（计算机应用技术专业论文）mda在web服务合成技术中的应用研究.pdf

江苏大学硕士研究生学位论文 摘要 w e b 服务合成是指从互联网中选取相对简单、可用的w e b 服务并将它们组 合成新服务的技术。对于该技术的研究已经引起了业界广泛的关注，众多研究机 构都提出了自己的解决方案，比如w s d l , b p e l , w s c i 以及o w l - s 等。但这些 标准都与具体平台相关，而且尚未达成一致，这使得平台移植性问题凸现。 m d a ( m o d e ld r i v e na r c h i t e c h u r e ) 是国际对象管理组织o m g 于2 0 0 2 年提出 的新一代软件开发方法，它使用平台无关的建模语言来搭建平台无关模型p i m ， 然后根据特定平台实现语言的映射规则，将p i m 转换成平台相关模型p s m ，最终 生成应用程序代码和测试框架。m d a 的提出不仅能够解决不同平台，不同技术路 线间的集成和互操作问题，而且能够快速适应不断出现的新技术和新平台。 鉴于m d a 以上的技术特点，本文将m d a 的思想和方法引入到w e b 服务合成中， 设计了一套分阶段的基于m d a 的w e b 服务合成方法框架p m w s c m ( p h a s e d m d a - b a s e dw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nm e t h o d ) ，旨在开发出一套高效且与具体平 台无关的w e b 服务合成开发方法，以解决目前w e b 服务合成方法平台移植性差， 效率低下的问题。 全文围绕p m w s c m 各个阶段的关键问题展开研究，主要做了以下工作： 1 ) 为了提高w e b 服务合成规划效率，在图论的思想基础上结合本体的推 理功能提出了一种基于语义的w e b 服务组合算法s w s c a ( s e m a n t i c - - b a s e dw e b s e r v i c ec o m p o s i t o n a l g o r i t h m ) 。该算法以“化整为零 的思想进行服务合成图的 构造和路径的选择，充分考虑了服务质量等因素，经定性分析和定量的实验测试 表明该算法具有良好的成功率和执行效率。 2 ) 对w e b 服务合成建模和模型转换技术进性了深入研究。本文利用u m l 类图和活动图对服务合成进行静态结构建模和动态行为建模，以得到高度抽象的 平台独立模型p i m ；利用u m l 自身的提供的u m l - - p o f i l e 扩展机制建立p i m 到 具体实现语言平台p s m s 间的映射关系；给出了静态p i m ，动态p i m 到服务组合 语言o w l s 和b p e l 4 w s 的转换规则。 3 l 给出了p m w s c m 原型系统的设计和实现方案。 本文设计的p m w s c m 服务合成方法框架充分利用了m d a 的模型建立和转 换技术，解决了w 曲服务合成领域标准众多，平台移植性差的问题，提高了w e b 服务合成效率，并且适应了服务合成新技术和新平台不断涌现的趋势。 关键词：m d a ，w e b 服务，服务合成，语义 江苏大学硕士研究生学位论文 a bs t r a c t w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ni sat e c h n o l o g yt og e tan e ww e bs e r v i c eb yc o m p o s i n g t h er e l a t i v e l ys i m p l ea n da v a i l a b l ew e bs e r v i c e sw h i c he x i s ti ni n t e r a c t t h i s t e c h n o l o g yh a sa l r e a d yc a u s e dw i d e s p r e a da t t e n t i o n ，m a n yr e s e a r c ho r g n i z a t i o n sh a v e i n t r o u d u c e dt h e i ro w n c o m p o s i t i o n s o l u t i o na n ds e p e c i f i c a t i o n ，s u c ha sw s d l , b p e l , w s c i ，o w l - sa n ds oo n h o w e v e r ，t h e s es t a n d a r d sd e p e n do nd i f f e r e n tt e c h n o l o g y p l a t f o r m ，s oi t sd i f f i c u l tt ot r a n s f e rt h ec o m p o s i t es e r v i c ef r o mo n et e c h n o l o g y p l a t f o r mt oa n o t h e r m d a ( m o d e ld r i v e na r c h i t e c h u r e ) i san e w s o f t w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o d ，w h i c h w a sp u b l i s h e db y o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u po n 2 0 0 2 f o ro n et h i n gi tu s e p l a t f o r m i n d e p e n d e n tm o d e l i n gl a n g u a g et ob u i l dp l a t f o r m i n d e p e n d e n tm o d e l ( p i i ) ， a n dt h e nt r a n s f o r mp i mt ot h ep l a t f o r m - d e p e n d e n tm o d e l ( p s m ) a c c r o d i n gt ot h e m a p p i n gr u l e sb e t w e e nu m l a n d s p e c i f i cp l a t f o r ml a n g u a g e l a s t l y , t og e n e r a t et h e a p p l i c a t i o nc o d ea n dt e s tf r a m e w o r k t h ea d v a n c eo fm d a h a ss o v e l e dt h ep r o b l e m o f i n t e g r a t i o na n di n t e r o p e r a b i l i t ya m o n gd i f f e r e n tt e c h n o l o g yp l a t f o r m s i nv i e wo ft h et e c h n o l g yc h a r a c t e r i s t i c so fm d a , w e g i v eaf l a m e w o r ko fw e b s e r v i c e c o m p o s i t em e t o dt h a t i sp m w s c m ( p h a s e dm d a - b a s e dw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o nm e t h o d ) a i m e dt og e tap l a t f o r m i n d e p e n d e n tw e bs e r v i c ec o m p o s i t e m e t h o d ，s ot h a tw ec a ni m p r o v et h ep l a t f o r mp o r t a b i l i t yo fw e bs e r v i c ec o m p o s i t e m e t h o d i no r d e rt od ot h a t ，w ed ot h ef o l l o w i n gw o r k s 1 ) o nt h eb a i s i so ft h ei d e a r so fg r a p h i ca n go n t o l o g y ，w ep r o p o s eas e m a n t i c - - b a s e dw e bs e r v i c ec o m p o s i t ea l g o r i t h m ( s w s c a ) t h i sa l g o r i t h mi s g o i n gt o c o n s t r u c tw e bc o m p o s i t eg r a p h i ca n dc h o i c ep a t hw i t hi d e a ro f b r o k ew h o l ei n t o p a r t s ”t h ee x p e r i m e n tp r o v e dt h a tt h em e t h o dh a sag o o ds u c c e s sr a t ea n de f f i c i e n c y o fm 2 ) r e s e a r c h o n m o d e l l i n g a n dm o d e lt r a n s f o r m a t i o no fw e bs e r v i c e c o m p o s i t e g i v e nt h em e t h o do fm o d e l l i n ga n dm o d e lt r a n s f o r m a t i o n ，f u r t h e r m o r e ， g i v e nt h em a p p i n gr u l e sb e t w e e nu m la n do w l - s ，a n dt h em a p p i n gr u l e sb e t w w e n u m la n db p e l 4 w s 3 ) g i v e nt h ed e s i g na n di m p l e m e t a t i o no ft h ep r o t o t y p es y s t e mo fp m w s c m i naw o r l d ，t h ep m w s c mc a ns o l v et h ep r o b l e mo fp l a t f o r md i f f i c u l tt ot r a n s p l a n t a n dc a na d a p tt ot h ee m e r g i n go fn e w t e c h n o l o g ya n dn e wp l a t f o r m k e y w o r d s ：m d a ，w e bs e r v i c e ，w e bs e r v i c ec o m p o s i t o n ，s e m a n t i c 江苏大学工学硕士学位论文 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容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。 保密口 在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 勾 学位论文作者签名：0 慈撂 指导教师签 p 。够年f z 月，多日 少矿年l 明日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：匆考妊 劫护g 年f 月f6 日 江苏大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 w e b 服务是一种构建面向服务架构( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 的分布式计算技术，为异构、自治和松散的分布式应用提供了一个集成和交互机 制。它使的分布在网络中的资源构成了一个虚拟的计算机系统，w e b 上所有个人 和企业都可以调用网络上的服务资源，并能方便的在w e b 上部署全球性的服务， 大大方便了不同企业以及个人间的协作和互操作n ，列 然而随着电子商务的不断发展以及跨组织应用的日益复杂，单个w e b 服务的 实现己经无法满足复杂业务的需求，需要将多个具有不同业务功能的w e b 服务按 照一定的业务流程逻辑组合起来，构成新的w e b 服务以满足业务需求，这就是服 务合成。问题是在异构系统中运行的w e b 服务可能是以不同的方式创建，以不同 的程序语言实现，由不同的供应商提供，运行在不同的平台上。如何解决服务合 成过程中w e b 服务在语言上的差异、平台上的差异以及标准上的差异成了一个亟 待解决的问题。 目前许多机构针对服务合成问题做了大量的研究，提出了多种服务合成语言 ( 如b p e l ，w s c l ，w s f l 等) 和合成方法( 如利用p e t r i 网口1 、状态图h 1 、有限自 动机瞄1 、图论1 和接口自动机口1 进行w e b 服务合成的建模和计算) ，但是没有一个 方法被证明是与具体平台无关。 为此，本文针对目前服务合成语言和合成方法众多但缺乏统一标准的问题展 开研究，旨在开发出一套与具体语言平台无关的w e b 服务合成开发方法。 1 2 研究背景与意义 1 2 1 研究背景 m d a 。( m o d e ld r i v e na r c h i t e c t u r e ) 是o m g ( o b j e c tm a n a n g e m e n tg r o u p ) 在2 0 0 2 年提出的一种新兴的软件开发方法学。它的提出旨在解决：1 ) 扭转以代 码为中心的软件开发方法2 ) 解决不同平台，不同技术路线之间的集成和互操作 问题；3 ) 便于适应将来出现的新技术和新平台。 m d a 的主要思想是将业务规约与实现技术分离，为应用系统建立平台无关的 模型p i m ( p l a t f o r mi n d e p e n d e n tm o d e l ) ，以便更好地适应业务和技术的变化。 通过建立针对实现平台的映射，p i m 可以自动生成特定技术平台的模型p s m ( p l a t f o r ms e p e c i f i cm o d e l s ) ；通过建立实现语言的映射，p s m 可以自动生成 l 江苏大学硕士研究生学位论文 代码，从而实现最终的系统。m d a 的整个开发过程可由图1 1 简单表示。 2 4 5 图1 1m d a 开发过程 1 ) 根据业务逻辑( 即需求) 对系统进行高层次的抽象建模，生成p i m 。该模 型与具体的实现技术、平台无关，只是对业务逻辑( 需求) 的抽象描述。 2 ) 根据业务逻辑( 需求) 的变化对p i m 进行修改，使之能够对需求作更精 确的描述。 3 ) 将p i m 转换成与具体实现技术、平台相关的p i m 。一个p i m 可以转换到多 个不同平台的p s m ，这是整个过程中最重要的环节。 4 ) 对p s m 进行精化，以便生成高质量的代码。 5 ) 对p s m 的修改要反映到p i m 中去，这是m d a 中的逆向工程。 6 ) 将p s m 生成具体平台下的可执行代码。 简言之，基于m d a 的系统开发首先关注于系统或者应用程序的功能和行为，而 不是它将采用哪种具体的技术来实现，它使得业务逻辑和实现细节相分离。因此 每当一种新技术出现的时候，不必重复对系统或者应用进行建模，只需将已经建 立好的p i m 转换成新技术平台上的p s m 即可自动生成新平台上的系统，这样节省了 很多的人力、物力和时间。 考虑至i j m d a 以上的技术特点，若能够利用m d a 的技术对w e b 服务合成进行建模， 将得到的p i m 转换到具体的技术平台上再进行执行，这样不仅可以解决w e b 服务间 平台和语言差异性的问题，而且能够适应服务合成新语言，新技术不断涌现的趋 势。如何实现这一目标以得到一套高效且与具体平台无关的w e b h 艮务合成方法正 是本文研究的核心问题。 1 2 2 研究意义 。 在商业领域，随着商业领域的电子商务不断发展，带动各大公司开发出各类 电子商务平台，如网上连锁商店，集团内联网，供应链管理等。如何实现不同电 子商务资源的有效整合、根据业务需求建立跨组织的应用以提高企业运营效率和 2 江苏大学硕士研究生学位论文 竞争力，成为集成技术发展的关键所在。 在科研领域，许多大型的跨国界、跨学科的科研项目( 如人类基因组计划， 高能物理数据分析) 的开展，需要世界各地多个研究机构的科学研究资源( 如计算 设备、分析仪器、应用程序等) ，以及不同国家之间的科学家密切合作。如何实 现科研资源共享，支持科研资源的按需聚合，己经成为建立基于网络的开放科学 实验环境的核心目标。 由此可见网络资源的有效整合已经成为影响商业和科研迅速发展的因素，而 w e b 服务合成恰以整合网络中已有服务来取得增值服务为目标，充分利用了网络 中已有资源，避免了重复性的网络资源开发，为网络资源的跨平台，跨行业交互 集成和使用提供了有效的途径。那么对于w e b 服务合成研究的重要性自可不言而 喻。 1 3 研究现状 w e b 服务合成研究已经引起了工业界和学术界的广泛关注，目i j 对于这一领 域的研究主要集中在服务合成语言和合成平台的开发上。 1 3 1 现有的服务合成语言 现具有代表性w e b 服务合成语言有b p e l 4 w s ，b p m l ，w s c i ，w s c d l 和o w l s 等，其中b p e l 4 w s ，b p m l ，w s c i ，w s c d l 为业界标准，o w l s 为s e m a n t i cw e b 方面的标准。它们为描述w e b 服务组合流程的控制流、数据流制定了语法规则阳1 。 b p e l 4 w s ( b u s i n e s sp r o c e s se x c u t i o nl a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e ) ，由 i b m ，m i c r o s o f t 和b e a 于2 0 0 2 年来联合发布，结合了w s f l ( w e bs e r v i c ef l o w l a n g u a g e ) 面向图形与x l a n g 机构化特点，允许在一个流程模型中进行“结构化 块 和“结构化图形 混合描述，大大的加强了其标书能力，目前己经成为业界 标准。b p e l 4 w s 本质上是一种流程描述语言，可汇集多个w e b 服务成为一个或者 多个w e b 服务合成。它将业务流程区分为抽象流程( a b s t r a c t p r o e e s s ) 和可执行 流程( e x e e u t a b l e p r o e e s s ) 两类，抽象流程将内部行为封装为不确定的链接，而 可执行流程则真正描述流程的行为，抽象流程有助于描述业务协议 ( b u s i n e s s p r o t o c o l s ) ，可执行流程则可以编译为可调用的服务。目前一些公司 已开发出支持b p e l 的工具，包括基于j z e e 和n e t 平台的实现，i b m 的 w e b s p h e r e 9 1 ，o r a e l e 的b p e l p r o e e s s m a n a g e r 1 引，o p e n s t o r m 的c h o r e o s e r v e r 儿1 和a e t i v e b p e l 1 2 1 等。 b p m l ( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gl a n g u a g e ) 业务过程建模语言提供了 3 江苏大学硕士研究生学位论文 一个抽象的模型和语法来表达抽象的、可执行的商业流程。使用b p m l 可以定义 企业流程、复杂的w e bs e r v i c e 以及多方之间的协作与交互。b p m l 中的一个流 程是一些活动的合成，这些活动执行特定的功能，流程中规定了活动的执行顺 序。 w s c i ( w e bs e r v i c ec h o r e o g r a p h y ) ，用于描述在业务过程中w e b 服务行 为的语言。相对于b p e l 4 w s 而言，w s c i 没有直接支持可执行的流程。一个w s c i 文档仅定义了在消息交互中的一个参与者。因此，其他w e b 服务能够根据期望的 合作目标和它交互。这意味着一个合作被描述为一个w s c i 文档集合，每一个用 于一个参与者。没有私有的业务过程也没有全局合作的业务过程。一个w s c i 接 口建立在一个w s d l 接口之上。 w s c d l ( w e bs 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 ev e r s i o n ) n 3 | ，由w 3 c 提出的这是一个控制标准化的服务间交换模式的规范，是一种基于 x m l 的语言，用于描述交易双方的协同合作。b p e l 4w s 强调的是以参与者的身份 描述自身与w e b 服务的交互过程：与b p e l 4 w s 相比，w s - c d l 则是从一个第三方观 察者的角度来描述w e b 服务间的交互。 旬w l s n 钔的前身是d a m l s ( d a r p aa g e n tm a r k u pl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) ， 是d a m l + o i l 本体中专门用来描述w e b 服务的高层本体语言它包含一整套本 体，提供描述w e b 服务的词汇表，描述服务的语义，能够根据服务的要求和效果 进行推理，使w e b 服务具备机器可理解性和易用性，从而支持w e b 服务发现、 执行、组合的自动化和互操作。 图1 2o w l s 中的服务本体 图1 2 表示的是o w l s 中的服务上层本体( o n t o l o g y ) 结构。在o w l - s 中， 一个服务( s e r v i c e ) 由三部分来描述：服务轮廓( s e r v i c e p r o f f l e ) ，服务模型 ( s e r v i c e m o d e l ) 和服务基础( s e r y i c e g r o u d i n 曲。它们分别描述服务( s e r v i c e ) 是 作什么的? 服务是如何工作的? 服务是如何被访问的? 其中p r o f i l e 和m o d e l 并没有对服务的具体细节进行描述，所以可以看作是服务的抽象的描述规范， 4 江苏大学硕士研究生学位论文 g r o u n d i n g 则提供了服务被实例化的细节。 上述的5 种具有的代表性的服务合成语言虽然解决了一定的问题但都有各 自的缺陷，具体的功能比较如表1 1 所示。 表1 1 服务合成语言功能比较 模型描述语义匹配动态合成异常处理 q o s 支持 x l a n g无无有 无 w s f l无无有 无 w s c i 无 无有无 b p e l 4 w s 无无有 无 o w l s有支持无 部分 1 3 2 国内外服务合成系统 目前国内外具有代表性的服务合成系统主要有以下几个： e f l o w n 瓦1 6 1 是由h p 实验室开发的一个e - s e r v i c e 平台。该系统提供一个平台 来集成不同的异构e s e r v i c e 及利用组合式服务完成复杂的事务处理。e f l o w 系统支持以过程方式建模并由e f l o w 流程引擎执行模型、实现描述、设定和管理 组合的e s e r v i c e s 。组合服务的流程定义是使用c s d l ( c o m p o s i t es e r v i c e d e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 进行描述的。组合的e s e r v i c e s 可根据服务及服务提供 者的情况适应高度动态的商务环境。但是系统只集中于组合当前的服务为更复杂 的服务，并没有考虑根据相关参数进行组合的优化，而且没有提供运行时的动态 服务组合。 a g f l o w n 刀：由h p 实验室开发的基于a g e n t 的服务发现的服务组合平台。提供 了更为有效的补偿机制，可以实时更换服务提供者来完成执行任务的剩余部分。 s e l f s e r v i n 町：由新南威尔士大学设计的w e b 服务组合原型系统。系统采用 五层体系结构并提出服务容器的概念，有利于大量潜在变化的服务组合成对等的 服务执行模型，但在安全性，应用范围和可靠性方面存在一定问题： w e bt r a n s a c tn 明：是巴西里约热内卢联合大学设计的w e b 服务组合原型系 统，其采用多层的体系结构，通过扩展w s d l 提出了基于x m l 的w e b 服务事务语 言和事务模型。系统具有了一定的容错能力和可靠性，在恢复方面存在一定问题。 m e t e o r s 瞳0 2 妇：佐治亚大学大规模分布式信息系统实验室开发的w e b 服务组 合平台，该平台包含w e b 服务发现基础设施( m w s d i ) 和w e b 服务合成框架 ( m w s c f ) 。利用定义包含语义的抽象流程和服务模板来实现动态服务匹配和合 成，并且通过本体库和扩展语义的w s d l s 实现服务的注册和查询，最后生成 5 江苏大学硕士研究生学位论文 b p e l 4 w s 可执行工作流，并在b p e l 4 w s 引擎中运行。该平台具有较强的服务匹配 和合成能力船2 删。 中国科学院软件研究所开发的自动组合w e b 服务的多a g e n t 系统 a w s c - a g e n t s ，系统利用扩展了用户偏好语义描述的o w l - s 及状态演算来进行w e b 服务的组合，同时借助了a g e n t 技术，使得服务合成在一定程度上具有主动性， 自治性，推理性和社会性。从而该系统具有较大的灵活性和适应性，在安全性和 服务匹配方面仍存在一些不足之处乜4 l 。 综上所述，目前w e b 服务合成语言和合成平台众多，但缺乏统一的标准，并 且好多方法都是针对特定平台而研究的，不能实现w e b 服务的跨行业、跨平台的 集成和交互使用。 1 4 研究内容 为了解决目前w e b 服务合成缺乏统一标准，合成方案移植性差以及合成算法 效率低下等问题，本文在现有m d a 和w e b 服务合成技术研究成果基础上给出了一 种分阶段的基于m d a 的w e b 服务合成方法框架p m w s c m ( p h a s e da n dm d a - - b a s e d w e bs e r v i c ec o m p o s i t em e t h o d ) ，该方法将w e b 服务合成开发过程划分为定义，规 划，建模，转换，发布五个阶段，旨在开发出一套高效且与具体平台无关的w e b 服务合成开发方法。全文则围绕这五个阶段中关键问题展开研究，最后给出相应 的解决方案，具体内容如下： 1 ) 深入分析了目前w e b 服务合成所面临的主要问题和挑战，给出了服务合 成方法框架p m w s c m 的产生背景和所要解决的问题。 2 ) 对于w e b 服务合成规划算法的研究。 为了提高w e b 服务合成规划效率，本文提出了一种基于语义w e b 服务合成算 法s w s c a 。该算法以目前比较成熟且易掌握的的图论知识为基础，结合本体强大 的推理功能，以“化整为零 的思想进行服务合成图w s c g 构造，充分考虑服务 合成的质量和合成成本，最后通过定性分析和定量实验对算法的可行性和成功率 进行了分析和测试。 3 ) 对于w e b 服务合成模型建立和转换的研究。 首先，对u m l 建模技术进行深入的分析；其次，给出合成服务的静态结构模 型和动态行为模型的建模方法，给出合成服务p i m 模型到p s m 模型通用的转化方 法，最后，以o w l s 和b p e l 4 w s 语言为例给出服务合成模型建立和转换的具体 实施过程，给出u m l 建模语言和服务合成语言o w l s ，b p e l 4 w s 间的映射关系。 4 ) 给出p m w s c m 原型系统的设计和实现方案。 6 江苏大学硕士研究生学位论文 1 5 文章结构 本文共分为七章，各章内容组织安排如下 第一章绪论主要介绍了w e b 服务合成研究的背景和现状，指出了本文的 研究意义和主要研究内容。 第二章相关概念与技术介绍了w e b 服务，服务合成和m d a 相关知识。 第三章p m w s c m 概述介绍了p m w s c m 的提出背景，并对该方法每阶段的关 键问题进行了较为详细的概括性阐述。 第四章p m w s c m 的合成规划研究为了提高w e b 服务合成规划效率，提出了 一种基于语义的w e b 服务的合成方法s w s c a ，并对该算法的效率进行了定性分析 和实验测试。 第五章p m w s c m 的模型建立和转换研究对服务合成结构模型和行为模型 的建立，平台无关模型p i m 和平台相关模型p s m 间的转换，p s m 到代码的转换方 法进行了深入研究，以o w l s ，b p w l 4 s 为实例给出了具体的转换过程。 第六章p m w s c m 原型系统的设计与实现给出p m w s c m 的原型系统的设计与 实现方案。 第七章总结与展望，对本文所做工作进行总结，并提出下一步的具体工作。 1 6 本章小结 本章介绍了w e b 服务合成研究的现状，指出了本文研究的意义、主要研究 内容和贡献，最后给出了文章的组织结构。 7 江苏大学硕士研究生学位论文 2 1w e b 服务合成 第二章基本理论与相关技术 2 1 1w e b 服务体系架构 w e b 服务是一种构建面向服务架构( 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 ) 的分布式计算技术，被定义为“使用标准的w e b 技术与其它服务进行交互的自包 含、自描述的模块化应用，它提供了从简单请求到复杂商务处理的功能：一旦w e b 服务被部署，其它的应用( 包括w e b 服务) 就能够发现并调用所部署的服务乜5 l 。 图2 1w e bs e r v i c e 体系结构 一个典型的w e b 服务体系由服务代理( s e r v i c eb r o k e r ) ，服务请求者 ( s e r v i c er e q u e s t e r ) ，服务发布者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 三种角色和发布 ( p u b l i s h ) ，查询( f i n d ) ，绑定( b i n d ) 三种操作构成，其体系结构如图2 1 所示。 服务发布者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：创建w e b 服务并通过服务代理注册自 己的w e b 服务使其能够被i n t e r n e t 上的用户所查询和访问，从体系结构上看它 是提供w e b 服务访问的平台。 服务代理( s e r v i c eb r o k e r ) ：也常称为服务注册中心( s e r v i c er e g i s t e r ) 用来注册已经发布的w e b 服务，对其进行分类，并提供搜索服务。从体系结构上 看它充当了管理者的角色，是服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 发布服务和服务 请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 查询服务并获取服务的绑定信息的场所。 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) ：利用服务代理( s e v i c eb r o k e r ) 查 找所需服务，然后使用服务的客体。从体系结构上看，它是指查找和调用服务的 客户端程序。 发布( p u b l i s h ) ：使服务提供者可以向服务注册中心注册自己w e b 服务 的功能及访问接口。 查找( f i n d ) ：使请求者可以通过服务注册注册中心查找其所需服务。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 8 江苏戈学硕士研究生学位论支 为了程j 7 + j f 发检索服务的接【i 捕述，存运行时为了调j 检索服务的绑定干丌位置描 述。 绑定( b ln d ) ；使服务请求名能够良】f 一使川服务提供者提供的服务。即注 册服务器要反馈给服务请求者所请求服务的| 芋细信息，包括服务的访0 4 路径、服 务硐用的参数、返结聚、传输协议、安全要求等，服务清求者他用服务拙述中 的绑定细节米定位、联系和调崩服务，而在运行时调崩或扁动与服务的变q 。 w e b 服务架构的士要标准有简币埘象访问协泌( s o a p ) 、统描述、发现和 集成西议( j i ) d t ) 、w e b 服务描述语言( w s d i ) 。在w e b 服务体系中，h r s d l 用柬描 述w e b 服务，l d d t 用束发布、商找服务，而s o a p 用米执行服务调用。 212 服务合成相关概念 w e b 服务合成的定义- 4 以从多角度闸释，从结构平u 技术角度，w e b 服务_ 合成 足将相对简币的服务台成为个更为复杂的服务的技术；从动态过程角度，w e b 服务什成是个通过动态发现、集成，并按特定的顺序执行已存在的服务求创建 新的窖户服务，以满足客，、的需求；从j 作流角度，w e b 服务台成是根据个明 确的过程模型，将小证业提供的w e b 服务十h 瓦连接柬实现商务协作的活动；从 粒度意义上讲，w e bs e r v i c e s 合成就是对w e bs e r v ic e 进 j ：更大娅模的封装把 馥封装的结果作为个w e bs e r v i c e 暴露给川外界。 从成过程米看，w e bs e t is 可分为基本服务( c l c m e n t a r ys e r v lc e ) 刺合成服务( c o m p o s i t es o r v ic e ) 。基本服务足指已鲐存在或开发好的服务，时 于其他戕务或者用户来说是透明的；含成服务足指埘o ! 其他服务( 可能是基奉 服务，也叮能是合成服务) 的合成，升以一个接11 的形式提供给j i 户或其它服务。 我们把组成和合成服务的基本服务叫做该合成服务的服务组件( s e r v l c e c o m p - w s j ，并将其语义关联度记为s a d ( w s 。，w s j ) ；其中，称w s i ( i i ，o i ，p i ) 是w s j ( 马，o j ，p j ) 的前驱服务，w s j ( i j ，o j ，p j ) 是w s i ( i i ，o i ，p i ) 的后继 服务。 定义9 ：对于一个服务请求w s n ( i r ，o r ，p r ) ，若j 服务w s i ( i i ，o i ，p i ) ， a ( i r i i ) 成立，则称服务请求w s r 到服务w s i 语义关联，记其语义度为s d ( w s r ， w s i ) ，并称服务w s ；为服务请求w s s 后继服务，若jw s t ( i t ，o t ，p i ) ，0 ( o ，2o r ) 成立， 则称服务w s ；到服务请求w s 。语义关联，记其语义关联度为s a d ( w s ；，w s 。) 。 定义1 0 ：对于一个任意的服务w s 。，定义其性能函数f ( w s 。) = f ( p ，d ，r ， a ，t ) 其中p 表示执行价格，d 表示执行时延，r 表示可靠性，a 表示可用性，t 表示信誉度，并假设f ( w s ，) 的值越大表示服务w s ；的q o s 越好。 定义1 1 ：一个w e b 服务序列( w s 。，w s 。，w s 。) 若满足以下三个条件： l 厶2 ，l 1 7 l 毽 _ w s j , 1 f 1 w s 。，w s _ w s 4 ，w s 4 - w s s ， w s 。 - w s 6 ，w s 6 - w s ，w s 。 - - w s 。，s a d ( w s 。，w s ，) - w s j ，在基于 概念集合的语义相似度公式基础上给出服务w s ；到服务w s 。的关联度计算公式 4 3 ： s a d ( w s 。，w s j ) = s s ( i ；，0 ；) ( 公式4 3 ) 江苏大学硕士研究生学位论文 同理，服务请求w s 。( i 。，o r ，p r ) 到服务w s ；( i ；，0 ；，p i ) 的关联度计算公 式可表示为公式4 4 ，服务w s ，( i j ，0 j ，p j ) 到服务请求w s 。( i 。，o r ，p n ) 的关 联度计算公式表示为公式4 5 。 s a d ( w s 。，w s 。) = s s ( i 。，i i ) ( 公式4 4 ) s a d ( w s j ，w s 。) = s s ( o j ，o d ( 公式4 5 ) 服务组合路径选择算法s e l e c t s a t i s c o m p o s t i o n ( w s c g ) 描述如下： 输入：服务合成子图w s c g 输出：服务组合序列l i s t 1 初始化：s a t = l ：l i s t = n u l l ： 2 b e g i n 3 深度遍历w s c g 4 i f ( s a t a = 0 6 3 ，所以图4 4 所示的 合成路径为用户可接受路径。 江苏大学硕士研究生学位论文 4 2s w s c a 的分析与测试 4 2 1 算法定性分析 目前很多的服务组合方法都是基于关键词的匹配，没有考虑服务语义，故服 务成功率很低m 4 7 l 。本文在对w e b 服务进行语义扩展的基础上提出了基于语义的 w e b 服务组合方法s w s c a ，该算法充分考虑了w e b 服务的语义信息以及服务合成 质量等诸多因素，力求在最短的时间内提供给用户一个满意的合成服务。相比基 于关键字的服务合成算法本文的s w s c a 算法在成功率上有了明显的改善，与现有 的基于语义的服务合成方法相比本文的s w s c a 算法更有以下三点改进： 1 ) 服务的搜索匹配：现有的服务匹配算法在接收到服务请求信息后，先在 u d d i 注册中心内搜索是否存在满足服务请求的单个服务，若不存在则进行服务 合成的构建，但在搜索过程中对于可用来进行服务合成的单个服务并未进行存 储。s w s c a 算法恰好弥补了这一点，它在搜索单个服务过程中，将可用来进行服 务合成的候选服务信息进行了存储，避免重复性的服务搜索，以减少时间的消耗。 2 ) 构建服务合成图：现有方法在构建服务组合图时，都是以服务请求w s 。 为起始节点，这样得到的服务合成图包含了所有组合路径( 如文献 4 8 ) ；而 s w s c a 构造服务合成图并不是以服务请求w s 。为起点，而是以w s 。后继节点为起点， 进行多次构造，这样做的优点体现在：a ) w s 。的后继节点在初次的匹配过程中已 经被存储可以直接使用，和前者相比可以省去搜索服务请求w s 。后继服务的时间； b ) 以w s 。后继服务为起点得到的服务合成图是前者得到的服务合成图的一个子 图，若该子图中存在满足用户满意度的服务组合路径，则返回结果，若不存在这 样的路径，再以服务请求w s 。的另一个后继服务重新进行服务合成图的构造，这 样保证了服务合成成功率并可减少服务合成图的构造时间。 3 ) 路径选择：现有的好多服务组合方法( 如文献 4 3 ) 大都采用“最短路 径 法在服务合成图中搜索合成代价最小的组合路径，这种方法需要多次遍历服 务合成图w s c g ，时间成本太大；本文的s w s c a 方法采用了设置满意度阀值的方 法，即只要搜索到一条满意度大于或等于阀值的服务组合路径，算法就终止。这 样可以在较短时问内提供给用户满意的服务，比起一味追求服务合成质量而让用 户长期处于等待状态来说，显然前者更可取。 4 2 2 算法实验测试 在对s w s c a 做了定性的分析后，本文采用实验的方法对s w s c a 算法进行定量 的测试。为了便于比较，记基于关键词的服务合成算法为k e y w s c m ，记传统的基 三工苏太学硕士研究生学位论支 于语义的最短路径服务组合方法为s e m w s c m 。 本实验采用v c 作为算法实