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摘要 w e b 服务作为一种新型的w e b 应用模式，近年来得到了迅速的 发展。随着w e b 服务数量的快速增长，w e b 环境下存在大量具有相 同或重叠功能和不n n 务质量( q o s ) 的w - e b 服务，如何利用q o s 属性 查找w e b 服务，动态地把现存的各种w e b 服务组合以形成新的、满 足不同用户的需求的、增值的复杂服务已成为新的应用需求和研究热 点。 本文主要研究了基于q o s 的w e b 服务发现与组合方法，在因特 网的复杂环境下，如何有效、按照用户需要提供一定质量的应用服务。 本文提出了一个基于q o s 的w e b 服务发现与组合框架w e b j e t 2 ， 实现服务的发布、管理、发现、组合前的预先优化与运行时容错。 分析了当前服务质量模型的优缺点，在此基础上建立一个客观全 面的q o s 模型，作为动态w r e b 服务组合中服务选择和绑定、服务 组合流程执行和监控的依据，该模型不仅可以保证基本服务的质量， 而且可以全面地评价组合服务的质量。 针对目前服务发现匹配算法缺乏灵活性和服务提供者通告的 q o s 信息并不总是可信的问题，提出了一种基于q o s 和可信度的 w e b 服务发现方法，并给出w e b 服务的匹配、排名和选择算法。该 方法定义了一组描述w e b 服务q o s 属性和信誉度的分类t m o d e l ， 用q o s 量化值来描述服务提供者的q o s 和可信度通告，用约束型 需求和主导型需求来描述服务消费者的q o s 需求。定义了三个层次 的服务匹配规则，引进匹配函数来计算服务相似程度，分四个步骤来 发现和选取满足消费者需求的w e b 服务。原型系统实验结果表明， 该方法具有较高的服务查准率和足够的服务匹配效率，是可行的和有 效的。 基于遗传算法设计了服务组合的全局优化方法。提出了在遗传算 法中采用种群多样性控制机制来控制种群的进化，有效的防止了算法 获得局部最优解。为了保证算法的优化性和收敛性，引入辅助种群对 当前产生的优秀个体实施保存。提出动态适应度函数及适应度拉伸方 法，使适应度相近的个体适应度差异放大，从而使得优秀的个体优势 更明显。研究了白适应的交叉变异策略，实现了交叉率和变异率的非 线性自适应调整，有效的加快了算法的收敛速度。 理论分析和实验结果说明了算法的可行性和有效性。与同类研究 成果相比，该算法提供了一种在动态环境下更完整和有效的服务组合 q o s 解决方案。 关键字：服务质量，服务发现，服务组合，遗传算法，全局优化。 a b s t r a c t a san e ww e b p a t t e m ，w e bs e r v i c e sh a sb e e nr a p i d l yd e v e l o p e di n r e c e n ty e a r s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c e s ，t h en u m b e ro f s e r v i c e sw i t hs i m i l a ro re q u a lf u n c t i o ni sl a r g e ra n dl a r g e r , s oh o wt o u t i l i z eq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) a t t r i b u t i o n st od i s c o v e r ya n ds e l e c tw e b s e r v i c e sa n dd y n a m i c a l l yi n t e g r a t et h ee x i s t e n tw e bs e r v i c e st of o r ma n e w l yv a l u e a d d e da n dc o m p l e xs e r v i c et om e e tt h e f u n c t i o n a la n dq o s r e q u i r e m e n to f d i f f e r e n tu s e r si sap o p u l a rr e s e a r c ha r e a o u rw o r km a i n l yf o c u s e so ns t u d y i n g i n gt h em e t h o d so fw e b s e r v i c e sd i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o nb a s e do nq o s ，s oa st op r o v i d e b u s i n e s sw i t hc e r t a i nq u a l i t ye f f e c t i v e l yi nt h ec o m p l e xe n v i r o n m e n to f i n t e m e t ，a c c o r d i n gt ou s e r s r e q u i r e m e n t s t h ep a p e rp r o p o s e saq o s b a s e dw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ya n d c o m p o s i t i o n f r a m e w o r k m w e b j e t 2 a n dw e b j e t 2i s d e s i g n e d f o r p u b l i c a t i o n ，m a n a g e m e n t ，d i s c o v e r yo f t h es e r v i c e s ，o p t i m i z a t i o np r i o rt o t h ec o m p o s i t i o na n df a u l t t o l e r a n c ea tt h er u n n i n gt i m e t h e p a p e ra n a l y z e s c u r r e n t q o sm o d e l s a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s ，b a s e do nw h i c hp r o p o s e sa no b j e c t i v eq o sm o d e l t h e m o d e lp r e s e n t st h er e l a t i o nq o sn o to n l yc o m p u t e st h eq o so fs i n g l e s e r v i c eb u ta l s oe n s u r e st h ec o m p o s i t es e r v i c e st oe v a l u a t ec o r r e c t l y 。 t or e s o l v et h ep r o b l e mt h a tw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ya l g o r i t h mi sl a c k o ff l e x i b i l i t y aa n dt h ea d v e r t i s e dq o si n f o r m a t i o no fw e bs e r v i c e si sn o t a l w a y st r u s tw o r t h y ，a w e bs e r v i c e s d i s c o v e r y m o d e lb a s e do n q o sa n dr e p u t a t i o ni sp r e s e n t e d i na d d i t i o n ，a l g o r i t h m so fm a t c h i n g ， r a n k i n g a n ds e l e c t i o na b o u tw e bs e r v i c e a r e g i v e n as e to f q o sc a t e g o r i z a t i o nt m o d e l si sd e f i n e di nt h em e t h o dt od e s c r i b et h eq o s a t t r i b u t e sa n dr e p u t a t i o no faw e bs e r v i c e q o sa d v e r t i s e m e n t so fs e r v i c e i i i p r o v i d e r s a r e r e p r e s e n t e db yq o sq u a n t i f i c a t i o nv a l u e s q o s r e q u i r e m e n t so fs e r v i c ec o n s u m e r sa r er e p r e s e n t e db yc o n s t r a i n ta n d p r e f e r e n c ev a l u e s t h em a t c h i n gr u l e sc l a s s i f i e dt h r e el e v e l sa r ed e f i n e d a n dm a t c hf u n c t i o n si si n t r o d u c e dt oc o m p u t es e r v i c es i m i l a r i t y w e b s e r v i c e st om e e tt h er e q u i r e m e n t so fc o n s u m e r sa r e d i s c o v e r e db yf o u r p h a s ea l g o r i t h m t h em e t h o di sp r o v e dt ob ef e a s i b l ea n de f f e c t i v eb y h i g hp r e c i s i o na n de f f i c i e n c yo ft h ep r o t o t y p e w ed e s i g naq o s - d r i v e ng l o b a lo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mf o rs e r v i c e s s e l e c t i o nb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) ap o p u l a t i o nd i v e r s i t y h a n d l i n g m e c h a n s i mi s p r e s e n t e d t o c o n t r o lt h e p o p u l a t i o n e v o l u t i o n ，p r i m a t u r i t yi so v e r c o m ee f f e c t i v e l y i tw a ss o l v e dt h a ts l o w c o n v e r g e n c eb yi m p l e m e n t i n gaf i n es o l u t i o n sr e s e r v a t i o ns t r a t e g y t h e g e n e t i ca l g o r i t h mu s i n g a d y n a m i c f i t n e s sf u n c t i o na n df i t n e s s s t r e t c h i n gm e t h o dt om a g n i f yt h ed i f f e r e n c ea m o n gt h o s ec l o s ei n d i v i d u a l ， s oa st om a k et h ea d v a n t a g eo ft h eo u t s t a n d i n gi n d i v i d u a lm o r ec l e a r l y s t u d y i n gt h em e t h o do ft h ec r o s s o v e rp r o b a b i l i t ya n dm u t a n tp r o b a b i l i t y a d a p t i v ec h a n g e dw i t ht h ev a l u eo ff i t n e s sf u n c t i o n ，t h u sa v i o dt h em a t t e r o fp r e m a t u r ee f f e c t i v e l ya n da c c l e r a t et h es p e e do fc o n v e r g e n c e t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h ef e a s i b i l i t y a n de f f i c i e n c yo ft h i sa l g o r i t h m c o m p a r i s o nw i t hs i m i l a rs t u d i e s ，t h e a l g o r i t h mp r o v i d e s am o r ei n t e g r a t e da n de f f e c t i v eq o ss c h e m eo f s e r v i c e sc o m p o s i t i o ni nd y n a m i ce n v i r o n m e n t k e yw o r d s - q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ，s e r v i c ed i s c o v e r y , s e r v i c e c o m p o s i t i o n ，g e n e t i ca l g o r i t h m ，g l o b a lo p t i m i z a t i o n 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不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：委易兰鸟厶6 年，月2 , t 2 日 湖南师范大学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。本人授权湖南师范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、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密吼 ( 请在以上相应方框内打“ ”) 作者签名：毋i 量粤 日期：勿，碑f 月站日 别币签各荡砉呜 日飙洲。年j - 月增日 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 1 绪论 本章主要介绍本文在基于服务质量( q o s ) 的w e b 服务( w e b s e r v i c e s ) 发现与组合方面的研究背景、研究意义、w e b 服务相关的理 论知识、目前的研究现状及存在的不足以及论文主要研究工作和组织 结构。 1 1 课题研究背景和意义 1 1 1 研究背景 随着i n t e m e t 和w e b 技术的迅速发展，传统的分布式计算技术 已经不能满足w e b 应用环境，w e b 服务应运而生。w e b 服务作为一 种新型的分布式计算模型【，以其自包含、模块化、松散耦合、基于 标准、高度可集成能力等优点成为当今工业界和学术界共同关注的焦 点【2 1 。在实际应用中，单个w e b 服务一般提供一些比较单一的功能， 通常无法满足复杂的应用需求。因此，如何集成单个w e b 服务所提 供的各种功能以形成新的、功能更强大的w e b 服务来满足不同用户 的复杂应用需求已成为w e b 服务领域新的研究热点，即服务发现与 组合问题。 伴随着网络信息的持续快速发展，i n t e m e t 环境下w e b 服务资源 越来越丰富，不可避免地会出现大量具有相同或重叠功能和不同服务 质量( q o s ) 的w e b 服务，在选择完成一个任务的具体服务时可能存在 多个候选服务。如何查找出最适合服务请求者需求的服务已成为w e b 服务领域一个亟待解决的关键问题。 面向服务的计算是松耦合、开放异构环境中分布应用的通用计算 模型，w e b 服务是近年来提出的面向服务的新型体系结构【1 1 。在面向 服务的分布、异构和自治松耦合计算环境中，w e b 服务组合的服务质 量保证已是服务组合方法优劣的重要影响因素。在服务组合时，需要 对服务组合进行局部或全局优化，采用何种优化算法与策略对保障 硕士学位论文 w e b 服务组合的质量起到了决定性的作用。在服务组合时，往往需要 考虑更多的因素，建立怎样的计算模型，采用的何种计算方法来更快、 更优的实现高质量的服务组合也将是一个关键的问题。 1 1 2 研究意义 根据w e b 服务在当前的研究和应用情况，对服务提供者和服务 消费者的q o s 进行描述，在此基础之上，发现、匹配最能满足用户 需求的服务，并根据用户的q o s 要求对服务进行组合，是一个非常 有学术价值和现实意义的问题。 ( 1 ) 基于q o s 的w e b 服务发现研究的意义 以w e b 服务为代表的软件服务及软件服务协同已成为开放网 络环境下一种典型的i n t e m e t 应用形态，实现服务按需发现，以保证 服务有效复用、相容组合，可以提高网络软件生产效率，实现跨组织 的业务集成。面对i n t e m e t 上w e b 服务提供者发布的众多w e b 服 务，服务消费者需要能够方便灵活地发现能满足他们特定需求和服务 质量约束的服务。目前广泛使用的w s d l 和u d d i 标准没有明确 地定义w e b 服务q o s 信息( 如w e b 服务的执行时间、费用等) 的 表示方法，无法通过它直接描述w e b 服务提供者发布的q o s 信息， 解决w e b 服务消费者基于q o s 的w e b 服务发现问题。 因此，进行基于q o s 的w e b 服务发现方法的深入研究，对于 解决当前w e b 服务发现领域存在的服务描述缺乏全面性、服务匹配 缺乏灵活性等问题具有重要意义。本文针对这些不足，旨在通过对支 持q o s 的w e b 服务描述模型、服务匹配规则、服务发现算法等 w e b 服务发现领域的关键技术研究，使w e b 服务消费者能够从大量 的w e b 服务中动态地找出能满足质量要求的服务，实现w e b 服务 之间基于q o s 的正确灵活的交互。 ( 2 ) 基于q o s 的w e b 服务组合研究的意义 在i n t e m e t 环境中，正在迅速发展的是基于w e b 标准的服务组 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 合，由于w e b 服务拥有服务之间松散藕合的显著特性，从而可以利 用一系列服务组件有效地创建新的服务。服务组合被广泛用来改进企 业软件系统的敏捷性、灵活性和可用性，在新的业务需求驱动的促使 下，以开放的w e b 服务方式进行的、有服务质量保证的w e b 服务 组合已经成为w e b 服务领域研究的重点。 在w e b 服务组合中，用户最关注的是最终的组合服务的功能能 否达到用户提出的要求。随着w e b 服务的迅速发展及应用的不断普 及，用户不仅仅要求w e b 服务能满足既定的功能需求，可能还会提 出一些q o s 限制，如响应时间不能超过用户规定的最大值，执行价 格必须小于某个值，另外，用户还会考虑服务提供者的声誉等等。因 此，在服务组合过程中，需要根据用户提出的q o s 约束对w e b 服务 进行选择。如何根据用户的需求迅速地选择出满足用户提出的功能需 求且q o s 最优的w e b 组合服务，成为一个亟待解决的问题，是服务 组合中最具挑战的技术 3 , 1 0 , 1 7 】。在组合服务选择中，只有能够随着服 务请求者的功能需求变化来选择相应的组合服务，这样才能使w e b 服务具有更大的灵活性和实用性。 因此，对基于q o s 的w e b 服务组合方法的深入研究，不仅具 有重要的理论意义，还具有重大的实用价值，它是w e b 服务研究领 域中的一个重要的分支和热点，引起了工业晁和学术界的密切关注。 国内外的许多学者和研究组织在这个领域开展了相关的研究工作，并 已取得了一定的研究成果，但仍存在一定的不足，面临着很多挑战。 本文以此为基础，全面系统地研究了基于q o s 的w e b 服务自动组 合方法。 1 2w r e b 服务概述 当前，w e b 服务的技术标准日渐成熟和稳定，w e b 服务应用正在 不断的普及，w e b 服务将成为企业、政府部门数据和应用集成的最主 硕士学位论文 要技术，并将得到广泛的使用。w e b 服务可以有以下的定义【3 7 1 ： 自包含、自描述的模块应用，它可以在网络中被描述、发布、 查找以及调用。 基于网络的、分布式的模块化组件，它可以执行特定的任务， 遵守具体的技术规范，因而能与其他兼容的组件进行互操作。 由企业发布的完成其特别业务需求的在线应用服务，其他企 业和应用软件能够通过i n t e m e t 访问来使用这些应用服务。 1 2 1w e b 服务体系结构 w e b 服务的体系结构是面向对象分析与设计( o o a d ) 的一种必然 的发展结果，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模式的必然结果。w e b 服务体系结构基于 三种角色( 即服务提供者、服务注册中心和服务请求者) 之间的交互 3 9 1 。交互涉及发布、查找和绑定操作，这些角色和操作都一起作用于 w e b 服务组件，即w e b 服务软件模块及其描述。在最典型情况下， 服务提供者托管可通过网络访问的软件模块，定义w e b 服务的服务 描述并把它发布到公用的服务注册中心；服务请求者使用查找操作从 服务的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。图1 1 描述了w e b 服务的体 系结构。 图1 1w e b 服务体系结构 从图1 1 可以看出，w e b 服务的体系结构中共有三种角色【4 0 】： 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 ( 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 ) 服务代理或服务注册中心：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。 ( 3 ) 服务请求者：利用服务注册中心查找所需的服务，然后使用 该服务。 w e b 体系结构中的组件必须具有上述一种或多种角色，这些角色 之间使用三种操作3 9 】： ( 1 ) 发布操作：使服务提供者可以向服务注册中心注册自己的 功能及访问接口。 ( 2 ) 查找操作：使服务请求者可以通过服务注册中心查找特定种 类的服务。 ( 3 ) 绑定操作：使服务请求者能够真正使用服务提供者提供的服 务。 为支持结构中的三种操作，w e b 服务的体系结构需要对服务进 行一定的描述，这种描述应具有下面几个重要的特点：首先，它要声 明服务提供者提供的w e b 服务的特征。服务注册中心根据某些特征 将服务提供者进行分类，以帮助查找具体服务。服务请求者根据特征 来匹配那些满足要求的服务提供者。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， 如安全需求、事务需求、使用服务的费用等。接口特征和非功能特征 也是用来帮助服务请求者查找服务。 1 2 2w e b 服务协议栈 要以一种互操作的方式执行发布、发现和绑定这三个操作，必须 要有一个包含一层标准的w e b 服务协议栈。图1 2 展示了一个概念性 w e b 服务协议栈。上面的几层建立在下面几层之上，垂直的条表示在 协议栈的每一层中必须满足的需求，左边文本表示协议栈的那一层所 硕士学位论文 应用的标准技术。 b p e l服务流程 1j f j j ：j ：j ：二：j ：= 二j j j ：j ：j ：= “：j ：= j ：二二= 二- = ：j j j ， u d d i | i 服务发现 卜 i ：【一； ：r 1 u d d i 引 服务发布 i ：l j ： l 4 ”“+ 。”。”“一一一一- ： i 广- w s d l i服务描述 ij 图1 2w e b 服务协议栈 w e b 服务协议栈的基础是网络层，w e b 服务要被服务请求者调 用，就必须通过网络访问。因特网可供访问的w e b 服务必须使用普 通的网络协议，而h t t p 凭借其普遍性，成为因特网可用的w e b 服 务真正的标准网络协议。w e b 服务还可以支持其他的因特网协议，包 括f t p 、s m t p 、m q ( 消息队列) 、i i o p ( 因特网o r b 间协议) 上 的远程方法调用( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ，r m i ) 、e m a i l 等，应使用 哪种网络协议和应用程序的具体需求有关。 网络层上面的是基于x m l 的消息传递，它表示将x m l 作为 消息协议传递的基础。当前x m l 消息传递的行业传递的基础是 s o a p 。 服务描述层由说明文档组成。w s d l 专门用于描述基于x m l 的服务，支持对可交互服务的最小限度的描述。w s d l 定义了服务 交互的接口和机制。此外，服务描述层还需要其他描述来指定商业环 境、服务质量和服务器之间的关系等。其他说明文档可以作为对文档 的补充，用以描述w e b 服务的高级信息。 服务发布是指让服务的请求者得到w s d l 文档，这个操作可以 在服务请求者生命周期的任何阶段执行。最简单的方法就是服务提供 者将w s d l 文档直接发送给服务请求者，这种方法称为“直接发 布 。直接发布经常在服务静态组合的应用中使用。 服务发现依赖于服务发布。服务发现层的发现机制对应于服务发 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 布层的发布机制。任何允许服务请求者得到服务描述并在运行时刻让 应用程序使用服务的机制都可以被看作服务发现。 1 2 3w e b 服务核心技术 w e b 服务建立在一系列开放的i n t e r n e t 标准和协议之上，其基本 的标准和协议包括w s d l 、s o a p 、u d d i 和b p e l 4 w s 4 1 - 4 4 。( 如图 1 2 所示) 。 ( 1 ) w e b 服务描述语言( w s d l ) w s d l t 4 1 1 ( w | e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 是用x m l 文档来描述w e b 服务的标准，是w e b 服务的接口定义语 言，由a r i b a 、i n t e l 、i b m 、m s 等共同提出，通过w s d l ，可描述 w - e b 服务的三个基本属性： 服务做些什么服务所提供的操作( 方法) 。 如何访问服务和服务交互的数据格式以及必要协议。 服务位于何处协议相关的地址，如u r l 。 w s d l 文档以端口集合的形式来描述w e b 服务，w s d l 服务描 述包含对一组操作和消息的一个抽象定义，绑定到这些操作和消息的 一个具体协议，和这个绑定的一个网络端点规范。 ( 2 ) 简单对象访问协议( s o a p ) s o a p 4 2 l ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 是一种简单、轻量级的基 于x m l 机制的协议，用于在网络应用程序之间进行结构化数据交 换。使用s o a p ，不用考虑任何特定的传输协议( 最常用的还是h t t p 协议) ，可以允许任何类型的对象或代码，在任何平台上，以任何一 种语言相互通信。 s o a p 包括四个部分：s o a p 封装( e n v e l o p ) ，封装定义了一个描 述消息中的内容是什么，是谁发送的，谁应当接受并处理它以及如何 处理它们的框架；s o a p 编码规贝1 j ( e n c o d i n gr u l e s ) ，用于表示应用程 序需要使用的数据类型的实例；s o a pr p c 表示( r p cr e p r e s e n t a t i o n ) ， 硕士学位论文 表示远程过程调用和应答的协定；s o a p 绑定( b i n d i n g ) ，使用底层协 议交换信息。 ( 3 ) 统一描述、发现和集成协议( u d d i ) u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 是一套 基于w e b 的分布式的为w e b 服务信息注册中心的实现标准规范， 同时也包含一组访问协议的实现标准，使企业能够将自身提供的w e b 服务进行注册上去，以让别的企业能够发现服务访问协议的实现标 准。创建u d d i 的注册中心的目的就是帮助企业发现并使用所需要的 w e b 服务。 u d d i 提供一套操作方法来访问分布式的u d d i 注册中一已, ( u d d i r e g i s t r y ) 。公共的u d d i 注册中心面向全球企业，不同站点之间采用 p 2 p ( 对等网络) 通信。u d d i 注册中心维护了描述企业及该企业提 供的w e b 服务的全球目录，其中的信息描述格式遵循通用的x m l 格式。u d d i 商业注册中心是u d d i 的核心组件，该注册中心使用一 个x m l 文档来描述企业及其提供的w e b 服务。 ( 4 ) 业务流程执行语言( b p e l 4 w s ) b p e l 4 w s 4 4 ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw e b s e r v i c e ) ( 以下用b p e l 代表b p e l 4 w s ) ，作为可执行流程的实现 语言言，b p e l 的作用是将一组现有的服务整合起来，从而定义一个 新的w e b 服务。因此，b p e l 基本上是一种实现这样的整合的语言。 b p e l 不仅可以描述服务组合流程，而且还是服务组合流程的执 行语言。根据对数据处理的方式不同，即对描述业务协议公共部分所 需的抽象程度不同，可以分为抽象流程和可执行流程。抽象流程只在 处理有关协议的数据，使用消息属性，屏蔽了对该消息不确定值私有 部分的实现。可执行业务流程详细定义了业务流程中使用的消息体的 各个部分的类性和顺序等。在b p e l 中，组合结果称为一个流程 ( p r o c e s s ) ，参与的服务称为伙伴( p a r t n e r s ) ，消息交换或者中间结果转 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 换称为一个活动( a c t i v i t y ) 。因此一个流程是由一系列活动组成的。流 程与外部的伙伴服务通过w s d l 接口交互。要定义一个流程，要使 用一个b p e l 源文件( b p e l ) 描述流程，一个流程接i s l 文件( w s d l ) 描 述组合服务的端口，一个可选的部署描述符文件( x m l ) 包含伙伴服务 的物理位置。 1 2 4w e b 服务发现与组合 w e b 服务发现是指通过一定方式找到特定需求的w e b 服务的过 程这个过程可以细化为两个子过程，即服务提供者发布服务的过程和 服务请求者查找服务的过程。在w e b 服务体系结构中，服务发布和 查找均发生在服务代理上。u d d i 规范定义了一个集中式注册中心框 架，是目前实现间接发现技术的支持技术。 w e b 服务组合就是通过服务查找以及服务之间的接口集成，将多 个自治的w e b 服务根据应用需要进行合成，从而提供新的、功能更 强大的w e b 服务，或者说提供一些增值的w e b 服务。一个组合的 w e b 服务是一些独立的、相互交互的w e b 服务的聚集，并把它所聚 集的w e b 服务作为自己的组件来看待，从而获得的比原来的w e b 服 务更强大的功能。从“粒度 意义上来讲，w e b 服务组合时对w e b 服务进行更大规模的封装并把该封装的结果作为一个w e b 服务暴露 给外界；而从“顺序”意义上讲，组合是定义一系列w e b 服务的调 用顺序。 从w e b 服务组合过程来看，w e b 服务可以分为基本服务 ( e l e m e n t a r ys e r v i c e s ) 和组合服务( c o m p o s i t es e r v i c e s ) 。基本服务是原来 已经存在或者开发好的服务，对于其他服务或者用户来说，它是透明 的；而组合服务是指对一些其他服务( 可能是基本服务，也可能是组 合服务) 的合成，并以一个接口的形式提供给用户或者其他服务使用。 w e b 服务组合方法从技术角度大体可以分为静态组合和动态组 合两种。静态组合是在开发设计过程中就决定w e b 服务之间的控制 硕士学位论文 流和数据流如何进行；而动态组合是在运行过程中进行的，它们的控 制流和数据流是自动产生的。采用静态组合还是动态组合可根据w e b 服务的特点和用户需求来决定，如果组合的w e b 服务之间的内在关 系比较固定，则采用静态组合；如果组合的w e b 服务需要经常根据 环境进行动态调整，则采用动态组合技术。动态组合技术是以静态为 基础的，本文主要研究w e b 服务的动态组合技术。 通常w e b 服务的动态组合主要涉及以下四个方面： 服务注册：服务提供者向u d d i 注册中心它们所开发的w e b 服 务。这一步是w e b 服务进行组合的前提，因为只有组合中心可能用 到的w e b 服务已经注册到u d d i 注册中一t l , ，才可能完成用户所需要 的w r e b 服务组合任务。 服务建模：由于w e b 服务本身是采用w s d l 文件来描述的，而 各个服务提供商在开发w e b 服务的时候可能会对w e b 服务中w s d l 的各个元素采用不同的表示方式，所以在合成之前，必须先对这些 w e b 服务进行统一的建模，以消除合成过程中可能遇到的语义问题， 同时也可能需要以w e b 服务的w s d l 文件中提取一些必要的组合消 息。 服务组合：在已经建立的w e b 服务模型基础上，按照用户的要 求利用某种算法自动组合或者手工组合满足需要的w e b 服务组合方 案，然后把生成的组合方案转换成某种可执行的代码，如b p e l 4 w s 。 服务查询与执行：用户可以向引擎发出查询请求，而引擎则可以 根据用户的查询要求查找到所需要的w e b 服务，执行查询结果。 1 3 服务发现与组合研究现状分析 服务发现与组合问题是一个比较广阔的领域，很多专家和学者从 不同的方面对其进行了研究，并取得了一定的成果。其中关键的问题 包括：w e b 服务q o s 模型、基于q o s 的w e b 服务发现、基于q o s 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 的w e b 服务组合。 1 3 1w e b 服务的q o s 模型 在w e b 环境中，随着w e b 服务数量的日益增加，会存在多个具 有重叠或者相同功能和不同服务质量( q o s ) 的w e b 服务，为了区分不 同w e b 服务的q o s ，需要一个q o s 模型来评价w e b 服务的服务质量。 在实际应用领域中，w e b 服务的q o s 模型可能只考虑了几个通 用的属性，但是不同的用户可能有不同的q o s 偏好，因此我们必须 设计可扩展的q o s 模型，并且新q o s 属性的加入不需要对q o s 模型 进行根本的改动。 服务质量( q o s ) 是对w e b 服务满足用户需求能力的一种度量，可 以根据一些重要的功能性和非功能性的服务质量属性以及其他一些 重要的服务特性来定义q o s 。目前，已有很多专家和学者根据某个领 域的实际需求和自身对q o s 的理解，对w e b 服务q o s 进行了建模。 文献 3 】中从简化的角度出发，粗略的定义了几种通用的质量属性 来描述w e b 服务的服务质量，主要包括服务价格、执行时间、可用 性、信誉度、可靠性、吞吐率等。 文献 4 】中，作者将w e b 服务质量属性划分成了若干种类别，每 个类别都有一系列的量化参数或指标，包括：运行时相关的服务质量 属性、事务支持( t r a n s a c t i o ns u p p o r t ) 相关的服务质量属性、配置管理 ( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 和开销( c o s t ) 相关服务质量属性、安全 ( s e c u r i t y ) 相关的服务质量属性。 在文献 5 将w e b 服务的服务质量属性分成了两大类：一类是w e b 服务自身的实现相关的内在属性，另一类则是与w e b 服务所处环境 相关的外在属性。比如可靠性属性的内在属性表现为准确。i 生( a c c u m c y ) 和精度( p r e c i s i o n ) ，外在属性表现为安全性( s e c u r i t y ) 和稳定性 ( s t a b i l i t y ) 。 在文献 6 将q o s 属性分为通用质量度量( 如价格、执行时间、 硕士学位论文 声誉) 和业务相关的度量( 如电话通信业务中的u s a b i l i t y ) 。 在文献 7 】根据质量度量信息的特点及获取方式将w e b 服务的服 务质量因素分成静态、统计和动态三种类型： 静态因素( s t a t i cf a c t o r s ) 静态因素是指比较稳定，不会很频繁的变化属性，如w e b 服务的 规范性( r e g u l a t o r y ) 和标准( s t a n d a r d ) 。 动态因素( d y n a m i cf a c t o r s ) 动态因素是变化速度相对较快，容易随着w e b 服务所处环境的变 化而变化的因素，比如延迟( l a t e n c y ) ，网络可用性( n e t w o r ka v a i l a b i l i t y ) 和响应时间( r e s p o n s et i m e ) 。 统计因素( s t a t i s t i c a lf a c t o r s ) 根据以往执行的服务信息，进行统计并计算得出属性值，包括系 统可靠。 生( s y s t e mr e l i a b i l i t y ) ，稳定。 生( s t a b i l i t y ) 和变更周期( c h a n g e c y c l e ) 和信誉度( r e p u t a t i o n ) 。 文献 1 l 】考虑了服务的主观和客观方面，提出一个二维服务质量 模型，包括主观维度：服务的执行价格、执行时间、可靠性、信誉度 等，客观维度：服务占用的带宽、处理器的频率、吞吐量、容量、网 络带宽等。 文献 1 2 】结合模糊数学相关的理论，把影响服务质量的属性组合 一个模糊集，对其进行分类分析，提出了一种基于模糊评判的q o s 模型，可以针对不同的领域动态的改变影响服务的因素权重。 影响服务质量的因素很多，有些是客观因素，比如与w e b 环境 相关的q o s ，它可能依赖于服务提供商的网络环境和服务请求者的网 络带宽。为此，本文从实用性的角度出发，对一些不常用的属性不予 考虑，提出了一个可扩展的w e b 服务q o s 模型。w e b 服务的q o s 可 以描述为一个由n 个分量构成的向量，每个分量都有自己的计算方法 和度量单位。本文考虑6 个分量，( 1 ) 执行费用( e x e c u t i o nc o s t ) ；( 2 ) 响 应时间( r e s p o n s et i m e ) ；( 3 ) 可靠性( r e l i a b i l i t y ) ；( 4 ) 可用性 基于q o s 的w e b 服务发现与组合研究 ( a v a i l a b i l i t y ) ；( 5 ) 信誉度( r e p u t a t i