（计算机软件与理论专业论文）基于工作流的动态服务组合技术研究.pdf

摘要 随着r r 行业的迅猛发展，使用r r 支持系统的企业不断增加，高效快速的应 用网络资源开始成为降低各行业管理运作成本的主要途径。在这种环境下，以共 享网络资源为目的的w e bs e r v i c e 技术迅速发展，但是作为一项新兴的研究课题， 动态服务组合的模型理论、关键技术、实现机制等各方面尚不成熟，新的研究课 题不断涌现。本文以开放网络环境下跨组织的资源共享与应用集成为背景，针对 当前动态服务组合研究中存在的若干不足，将重点放在动态服务组合模型、工作 流技术与w e bs e r v i c e 技术结合实现等几个方面，主要工作包括： 1 给出了基于工作流的动态服务组合模型：本文以工作流技术和w e b s e r v i c e 技术的集成为基础，结合两者的优势给出基于工作流的动态服务 组合模型以满足企业自动化集成的需要。 2 使用p e t r i 网为工作流建模：使用基于p t 网的工作流模型直观准确的表 示企业业务流程，然后用服务对应实现工作流中的活动达到工作流集成 服务的目的来降低企业自动化应用系统的成本 3 给出了基于q o s 的服务查找算法：在基于工作流的动态服务组合模型中 运用基于q o s 的服务查找算法来查找并绑定服务，充分体现模型的动态 特性。 4 实现：本文以企业办公自动化系统为例，在具体实现中验证基于工作流 的动态服务组合模型、工作流p ，r 网模型和基于q o s 的服务查找算法的 正确性和可用性 关键词：w e bs e r v i c e s ，工作流，p e t r i 网，q o s ，服务组合 r e s e a r c ho f w o r k f l o w - b a s e dd y n a m i c s e r v i c e si n t e g r a t i o n t e c h n o l o g y a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi ti n d u s t r y , e n t e r p r i s e sf i r ed e p e n d i n go ni ts y s t e m s m o l ea n dm o r e m u c hm o r ea t t e n t i o ni sp a i do nh o wt ou s ew e br e s o u r c e st or e d u c e e n t e r p r i s e s c o s t t h et e c h n o l o g yw e bs e r v i c e m a i n l y 白c u s m go ns h a r i n gw e b r e s o u r c e ，i sd e v e l o p i n gf a s t , b u ti nas t a g eo fd e v e l o p m e n t ，w e bt e c h n o l o g yw a s f l a w e d t h eg o a lo ft h i sp a p e ri st om a k et h eu s eo fw e bs e r v i c e sm o r ee f f e c t i v e l y t h ed y n a m i cc o m b i n a t o r i a lk e yt e c h n o l o g yr e s e a r c hs e r v i c e sw h i c hb a s e do nt h e o p e nn e t w o r ke n v i r o n m e n tc r o s s - o r g a n i z a t i o n a lr e s o u r c es h a r i n ga n da p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o nn l 烈 8o ft h eb k g r o u n dp a y sa t t e n t i o nt om a n yf i e l d ss u c ha st h e i n t e g r a t i o no fw e bs e r v i c ea n dw o r kf l o wa n dt h ed y n a m i cm o d e lp o r t f o l i os e r v i c e s b a s e do nw o r kf l o w n 嵋w o r k si n c l u d e s ： 1 c r e a t ew o r k f l o w - b a s e dd y n a m i cs e r v i c e si n t e g r a t i o nm o d e l ：t h i sp a p e r b a s e do nw o r k t l o w t e c h n o l o g y a n dw e b - b a s e di n t e g r a t e ds e r v i c e t e c h n o l o g y , c o m b i n i n gt h ea d v a n t a g e so fb o t hs e i c 箔b a s e do nt h ew o r k o ft h ed y n a m i cf l o wm o d e lp o r t f o t i ot om e e tt h en e e d so fe n t e r p r i s e a u t o m a t i o ni n t e g r a t i o n 2 m o d e lw o r k f l o wb a s e d0 1 1p e t r in e t p e t r in e ti su s e dt oc x p l e s sb u s i n e s s p r o c e s s o f a n e n t e r p r i s e ：t h i s i s t h e w o r k f l o w t h e a c t i v i t i e s i n t h e w o r k f l o w w i l lb ei m p l e m e n t e db yw e bs e r v i c e s i nt h i sw a y , w e br c $ o l l l e sa r es h a r e d e n t e r p r i s e sc a nr e d u c e t h e i rc o s t 3 p r o p o q o s - b 弱e ds e l 哳c el o o k u pa l g o r i t h m ：t h ef i g h tw e bs e r v i c e sw i l lb e f o u n dt h r o u g hq o s - b 勰o ds e r v i c el o o k u pa l g o r i t h m 4 i m p l e m e n tt h ew o r k f l o w - b a s e dd y n a m i cs e r “c e si n t e g r a t i o nm o d e l ：t h e m o d e lh a sb e e nu s e di na l lo a ( o f f i c oa u t o m a t i o n ) s y s t e m i nt h i ss y s t e m , w eh a v ev a l i d a t e dt h ec o l l o e 恤e 嚣o fw 曲s e r v i c ec o m b i n a t i o nm o d e la n d i i t h eq o s - b a s e ds e r v i c el o o k u pa l g o r i t h m k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e s ，w o r kf l o w ，p e t r in e t ，q o s ，s e r v i c e si n t e g r a t i o n 1 1 1 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。，n 学位论文作者签名： 丝l 牮 指导教师签名：，! 型氅 9 即年6 月旭日砂司年月f 日 西北大学学位论文独创性声明 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注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它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：“7 午 沁，年引子日 第一章绪论 1 1 研究背景 2 0 0 0 年前后，在动态电子商务 i c o u 应用的直接推动下，w e bs e r v i c e 出现 并迅速成长为基于i n t e r n e t 构造跨组织分布应用的标准框架。w e b 服务技术的广 泛接受使得w e b 服务正逐步成为i n t e r n e t 网络环境中资源封装的标准形式。随着 部署在i n t e r n e t 上的w e b 服务不断丰富，这些可被公共访问和集成的服务构成了 一个潜在的巨大的标准组件库因此在w e b 服务互操作技术的基础上，提供高 层的服务集成手段、实现服务组合成为w e b 服务技术发展的自然需求 目前国内外有关服务组合的理论、方法和技术受到软件理论、软件工程、人 工智能以及中间件与应用集成等多个领域研究工作的影响和推动，己取得了一些 有价值的研究成果但是从总体上说，由于研究历史还不长，服务组合的理论体 系、工程方法以及实现技术仍不成熟，还有许多函待解决的研究问题如：组合服 务建模理论基础薄弱、缺乏面向全局服务质量( q o s ) 目标的组合方案选择的有效 算法、对于高效的组合服务协调机制的研究不足等 为了解决这些问题，本文引入工作流的和q o s 的概念来弥补这一缺陷，通过 工作流匹配多个服务来扩展服务的易用性、通过q o s 保证服务组合的动态特性。 工作流技术是9 0 年代以后计算机应用领域的一个新的研究热点它将企业的 业务活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来完成业务过程的执行和监 控，达到提高生产组织水平和工作效率的目的将工作流技术和w 曲s e r v i c e 技 术相结合，可以发挥两者的优势以利于实现企业自动化应用集成 1 2 论文的研究内容 虽然w e bs e r v i c e 有着广泛的应用前景，但在当前这些研究中，目标主要是提 高服务的发现效率和精确度，主要用在单个服务的发现上【c x 0 1 】【s u - o l 】，很少 有针对服务组合问题特定的目标 z l o l l t z h o i i 。目前服务组合中存在的问题主要 集中在以下两个方面： 1 服务的开发和部署不能完全分离。在现实的开发中服务的客户端往往是 静态的绑定服务器上的服务，不支持服务的动态组合。 2 服务本身并没有流程的概念，不能自动匹配其他服务 本文针对上述的服务组合中存在的问题，把w e bs e r v i c e 技术和工作流技术 相结合，给出一个可用的动态服务组合模型，并用此模型支持服务开发和部署的 完全分离，使本地开发的服务可在异地部署并能够自动匹配和绑定服务，最后最 终能够满足实际的业务需要 创建基于工作流的动态服务组合模型可以结合工作流与w e bs e r v i c e 技术的 优点，实现降低企业自动化应用成本的目标，这也是服务组合技术发展的必然趋 势。本文在研究组合模型的同时还使用了基于p e t r i 网的工作流模型，以图形化语 言准确直接的描述业务流程，用服务对应工作流中的活动，实现了工作流技术和 w e bs e r v i c e 技术的集成，最后使用基于q o s 的服务查找算法保证动态服务组合模 型的动态特性，达到降低企业自动化应用集成的目的。 1 3 论文结构 本文分为六章，论文结构及各章节的关系如图1 1 所示： 图1 1 论文组织结构图 第一章为绪论，阐述本文的研究背景，并对动态服务组合的研究现状进行总 2 结分析，概括本文的研究内容 第二章为w e bs e r v i c e 概述，阐述w e bs e r v i c e 组成、体系结构和服务组合等 概念，为给出动态服务组合模型奠定基础。 第三章为工作流和工作流建模，阐述工作流的基本概念和工作流的建模方 法，着重描述了p e t r i 网建模的优势。 第四章为基于工作流的动态服务组合模型，给出了基于工作流的动态服务组 合模型，实现工作流技术和w e bs e r v i c e 技术的结合，建立了基于p 厂r 网的工作 流模型并转化为服务组合流程。最后提出基于q o s 的服务查找算法保证模型中 服务选择的动态特性。 第五章为应用实例，以企业办公自动化系统为例验证基于工作流的动态服务 模型的正确性和可用性。 第六章为总结与展望，总结全文并对下一步工作进行展望。 第二章w e bs e r v i c e 概述 w c bs e r v i c e 技术是当今r r 业界的焦点所在，它的主要目标就是在现在的各种 异构平台的基础上构筑一个通用的与平台无关、语言无关的技术层，各种不同平 台之上的应用依靠这个技术层来实现彼此的连接和集成。本章主要介绍w 曲s e r - v i c e 和服务组合的一些基本概念，特别着重于w e bs e r v i c e d p s o a p l v o i 、w s d l 【e f + o i 、u d d i t b 0 1 、x m l c l o i 和服务组合等技术的分析，最后总结出服务 组合技术面临的问题作为本文研究的方向。 2 1w e bs e r v i c e 的概念 w e bs e r v i c e 是支持基于网络的机器与机器交互的软件系统 d b 0 1 ，它可以 在不同的平台上创建和执行w e bs e r v i c e 的一个基本概念就是 j m 0 1 ：所有东 西都是服务，这些服务发布一个a p i 集合供网络中的其他服务使用，并且封装了 实现细节，简单的说w e bs e r v i c e 就是组件技术在i n t e m e t 上的扩展。 w e bs e r v i c e 作为一种新型的w e b 应用模式，是一个崭新的分布式计算模型， 是w e b 上数据和信息集成的有效机制。它们是自适应、自我描述、模块化的应用 程序，这些应用程序可以跨越w e b 进行发表、定位和调用。从电子商务应用领域 来看，复杂的应用连接和程序代码造成了电子商务应用的高维护代价和高更新代 价，而w e bs e r v i c e i e 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 t r o l l w e bs e r v i c e 所执行的功能可以是从简单的请求到复杂的商务处理， 简单的服务可以提供例如股票报价或处理信用卡交易等功能，而复杂的服务则可 以提供例如在线交易分析或智能决策等功能。对服务进行部署后，其它的应用程 序( 及其它的服务) 可以通过u d d i 注册中心发现和调用所部署的服务服务是一 类可通过开放的i n t e m e t 协议访问的软件组件，它代表了组件技术和w e b 技术的结 合。 2 2w e bs e r v i c e 的体系结构 w e bs e r v i c e 体系结构是面向对象分析与设计( o o a d ) 的一种合理发展，同 时也是电子商务解决方案中，面向体系结构设计、实现与部署而采用的组件化的 合理发展，以下就是面向服务的体系结构( s o a ) 的相关介绍 4 w 曲s e r v i c e 的体系结构是基于三种角色( 服务提供者、客户端和服务注册中 心) 之间的交互，它是一种“面向服务的体系结构( s o a ) 交互具体涉及到发布、 查找和绑定操作。这些角色和操作一起作用于w e bs e r v i c e 构件：服务软件模块 及其描述，通常情况下，服务提供者提供可以通过网络访问软件模块。服务提供 者定义w e bs e r v i c e 的服务描述，并把它发布到服务请求者或者注册中心。客户 端使用查找操作从本地或者服务注册中心搜索服务描述，然后使用服务描述与服 务提供者绑定，并调用相应的服务实现。图2 1 展示了这些操作、提供操作的组 件以及它们之间的交互。下面具体介绍该体系结构中的各个部分： 客户端服务提供者 图2 1w e bs e r v i c e 体系架构模型 1 服务提供者：发布自己的服务，并且对使用自身服务的请求进行响应。 2 注册中心：注册已经发布的服务，对其进行分类，并提供搜索服务。 3 客户端：利用注册中心查找所需的服务，然后使用该服务。 4 绑定：使客户端最终能调用服务提供者的服务 5 查找：使客户端能够根据条件查找到相应的在注册中心注册的服务 6 发布：服务提供者向注册中心注册表明它拥有一个能实现具体功能的服 务，以便于客户端查找并与之绑定。 为支持结构中的三种操作( 查找、发布以及绑定) ，s o a 需要对服务进行一 定的描述，这种服务描述应具有下面几个重要特点： 首先，它要声明服务提供者提供服务的语义特征客户端使用语义特征将服 务进行分类，以帮助具体服务的查找注册中心根据语义特征来匹配那些满足要 求的服务 其次，服务描述应该声明接口特征，、以访问特定的服务。 最后，服务描述还应声明各种非功能特征，如安全要求，事务要求，使用服 务的费用等等接口特征和非功能特征也可以用来帮助注册中心对服务的查找 服务描述和服务实现是分离的，这使得注册中心可以在服务提供者提供的服 务正处于开发阶段、部署阶段或完成阶段时，对服务进行绑定。 另外，s o a 中的组件相互之间必须能够进行交互，才能进行上述三种操作。 所以w e bs e r v i c e 体系结构的另一个基本原则就是使用标准的技术，包括服务描 述、通讯协议以及数据格式等。这样一来，开发者就可以开发出平台独立、编程 语言独立的w e b 服务，从而能够充分利用现有的软硬件资源和人力资源。 最后，s o a 体系结构没有对服务的粒度进行限制，因此一个w e b 服务可以 是一个组件，该组件必须和其他组件结合才能进行完整的业务处理w e b 服务 也可以是一个应用程序 2 3w e bs e r v i c e 组成 w e bs e r v i c e 本身由四大部分组成：x m l 、s o a p 、w s d l 和u d d i 。目前均 已成为开放的行业标准。w e bs e r v i c e 技术本身的兴起也正是依托这四大开放标准 的发展过程和标准化历程而发展起来的，下面是对w e bs e r v i c e 四大部分的简单 介绍。 2 3 1 协议及消息传递一s o a p 与x m l 2 3 1 1 l 技术 x m l 即为可扩展的标记语言 x x 0 1 】( e x t e n s i b l em a r k u p1 a m g u a g e ) 讧l 是 一种基于文本的标记语言，是一套定义语义标记的规则，这些标记将文档分成许 多部件并对这些部件加以标识。w e bs e r v i c e s 就是建立在沮基础之上的，它是 ) 。m 硫行后的一个直接产物。 x m l 之所以在短时间内得到广泛的认可，有着许多原因，主要表现在： 1 它是基于纯文本的 由于是纯文本的，所以容易进行数据交换，不必为解析复杂而且专用的 数据格式。 6 2 面向内容的标签 x m l 的标签告诉的是它有什么样的内容，而不是如何显示它，这使得 x m l 中的数据具有自描述能力，使得应用程序可以很容易的理解x m l 文档的含义。 3 样式输出能力 使用x m l 强大的转换功能可以方便的将x m l 文档转换成所需格式的 文档( 需符合x m l 语法，如h t m l ) 4 链接能力 使用x p o i n t e r 和x l i n k 可以获得比h t m l 更强大的链接能力。 5 易处理性 由于x m l 文档具有格式正规性，且内容又是自描述的，就使得它很容 易被分析处理。 6 层次结构 x m l 文档的层次结构( 树型的结构) 使得它更容易被理解、操作 7 国际化能力 这是因为x m l 对u n i c o d e 的支持( 可以在x m l 文档中声明所用编码方 式) w 3 c 规定所有的x m l 解析器都必须能够处理u n i c o d e ，也就使 x m l 的使用国际化了 x m l 通常通常有以下几种使用x m l 的基本方法 m b o i ： 1 传统数据处理：x m l 正在迅速成为w e b 上数据表示和交换的方式，用 户可以在客户与服务器之间将数据以x m l 格式进行编码，然后传送。 x m l 是各种交易的潜在的解决方案( 只要各方对标签的使用达成一致即 可) 2 文档驱动编程( d o c u m e n t - d r i v e np r o g r a m m i n g , d d p ) ：文档驱动编程中 x m l 描述的是应用程序的界面，它包含对应用程序界面组件和商务逻 辑组件( b u s i n - e s s l o g i c ) 的引用。使用d d p 将这些组件进行组合可以很 快开发出一个应用程序，在这里x m l 起到一个容器的作用 3 用于绑定( b i n d i n g ) ：定义x m l 数据结构的d t d 或s c h e m a 将被用于自 动创建处理这些x m l 数据的应用程序，这个过程就叫b i n d i n g 7 4 用于存档( a r c h i v i n g ) ：用可重用和模块化的组件搭建生成新的程序是一 种规范编程方法。如果这些组件是以二进制形式存放的，就会在兼容性、 版本控制等许多方面存在限制。如果这些组件以x m l 格式进行存档， 这些问题就可以解决。另外，基于纯文本的x m l 格式使得用不同编程 语言写的应用程序中的对象可以更容易的传送。 综合以上四种不同类型的应用，可以做一个总结：x m l 其实就是数据制作 者并不考虑日后这些数据具体会有哪些用途，只是尽量全面地考虑今后有可能会 被用到的信息，并将其完整、规范地制作成x m l 文件。 2 3 1 2s q a p 协议 s o a p ，即简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) ，它是用于交换 沮编码信息的轻量级协议，是序列化调用位于远程系统上的服务所需信息的 标准方法，这些信息可以使用一种远程系统能够读懂的格式通过网络发送到远程 系统，而不必关心远程系统运行于何种平台或者使用何种语言编写s o a p 以 订l 格式提供了一个简单、轻量的用于在分散或分布环境中交换结构化和类型 信息的机制。s o a p 本身并没有定义任何应用程序语义，如编程模型或特定语义 的实现；实际上它通过提供一个有标准组件的包模型和在模块中编码数据的机 制，定义了一个简单的表示应用程序语义的机制。这使s o a p 可用于联合各种现 有的网络协议和格式( 包括h 1 1 限、s m t p 和m m m ) ，并可被用于消息传递到远程 调用的各种系统s o a p 解决了通过防火墙传送往返于远程应用程序的消息的问 题。除了通过某些预先设定的作为特定用途的端口，防火墙通常禁止通过其它端 口进行远程通讯。这就出现了一个问题，大部分分布式协议不使用分配的端口， 而是动态地选择端口。微软s o a p 技术实现的解决方案是通过h t t p 的8 0 端口传送 对远程进程的调用。这个远程调用使用x m l 定义消息请求或响应的格式，把调用 附加到l r 盯p 协议的顶部。这个技术的优点之一就是降低通过防火墙传送消息的 复杂性 s o a p 可以用来解决因特网应用程序的交互性问题用户可以使用一种平台 无关性方式在远程( 或本地) 服务器上访问对象和服务。现在的互联网由不同的操 作系统、不同的防火墙、不同的产生远程过程调用的方法和平台组成。为了跨因 特网交互，客户机和服务器都需要了解彼此的安全类型和信任、服务部署模式和 8 实现细节以及平台语言。使用s o a p ，这种平台特定性的混乱局面就会结束。基于 已被业界广泛接受的m w 标准和订l 标准，s o a p 也可与其竞争对象r p c 技术 连通，并提供用于任何操作系统、程序语言和平台的轻量级消息格式。 在s o a p 体系结构有四个主要的部分： 1 s o a p 信封( e n v e l o p e ) ：用于描述消息内容和处理方法 2 s o a p 编码规则：定义了一个编码机制用于交换应用程序定义的数据 类型的实例 3 s o a p 的r p c 表示：定义了一个用于表示远程过程调用和响应的约定 4 s o a p 绑定：定义了一个使用底层传输协议来完成在结点间交换s o a p 信封 的约定 简单的说，s o a p 提供了使用完全独立于平台的访问服务、对象和服务器的 技术。通过s o a p 能够查询服务、调用服务、与服务通讯并处理服务，而不用去 关心远程系统的位置、所在的操作系统或平台到底是什么样的。 s o a p 本身提供了与服务交换信息的方法，但是它没有提供查找服务消息的 方法，而且它还不提供查找服务或与之交涉的方法 2 3 2 接口描述一w s d l 和u d d i 2 3 2 1 服务描述语言( w s d l ) w s d l 是用来描述网络服务或终端的一种x m l 语言，它用于定义w e b 服 务以及如何调用它们( 描述服务的属性，包括它做什么，它位于哪里和怎样调用 它等信息) ，w s d l 文档可用于动态发布服务、查找已发布的服务以及绑定服务。 服务描述语言( w s d 曲和s o a p 一起构成了w e bs e r v i c e 的核心结构单元 在w s d l 中包含了使用s o a p 的服务描述的绑定，也包含了使用简单h r r p g e t 和p o s t 请求的服务描述的绑定w s d l 将服务定义成一系列的端口，每 个端口用来表示从抽象端口类型到用于调用服务的具体通信协议的一个映射。端 口类型由一组与s e r v i c e p r o v i d e r 交换信息的操作组成，它支持对包含消息的数 据类型的定义一个完整的w s d l 服务描述是由一个服务接口和一个服务实现 文档组成的由于服务接口表示服务的可重用定义i 它在u d d i 注册中心被作 为t m o d e l 发布。服务实现描述服务的实例。每个实例都是使用一个w s d ls e r v i c e 9 元素定义的。服务实现文档中的每个s e r v i c e 元素都被用于发布u d d i b u s i n e s s s e r v i c e 。 因为w s d l 包含了对服务接口的完整描述，所以我们可以使用它来创建能 简化服务访问的存根，它自动生成了访问服务的类。如果需要访问服务，只需调 用该类中对应的方法即可，而不用在客户端程序中再写入配置信息。传统的w s d l 文档在服务的定义使用了下列元素： 1 t y p e s ：数据类型定义的容器，它使用某种类型系统( 一般地使用x m l s c h e m a 中的类型系统) 2 m e s s a g e ：通信消息的数据结构的抽象类型化定义。使用t y p e 所定义的 类型来定义整个消息的数据结构。 3 o p e r a t i o n ：对服务中所支持的操作的抽象描述，一般单个o p e r a t i o n 描述 了一个访问入口的请求响应消息对。 4 p o r tt y p e ：对于某个访问入口点类型所支持的操作的抽象集合，这些操 作可以由一个或多个服务访问点来支持 ，5 b i n d i n g ：特定端口类型的具体协议和数据格式规范的绑定 6 p o r t ：定义为协议数据格式绑定与具体w e b 访问地址组合的单个服务访 问点 7 s e r v i c e ：相关服务访问点的集合。 w s d l 的设计理念完全继承了以x m l 为基础的当代w e b 技术标准的一贯 理念：开放。w s d l 允许通过扩展使用其他的类型定义语言( 不仅仅是x m ls c h e - m a ) 、允许使用多种网络传输协议和消息格式( 不仅仅是在规范中定义的s o a p h t r p 、h t t p g 啪0 s t 以及m i m e 等) 。同时w s d l 也应用了当代软件工程 中的复用理念，分离了抽象定义层和具体部署层，使得抽象定义层的复用性大大 增加。 2 3 2 2 统一描述、发现和集成( u d d i ) u d d i 提供了在w 曲上描述并发现商业服务的框架，并通过服务注册，以 及使用s o a p 访问这些注册信息的约定来实现上述目标。u d d i 项目鼓励服务相 互操作和相互采用。它是一种工商界居于领先地位的企业之间的伙伴关系，这种 关系最早是由m m ，a r i b a 和m i c r o s o f t 建立的。现在参加的公司己逾3 0 0 家。 1 0 u d d i 提供了一组基于标准的规范用于描述和发现服务，还提供了一组基于因特 网的实现。如今u d d i 继续快速发展，并赢得了业界的支持，这一规范之所以发 展很快，是因为有快速实现在背后提供支持，不仅证明了思想，而且为迸一步完 善规范提供了丰富的实践基础。 u d d i 的核心组件是u d d i 商业注册，它使用一个x m l 文档来描述企业及 其提供的服务。从概念上来说，u d d i 商业注册所提供的信息包含三个部分： 白页( w h i t ep a g e ) ：包括了地址，联系方法，和已知的企业标识； 黄页( y e l l o w p a g e ) ：包括了基于标准分类法的行业类别； 绿页( g r e e n p a g e ) ：则包括了关于该企业所提供的服务的技术信息，其形式 可能是一些指向文件或是u r l 的指针，而这些文件或u r l 是为服务发现机制服 务的所有的u d d i 商业注册信息存储在u d d i 商业注册中心中。 借助x m l 和s o a p ，集成和交互的问题将从层次上被简化。x m l 提供了跨 平台的数据编码和组织方法，而s o a p 建立在x m l 之上，定义了一种跨系统平 台的信息交换的简单包装方法。绑定于h t i p 之上的s o a p 协议，可以跨语言、 跨操作系统进行远程过程调用( r p c ) ，实现了编程语言和系统平台的无关性 x m l 和s o a p 这样的跨语言、跨平台的解决方案大大简化了不同企业系统之间 的交互问题。 但如果仅仅是x m l 和s o a p 的话，对于公司间的交流仍存在着巨大的鸿沟。 u d d i 规范在x m l 和s o a p 的基础之上定义了新的一层如表2 2 ，在这一层次， 不同企业可以用相同的方法描述自己所能提供的，并能查询对方所铯提供的服 务 表2 2 协议的层次关系描述 每一个独立发布的服务都是使用一个b i n d i n gt e m p l a t e 结构来建模的对这 i l 个服务的调用通常通过缓存b i n d i n gt e m p l a t e 数据来实现。注意到这一点后，在 你准备编写调用某种w c b 服务的程序时，该如何使用u d d i 就很清楚了，下面 列出了服务调用的基本步骤： 1 编写调用远程w e b 服务的程序时，程序员使用u d d i 商业注册中心 ( 通过使用w e b 界面或其它基于查询a p i 的工具) 来定位b u s i n e s se n t i t y 信息，这些信息是由( 或为) 提供该w e b 服务的企业注册的。 2 程序员可以进一步获得更详细的b u s i n e s ss e r v i c e 信息，或是得到一个完 整的b u s i n e s se n t i t y 结构。因为b u s i n e s se n t i t y 结构包含了有关已发布的 服务的所有信息，因此程序员只需简单地选择一个b i n d i n gt e m p l a t e 并 保存留待以后使用 3 服务在b i n d i n gt e m p l a t e 的t m o d e l 中提供的调用规范的相关信息，程序 员可以按照该服务的调用规范编写程序。 4 在运行时，程序可以按需要使用已保存下来的b i n d i n gt e m p l a t e 的信息 来调用服务。 一般说来，只要远程服务和调用它的程序都准确的实现了必要的接口( 按照 在t m o d e l 中所引用的调用规范) ，对远程服务的调用就一定会成功。 目前w e bs e r v i c e 的描述、发现和调用遵循u d d i 协议，但u d d i 尚处于起 步阶段 s y 0 1 ，其过程为首先由服务提供方按照协议规定的格式和内容将服务信 息发布到u d d i 服务。服务请求方向u d d i 服务提出查找请求，u d d i 服务查询 服务注册信息，匹配到合适的服务并将其访问入口等信息返回给请求方，服务请 求方利用这些信息连接目标服务在这个过程中，服务发布方在服务注册之后就 被动等待服务调用请求，而中介服务( 此处是u d d i 服务) 在服务查找之后就不再 参与此次事务 w e bs e r v i c e 的四个主要组成部分的出现，最终构成了w e bs e r v i c e 技术的基 础标准 2 4 服务组合概述 w e bs e r v i c e 技术的发展使得服务正逐步成为i n t e r n e t 网络环境中资源封装的 标准形式随着部署在i n t e m e t 上的服务不断丰富 f m 0 1 ，这些可被公共访问和 集成的服务构成了一个潜在的巨大的标准组件库。因此，在服务互操作技术的基 础上，提供高层的服务集成手段、实现服务组合成为w e bs e r v i c e 技术发展的自 然需求。 2 4 1 服务组合概念 服务组合是指将若干个服务合并起来提供增值服务的过程 s s + o h ，它是由 多个基本服务按照特定的流程结构组成的 q a 0 1 ，服务组合使得开发者可以创建 基于面向服务的描述、发现和通信能力之上应用，这些应用可被快速部署，为用 户提供对于多种复杂服务的无缝访f 司 l a + 0 1 基于上述文献中对于服务组合的阐述，可以得出服务组合是指基于面向服务 的体系结构，根据特定的业务目标，将多个已经存在的服务按照其功能、语义以 及它们之间的逻辑关系组装提供聚合功能的新服务的过程。服务组合是，它是建 立在服务发现基础之上的服务组合系统以抽象服务为基础，为用户提供了一个 高动态性、异构性的服务组合平台要研究服务组合就必须先了解服务发现，这 是服务组合的基础，服务组合的分类也是服务组合概念的必不可缺的部分，这些 内容都将在本章进行研究 2 4 2 服务发现 基于w e b 的商务应用为客户提供了不同类型的服务，而这些服务可能具有不 同的形式，并且它们的复杂程度不相同，例如面向软件( s o f t w a r e - o r i e n t e d ) 的服务、 面向硬件( h a r d w a r e - o r i e n t e d ) 的服务、移动( m o b i l e ) 服务等。服务组合中的一个重 要技术就是服务发现技术。所谓服务发现，就是客户以某种方式在这些不同类型 的服务中找到其想要的服务，以执行服务请求。服务发现是服务系统架构中的一 个重要部分，u d d i 是其中一种解决方案。而传统的服务发现技术是通过精确匹 配实现的，不能较好地支持基于概率和语义约束的模糊匹配，使得服务执行的整 个过程受到影响，而且语义冲突问题( 对于同一服务在不同站点上实现了不同接 口) 也没有可行的解决方案 。服务发现是服务组合的基础，但本文并不以服务发现为重点，所以对于服务 发现只作以简述 2 4 3 服务组合的分类 如果构建一个服务组合，则必须在包含语义信息服务的基础上经过模型建 立、服务选取和执行等主要步骤。按照流程结构生成方式的不同，将组合过程分 为静态组合和动态组合两种情况。 静态组合指的是服务组合者清楚知道要绑定的基本服务一级与这些基本服 务相关的绑定信息，由服务组合者自行绑定相关基本服务建立流程结构。这种方 式适合于固定合作伙伴间的交互，合作双方事先已建立一定的协议，可进行长期 稳定的合作，服务提供者保证服务时刻可用，且服务接1 1 3 不发生变化。静态组合 易实现，但使用不灵活，当需求改变时需重新组合但在i n t e m e t 环境中，这种 合作方式通常是不够的，企业总是希望寻找更好的合作伙伴，得到更好、更经济 的服务因此，动态服务组合是组服务组合的关键所在 动态组合是指组合服务定义过程中不为活动指定固定的服务提供者，将具体 的组合过程以及服务的绑定延迟到组合服务执行时动态完成。实现动态组合的活 动在组合服务设计时，只说明活动需实现的功能、所属的服务类别、需要查找的 u d d l 地址以及多个查找结果的选择策略等内容，而具体的服务提供者延迟到组 合服务的执行过程中来绑定，以保证组合w e bs e r v i c e 适应于i n t e r n c t 这种动态性 要求高的应用环境。 2 4 4 动态服务组合面临的问题 在开放网络环境中实施服务组合面临诸多技术挑战，服务的描述、管理、发 现等问题首当其冲由于这些问题属于服务技术中具有共性的基础问题，虽然大 量研究工作己经或正在围绕它们展开，它们不是本文关注的重点本文主要关注 如下与服务组合相关的问题： 1 组件服务的按需选择问题。网络环境的开放性使得可用的服务构成一个 不断成长，动态变化的服务空间，这使得组件服务的选择成为令人既兴 奋又头痛的问题服务在功能和非功能层面上具有多样性，在运行时刻 根据特定的环境状况和用户需求动态地选择适当的组件服务是动态服 务组合的重要要求。同时，潜在的巨大的候选组件服务集合对于服务选 择的有效性和高效性提出了挑战。因此，如何刻画服务选择需求、如何 1 4 有效地支持运行时刻的服务选择是动态服务组合技术的关键问题之一 2 高效的组合服务协调问题。组合服务通常部署在广域网环境下，具有开 放的用户群体，且其组件服务往往属于不同的自治组织，具有广泛的地 理分布性。因此，高效、灵活的组合服务协调机制对于保证组合服务系 统的可伸缩性尤为重要。 服务组合技术研究目前尚处于初期阶段，其具体技术还没有标准化，甚至不 同组合方法的关键需求定义也没有标准化 n m m 针对上述动态服务面l 临的挑 战，本文将在以后的章节展开深入的研究工作 2 6 本章小结 服务是建立动态服务组合模型的基础，本章介绍了w e bs e r v i c e 、w e bs e r v i c e 体系结构的构成、w e bs e r v i c e 的组成和服务组合等相关领域概念，提出动态服 务组合面临的服务按需选择以及服务协调的问题，解决这些问题将是本文研究的 重点 第三章工作流和工作流建模 工作流是企业用计算机实现管理的结构化或非结构化业务流程的计算机模 型，传统的工作流模型由于主要是在企业内部的单一环境下运用，较少考虑到异 构环境下和跨组织流程，因而不适合基于工作流的服务组合建模，本章将针对这 个问题在研究工作流概念和工作流建模方法，同时选择使用p e t r i 网为工作流建 模，为基于工作流的动态服务组合模型的奠定基础。 3 1 工作流概述 3 1 1 工作流的起源和发展 工作流( w j l l 【f l o w ) 技术的研究最早起源于上个世纪7 0 年代中期办公自动 化领域的研究工作。提出的目的是通过将工作分解成良好的任务、角色，按照一 定的规程和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、减低生 产成本、提高企业生产经营水平和企业核心竞争力的目标【w f o i 简单地说， 工作流是一系列相互衔接、自动进行的业务活动或任务，它是企业用计算机实现 管理的结构化或非结构化业务流程的计算机模型。2 0 世纪8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a r 等图形图像处理公司率先开拓了工作流产品市场，成为最早的一批 工作流产品供应商他们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、关键 字索引以及光盘储存等等功能结合在一起，形成了一种用于文档处理的图像处理 系统，它可以把扫描得到的计算机文档，按照一定的规则发送给相关人员，这便 是早期的工作流管理系统 l f + 0 1 f w 0 1 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机 的普及，计算机网络技术的迅速发展，企业的信息化程度提高，企业信息资源越 来越表现出一种异构分布、松散藕合的特点企业的分散性、决策制定的分散性 和对日常事物活动详尽信息的需求，以及c l i e n t s e r