必要的判定条件，只是给出了一些更加严格的要求。另外对于服务 可替换性与服务相容性的关系很少涉及，本文就是试图在这些方面做一些工作。 1 3 本文主要工作 1 3 1 本文的研究意义 w e b 服务的出现为网络分布应用程序的开发提供了一种非常有用的方法。当 用户需求无法由单一的w e b 服务实现时，需要不同的w e b 服务一起协作来完成 用户需求。这就需要保证参与协作的各个服务能够顺利的完成交互，也就是所说 的w e b 服务的相容性问题。而w e b 服务的替换性是与服务合成密切相关的，一 个由w e b 服务合成的系统，当其中的关键服务遇到来自网络的威胁和本身的软 硬件故障，无法继续提供服务时【1 8 】，或者一个组合系统中的某个服务进行了升 级，提供了更多的功能，这就需要选取新的服务来替换原有的服务，而替换的基 本要求是保证替换后的服务合成仍然是j 下确的。这就需要我们详细了解w e b 服 务的相容性与可替换性，以及二者之间的关系。 1 3 2 本文的研究目标 本文就是希望详细讨论w e b 服务的相容性的验证方法，w e b 服务可替换性 的准确标准和相容性与替换性二者之问的关系。通过相容性的验证方法，可以判 断任意两个w e b 服务是否相容，只有相容才能够保证服务组合的正确性。而通 过制定w e b 服务可替换性的严格判定标准，可以准确地判断一个服务是否可以 替换另外一个服务，而且不考虑该服务的上下文。通过讨论w e b 服务的相容性 与替换性之间的关系，可以把某些w e b 服务之间的替换性关系的判定转换到相 容性关系的验证上来，从而应用w e b 服务相容性关系的验证方法来判定w e b 服 务的替换性关系。 1 3 3 本文的研究内容 本文旨在对w e b 服务组合中服务相容性与替换性的关系进行深入研究。重 点研究了w e b 服务相容性的验证方法和替换性的严格标准。 5 华东师范人学硕i ：学位论义 在文献【2 4 】中，作者首先提出了部件合成时接1 2 1 行为协议相容性的两个判定 标准，从而为以后的w e b 服务行为相容性的判定奠定了基础。本文就是在这两 个条件的基础之上，结合有限自动机和进程代数的一些概念，设计了一个判定 w e b 服务相容性的一个具体实现方法。关于w e b 服务的替换性，文献 1 8 ，2 4 ， 2 9 】都有提及，但是并没有给出一个严格的判定标准。本文试图在这些文献的基 础上，归纳出一个充分必要的条件，并通过严格的逻辑证明说明标准的准确性。 本论文的主要研究内容归纳如下： 1 w e b 服务和w e b 服务组合理论的简单介绍。 主要包括w e b 服务的基本概念、体系结构和特点、w e b 服务组合的基本理 论和方法、以及有限自动机和进程代数c s p 的一些理论知识，为本文的主要研 究内容做一个理论铺挚。 2 w e b 服务相容性的概念及验证方法的详细过程介绍。 基于相关文献给出的w e b 服务相容性的概念，给出其判断标准，然后应用 有限自动机和进程代数c s p 的一些概念来描述w e b 服务，然后通过引入一个新 的算子“( 读作“对应位置并发”) 来验证两个w e b 服务之间的相容性。 3 w e b 服务的替换性的充分必要条件的提出和证明以及替换性与相容性之 间关系的探讨。 按照w e b 服务的替换性条件的发展历史和替换性的要求，一步一步的总结 出它的充分必要条件，然后证明。同时讨论了在特殊情况下替换性与相容性之间 的转换关系，从而导出一些有用的推论。 1 4 本文的组织与结构 第一章为绪论，详细阐述了本论文的研究背景，分析了国内外相关研究的现 状，简要介绍本论文的主要工作，包括本文的研究意义、研究目标和研究内容。 第二章介绍了w e b 服务的基本概念及其体系架构，简单说明了w e b 服务组 合的基本概念和研究领域，讨论了目前使用的w e b 服务组合方法。 第三章介绍了本文用到的有限自动机和通信顺序进程c s p 的相关基础知识， 为后面形式化的描述w e b 服务提供了理论基础。 第四章根据w e b 服务相容性的标准，提出了基于形式化描述的w e b 服务相 容性判定的具体方法。通过引入新的算子“ ，来对形式化后的w e b 服务进行 计算，根据计算结果，来判定两个w e b 服务是否满足相容性的关系，并通过简 单的实例加以说明。 6 华东师范人学硕l ：学位论义 第五章在相关文献的基础之上，归纳出w e b 服务替换性的几条标准，并通 过严格的逻辑证明来说明这几条标准和替换性的要求是严格等价的。同时还讨论 了在特殊的w e b 服务的情况下服务替换性与服务相容性之l 日j 的关系，可以把两 个w e b 服务的替换性关系转换到另外两个相关的w e b 服务的相容性的关系上面 去。 第六章为总结与展望。总结本论文的主要工作和存在的不足，并对下一阶段 的工作提出展望。 7 论文 务组合基本理论 w e b 服务的定义、体系结构、基 分类等。 么究竟什么是w e b 服务呢? 一般 以被其它w e b 上的应用程序识别 调用的应用程序，这是一个非常开放的定义。 u d d l ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n 3 1 ) 联盟给出了更加准 确的定义，w e b 服务是一个自包含的、模块化的商业应用程序，它拥有开放的、 面向互联网的、基于标准的接口【3 2 1 。这里强调要遵循互联网的标准和丌放性， 这就意味着需要有一个可以通过网络调用的公共接口。 w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m 3 3 ) 给出了更加详细的定义，一个w e b 服 务是一个可以用u r i 标识的软件应用程序，它的接口和绑定可以通过x m l 文档 被定义、描述和发现。它可以使用基于x m l 的消息机制通过基于i n t e r n e t 的协 议与其它软件中心进行交- 百 3 4 1 。这个定义非常精确的给出了w 曲服务被调用的 过程，它需要被定义、描述和发现。w e b 服务可以被看作能够组合成更加复杂的 分布式应用程序的部件。 2 1 2w e b 服务的体系结构 w e b 服务的基本体系结构由三个参与者和三种基本操作组成。 三个参与者分别是： 服务的提供者。从企业的角度看，这是服务的所有者。从体系结构的角 度看，这是托管访问服务的平台。 服务的请求者。从企业的角度看，这是要求满足特定功能的企业。从体 系结构的角度看，这是寻找并调用服务，或启动与服务的交互的应用程 序。 服务的注册中心。这是可搜索的服务描述注册中心，服务提供者在此发 布他们的服务描述，服务请求者查找服务并获得服务的绑定信息。 三个基本操作分别是： 发布。为使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请求者可以查找它 8 华东师范人学硕 j 学位论义 们。 查找。在查找操作中，服务请求者之间搜索服务描述或在服务注册中心 查询所要求的服务类型。 绑定。最后需要调用服务，在绑定操作中，服务请求者使用服务描述中 的绑定细节来定位、联系和调用服务，从而在运行时调用或启动与服务 的交互。 w e b 服务的基本结构图如图2 1 所示。 图2 1w e b 服务体系结构 首先，服务提供者定义w e b 服务的服务描述，并将其发布到服务注册中心 的目录上，然后，当服务请求者需要调用某服务时，要利用查找操作从服务注册 中心提供的目录中搜索需要的服务，得到如何调用该服务的信息，根据得到的信 息去调用所需服务。当服务请求者从服务注册中心得到调用所需服务的信息之 后，通信在服务请求者和服务提供者之间直接进行，无需服务注册中心干预 3 5 1 。 为了实现这些功能，w e b 服务体系使用一系列标准和协议，如：使用w s d l ( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 来描述服务，使用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 yi n t e g r a t i o n ) 来发布和查找服务，使用s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s s p r o t o c 0 1 ) 来执行服务的调用。 2 1 3w e b 服务的协议栈 w e b 服务的协议栈是由一系列开发的协议和规范组成的，这些协议和规范可 由多种方案实现，图2 2 展示了w 曲服务协议栈的内容和层次结构【3 6 】： 9 华东师范人学硕i ：学位论文 图2 2w e b 服务的协议栈 在w e b 服务的协议栈中，最底层的是传输层，用于定义底层的通信协议。 h t t p 协议凭借其普遍性，成为当今广泛采用的底层传输协议。紧接着是 s o a p p 8 1 、w s d l 3 9 1 和u d d i 3 1 ，这三个规范构成了当今w e b 服务的核心技 术。 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 ) 。传输层之上是消息层，目前主要使用 s o a p 协议作为w e b 服务的消息协议。s o a p 协议是一种轻量的、简单的、基于 x m l 的协议，它被设计成在w e b 上交换结构化的和固化的信息。s o a p 主要包 括三部分：s o a p 封装，它定义了一个框架，该框架描述了消息中的内容是什么， 谁应当处理它以及它是可选的还是必须的；s o a p 编码规则，它定义了一种序列 化的机制，用于交换应用程序所定义的数据类型的实例；s o a pr p c 表示，它定 义了用于表示远程过程调用和应答的协议 3 7 1 。将来可能会包含s o a p 消息如何 在h t r p 和s m t p 层上传输，以及如何与其它传输协议绑定的描述。 w s d l ( 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 ) 。消息层之上是描述层，描述层中 的w s d l 提供了一种描述w e b 服务功能，特别是w e b 服务接口的x m l 格式协 议。它是一种基于x m l 的语言，用于描述w e b 服务及其函数、参数和返回值。 w 曲服务的定义一般包含以下元素：t y p e ( 数据类型) 、m e s s a g e ( ? f i 息) 、b i n d i n g ( 绑 定) 、o p e r a t i o n ( 操作) 、p o r t t y p e ( 端1 2 1 类型) 和p o r t ( 端口) 等。其中t y p e 表示数据 类型，m e s s a g e 表示要传递的数据，b i n d i n g 表示特定端1 2 1 类型的具体协议和数 据格式规范，o p e r a t i o n 表示服务支持的操作的抽象描述，p o r t t y p e 表示一个或 多个端1 3 支持的操作的抽象，p o r t 表示绑定的地址。 1 0 华东帅范人学硕i ：学位论义 u d d l ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 。描述层之上定义的是 关于w e b 服务组合方面的协议标准。这一层的协议包括关于服务发布和发现的 u d d i 和描述w e b 服务合成的语言。u d d i 的功能就是帮助服务请求者确定所需 服务的w h o 、w h a t 、w h e r e 、h o w 问题，它定义了如何查找到w e b 服务及 其描述文件。u d d i 列表保存在u d d i 注册中心，包括白页、黄页和绿页，自页 用来记录服务的地址、联系人和已知的标识符，黄页记录基于标准分类法的行业 类别，绿页记录有关业务公丌的服务的技术信息。 b p e l 4 w s ( 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 rw e bs e r