（计算机软件与理论专业论文）web服务环境下流程自动生成方法的研究与应用.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着网络技术的发展，互联网已经深入了我们的日常生活。很多事情都可以 通过网络来实现，而现在的人们也越来越倾向于利用网络来完成各种各样的任 务。随着电子商务的不断发展，渐渐的通过网络人们可以逐步实现现实中的一切。 然而，随着网络功能不断增强的同时，网络应用系统也变得越来越复杂。开 发、维护一个网站是一项非常繁重的工作。这也给电子商务的发展提出了挑战。 2 0 0 0 年前后，在动态电子商务应用的直接推动下，w e b 服务出现并迅速成长为 基于i n t e r n e t 构造跨组织分布应用的标准框架。怎样通过有效的协调、组合w e b 服务来完成我们的任务成为一个迫切的需求。 这样工作流管理系统进入了人们的视线。通过协作性、交互性很强的工作流 管理系统把w e b 服务组织起来，并控制他们的执行完成我们的任务成为一个切 实可行的方法。但是传统的工作流管理系统一般是面向一个企业内部的，把它运 用到网络环境中来管理w e b 服务，它又面临了新的挑战。 本文分析了现有工作流管理系统中存在的问题，在此基础上提出了一种在 w e b 服务环境中的流程自动生成的方法。该方法可以通过根据用户的个性化需求 为用户生成所需要的流程。该流程模式具有以下几个特点： 流程不再有专家定义，而是通过用户提交的个性化需求自动生成。 建立了一个基于概率的流程语义库，作为流程自动生成的基础。 相对于传统工作流的复杂流程，流程结构变得简单，并且全部由w e b 服务组 成。执行失败的代价小。 建立了专门的用户交互工具获取用户需求，和专门的基于语义的服务注册中 心方便服务提供商注册和发布w e b 服务。 本文将提出的流程自动生成算法应用到旅游领域，建立了一个智能旅行网 站，可以充分利用网上的各种旅游服务，自动的为用户生成旅游行程。文中给出 了网站的系统结构和系统中主要类的类图，而且还对该自动生成算法和已有的自 动生成算法在运行效率上进行了对比，并给出了试验数据分析。 关键词：工作流，w e b 服务，自动生成，旅行网站 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y ，t h ei n t e m e th a sd e p t ho fo u rd a i l yl i v e s al o to ft h i n g sc a l lb ea c h i e v e dt h r o u g ht h en e t w o r k ，a n dn o wm o r ea n dm o r ep e o p l e a r ei n c l i n e dt ou s et h en e t w o r kt oc o m p l e t eav a r i e t yo ft a s k s f o re x a m p l e ，i tc a nb e c a r r i e do u tv i a t h ei n t e m e ts h o p p i n gt r a n s a c t i o n s ，b u s i n e s st a l k s ，e n t e r t a i n m e n t ，t r a v e l ， e t c w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fe - c o m m e r c e ，a n dt h r o u g ht h en e t w o r k p e o p l ec a ng r a d u a l l yr e a l i z ea l lt h et h i n g si nt h er e a l i t y h o w e v e r ，a st h ef u n c t i o no fn e t w o r k sb e c o m ei n c r e a s i n g l yp o w e r f u l ，n e t w o r k a p p l i c a t i o ns y s t e m s a r e b e c o m i n gi n c r e a s i n g l yc o m p l e x d e v e l o p m e n t a n d m a i n t e n a n c eo faw e b s i t ei sav e r yh e a v yw o r k l o a d t h i sa l s op o s e dac h a l l e n g et ot h e d e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i cc o m m e r c e i na b o u t2 0 0 0 ，诵t ht h ed i r e c tp r o m o t i o no ft h e d y n a m i ca p p l i c a t i o no fe c o m m e r c e ，w e bs e r v i c ea p p e a r e da n di t sr a p i dg r o w t hm a d e i tb e c a m et h es t a n d a r df r a m e w o r ko fi n t e m e t b a s e ds t r u c t u r ef o rt h ed i s t r i b u t e da n d a c r o s s o r g a n i z e da p p l i c a t i o n s h o wt oc o m p l e t e o u rt a s k t h r o u g h e f f e c t i v e c o o r d i n a t i o na n dc o m b i n a t i o no fw e bs e r v i c e sb e c o m e sap r e s s i n gd e m a n d a st h er e a s o n sa b o v e ，w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mc a m ei n t ot h ep e o p l e 。s a ：仕e n t i o n t h r o u g ht h ec o l l a b o r a t i v e ，i n t e r a c t i v ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m , w e c o u l do r g a n i z ew e bs e r v i c e s ，a n dc o n t r o lt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec o m p l e t i o no u r t a s k t h i sc o u l db ea sar e a l i s t i ca n dp r a c t i c a la p p r o a c h b u tt h et r a d i t i o n a lw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e mi sg e n e r a l l yw i t h i na l le n t e r p r i s e - o r ie n t e d ，i ta p p l i e dt ot h e n e t w o r ke n v i r o n m e n tt om a n a g ew e bs e r v i c e s ，i ti so n c ea g a i nf a c i n gn e w c h a l l e n g e s t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ep r o b l e mt h a to c c u r r e di nt h et r a d i t i o n a lw o r k f l o ws y s t e m , a n db a s e do ni t ，p r o p o s e da na u t o m a t i cg e n e r a t i o nm e t h o do ft h eb u s i n e s sp r o c e s si n t h ew e bs e r v i c eo r i e n t e de n v i r o n m e n t b yt h em e t h o d ，i tc o u l da u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e t h eb u s i n e s sp r o c e s sa c c o r d i n gt ou s e r si n d i v i d u a lr e q u i r e m e n t s t h i sm e t h o dh a st h e f o l l o w i n gs p e c i a l t i e s t h eb u s i n e s sp r o c e s sw a sn om o r ed e f i n e db yt h ee x p e r t s ；i n s t e a d , i ti s a u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e d a c c o r d i n gt ou s e r sr e q u i r e m e n t i i 山东大学硕士学位论文 t h i sp a p e rp r o p o s e da p r o b a b i l i t yb a s e dp r o c e s s - s e m a n t i cr e p o s i t o r y ，w h i c hi st h e b a s i so ft h ea u t o m a t i cg e n e r a t i o nm e t h o d c o m p a r i n gt o t h et r a d i t i o n a lc o m p l e xb u s i n e s sp r o c e s s ，o u rp r o c e s sw a sq u i t e s i m p l ea n dt h ew h o l ep r o c e s sw a sc o m p o s e db yw e bs e r v i c e t h ec o s tt of a i l u r e d u r i n gt h ee x e c u t i o nw a sl i t t l e w eb u i l ts p e c i a lu s e ri n t e r a c t i v et o o l st oo b t a i nu s e r s r e q u i r e m e n t ，a n da l s oa s p e c i a ls e m a n t i cb a s e ds e r v i c er e g i s t r a t i o nc e n t e r ，b yw h i c hs e r v i c ep r o v i d e r c o u l dr e g i s t e rt h e i rw e bs e r v i c e se a s i l y t o u r i s mi sa l la r e at h a tn e e d st h i sm e t h o dv e r ym u c h t h i sp a p e ru t i l i z e dt h i s a u t o m a t i cg e n e r a t i o nm e t h o di nt o u r i s mi n d u s t r ya n db u i l ta ni n t e l l i g e n te - t r a v e l a g e n c y ，w h i c hc o u l du s et h et r a v e ls e r v i c e si nt h ei n t e r n e tt og e n e r a t et r a v e lp r o c e s s f o rp a s s e n g e r sb a s e do nt h e i r r e q u i r e m e n t i nt h ep a p e rw ed r e wt h es y s t e m a r c h i t e c t u r eo ft h ee - t r a v e la g e n c ya n dg a v eo u tt h ec l a s s d i a g r a mo ft h es y s t e m w e a l s om a d ec o m p a r i s o no ft h ee f f i c i e n c yo fo u rm e t h o dw i t ht h es o m ee x i s t i n gm e t h o d , a n dg a v et h ea n a l y s i so fe x p e r i m e n td a t a k e yw o r d s ：w o r k f l o w ，w e bs e r v i c e ，a u t o m a t i cg e n e r a t i o n ，t r a v e lw e b s i t e i l l 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔丝 日期：丝星：垫箩厂 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或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；本人授权山东大学可以将本学位论 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、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：超导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着网络技术的发展，互联网已经深入了我们的日常生活。很多事情都可以 通过网络来实现，而现在的人们也越来越倾向于利用网络来完成各种各样的任 务。例如，人们可以通过互联网进行购物交易、业务洽谈、休闲娱乐、外出旅行 等。随着电子商务的不断发展，渐渐的通过网络人们可以逐步实现现实中的一切。 然而，随着网络功能不断增强的同时，网络应用系统也变得越来越复杂。开 发、维护一个网站是一项非常繁重的工作。以一个旅游网站为例，运营商不但要 开发网站的各项功能，例如，交互界面、交易平台等，还要负责与外部客户的联 系，如，景点的订票、宾馆的订房等等。运营商不仅要负责内部系统的开发和与 外部系统保持通讯，这使得网站的运营成本大大的增加了。这也给电子商务的发 展提出了挑战。 2 0 0 0 年前后，在动态电子商务应用的直接推动下，w e b 服务出现并迅速成长 为基于i n t e m e t 构造跨组织分布应用的标准框架。w 曲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 m 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，w 曲服务不断丰富，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 曲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 r e b 服务技术发展的自然需求。也就是说怎 样通过有效的协调、组合w e b 服务来完成我们的任务成为一个迫切的需求。 这样工作流管理系统进入了人们的视线。通过协作性、交互性很强的工作流 管理系统把w e b 服务组织起来，并控制他们的执行，完成我们的任务成为一个 切实可行的方法。但是传统的工作流管理系统一般是面向一个企业内部的，把它 运用到网络环境中来管理w e b 服务，他又面临了新的挑战。 一方面，挑战来自用户的转变：流程模式由面向成熟规范的企业用户，渐渐 转为面向数目巨大、个性各异的普通互联网用户。通常企业中的业务流程相对比 较成熟、规范，对其的需求比较明确、稳定，这种情况下事先由专家定制一个适 合业务需要的流程是很合理的，这也是工作流模式的处理方式。但是当这种流程 山东大学硕士学位论文 模式直接面向普通用户的时候，情况就不同了：普通用户的数目众多、层次不一， 常常提出个性化的要求，定制统一的流程已经无法满足众多的个性化要求，而为 每一个个性化要求单独定制流程也不现实。另外，如何提交用户需求也有了新的 要求，当面向企业用户时，这通常不是一个计算机处理的问题；但是当面向普通 用户时，必须设计一个友好、智能的交互工具，用来获取、规范、分析用户的需 求，这个交互工具应该有更加友好、灵活、智能的交互界面，并且可以自动规范 和分析用户提出的需求，理解用户需求中真正的含义。 另一方面，挑战还来自流程中任务完成者的改变。传统的流程模式中，任务 多由事先编写好的程序单元或者企业应用完成，多数情况下，确定的应用完成指 定的任务，服务于特定的流程。而在面向服务的互联网环境中，完成任务的主体 已经扩展到了互联网中所有满足要求的w e b 服务，这时情况就发生了变化：w e b 服务的数量呈现爆炸式增长，相同或相似功能的服务之间正在出现竞争，这时需 要更加智能的流程模式来为每个任务选择一个合适的服务；很长时间内，服务之 间都无法达成业务层面的统一标准，因此即使是完成相同功能的服务，也会由于 提供商的不同而导致操作完全不同，这需要更加灵活、智能的方式自动查找满足 用户需要的服务，并且自动处理服务之间接口的不一致；用户希望完成流程中各 个任务的服务互相配合，整体达到最优效果，而非仅仅为每个任务选择最合适的 服务。 在这种情况下传统的工作流管理系统很难应付这些新的挑战。使得大量的 w e b 服务存在在网上而没有得到充分的应用。w e b 服务提供商还是通过传统的点对 点的方式来联系客户，发布他们的服务。w e b 服务的优势完全没有得到发挥。我 们现在急切需要一种方法能有有效的组织w e b 服务。 1 2 应用领域 旅游行业就是迫切需要这种方法的个领域。现在网上有很多旅游网站，国 内的有携程网、e 龙网等，国外的有p r i c e - o n l i n e 等，也有许多旅游服务，如订 票、订宾馆、租车服务等。但是作为一个没有什么旅游知识的普通游客，第一次 来到这些网站的时候还是会感到有些不知所措。因为，虽然这些网站已经为游客 提供了足够的服务，你可以在这个网站上顶到去往世界各地的车票、机票，也可 2 山东大学硕士学位论文 以订到各地有名的景点、宾馆、饭店，但是作为一个没有什么旅游经验的游客来 说，他却不知道怎么样来安排自己的这一趟旅游。例如，哪一个景点比较好玩、 哪一家饭店比较有名，哪一家的住宿比较舒服，以及什么时候订哪一趟车比较方 便等等。旅客可能会没有时间和耐心去查阅各种资料来补充自己的旅游知识。他 们所希望的是网站能够根据他们自己的情况给出一个合理的旅游流程。虽然有些 网站也能提供个游客一些旅游行程，但是一般都是局限在几种以内，而且都是固 定的，不考虑旅客自身的情况。这样的行程安排在很多情况下满足不了游客的个 性化需求。 那为什么这些旅游网站不为顾客提供这样的个性化服务呢? 首先，提供这样 的服务意味着运营成本大幅度的提高。提供这样的服务就要雇佣旅游专家针对旅 客的自身情况为其打造合适的行程。有些网站也有类似的服务，例如在线咨询等。 但实时性一般有待提高。其次，运营商担心有搭便车“f r e er i d i n g ”的顾客存 在。可能有些顾客在这里接受了咨询，了解了旅游的行程，然后又不去旅游了， 或者放弃你的网站，去别家旅游公司了。这样网站白白损失了高昂的咨询成本。 而没有这样的个性化服务的网站，又使真正想来旅游的游客找不到适合自己的形 成。 在本文中，我们将用所提出的流程自动生成的方法建立一个智能旅行网站， 他可以根据旅客的个性化需求自动的为旅客生成旅游行程，从而减少网站的运营 成本，并且是w e b 服务得到最充分的应用。图1 1 展示了网站的基本结构 0 u s e r 丑匿 w e bs e r v i c e 呻矿 图1 1 智能旅行网站的基本结构 我们的这个智能旅行网站有如下几个特点： 网站销售的旅游产品不再是单个的旅游预订服务，而是以一整套的旅游 3 山东大学硕士学位论文 行程为主。 网站销售的旅游服务是根据游客的个性化需求动态生成的，而不局限于 几个现有的固定模板 流程在生成过程是基于概率的，使其他旅行者的旅游经验得到最大的分 享。 如果用户的旅游需求发生改变，旅游行程可以灵活的修改。流程执行失 败的代价小。 为用户提供专门的智能交互工具，可以方便的获取用户的需求。 为服务提供商设计了专门的服务注册模块，并开发了专门的服务注册中 心，使得服务的注册和查找都变得非常轻松 我们的智能旅行网站应用了本文提出的流程自动生成算法。整个生成过程以 一个基于概率的流程语义库为基础。这个流程语义库中保存着系统运行中各个状 态之间转移的概率，并且可以根据用户的使用情况进行动态的调整。这样使得用 户的经验可以得到最大的分享。 在我们的智能旅行网站中，我们提出了元服务的概念，并且建立了一个元服 务本体。利用这个元服务本体我们可以对网上大量的服务进行分类，从而大大简 化了服务组合的复杂度。 1 3 相关研究 近几年，学术界已经出现了很多关于在w e b 服务环境中进行工作流应用的研 究，并且取得了很大的成绩。计算机支持的业务流程管理技术，是计算机技术中 的一个热门领域，其中理论最为成熟，应用最为广泛的是工作流技术。工作流技 术起源自7 0 年代的办公自动化，用来流程化的处理办公文档【1 。3 1 ，但是当时的工 作流技术只能算作一种技术而非一门理论。随着9 0 年代a l a s t e r 将p e t r i n e t 引入 工作流领域奠定了w f p e t r in e t t 4 1 ，工作流迎来了一个繁荣期。改进型的p e t r i n e t 工作流模型、f p e t r in e t 4 1 奠定了工作流技术的理论基础，得到了广泛的应 用，取得了巨大的成功。利用w f p e t r in e t 为工作流建模，可以形式化的验证工 作流的正确性，为工作流的自动运行提供了理论保证。随后，工作流管理联盟 ( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o n f e d e r a t i o n ) 成立，并为工作流管理系统定义了一个 4 山东大学硕士学位论文 标准参考模型【5 】。现在，w f p e t r in e t 和工作流管理系统标准模型已经成为多数 工作流管理系统的实际标准，著名的工作流产品w f l v i o p e n 6 1 、o p e n e b x m l n 等， 都参考和遵循了这两个标准。 最早的工作流管理系统是在一个企业内部使用的封闭系统，其每个任务节点 都由指定的应用完成。后来随着网络技术的发展，跨组织工作流出现，完成任务 的应用扩展到整个企业联盟内。w e b 服务出现后，工作流的运行扩展到了整个 i n t e m e t ，文献【舢9 1 利用工作流技术和理论解决面向服务环境中的流程问题。还有 如，m e t e o r s 【1 0 】，i b o m1 1 1 1 ，他们是很成功的工作流管理系统，都有着和我们的 智能旅行网站相似的功能和目的。他们成功的将工作流管理系统应用到了w e b 服 务环境中。但是这些工作流管理系统中，流程还是由专家事先定义好的，这样的 模式不能适应w e b 环境的动态、随机、多变的特点。 自动的协调各种w e b 服务，使之满足用户的目标要求，一直以来就是w e b 服 务领域的一个热门话题，几乎是伴随着w e b 服务的兴起同时出现的。服务组合的 研究对于本文中提出的流程自动生成算法有着很大的借鉴作用。两者都是试图找 到一种方法可以自动的协调组合w e b 服务使之可以完成我们的任务。 服务组合重要的分支之一，就是根据服务的操作接口的相似性，自动组合各 种服务，满足用户要求，这跟传统的组合问题非常类似。组合过程中，两个服务 操作接口之间是否吻合有时并不直观，因此借助规则推理推断接口吻合性，是比 较流行的做法。文献 1 2 - 1 3 1 介绍了一种层次任务网络( h r n ) 规划的算法，实现服 务的自动组合，文献1 4 1 又对这种方法进行了改进；文献【”1 介绍了一个使用规划 算法对服务组合的需求进行规范的框架，使用该框架可以使服务组合更加简单； 文献【1 6 】介绍了一种基于知识的规划算法，用来进行自动的服务组合：这些方法 都是基于知识规则的智能规划方法，用来解决服务的自动组合问题，其基本思想 是依据将服务组合问题的需求和目标表示成逻辑规则，把服务也表示成逻辑规 则，使用规划算法自动得到满足最终用户需求的服务序列。 由于不同服务商提供的服务存在表述上的不一致，借助语义技术处理这种不 一致，是服务组合最近比较热门的研究点，这比单纯的规则推理更有效。文献1 7 】 提出了一种基于语义的策略方法完成w e b 服务的组合；文献【18 】介绍了一个基于本 体的服务组合框架o n t o m a t s e r v i c e ；文献t 1 9 1 n 通过扩充w e b 服务的语义标识，增 山东大学硕士学位论文 加了基于时序逻辑( i n t e r v a lt e m p o r a ll o g i c ，i t l ) 表示来进行服务组合，这种 扩充后的语言后来被称为s e m a n t i cw e br u l el a n g u a g e ；文献【2 0 】介绍了一个服务 组合框架c o l o m b o ，通过基于转换的语义描述进行服务组合；文献【2 1 】则对当前的 服务组合研究进行了综述。这些研究借助语义或本体技术自动完成服务的组合， 但是其本质仍然是基于逻辑规则的方法。 但是使用规则( 主要是一阶逻辑规则或其扩充) 作为生成基础的方法，也有 自己的缺点，如果将其运用在更加复杂的基于流程的组合问题，则存在更大的问 题：生成结果的有效性完全取决于精心设计的规则，通常情况下这些规则的设计 甚至比流程的设计更加复杂：不同的领域需要完全不同的规则，所以这些方法在 普适性上效果较差；随着实际环境的改变，经常需要对规则进行调整，而规则的 调整带来的影响历来是规则推理系统的难题；规则的爆炸必然导致推理效率的下 降，造成整个推理基础不可用。 服务组合的研究中，基于非规则系统的方法也逐渐出现，文献 2 2 - 2 3 1 将服务的 自动组合问题看作一个m a r k o v 决策过程，寻求能够使服务质量最优的决策：方 法【2 4 1 使用了遗传算法解决服务的自动组合问题，通过遗传基因的建模，模拟自 动组合问题，结合服务质量寻求最优解。这类算法本质都是近似优化问题，建立 一种可以自适应的模型，很适合面向服务环境中的随机多变的特点，但是这类方 法也存在限制：现实环境中的服务数目巨大，造成这类方法的解空间过于庞大， 而且算法中的概率和代价函数很难充分反映用户的需求，使这类算法的实际性能 值得怀疑。 为了解决服务数目过多造成组合复杂度过大的问题，借助服务分类服务代理 减少组合复杂度的研究也开始出现。文献2 5 1 提出了服务社区的概念，将功能类 似的服务分为同类，减少服务组合中服务的数目；文献【2 4 】在寻找最优服务的同 时，不但为虚拟服务寻求局部最优的服务，还从全局观点寻求全局最优的服务集 合；文献【2 6 】则提出了一种基于代理和上下文技术的服务组合方法。 另外，基于服务质量( q o s ) 的服务组合研究也是热点之一。文献1 2 4 1 就是基 于q o s ，使用遗传算法进行全局最优的服务选择研究；文献2 刀则提出了一种q o s 敏感的中间件，进行自动的服务组合；文献2 8 1 介绍了一种模型驱动的q o s 优化服 务组合原型；文献【2 9 】贝u 提出了一种依据工作流模式的q o s 聚集的服务组合方法； 6 山东大学硕士学位论文 文献【3 0 】贝0 对基于q o s 进行服务组合的选择算法进行了概括。关于服务组合的研究 在著名的会议w w w ( w o r l dw i d ew e bc o n f e r e n c e ) 、i c w s ( i n t e m 撕o n a l c o n f e ! r e n c eo nw e bs e r v i c e s ) 、i s w c ( i n t e m a t i o n a ls e m a n t i cw e bc o n f e ：r e n c e ) 等上有集中的反映。 目前，关于流程自动生成的研究也已经有许多。文献【3 1 】中提出了元服务的概 念，对网上众多的服务进行分类，然后利用马尔可夫决策过程进行流程的自动生 成。但，由于马尔可夫决策过程在计算中存在大量的回溯，使得算法的时间复杂 度较高，所以作为算法输入的元服务的个数受到了较大的限制。由于元服务的个 数限制，使得对网上众多服务的分类不够准确，而且算法生成的流程也过于简单。 本文中提出了一种新的基于流程语义库的流程生成算法，同样是基于概率的， 但是时间复杂度要远远低于马尔可夫决策过程。 7 山东大学硕士学位论文 第二章智能旅行网站中的智能流程模式 2 1 三种主要的支撑技术 2 1 1 工作流管理技术 工作流( w o r kf 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。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。1 9 9 3 年8 月，工作流技术标准化的工 业组织一工作流管理联n ( w i m c w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ) 成立。1 9 9 4 年， 工作流管理联盟发布了用于工作流管理系统之间互操作的工作流参考模型，并相 继制定了一系列工业标准。更标志着工作流技术在计算机应用领域之中被明确地 划分出自己的一席之地，相应的概念与术语得到了人们的认可，把工作流的技术 研究以及相关的产品开发带入了一个崭新的阶段。 进入2 0 0 0 年以后，随着w e b 服务技术的兴起，多个标准化组织制定了各自 的和工作流技术相关的w e b 服务标准，如x l a n 2w s f l ，b p e l 等。2 0 0 3 年5 月1 6 号，首届“商务处理执行语言( ( b p e l ) 委员会会议召开，s u n 和o r a c l e 加 入o a s i s 组织，至此o a s i s 成员包括m i c r o s o f t ，m m ，b e a , s a p a gs i e b e l ， s u n ，o r a c l e 等业界领先大公司，他们致力于建立一个新的网络服务标准，促进 商务处理一体化的自动化进程，因此基于服务的分布式工作流成工作流研究领域 的热点，促进了工作流技术更进一步的发展。 工作流的定义： 工作流是一类能够完全或者自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则、 文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递和执行。 工作流管理系统： 工作流管理系统w f m s 则是对工作流进行解析，为规则与过程的自动化提 山东大学硕士学位论文 供有效的实现平台。它的主要功能是通过计算机技术的支持去定义、执行和管理 工作流，协调工作流执行过程中工作之间以及群体成员之间的信息交互。工作流 需要依靠工作流管理系统来实现。 工作流系统的参考模型，如图2 1 所示： 工作流参考模型来源于对普通工作流程序结构的分析，确定结构中的接口， 这些接口可以使不同产品在不同的结构层次上协同工作。所有工作流系统都包含 一系列的公共组件，组件间采用一套被定义好的方法进行协作：不同的产品在这 些公共的组件中，会表现出不同的处理能力。为了实现不同工作流产品间的协同 工作，需要在这些组件间制定一套标准的接口和数据交换格式。通过实现这些标 准口，可以达到产品间的协同工作。 图2 1 工作流参考模型 j b o s sj b p m 工作流管理系统 本文提出的流程自动生成算法是独立于任何工作流管理系统的，对于具体的 工作流引擎，我们可以开发专门的接口把我们生成的流程转换成相应格式的流 程。在我们的智能旅行网站中，我们采用开源的j b o s sj b p m 工作流管理系统作 为工作流引擎来执行网站生成的旅游流程，并开发了相应的转化接口。而且，我 们对j b p m 做了相应的扩展，使之能够更好的适应w e b 服务的环境，方便的调 用w e b 服务。 我们之所以选用j b p m 工作流引擎，因为它具有以下特点： 9 山东大学硕士学位论文 1 较高的安全性由于j b o s s j b p m 是一个开源项目，它的所有源代码都通过网 络公开，任何人或组织都可免费的下载下来使用。正是通过网络的公开性，使得 来自不同领域和区域的开发者都参与进来，一旦发现有一个代码的漏洞，可以快 速的进行修正，这样就减少了代码的漏洞，提高系统的安全性。 2 较低的成本。m o s s j b p m 作为开源项目，任何个人或组织都可以免费下载 使用，因此可以站在前人的基础上进行开发，而不需一切从头开始，这样就大大 的减少了软件开发的成本，同时也提高了项目的开发效率。另外还方便了软件技 术的交流、促进了软件技术的持续发展，加快了软件发展的速度。 3 较小的依赖性。j b o s sj b p m 是一个j a v a 类库，对外依赖程度很小，特别适 宜于作嵌入式工作流完全可以像用j a v a 的其他类库一样使用它，它可以被用在 任何j a v a 环境中，比如：w e b 应用程序、s w i n g 应用程序、f j b w e bs e r v i c e 等等。 它能配置在任何的数据库上，能被部署在任何的应用服务器上，从而可以很容易 的实现分布式工作流管理系统的强大功能另外它也可以被部署在高性能的j 2 e e 集群应用服务器上。 2 1 2w e b 服务与w e b 服务组合 w e b 服务的概念 w e b 服务是一种部署在互联网上、可以通过互联网调用的应用程序。随着 网络技术的迅速发展，w e b 服务的应用成为当今全球i t 业关注的热点。w e b 服 务的技术标准，定义了应用程序如何在网络上实现互操作性，为分布式计算与服 务带来了更大灵活性，它已经成为一种具有发展潜力的集成技术，成为面向服务 的体系架构( s o a ) 中最成功、最流行的形式。w e b 服务技术的产生源于它蕴 涵的商业价值及可能带来的巨大商业利益，同时也代表着互联网技术的重大发 展，它定义了应用程序如何在互联网上实现互操作，极大地拓展了应用程序的功 能，并实现了软件的动态提供。 对于w e b 服务的定义，目前有很多标准，m m 认为“w e b 服务是自包含的、 模块化的应用程序，为商业组织或个人提供一系列功能，可以通过w e b 使用标 准的语言格式访问 。这个定义有两个重点：一是w e b 服务可以由其它应用通 过w e b 来调用，二是w e b 服务是开放的，意味着服务要发布通过标准消息传递 1 0 山东大学硕士学位论文 调用的接口。w 3 c 进一步的给出了w e b 服务的概念：“一个w e b 服务是通过 u r i 标志的软件系统，其公共接口用x m l 文档定义，该定义供其它软件系统使 用，这些系统可使用基于x m l 的消息机制通过互联网的传输协议与此w e b 服务 进行交互”。w 3 c 的定义强调了w e b 服务的定义、描述和发现，从而相应的阐 明了w e b 服务如何被调用。其它的一些研究组织也定义了w e b 服务的相关概 念，总体来说，w e b 服务的定义都包括了以下几点：倜w e b 服务通过标准的 w e b 协议向w e b 用户提供有用的功能，多数情况下通过s o a p 协议：w e b 服 务可以非常详尽的说明其接口，这使用户能够创建客户端应用程序与它们进行通 信，这种说明通常是包含在称为w e b 服务描述语言( w s d l ) 文档中的x m l 文 档中；w e b 服务可以进行注册，以便潜在用户能够轻易找到这些服务，这是统 一描述、发现和集成协议( u d d i ) 来完成的。 w e b 服务具有的以下特点，使其可以很好地适用于异构环境下的相互交互： 1 良好的封装性。w e b 服务既然是一种部署在网络上的对象，自然具备对象的 良好封装性，而对于使用者而言，仅仅能看到该对象上所提供的功能列表。 2 松散耦合性。软件系统中，耦合性意味着各个模块彼此之间相依赖的程度。 同一些具有紧密耦合性的组件! t n d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c t m o d e l ) 以及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 ) 相比，w e b 服务是 自治的，可以彼此独立地执行。松散耦合性使得程序运行时，w e b 服务彼此之 间可以动态地查找以及通信。 3 使用标准协议。尽管w e b 服务的程序实现可能彼此不同，但w e b 服务接口 的描述使用统一的x m l 格式语言，使得w e b 服务可以很容易地被定义、描述 以及发现，相比一般对象而言，w e b 服务的接口规范不仅方便用户查找服务， 并且易于机器理解，w e b 服务可以描述和发布自己以便于彼此之间绑定和交互。 4 高度的可集成能力。由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准协议作为组件 界面描述，所以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，实现了在网络环境下高度的可 集成性。 w o b n 艮务组合 随着w e b 服务的出现和兴起，组织w e b 服务借以达到最终目标的研究也逐 山东大学硕士学位论文 渐成为计算机软件技术研究的热点。 w e b 服务组合就是这种研究的主要分支之一，w e b 服务组合是随着面向服 务的体系架构( s o a ) 3 4 - 3 5 的提出而逐渐成为研究热门的。广义的w e b 服务组 合其研究目的是组合各种w e b 服务的功能，借以完成某种业务逻辑【3 6 1 。a l o n s o 等在文献【3 8 】中提出，服务组合就是生成复合服务的过程，而复合服务是由基本 服务和复合服务递归组成的3 7 1 。从这个角度讲，本文的研究也属于广义范围的 w e b 服务组合研究。文献【3 8 】描述了6 个不同角度的服务组合模型组件模型、 协作模型、数据存取模型、服务选择模型、事务模型和异常处理模型，当前关于 w e b 服务组合的研究也基本就是从这几个方面进行的探索。 w e b 服务的组合和协作是服务组合研究的两个重要方面。前者的研究重点 是动态的、自动的将服务组合成用户需要的目标服务，其基本思路是将服务和用 户需求使用统一的数学模型描述，将找出最佳的服务组合序列看为一种寻求最优 解的优化问题，通过各种优化算法得到组合序列，比较常见的方法有：将服务、 用户的输入和目标描述成规则，使用基于规则的推理算法得到组合序列3 9 - 4 0 ；使 用兀演算或是情景演算得到最优组合h 1 】；使用其他标准如概率和评估的组合【4 2 】 等等。而后者研究的重点是研究一种协作机制，用以预先定义w e b 服务之间的 协作关系，使之能够合作完成用户交予的任务，这方面的研究与工作流研究结合 的较为紧密。使用工作流技术协作w e b 服务【4 3 】可以看作工作流研究的自然延伸， 这方面的研究也非常常见。另外，基于w e b 服务的流程协作语言也是另一个研 究的重点，各大软件公司和研究机构都参与其中，出现了如b p e l 4 w s 等服务协 作语言。关于w e b 服务协作机制的研究，大都倾向于人为的预先定制业务流程， 这也是工作流系统的通用做法。上面提到的各种研究有很多可以借鉴的内容，但 是又与本文的研究有很明显的不同。就像本文第一章提到的，在面向最终用户的、 布满w e b 服务的i n t e m e t 环境中，智能流程模式更加强调业务流程模型的自动化 和个性化，这就要求业务流程的自动生成，这也是智能流程模式的本质特点所在。 2 1 3 语义本体技术 o n t o l o g y 的概念最初起源于哲学领域，它在哲学中的定义为“对世界上客观 存在物的系统地描述，即存在论”，是客观存在的一个系统的解释或说明，关心 山东大学硕士学位论文 的是客观现实的抽象本质。后来在信息系统、知识系统等领域，越来越多的人研 究o n t o l o g y ，并给出了许多不同的定义。其中最著名并被引用得最广泛的定义是 由g r u b e r 提出的，“本体是概念化的明确的规范说明”。后来，b r o s t 对此稍作修 饰，提出：“本体是共享概念模型的形式化规范说明”。本体的概念包括四个方面 的内容： 1 ) 概念化：抽象客观世界现象的一些相关概念而得到的