（计算机软件与理论专业论文）web服务环境下业务流程建模语言的比较框架.pdf

南京邮电学院硕士研究生学位论文中文摘要 摘要 w e b 服务被认为是下一代网络的分布式体系结构下的松散耦合的典型应用的交互模 式。随着电子商务的迅速崛起，基于w e b 的应用模式迅速发展。w e b 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 服务成为电子商务的有效解决方案w e b 服务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具有新型构架，和高效执行方式，w e b 服务 与其他成熟技术的有机结合以及w e b 服务的集成是解决现实应用问题的重要技术 基于w e b j 畏务的价值链集成越来越受到人们的重视，基于业务流程的的集成在电子 商务，企业应用集成等各个方面的应用更加广泛。这就要求能够在企业的业务流程层实 现无缝集成。相应的业务过程建模语言成为研究的焦点，各具特色的业务过程建模语言 不断出现，对语言的研究、分析和比较已经成为基于w e b 服务的企业应用集成研究和开 发中的一个重要问题。 本文在分析w e b 服务环境下系统集成的体系结构模型基础上，利用一个比较框架对 常见的建模语言进行了比较分析和评价并据此对该比较框架做了相应的改进。 关键词 w e b 服务集成w e b 最务，业务流程建模语言，b p e l ，比较框架 n 南京邮电学院硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f e - b u s i n e s s w e ba p p l i c a t i o n sb a s e do nt h ew e ba r e d e v e l o p e d f r o ml o c a l i z a t i o nt og i o b a l i z a t i o n ，f r o mb 2 c ( b u s i n e s s t o c u s t o m e r ) t o b 2 b ( b u s i n e s s - t o - b u s i n e s s ) f r o mc e n t r a l i z e d f a s h i o nt od e c e n t r a l i z e df a s h i o n w e bs e r v i c e i san e wa p p l i c a t i o nm o d e lf o rd e c e n t r a l i z e dc o m p u t i n g a n di ti s a l s oa ne f f e c t i v e m e c h a n i s mf o rt h ed a t aa n ds e r v i c ei n t e g r a t i o no nt h ew e b t h u s ，w e bs e r v i c eh a sb e c o m ea s o l u t i o nt oe - b u s i n e s s i ti si m p o r t a n ta n dn e c e s s a r yt oc a r r yo u tt h er e s e a r c ho nt h en e w a r c h i t e c t u r eo f w e bs e r v i c e s ，o nt h ec o m b i n a t i o n sw i t ho t h e rg o o dt e c h n i q u e s ，a n do nt h e i n t e g r a t i o no fs e r v i c e s t h ec r e a s i n gi n t e r e s ti nw e bs e r v i c eb a s e di n t e g r a t i o no fv a l u ec h a i n sa n dp r o c e s s e n g i n e e r i n g h a sr e s u l t e di n a p p e a r a n c e o fv a r i o u sn e w p r o c e s sm o d e l l i n g l a n g u a g e s r e s e a r c h i n g ，a n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gh a st h e r e f o r eb e c o m eam a j o rp r o b l e mi n r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c e sb a s e de n t e r p r i s ea p p l i a c t i o ni n t e g e m f i o n o nt h e b a s eo fa n a l y s i so fa r c h i t e c t u r ef e a t u r e so fw e bs e r v i c e sb a s e di n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n s y s t e m ，t h i sp a p e rw i t hac o m p a r ef r a m e w o r k t os o l v et h i s p r o b l e m t oe v a l u a t e t h e f r a m e w o r k ，s o m e w e l l k n o w n l a n g u a g e s a r e c o m p a r e d i nd e t a i l a n ds u g g e s ts o m e i m p r o v m e n tt ot h ef a m e w o r k k e y w o r d s ： w e bs e r v i c e s ，c o m p o s i t e dw e bs e r v i c e s ，b p m l ，b p e l ， c o m p a r i n g f r a m e w o r k i l l 南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 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 含为获得南京邮电学院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 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：盘玺日期：丝堕：生! 刍 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：叁! 玺 导师签名：日期： 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 本章首先介绍w e b 服务的基本概念以及w e b 服务的业务组合问题的研究背景：接 下来分析集成w e b 服务业务层建模该问题涉及的主要关键技术并简要地叙述相关研究 的现状：然后提出本文的研究目标并概括本文的主要工作，说明论文的整体结构。 2 0 世纪7 0 年代以来，信息革命和知识革命席卷全球，知识经济逐步在世界范围内 崛起，关键技术是信息收集、处理和发布由于技术的飞跃发展，特别是计算机工业的 惊人选展：计算机和通信的结合，网络的产生和规模的不断扩大，这些领域正在迅速地 融合信息收集、传送、存储和处理之间的差别在迅速的消失。在收集、处理和发布信 息能力提高的同时，对更复杂的信息处理手段的需求增长得更快i n t e r n e t 将要进行新 一轮的发展和演变在上一阶段中，主要进行和实现了网络的物理架构，接下来就应该 充分利用网络通信和处理能力来创造财富和价值应用之一就是通过网络传递，加快信 息流的速度、提高信息的质量。另一方面则应使信息的生产者和消费者相互之间能够更 容易地进行定位和交换信息对于第二种应用方向，将其具体到服务供应商和客户问的 请求和反馈，就可以引出本文将要具体论述的一种新的应用架构：”w e bs e r v i c e ”( 以下 简称w e b 服务) w e b 服务属于当前软件产业最有前途的重大技术创新随着媒体津津乐道于w e b 服 务领域先行者的故事和案例，商业界也开始注意w e b 服务自从w e b 服务这一概念的提 出至今，它一直吸引着众多软件业者、风险投资家、分析家和媒体、以及企业的想象力。 一片兴奋的声音中，各种标准不断发展，新的w e b 服务平台和开发环境不断推出 1 积 极参与其中的不仅有h p ，i b m ，m i c r o s o f t ，o r a c l e 和s u n 这业界等巨头，还有许多新 进者。迄今为止，这方面的研究仍已经取得了较大的进展，但是w e b 服务在各项标准发 展还在继续，许多新的标准，规范正在出，因此，例如安全，事务机制方面的规范。 集成w e b 服务从其他计算模式、应用的集成过程以及诸如电子数据交换、企业级应 用集成、分布式对象计算和i n t e r n e t 协议之类的标准发展而来，这里只介绍w e b 服务 堕塞坚皇堂堕堡圭竺塞兰堂竺丝塞苎二兰堕堡 最近的发展历史，特别是正式w e b 服务标准的推出过程。由于信息技术应用的复杂性日 益提高，单个项目可用的人力和资金资源减少，以及对企业防火墙之内和之外各个部分 进行集成的要求不断提高，所以人们开始寻求更理想的解决办法，结果就是w e b 服务 以网络为中心的计算具有开放标准和面向i n t e r n e t 应用的特点，信息技术更广泛、深 入的应用面临着种种挑战，w e b 服务的概念之所以能够成熟，之所以能够为解决这些挑 战提供一种全新的解决方案，以网络为中心的计算趋势起到了关健性的作用。 从1 9 9 9 年后期到2 0 0 0 年，在a r i b a ，i b m 和m i c r o s o f t 等厂商的推动下，有三个 作为w e b 服务基拙的标准被提出，这就是：简单对象访问协议( 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 ) 2 ，统一描述、发现和集成协议( u d d i ，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 y ，a n di n t e g r a t i o n ) 3 ，以及w e b 服务描述语言( w s d l ，w e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 。 4 j 1 2 论文工作 虽然w e b 服务包括集成w e b 服务都已经有实际应用。但是位于价值链集成的核心的 业务流程建模语言目前并不十分成熟。相关的研究和评价正在展开。 本文的目的是在分析，比较和评估现有和将来业务流程建模语言在集成w e b 服务 环境中的作用。文章首先介绍了w e b 服务的发展的背景，其次介绍w e b 服务的相关技术。 其中重点介绍了与w e b 服务密切集成相关的w s d l ，第三章分析了集成w e b 服务的应用 背景，以及在集成w e b 服务中流程集成问题。以及流程本身具有的相关属性，并分别介 绍了当前主流的几种基于w e b 服务的业务流程建模语言和其他的相关流程语言( 规范) 。 第四章介绍了当前业务流程建模语言的比较框架。并利用框架对几种主流的业务流程建 模语言做了分析和比较。得出结论，并由此对该框架提出了一些改进。 本文的组织结构如下： 第一章对整篇论文进行概述，给出了本文的目的和组织及结构。 第二章主要介绍了w e b 服务技术的相关概念 第三章提出了集成w e b 服务的概念，并重点介绍了业务流程层的所要解决的问题 和几种重要的流程建模语言。 第四章首先对当前w e b 服务环境下业务流程建模语言的研究状况做了简介，然后 对根据集成w e b 服务业务层模型特点和已有的w e b 服务业务建模语言的比较框架对该 框架的不足之处予以改进。作为验证，利用框架的各个侧面对建模语言进行比较，得出 2 南京邮电学院硕士研究生学位论文第一章绪论 了结论。 第五章总结了全文并给出了未来的研究方向。 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二二章w e b 服务的基本概念 第二章w e b 服务的基本概念 2 1 为什么需要w e b 服务 2 1 1w e b 服务的提出 随着i n t e r n e t 的发展，很多商业机构非常希望能够把它们的企业运营集成到分布 应用软件环境中，比如网上支付、网上购物、网上订票和网上炒股等。但什么样的分布 计算模式才能适合这种需求呢? 首先，这种分布计算模式必须独立于提供商、平台和编 程语言：其次，必须提供足够的交互能力，能够适合各种场合的应用：最后，对于程序员 来说，它还必须易于实现和发布应用程序。简单地说，目前需要一个基于i n t e r n e t 开 发标准的分布计算模式。w e b 服务应运而生 w e b 服务的诞生不是偶然的，是i n t e r n e t 以及相关技术发展到一定程度的产物。自从有了i n t e r n e t ，h t t p 协议就广为使用，其 简单性、可靠性、通用性使得依靠它的网页可以流行在各个平台上。x m l 语言的诞生使 得信息的传输可以脱离平台、程序语言的限制，为网络上各种系统的“对话”提供了一 门“国际化的语言”。s o a p 协议为服务的请求、消息的格式定义了简单的规则，并得到 了各大系统软件提供商的支持。这一切的一切好象都是在为一种新的分布计算环境做铺 垫，w e b 服务( 或类似技术) 的出现似乎成了一件早晚必然发生的事情。 什么原因驱使企业使用e a i 技术的呢? a b e r d e e n 对位于财富1 0 0 0 强的企业选择e a i 技术的主要原因做了调查和整理。发现主要有以下几个因素 56 1 最重要的驱动力来自业务的电子化，企业需要将新的应用和已有的系统进行整 合，以改善电子商务、c r m 、s c m 系统的运行。 2 。提高各个部门的效率和通过及时共享高价值的信息来提高价值链的价值。 3 更快速地集成不同系统，减少业务驱动型的公司简化流程时所遇到的i t 边界题。 4 提供规模日益扩大的企业在共享高价值信息的效率，和应对企业提高整个供应 链的响应能力和竞争力这个永远的追求，降低它们供应链的成本。 4 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第二章w e b 服务的基本概念 5 利用互联网来改善客户的满意度和降低运营成本、扩大收入来源。 今天，w e b 服务对于满足“轻”型的集成需要是最佳选择，而传统的e a i 模型则能 提供工业级的可靠性、安全性和可管理性。由于e a i 供应商正在迅速地把w e b 服务吸 纳进它的产品中，综合的解决方案将变得更加流行。随着w e b 服务的成熟和各种标准 在产品中被采纳，w e b 服务和e a i 将会共同存在。 2 2 什么是w e b 服务 2 2 1 w e b 服务的描述 关于w e b 服务常用的定义如下 7 w e b 服务是描述一些操作( 利用标准化的x i v i l 消息传递机制可以通过网络访问 这些操作) 的接口。w e b 服务是用标准的、规范的x m l 概念描述的，称为w e b 服 务的服务描述。这一描述囊括了与服务交互需要的全部细节，包括消息格式( 详细描述 操作) 、传输协议和位置。该接口隐藏了实现服务的细节，允许独立于实现服务基于的 硬件或软件平台和编写服务所用的编程语言使用服务。这允许并支持基于w e b 服务的 应用程序成为松散耦合、面向组件和跨技术实现。 w e b 服务履行一项特定的任务或一组任务。w e b 服务可以单独或同其它w e b 服 务一起用于实现复杂的聚集或商业交易的。 w e b 服务是松散藕合的、可复用的软件模块。从语义上看，它封装了离散的功能， 在i n t e r n e t 上发布后，能够通过标准的i n t e r n e t 协议在程序中访问中组装和运行的软 件部件。网络上的其他应用程序可以访问并使用它们，集成为更大的应用程序。为了对 w e b 服务有更好的理解，下面将对这个定义做一些更加详细的解释。 首先，w e b 服务是可复用的软件模块。w e b 服务是对软件开发中面向对象设计的发 展和升华。基于组件的模型允许开发者复用其他人创建的代码模块，组成或扩展它们， 形成新的软件。 其次，这些软件模块是松散藕合的。传统的应用软件设计模式要求各 个单元之间紧密连接，这种连接形成的复杂性要求开发者必须对连接的两端元素有完全 的了解和控制能力，并且一端的执行机制发生变化，那么另一端便会崩溃。相反，松散 藕合的系统，只需要很简单的协调，并允许更加自由的配置，任何应用都可以调用对应 s 塑塞唑皇堂堕堡主型塑生兰些兰兰 兰三兰! 竺里墨堕苎查堕垒 的接口连接到系统中来，方式灵活，简单快速，真正实现了“即插即用”。 第三从语义上看，w e b 服务封装了离散的功能。一个w e b 服务就是一个自包含的“小 程序”，完成单个的任务。w e b 服务的模块使用其他软件可以理解的方式描述输入和输 出，其他软件知道它能做什么，如何调用它的功能以及会返回什么样的结果。 第四，w e b 服务可以在程序中访问。不同予w e b 网站或桌面级程序，w e b 服务不是 为直接与人类交互设计的，它们不需要有图象化的用户界面。w e b 服务在代码级工作， 它们被其他软件调用，并与其他软件交换数据。不过w e b 服务最终的目的还是形成一个 能够与用户交互的应用软件。 最后，w e b 服务是在i n t e r n e t 上发布的。w e b 服务使用现有的并广泛使用的传输协 议，比如h t t p 。w e b 服务就可以通过防火墙进行通信。 2 2 2w e b 服务的特点 从外部的使用者的角度而言，w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象组件，它具备 以下特征 8 1 完好的封装性w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象的良好封 装性。 2 松散藕合源于服务的描述与实现的分离 3 使用协约的规范性：其所有公共的协约完全需要使用开放的标准协议进行描述、 传输和交换。这些标准协议具有完全免费的规范，以便由任意方实现。 从另一方面看，针对不同的应用背景，w e b 服务的应用对象也不同，目前被广泛应用 的w e b 服务可分为如下4 类：面向企业应用( b u s i n e s s o r i e n t e d ) 的服务、面向消费 者( c o n s u m e r o r i e n t e d ) 的服务、面向设备( d e v i c e o r i e n t e d ) 的服务和面向系统 ( s y s t e m o r i e n t e d ) 的服务尽管对w e b 服务进行描述的出发点或应用类型不同，但是它 们均具有如下同特征： 9 1 应用的分布式：为适应网络应用中分布式的数据源和服务提供者，分布式的服务 响应、松散耦合是w e b 服务必须具备的特征在应用中，服务请求者不必关心服务提供者 的数据源格式是什么，某一服务请求需调用哪些服务，服务请求在w e b 上怎样被执行等， 即w e b 服务对用户具有分布透明性 2 应用到应用的交互：在分布式的环境中，若采用集中控制方式，服务器有较大的负 荷，并且系统不具有健壮性因此应用到应用的交互，使得w e b 服务更具可伸缩性 堕垦墅皇兰堕堡主婴墨生竺堡堡兰 蔓三兰竺! 垦墨竺薹查蔓查 3 平台无关性：w e b 服务的界面、跨w e b 服务的事务、工作流、消息认证、安全机 制均采用规范的协议和约定：由于w e b 服务采用简单、易理解的标准w e b 协议作为组件 接口和协同描述的规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，因此具有高度可集成能力。 2 2 3w e b 服务的体系结构 w e b 服务体系结构基于三种角色( 服务提供者、服务注册中心和服务请求者) 之 间的交互。复用s o a ( s e r v i c e so r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 的架构。交互涉及发布、查找和 绑定操作。这些角色和操作一起作用于w e b 服务构件、w e b 服务软件模块及其描述。 在典型情况下，服务提供者托管可通过网络访问的软件模块( w e b 服务的一个实现) 。 服务提供者定义w e b 服务的服务描述并把它发布到服务请求者或服务注册中心。服务 请求者使用查找操作来从本地或服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述与服务 提供者进行绑定并调用w e b 服务实现或同它交互。服务提供者和服务请求者角色是逻 辑结构，因而服务可以表现两种特性。图2 1 表示了这些操作、提供这些操作的组件 及它们之间的交x 1 0 1 。 圈2 1w e b 服务的体系结构 w e b 服务体系结构中有以下三种角色的角色： 服务提供者：( s e r v i c ep o n r 讯e r ) 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。 服务请求者：( s e r v i c er e q u e s t o r 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 7 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章w e b 服务的基本概念 服务提供者：( s e r v i c ep o r v i d e r ) 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。 服务请求者：( s e r v i c er e q u e s t o r 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。服务请求者角色可以由浏览器来担当，由人或无用户界面的程 序( 例如，另外一个w e b 服务) 来控制它。 服务注册中- i ) ( s e r v i c er e p e r t r y ) 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。在静态绑 定开发或动态绑定执行期间，服务请求者查找服务并获得服务的绑定信息( 在服务描述 中) 。对于静态绑定的服务请求者，服务注册中心是体系结构中的可选角色，因为服务 提供者可以把描述直接发送给服务请求者。同样，服务请求者可以从服务注册中心以外 的其它来源得到服务描述。例如本地文件、f t p 站点、w e b 站点、广告和服务发现 ( a d v e r t i s e m e n ta n d d i s c o v e r y o f s e r v i c e s ，a d s ) 或发现w e b 服务( d i s c o v e r y o fw e b s e r v i c e s ，d i s c o ) 。及根据服务描述绑定或调用服务。这些行为可以单次或反复出现。 这些操作具体为如下 发布( p u b l i s h ) ：为了使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请求者可以查找 它。发布服务描述的位置可以根据应用程序的要求而变化 查找( f i n d ) ：在查找操作中，服务请求者直接检索服务描述或在服务注册中心中查 询所要求的服务类型( 请参阅“服务发现”以了解更多细节) 。对于服务请求者，可能 会在两个不同的生命周期阶段中牵涉到查找操作：在设计时为了程序开发而检索服务的 接口描述，而在运行时为了调用而检索服务的绑定和位置描述。 绑定( b i n d i n g ) ：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。 而w e b 服务中包含如下构件。 w e b 服务的构件 服务。在这里，w e b 服务是一个由服务描述来描述的接口，服务描述的实现就是 该服务。服务是一个软件模块，它部署在由服务提供者提供的可以通过网络访问的平 台上。服务存在就是要被服务请求者调用或者同服务请求者交互。当服务的实现中利 用到其它的w e b 服务时，它也可以作为请求者。服务描述。服务描述包含服务的接 i = 1 和实现的细节。其中包括服务的数据类型、操作、绑定信息和网络位置。还可能包 括可以方便服务请求者发现和利用的分类及其它元数据。服务描述可以被发布给服务 8 塑蔓坚皇兰壁堡主型壅兰堂堡丝苎 兰三童竺! 壁丝笪苎查堡垒 请求者或服务注册中心。 w e b 服务体系结构解释了如何实例化元素和如何以一种可 以互操作的方式实现这些操作。 2 2 4 w e b 服务的协议栈 图2 2 展示了一个概念性w e b 服务协议栈 1 1 。上面的几层建立在下面几层提供 的功能之上。垂直的条表示在协议栈中每一层必须满足的需求。左面的文本表示协议栈 的那一层所应用的标准术语。 s p e c i f c a t i o n o rp r o t o c o l l a y e rb u s i n e s si s s u c w s b p e lw s c le r es e r v i c ef l o w s e r v i c ed i s c o v e r y u d d i o s e r v i c ep u b l i c a t i o n c s e r i v c ed e s c r i p t i o n 誉 w s d l - s e r v i c ei n t e r f a c e 宝 r - 卜 - s e r v i c el n p l e m e n t a t l o n 蛩 b 。 晶 o w s s e c u r u t ym e s s a g es e c r u r i t y 量 。 w s - r o u t i n gm e s s a g er o u t i n g 乜 营 卜_ b 。 s o a px m l - b a s e dm e s s a g i n g 巴 f 卜 o x m ls c h e m ad a t em o d e l i n g 一 * ? - c x t o n s i b i l 1 ye | c m c a t ( 3 ) - ) ? 图2 9 绑定的语法 n a m e 属性所指定的名称在其所在w s d l 文档定义的所有绑定中是唯一的绑定使用 t y p e 属性引用它所绑定的p o r t t y p e 。q n a