（计算机软件与理论专业论文）基于分层强化学习和偏好逻辑的web服务组合研究.pdf

w e bs e r v i c ec o m p os i t i o n b a s e do n h i e r a r c h i c a li 也i n f o r c e m e n t l e a r n 烈g a n dl o g i c o fp r e f e r e n c e ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i c d e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y g u ox i a o h u i s u p e r v i s e db y p r o f w a n gh o n g b i n g s c h o o lo fc o m p u t e rs c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y m a y , 2 0 1 0 东南大学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，论文中不包含其它人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南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了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、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、缩印或其它复制手段保存论文。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) 授权东南大学研究生院办理。 躲碰黔臌魍期： 摘要 摘要 w e b 服务作为一种新兴的w e b 应用模式，是w 西上数据和信息集成的有效机制。它被定义为使用标准 的技术与其他服务进行交互的软件模块和自描述的应用，并且是一种自适应、面向互操作性的应用程序。 由于单个的w 曲服务功能有限，难以满足复杂的应用需求，因此需要组合w 曲服务，其中动态w e b 服务组 合是服务组合中的研究热点。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 的绑定延迟到组合服务执行时动态的完成。 目前关于动态w 曲服务组合方面的研究主要集中在a i 规划，p e t r i 网等方法。但是这些方法存在着一些 不足之处，比如，虽然规划的方法可以适用于动态的服务组合中，但是当服务本身的行为发生变化或者服 务不可用时其所产生的p l a n 将会失效。而且规划的方法必须要求p l a n 被事先设定好，因而其不适合大规模 的动态组合环境。同时，在这些服务组合方法当中，主要针对的是服务功能属性方面的研究，而基于非功 能性q o s 的服务选择的研究很少。 当w 曲服务数量逐渐增多时，有着相同功能属性的w e b 服务也随之增多，因而需要根据用户给出的q o s 需求，从中选出最为用户满意的一个，这就是基于q o s 的服务选择。基于q o s 的服务选择常用的是定量的 方法，但这种方法不能够精确的表达用户的q o s 需求，所以我们将采用偏好逻辑这种定性的方法来对用户 的需求进行建模。 本文提出一种基于分层强化学习和偏好逻辑的动态w e b 服务组合方法h r l p l a ，可以有效地解决上述 动态服务组合方法的不足。该方法通过使用分层强化学习来处理服务的功能性组合以及使用偏好逻辑进行 服务的选择。其主要特征包括：1 ) 使用一种分层强化学习方法对w e b 服务进行组合：2 ) 可以同时进行面 向功能性组合以及面向q o s 这种非功能性选择两个方面的处理：3 ) 可以对大规模的服务组合进行动态的处 理；4 ) 实验结果验证了该方法所具有的高效性以及自适应性。 关键词：w e b 服务，动态服务组合，分层强化学习，偏好逻辑，q o s 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a san e wk i n do fw e ba p p l i c a t i o n ，w e bs e r v i c ei sc o n s i d e r e d 舔a ne f f e c t i v ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n m e c h a n i s mo nt h ew e b w 曲s e r v i c ei sd e f i n e da s as o f t w a r em o d u l ea n das e l f - d e s c r i p t i o na p p l i c a t i o nw h i c hu s e s o m es t a n d a r dt e c h n o l o g yt oc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r s a n da l s oi ti sa ni n t e r o p e r a b i l i t y - o r i e n t e da p p l i c a t i o n a s i n g l ew e bs e r v i c ei sd i f f i c u l tt om e e tt h er e q u i r e m e n t so fc o m p l e xt a s k sb e c a u s ei th a sf u n c t i o nl i m i t a t i o n , s oi t n e e d st oc o m p o s em u l t i - s e r v i c e st of u l f i l lt h ec o m p l e xt a s kr e q u k e m e n t r e c e n t l y , d y n a m i cw 曲s e r v i c e c o m p o s i t i o nh a sa t t r a c t e dg r e a ti n t e r e s tf r o mt h ec o m m u n i t yo fs o ca n di ti sav e r yc o m p l e xa n dc h a l l e n g i n g t a s k c u r r e n ts o l u t i o n so fd y n a m i cw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o na r cm a i n l yf o c u s e s0 1 1a ip l a n n i n g ，p e t r in e ta n ds o o n a ip l a n n i n gi sac o m m o nm e t h o du s e df o rd y n a m i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n f o ri n s t a n c e ，h t np l a n n i n gh a sb e e n u s e dt oa u t o m a t i c a l l yg e n e r a t es e r v i c ec o m p o s i t i o n s h o w e v e r , t h ep l a n sg e n e r a t e db ya ip l a n n i n ga r cn o t a d a p t i v et or u n n i n ge n v i r o n m e n t s ar e s u l t i n gs e r v i c ec o m p o s i t i o np l a nm a y f 萄1w h e nac o m p o n e n ts e r v i c es t o p s f u n c t i o n i n go rc h a n g e si t sb e h a v i o r s i na d d i t i o n ，a si th a st ob ed e s i g n e di na d v a n c e ，i ti sn o ts u i t a b l ef o rd y n a m i c e n v i r o n m e n t w h e nt h e r ea 聆e m e r g i n gm o r ea n dm o r es e r v i c e sw i t ht h es a m eo rs i m i l a rf u n c t i o na t t r i b u t e s ，i ti sn e c e s s a r y t os e l e c tt h eo p t i m a lo r l ea c c o r d i n gt ou s e r s q o sr e q u i r e m e n t s ，w h i c hi st h es t u d yo fs e r v i c e ss e c t i o nb a s e do n q o s s e r v i c e ss e l e c t i o nb a s e do nq o su s u a l l yu s eq u a n t i t a t i v er e p r e s e n t a t i o nm e t h o d s ，w h i c hi sn o tap e r f e c t m e t h o dt om o d e lu s e r s p r e f e r e n c e s o ，w en e e dt oc h o o s eaq u a l i t a t i v em e t h o dw h i c hu s e di nm o r eg e n e r a lf i l e d t or e s o l v et h ep r o b l e mo fs e r v i c es e l e c t i o n t os o l v ea b o v ep r o b l e m s w ei n l r o d u c ead y n a m i cs e r v i c ec o m p o s i t i o na l g o r i t h mh r l p l ab a s e do na h i e r a r c h i c a lr e i n f o r c e m e n tl e a r n i n g ( h r l ) a n dl o g i co fp r e f e r e n c e w eu s eh r lt oc o m p o s es e r v i c e sa n du s e l o g i co fp r e f e r e n c et os e l e c ts e r v i c e t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e ri n c l u d e ：( 1 ) p r o p o s ead y n a m i cw e b s e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e do nh i 也；( 2 ) b yu s i n gh r l ，o u rm e t h o de n a b l e se f f i c i e n ts e r v i c ec o m p o s i t i o n ，s ot h a ti t c a nd e a lw i t hal a r g es c a l eo fs e r v i c e s ；( 3 ) o u rm e t h o dr e a l i z e sd y n a m i cw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，w h i c ha r e h i 曲l ya d a p t i v et od y n a m i cr u n n i n ge n v i r o n m e n t ；( 4 ) e x p e r i m e n t a lr e s u l tv e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s sa n de f f i c i e n c yo f o u rm e t h o d k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e ，d y n a m i c s e r v i c ec o m p o s i t i o n ，h i e r a r c h i c a lr e i n f o r c e m e n tl e a r n i n g , l o g i co f p r e f e r e n c e ，q o s n 目录 目录 摘要1 a b s t r a c t i i 目录i i i 第一章绪论。l 1 1 研究背景l 1 2问题的提出l 1 3 国内外研究现状及存在的问题2 1 4 研究内容与贡献2 1 5 论文的结构安排3 第二章研究基础。4 2 1 w e b 服务4 2 1 1 w e b 服务概述4 2 1 2w e b 服务体系架构4 2 1 3 w e b 服务相关规范5 2 1 3 1 s o a p j 5 2 1 3 2w s d l 6 2 1 3 3 u d d i 7 2 1 4 w e b 服务小结8 2 2 w 曲服务组合8 2 2 1 w e b 服务组合概述8 2 2 2 w e b 服务组合方法8 2 2 2 1 基于b p e l 的服务组合9 2 2 2 2基于o w l s 的服务组合9 2 2 2 3 基于舢规划的服务组合l0 2 2 2 4 基于p e t r i 网的服务组合11 2 2 3 w e b 服务组合方法的比较11 2 3本章小结1 1 第三章分层强化学习1 2 3 1 分层强化学习简介1 2 3 1 1 3 1 2 3 1 3 3 2 3 2 1 3 2 2 3 2 3 强化学习1 2 s m d p 一1 4 分层与抽象14 典型分层强化方法1 4 o p t i o n 方法1 5 h a m 方法。l6 m a x q 方法16 1 1 1 东南大学硕士学位论文 3 3 分层强化学习方法比较1 7 3 4 本章小结1 7 第四章偏好逻辑l8 4 1 偏好概述1 8 4 1 1偏好的描述方法1 8 4 2 偏好逻辑1 8 4 2 1偏好逻辑概况19 4 2 2 偏好逻辑理论1 9 4 2 3 非单调的偏好逻辑2 0 4 2 3 1 概念与定义2 0 4 2 3 2 偏好的描述和推理2 0 4 3 本章小结2 l 第五章 基于分层强化学习和偏好逻辑的w 曲服务组合2 2 5 1 动态w e b 服务组合方法概述2 2 5 2 组合模型及应用场景描述2 3 5 3 背景知识2 5 5 3 1 相关定义与概念2 5 5 3 2 m a x q 方法2 7 5 3 3偏好逻辑概念与定义2 7 5 4 w e b 服务组合以及选择算法2 7 5 4 1组合模式划分以及结合服务组合的s m d p 中各元素确定2 8 5 4 1 1 组合模式的划分2 8 5 4 1 2 奖赏值的确定。2 9 5 4 1 3 状态变迁过程3 0 5 4 2策略j i ( i 5 4 3 基于m a x q 的服务组合3 l 5 4 4 服务选择的例子3 3 5 4 5 服务组合及选择模型。3 4 5 4 6h r l p l a 算法3 5 5 5 本章小结3 6 第六章实验演示与分析3 7 6 1 运行与测试环境。3 7 6 1 1 软硬件环境3 7 6 1 2 测试数据3 7 6 1 3 动态w e b 服务组合环境3 9 6 2 实例演示4 0 6 3 实验分析4 4 6 3 1服务选择的效率4 4 6 3 2h r l p l a 的效率4 5 6 4 本章小结4 8 第七章总结与展望4 9 7 1 本文总结4 9 7 2未来工作5 0 致谢5 l 参考文献5 2 附蜀之5 5 附录a 攻读硕士期间参加的科研项目5 5 附录b 攻读硕士期间发表的论文5 5 v 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着信息技术的发展，互联网己成为现代社会重要的信息基础设施。企业信息应用系统要求在互联网 环境下可以进行企业间信息系统的应用互操作和应用集成，要求能够依据新的需求，快速、灵活地集成各 种己有的和新添置的业务应用系统，并使得它们可以有机地协同提供服务。如何有效地聚合开放网络环境 下的各种资源成为具有广泛应用需求的基础性研究问题【l j 。 s o a ，面向服务的体系结构( 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 ) 是一个组件模型d g ，它将应用程序的不同 功能单元( 称为服务) 通过这些服务之间定义良好的接口联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的， 它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以 一种统一和通用的方式进行交互。作为s o a 中的重要组成部分，w e b 服务正吸引着越来越多的关注，并 成为开放网络环境下资源封装与共享的核心概念。 w e b 服务是一种可以用来解决跨网络应用集成问题的开发模式。从技术角度来讲，w e b 服务实现了最 广泛的应用软件集成，弥补了传统软件开发模型的限制。w e b 服务产生之前，网络上提供对象服务通常要 采用d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m ) 或c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 。从概念层次上讲， 二者具有相近的结构，都可以让客户软件实例化分布在网络上远端的对象，并最终访问对象服务。但是它 们只能被用来开发紧耦合类型的w e b 分布式应用系统。所谓紧耦合，就是指客户端必须按照特定的规范去 访问服务端所提供的服务，而这种规范只在一个有限的范围内通用。为了可以在整个因特网中实现对服务 的自由访问，有必要提供一种崭新的模式或信息交换手段来达到这个目的。于是，w e b 服务的概念应运而 生。 w e b 服务的主要特点之一是客户端访问w e b 服务只需要通过因特网标准协议，w 3 c 等组织制定了一 系列w e b 服务标准，如w s d l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 4 7 用于服务描述，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 yi n t e g r a t i o n ) 卜5 j 用于服务发现，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 ) p 纠用- t 4 j i i 务间的通 信。正是由于采用这种标准化的通信机制，实现了不同开发环境、不同平台上的应用程序之间的互操作性， 真正有效解决了异构环境下应用程序的集成问题。 为了实现企业间信息系统的应用互操作和应用集成，可以通过对应用系统进行w e b 服务封装，建立面 向服务的框架体系，提供访问的接口，将企业之间的应用系统以w e b 服务的方式集成起来，实现跨企业的 服务组合与协作，并通过跨企业工作流的系统实现业务流程的自动化。正因为如此，如何解决w e b 服务组 合中的一系列问题，成为目前学术界以及工业界的研究热点。 1 2 问题的提出 由于w e b 环境所特有的复杂性与多变性，组成复杂w e b 服务的应用，在服务组合的执行过程中，可 能发生动态变化，并且服务本身的商业需求也可能是动态变化的，这使得组合服务很难在设计阶段或编译 阶段确定下来，因此，需要进行动态对服务进行组合，来适应动态变化的复杂业务环境p o j 。 在开放网络环境中实施服务组合面临诸多技术挑战，比如w e b 服务的描述、管理、匹配等问题。这些 问题对于实现w e b 服务技术至关重要，虽然大量研究工作己经或正在围绕它们展开，但它们不是本文关注 的重点。本文主要关注如下与服务组合相关的挑战性问题j 。 第一，组合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，这使得组合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( 特别是q o s 需求) 动态地选择适当的组合服务是动态服务组 合的重要要求。同时，潜在的巨大候选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 l 东南大学硕士学位论文 刻画服务选择需求、如何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。 第二，高效的应对大规模的服务组合问题。组合服务通常部署在广域网环境下，具有开放的用户群体； 同时组件服务往往属于不同的自治组织，因而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。 本文提出一个动态w e b 服务组合方法，可以有效的解决上述问题。 1 3 国内外研究现状及存在的问题 w e b 服务组合方法按组合方案生成方式来分有两大类：静态组合和动态组合【3 6 】。静态组合意味着请 求者应在组合计划实施前创建一个抽象的过程模型。抽象的过程模型包括任务的集合以及任务间的数据依 赖关系，每个任务包含一个查询的子句，用来查找完成任务的真正的w e b 服务。静态组合中最常用的是用 图来描述过程模型。而动态组合不仅自动地选择、绑定w e b 服务，同时更重要的是自动地创建过程模型。 这需要请求者指定一些约束关系，包括w e b 服务间的依赖关系、用户的偏好等。由于动态组合是在组合服 务定义过程中不为活动指定固定的服务提供者，将具体的绑定延迟到组合服务执行时动态完成，极大的改 善了w e b 服务组合的适应性以及效率，因而本文主要讨论的是动态w e b 服务组合。 目前关于动态w e b 服务组合方面的研究主要集中在a i 规划，p e t r i 网等方法。但是这些方法存在着一 些不足之处，比如，虽然规划的方法可以适用于动态的服务组合中，但是当服务本身的行为发生变化或者 服务不可用时其所产生的p l a n 将会失效。而且规划的方法必须要求p l a n 被事先设定好，因而其不适合大 规模的动态组合环境。 如c h e n 等1 1 9 1 提出一种结合马尔科夫决策过程的h t n 规划模型用于动态的w e b 服务组合，该方法主要 目的是寻找多个组合p l a n 并选择最适合的服务给用户。它结合了功能性和非功能性两方面的考虑，但是 p l a n 必须被事先给定并且没有使用一个最优的方式来对服务的q o s 信息进行筛选。 h w a n g 等【3 7 】提出一种动态可信任的服务组合方法，该方法的目的是确定在运行时刻可被调用的服务集 合。它使用一个有限自动机来对可被允许调用的w e b 服务操作序列进行建模。z e n g 掣4 】提出一个新的动态 服务组合以及优化的框架，它是基于全局的组合框架来支持按需请求的商业流程并以一个原型系统验证了 该方法的有效性及灵活性。但是，这些方法所存在的不足在于它们不能适用于大规模的动态环境中。 当w e b 服务数量逐渐增多，有着相同功能属性的w e b 服务也随之增多，于是需要依据用户的q o s 需 求，从中选出用户最为满足的那一个，这就是基于q o s 的服务选择。以上所介绍的服务组合方法当中，主 要考虑的是功能属性方面的研究，而基于非功能性q o s 的服务选择要么没有研究要么研究的很少。 针对以上问题，本课题组研究了使用强化学习以及偏好逻辑分别对服务进行组合和选择的方法，并以 p l r l a 算法予以展现【5 2 1 ，它可以有效的解决服务的功能性以及非功能性方面的组合，但是也存在着一些 不足之处，比如，由于强化学习的固有缺陷将导致它在大规模服务组合的情况下学习的效率低下，以及它 只能处理简单的顺序组合模式而没有考虑并行，选择等复杂的模式。 本文主要考虑在功能性以及非功能性组合两者结合的基础上对大规模动态服务组合方法的研究。 1 4 研究内容与贡献 由于目前关于动态w e b 服务组合存在着一些不足：比如不能很好的适应大规模的组合环境，在动态环 境下的效率不高以及对服务功能性方面以及非功能方面的结合处理不是很好等。本文提出一种基于分层强 化学习以及偏好逻辑的动态服务组合方法来解决这些问题。 在强化学习( 1 u l ) 中，a g e n t 通过与环境的交互学习，其目标是要找到一个最优的策略以使a g e n t 所 获得的奖赏值最大。换句话说强化学习是通过一个试错的方法来发现最优策略，所以我们将其引入到服务 组合当中。并且可以有效的解决不同环境下的服务组合的问题，具有很好的自适应能力。但是当状态空间 呈指数级增长时，强化学习的效率会很低下。基于此，我们使用具有抽象机制的分层强化学习方法( h r l ) t 2 1 ， 它是基于半马尔可夫( s m d p ) 的，通过设计一系列可被共享的子任务来满足分层值函数的分解，这样可以解 2 第一章绪论 决在强化学习中所出现的低效问题。 同时，当w e b 服务数量逐渐增多时，有着相同功能属性的w e b 服务也随之增多，于是需要根据用户 的q o s 需求来选出最适合的一个，这就是基于q o s 的服务选择。基于q o s 的服务选择最常用的是定量的 方法，比如效用函数【1 5 】，整数规划【1 7 】，模糊多准则决策法( f m c d m ) 1 1 6 】等。但是这些方法要求用户必须知 道服务的各种属性，比如响应时间、价格、可用性等，而且对于每种属性要给出具体的权重。然而，在很 多情况下，可能用户自己都不知道该给这些属性赋于怎样的权重才能最大限度的满足其需求。在这些情况 下，定量的方法并不能被很好的应用。相比于定量的方法，定性的方法更加具有一般性，它可以应用于各 种场合。本文所使用的偏好逻辑( l o g i co f p r e f e r e n c e ) 1 2 6 1 进行服务选择的方法正是一种定性的方法。 用偏好逻辑来建模用户的需求，其主要优点是：( 1 ) 可以建立用户偏好的逻辑模型，从而，可利用逻 辑推理得出符合用户偏好的服务集：( 2 ) 可以利用偏好修正，处理用户偏好的变化，降低计算成本。例如， 用户可能在系统给出符合其偏好的服务集时，偏好又发生变化，如果完全重新计算，无疑将增加计算成本， 而利用偏好修正，只需进行少量的逻辑计算就能给出新的结果。 在课题研究过程中，我们对组合w e b 服务领域的理论与实现技术展开了一系列的学习、研究和探索， 本文的主要内容可以概括为以下几点： 1 对w e b 服务进行建模，建立一个动态的状态转移网络图，在此基础上描述w e b 服务组合问题。 2 通过使用一种分层强化学习方法来解决w e b 服务的功能性组合。 3 基于用户对服务的q o s 属性的偏好描述进行w e b 服务选择算法的设计，并使用一种定性的而非定 量的方法来解决最优服务选择问题。 4 使用一个结合功能性以及非功能性的统一算法h r l p l a 来对w e b 服务组合问题进行求解。 5 适用于对大规模的服务进行动态的组合处理。 1 5 论文的结构安排 论文共分为七章，组织结构如下： 第一章绪论，阐述了论文的研究背景，提出了当前w e b 服务组合研究中亟待解决的问题。 第二章研究基础，介绍了w e b 服务组合的一些关键概念、技术与标准，以及已有的组合方式，并进 行必要的比较，从中可以看出强化学习应用于w e b 服务组合的优势。 第三章分层强化学习，介绍了强化学习以及分层强化学习的基本概念和基础理论。 第四章偏好逻辑，介绍了偏好逻辑的基本概念及其具体算法。 第五章基于分层强化学习和偏好逻辑的w e b 服务组合，提出一个结合分层强化学习以及偏好逻辑的 动态w 曲服务组合方法。该方法使用一个服务选择以及组合的统一模型来同时对w e b 服务的功能性以及 非功能性方面进行组合，并且可以对大规模的服务进行动态的组合。在这一章，一个股票购买的实例贯穿 其中，通过它详细介绍了服务组合以及选择的具体过程。 第六章实验演示与分析，本章通过一个实际应用场景来演示基于分层强化学习和偏好逻辑的动态 w e b 服务组合方法，并且通过大规模的服务数据对该系统进行测试，给出了不同组合方法的比较。 第七章总结与展望，总结论文的主要工作，并提出进一步研究工作的方向。 3 东南大学硕士学位论文 2 1w e b 服务 第二章研究基础 w e b 服务从广义上讲可以将其理解为一种通过互联网进行数据及功能共享的技术，狭义上可以将其理 解为一种通过互联网及标准接口进行调用的构件。2 0 0 2 年4 月，w 3 c 给出了一个相对清晰的定义： w e b 服务是一种通过u r i 标识的软件应用，其接口及其绑定形式可以通过x m l 标准定义、描述和查找，并能 通过x m l 消息及互联网协议与其它应用的直接交互”。 2 1 1w e b 服务概述 w e b 服务是一种自包含、自描述、模块化的程序，它吸收了分布式计算，g r i d 计算和x m l 等各种技 术的优点，通过采用w s d l ，u d d i 和s o a p 等基于x m l 的标准和协议，解决了异构分布式计算以及代 码与数据重用等问题，具有高度的互操作性，跨平台性和松耦合的特点，引起了世界范围内学术界和工业 界的极大兴趣【4 9 j 【巧j 。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。 完好的封装性，w e b 服务既然是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象的良好封装性，对于使 用者而言，他能且仅能看到该对象提供的功能列表。 松散耦合，这一特征也是源于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生变更的时候，调用者是 不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 服务的调用界面不变，w e b 服务的实现任何变更 对他们来说都是透明的，甚至是当w e b 服务的实现平台从j 2 e e 迁移到了n e t 或者是相反的迁移 流程，用户都可以对此一无所知。对于松散耦合而言，尤其是在i n t e m e t 环境下的w e b 服务而言， 需要有一种适合i n t e m e t 环境的消息交换协议。而x m l s o a p 正是目前最为适合的消息交换协议。 使用协约的规范性，这一特征从对象而来，但相比一般对象其界面规范更加规范化和易于机器理 解。首先，作为w e b 服务，对象界面所提供的功能应当使用标准的描述语言来描述( 比如w s d l ) ： 其次，由标准描述语言描述的服务界面应当是能够被发现的，因此这一描述文档需要被存储在私 有的或公共的注册库里面。同时，使用标准描述语言描述的使用协约将不仅仅是服务晃面，它将 被延伸到w e b 服务的聚合、跨w e b 服务的事务、工作流等，而这些又都需要服务质量( q o s ) 的保 障。其次，我们知道安全机制对于松散耦合的对象环境的重要性，因此我们需要对诸如授权认证、 数据完整性( 比如签名机制) 、消息源认证以及事务的不可否认性等运用规范的方法来描述、传输和 交换。最后，在所有层次的处理都应当是可管理的，因此需要对管理协约运用同样的机制。 使用标准协议规范，作为w e b 服务，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，以便由任意方进行实现。一般而言，绝大多数 规范将最终有w 3 c 或o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 高度可集成能力。由于w c b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组件界面描述和协同描 述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过这一种 标准的协议进行互操作，实现了在当前环境下最高的可集成性。 2 1 2w e b 服务体系架构 w e b 服务的体系架构如图2 1 所示，它由三种参与者和三种基本操作构成5 1 1 。三种参与者分别是： 服务消费者( s e r v i c ec o n s u m e r ) ：它是最终的服务使用者，通过发起对服务代理的查询，传 输绑定服务，并最终执行服务功能。 4 第二章研究基础 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：它是提供最终w e b 服务的供应商，他实现了服务，并放置 在服务器上供别人调用。 服务代理( s e r v i c er e g i s t r y ) ：它是服务发现的支持者，包含一个可用服务的数据库，并允 许服务使用者查找服务提供者接口。 w e b 服务体系架构中的三种操作分别是： 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消费者发现和调用。 查找( f i n d ) ：服务消费者定位服务，通过查询服务代理来找到满足其需求的服务。 绑定( b i n d ) ：检索服务描述之后，服务消费者根据服务描述信息与服务提供者的服务绑定， 调用服务。 图2 1w e b 服务体系架构模型 服务提供者将他的服务用w s d l 描述然后发布到服务代理上，服务代理采用u d d i 标准来支持服务查 找；当服务消费者需要调用该服务时，它首先通过服务代理查找该服务，得到该服务的描述和调用信息， 然后根据这些信息与服务提供者绑定，去调用它发布的服务：服务消费者，服务代理和服务提供者之间通 过s o a p 消息来传递信息。下一节将分别对上述规范s o a p ，w s d l 和u d d i 作简要的介绍。 2 1 3w e b 服务相关规范 目前围绕着w e b 服务的发布、查找、绑定，各大标准化组织和厂商不断地制定相关标准规范，其中主 要包括三个规范：s o a p ，w s d l 和u d d i 。 2 1 3 1s o a p 由于互联网的异构性，导致跨平台的应用程序在数据共享方面的能力非常有限，因此一直以来人们都 在努力建立有关数据格式和数据交换方面的标准，希望能在互联网环境下无缝地集成垮平台的服务，实现 不同系统间的自由通信和数据共享，而s o a p 正是实现这个目标的核心协议。 s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 1 3 5 为在一个松散的、分布的环境中使用 x m l 对等地交换结构化的和类型化的信息提供了一个简单且轻量级的机制。s o a p 本身并不定义任何应用 语义，如编程模型或特定语义实现等，它只是定义了一种简单的机制，通过一个模块化的包装模型和对模 块中特定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语义。s o a p 的这项能力使得它可以被很多类型的系统