（计算机科学与技术专业论文）基于soa试题库自动组卷系统的设计与开发.pdf

独创性声明 l i l ll li i11i l li ii ii iiil 18 7 9 5 8 2 本人声明，所呈交的论文是本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，除了文中特翘j j j i l 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 武汉理工大学或其他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。 签名：主生必日期：迎! ：! 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部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 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：缝歪海导师( 签名) ： 摘要 伴随着计算机技术及数据库技术的不断发展，计算机辅助教学系统( c a i ) 逐渐发展成为教育和教学活动中的重要环节。试题库自动组卷系统是计算机辅 助教学系统的核心子系统，它是根据存储在计算机上的不同学科的试题，按照 一定的组卷算法，根据用户输入的组卷参数，生成试卷，以减轻教师的工作负 担和提高教育和教学活动的效率。本文提出以s o a 架构思想构建系统总体结构， 基于改进云遗传算法实现试题库自动组卷问题。 目前，各个学校已经逐渐意识到试题库自动组卷系统的在教育和教学活动 中的重要性，并各自建立了自己的试题库自动组卷系统，但是这些系统本身建 立在不同的平台或者使用不同的开发语言编写，并且数据的存储格式不一致、 位置分散等问题，导致其不能在其他学校推广使用。为此文中提出使用s o a 架 构思想，基于面向服务的体系结构的系统，构建一个开放的、松耦合及可复用 的试题库自动组卷系统，以实现系统资源的高度共享。 本文对s o a 技术基本原理、基本概念及其特征和优势进行了深入细致的讨 论，并对s o a 的实现技术w e b 服务及其在n e t 平台下的具体实现方法做了详 细分析和讨论，介绍了使用a t ls e r v e rw e b 服务创建、发布和调用w e b 服务的 方法。在文章最后根据系统需求分析，给出系统整体结构和分层结构设计。 自动组卷算法也是本文的核心之一，组卷算法的选择不仅影响系统整体效 率，而且对组成的试卷的质量也有重要影响。文中对目前主流组卷算法作了详 细的分析，比较其每个算法的优点和缺陷，并基于遗传算法在实现组卷问题上 的优势选用遗传算法实现本系统组卷问题。 文中首先对传统的遗传算法进行详细介绍，对其在实现自动组卷问题时， 算法的每个环节进行细致分析，并根据传统遗传算法的缺陷，提出使用改进云 遗传算法实现组卷问题。文中对云遗传算法对传统遗传算法改进的地方进行研 究，并对云遗传算法进行改进，主要是云遗传算法的个体编码方式、算法参数 确定、选择操作、交叉操作、变异操作等环节，使其既适用于自动组卷问题， 又能提高其组卷效率。文章最后对改进的云遗传算法其组卷质量和效率进行了 对比实验，证明其在组卷问题上不仅具有很高的效率，还具有良好的稳定性。 关键词：s o a ，w e b 服务，遗传算法，自动组卷，云遗传算法 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y a n dd a t a b a s et e c h n o l o g y , t h e c 伽p u t e ra i d e dt e a c h i n gs y s t e mh a s b e c o m ea l li m p o r t a n tp a r to ft h ee d u c a t i o na n d t e a c h i n ga c t i v i t i e s t h ea u t o g e n e r a t i n g t e s tp a p e rs y s t e mi sa ne s s e n t i a ls u b s y s t e n lo t c o m p u t e ra i d e dt e a c h i n gs y s t e m i tc r e a t e se x a m i n a t i o np a p e r sm t e r mo fs p e c l a l 鲫u pv o l u m ea l g o r i t h m ，a c c o r d i n gt ot h eq u e s t i o n so f d i f f e r e n td i s c i p l i n e ss t o 川l n c o m p u t e ra n dt h et e s tp a p e rp a r a m e t e r s t h a tu s g ti n p u t i ti si no r d e rt oe a s eo f f w o d d n gl o a do ft e a c h e r s a n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fe d u c a t i o na n dt e a c h i n g a c t i v i t i e s t h j sp a p e rp r e s e n t sa l li n t e g r a ls t r u c t u r eo ft h es y s t e mw i t h t h et h o u g h to f s o aa rc _ h i t c 髟h l r e a n di m p l e m e n t sa u t o - g e n e r a t i n gt e s tp a p e rs y s t e mb a s e do n i m p r o v e dc l o u dg e n e t i ca l g o r i t h m c u r r e n t l y , e a c h s c h o o lh a sr e c o g n i z e dt h ei m p o r t a n c eo fa u t o m a t i cg r o u p v o l u m es y s t e mi ne d u c a t i o na n dt e a c h i n ga c t i v i t i e s ，a n dt h e y s e tu pt h e i ro w n a u t o m a t i cg r o u pv o l u m es y s t e m s b u tt h e s es y s t e m sa r eb u i l to nd i f f e r e n tp l a t f o r m s o rd e v e l o p e dw i t hd i f f e r e n tl a n g u a g e s ，a sw h i l e a si n c o n s i s t e n c yo fd a t as t o r a g e 南n n a t 锄dd i s p e r s i v el o c a t i o n , s ot h a tt h e yc o u l d n tb eu s e dw i l d l y i no t h e rs c h o o l s s ow eb u i l da i la u t o m a t i cg r o u p v o l u m es y s t e mb a s e d o nt h es y s t e mo t s e r v i c e o n e n t e da r c h i t e c t u r ew i t ht h ei d e ao fs o aa r c h i t e c t u r e ，w h i c h l so p e n , l o o s e l yc o u p l e da n dr e u s a b l e t h es y s t e m c a na c h i e v eh i g hs h a r i n go fs y s t e m r e s o u r c e s t h i sp a p e rd i s c u s s e si n d e p t ht h eb a s i cp r i n c i p l e ，b a s i cc o n c e p t s ，f e a t u r e sa n d a d v a n t a 窘e so fs o at e c h n o l o g y , a sw h i l ea sw e bs e r v i c e s o fs o ai m p l e m e n t a t i o n t e c l l l l 0 1 0 9 ya n dt h ec o n c r e t er e a l i z a t i o no n n e tp l a t f o r m t h e n ，w ei n t r o d u c e a m e t l l o dt 0c r e a t e ，r e l e a s ea n dc a l la t ls e r v e rw e bs e r v i c e s e v e n t u a l l y , w ep r o v i d e t h ed e s i g no ft h ei n t e g r a ls t r u c t u r ea n dh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eo fs y s t e ma c c o r d l n g t o s y s t e mr e q u i r e m e n ta n a l y s i s 1 1 1 ea l g o 订t l l mo fa u t o m a t i cg r o u pv o l u m ei sa l s ot h ec o r ec o n t e n t o ft h i sp a p e r t h es e l e c t i o no f 也i sa l g o r i t h mw i l ln o ta f f e c tt h ee f f i c i e n c yo f t h ew h o l es y s t e mb u t a d v 趾c et h eq u a l i t yo fe x a m i n a t i o np a p e r s w ea n a l y z et h ec u r r e n tm a i n s t r e a mg r o u p v o l i l ea l 毋嘶t h m ；c o m p a r et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f e a c ha l g o r i t h ma n d i l n d i e m e n tg r o u pv o l u m ei s s u eo ft h i ss y s t e mu s e dg e n e r i ca l g o r i t h mb a s e do nt h e i i s u p e r i o r i t yo fg e n e t i ca l g o r i t h m o ni m p l e m e n t a t i o no fg r o u pv o l u m e t h i sp a p e rd e s c r i b e st r a d i t i o n a lg e n e t i ca l g o r i t h ma n da n a l y z e se a c hp a r to f a l g o r i t h mo ni m p l e m e n t i n ga u t o - g e n e r a t i n g t e s tp a p e r i tp r e s e n t sam e t h o do f i m p l e m e n t i n gg r o u pv o l u m ew i t hi m p r o v e dc l o u dg e n e r i ca l g o r i t h ma c c o r d i n gt o d e f i c i e n c i e so ft r a d i t i o n a lg e n e r i ca l g o r i t h m i nt h i sp a p e r , w ed or e s e a r c ho nc l o u d g e n e r i ca l g o r i t h mw h e r ei m p r o v e dt r a d i t i o n a lg e n e r i ca l g o r i t h m ，a n di m p r o v ec l o u d g e n e r i ca l g o r i t h m o ns o m el i n k si n c l u d i n gi n d i v i d u a lc o d i n gs c h e m a , c e r t a i n a l g o r i t h mp a r a m e t e r s ，c h o o s eo p e r a t i o n ，i n t e r l a c eo p e r a t i o na n dv a r i a t i o no p e r a t i o n ， e t c i ti sn o ta d a p tt oa u t o m a t i cg r o u pv o l u m ei s s u eb u th a si m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo f g r o u pv o l u m e i nt h ee n d ，c o m p a r a t i v et e s ta r ed o n ea b o u tq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f g r o u pv o l u m e o i li m p r o v e dc l o u dg e n e r i ca l g o r i t h m i ts h o w st h a tt h i sm e t h o di sn o t l l i g he f f i c i e n tb u ts t e a do ng r o u pv o l u m e i s s u e k e y w o r d s ：s o a ，w e bs e r v i c e s ，g e n e t i ca l g o r i t h m ，a u t o g e n e r a t i n g t e s tp a p e r , c l o u dg e n e t i ca l g o r i t h m i i i 目录 第1 章绪论。1 1 1 论题的目的和意义l 1 2 本文的主要工作2 1 3 本文的主要组织结构2 第2 章s o a 架构和实现技术4 2 1s o a 架构4 2 1 1s o a 架构介绍4 2 1 2s o a 基本特征一6 2 1 3s o a 的优势6 2 2s o a 实现技术瓤协服务7 2 2 1w e bs e r v i c e s 概述。7 2 2 2w e bs e r v i c e s 协议栈9 2 2 3w e bs e r v i c e s 实 观s o a 10 2 3 n e t 平台上的w e bs e r v i c e s 技术1 1 2 3 1 使用a t ls e r v e r 创建w e bs e r v i c e 1 1 2 3 2w e b 服务的发布和部署。1 4 2 3 3 在客户端中调用w e b 服务1 4 第3 章自动组卷问题模型l6 3 1 组卷问题概述1 6 3 1 1 组卷基本原则1 6 3 1 2 组卷问题描述17 3 1 3 试卷的评价1 8 3 2 试题主要属性1 9 3 3 自动组卷模型建立2 0 3 3 1 试卷约束因素的计算2 1 3 3 2 误差计算2 4 3 3 3 组卷目标函数2 5 第4 章遗传算法在自动组卷中的应用2 7 4 1 自动组卷主要算法2 7 i v 4 1 1 随机搜索算法2 7 4 1 2 回溯试探算法2 8 4 1 3 误差补偿算法2 9 4 1 4 遗传算法2 9 4 1 5 遗传算法在自动组卷中的优势3 1 4 2 简单遗传算法3 2 4 2 1 个体编码3 3 4 2 2 适应度函数3 4 4 2 3 选择算子3 4 4 2 4 交叉算子3 5 4 2 5 变异算子3 6 4 2 6 算法终止条件一3 6 4 2 7 早熟现象分析3 6 4 3 云遗传算法3 7 4 3 1 基本理论3 8 4 3 2 对简单遗传算法的改进4 0 4 4 改进云遗传算法在自动组卷中的应用4 1 4 4 1 个体编码方案的确定4 2 4 4 2 遗传算法参数的确定4 3 4 4 3 选择操作的改进4 5 4 4 4 交叉操作的改进4 6 4 4 5 变异操作的改进4 7 第5 章自动组卷系统的设计与实现4 9 5 1 基于s o a 的自动组卷系统总体设计4 9 5 1 1 系统总体结构4 9 5 1 2 系统分层结构5 0 5 2 系统功能分析5 1 5 2 1 系统整体功能5 1 5 2 2 系统详细功能5 2 5 3 系统数据库设计5 5 5 3 1 概念设计5 5 5 3 2 逻辑设计5 7 v 5 4 重点模块详细设计及实现5 8 5 4 1 登录模块一5 9 5 4 2 试题库管理模块5 9 5 4 3 组卷管理模块6 1 5 5 实验分析6 5 5 5 1 参数确定一6 5 5 5 2 实验结果6 6 第6 章总结与展望7 0 致谢。7 2 参考文献7 3 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研项目情况7 6 v i 武汉理t 人学硕士学位论文 1 1 论题的目的和意义 第1 章绪论 随着计算机技术和数据库技术的快速发展，不断变革的现代教育思想和教 学手段，教学中使用了越来越多的计算机技术，并形成了多样的计算机辅助教 学系统。试题库自动组卷系统就是为了考试能够适应标准化、科学化的需要发 展而来的。作为计算机辅助教学的重要的工具和平台，试题库系统逐步得到了 广泛重视和使用。 为了适应教育的现代化，目前很多学校都各自建立了自己的试题库系统， 现在的试题库系统基本上都是各个学校使用不同的语言进行开发，而且建立在 不同的运行平台上，这就必然导致了很多相同功能模块被重复开发，系统与系 统之间更加难以实现信息的分享。试题库系统的一个重要功能是实现自动组卷， 以减少教师的负担，实现教育自动化。由于各个高校都自行开发，试题库的建 立也没有一个统一的标准，各个系统采用各自的组卷算法，其组卷效率和质量 也有很大差别，很难在其他学校推广使用，这种方式既不能真正实现试题库资 源的共享，也不符合系统的开放性设计的要求。 基于上述问题，为了解决相同功能模块重复开发，以及实现系统之间信息 共享和提高组卷算法生成的试卷的效率和质量，本文提出基于s o a 思想来实现 试题库系统的建立。由于s o a 的松散耦合、粗粒度服务以及标准化接口的特征， 使得基于s o a 思想设计的试题库系统，能够很好的实现系统开放性、松耦合性、 跨平台性和可重用性，真正的使试题库系统不但可以不用考虑各个高校的开发 环境以及运行平台之间的差异，而且还能够有效的整合这些已有的系统，真正 的实现信息资源的共享与交互。 在实现自动组卷的组卷算法上，目前主流算法大致有随机抽取算法、回溯 试探算法、误差补偿算法、遗传算法【l 】，本文重点研究遗传算法组卷原理、组卷 过程和现有遗传算法组卷的不足，提出一种改进的遗传算法，提高了自动组卷 的效率和质量。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 本文的主要工作 本文的主要工作是基于s o a 思想，使用w e b 服务和n e t 平台构建试题库 自动组卷系统，使得该系统具有可扩展性、可重用性、松耦合性和跨平台性， 并对组卷算法中的遗传算法的不足和缺点进行研究，对遗传算法进行改进。 本文的主要工作总结如下： 1 对s o a 架构思想和设计方法进行细致深入的研究，将其应用于试题库自 动组卷系统，为其搭构基本框架。 2 理解和掌握s o a 的实现技术，w 曲服务技术，并对在n e t 平台上创 建、发布和调用w e b 服务的方法进行研究。 3 使用v i s u a ls t u d i o n e t 提供的架构，基于s o a 框架思想，在对系统功能 性需求分析的基础上实现试题库自动组卷系统。 4 研究各种自动组卷算法：随机抽题算法、回溯试探算法、遗传算法，理 解各种算法在自动组卷中的流程，总结其算法中的不足和缺陷，并着重分析研 究遗传算法在自动组卷中的应用，对遗传算法的各个主要环节进行优化和改进， 提高组卷的效率和质量。 1 3 本文的主要组织结构 本文共分为六章，每个章节的内容安排如下： 第1 章引言。主要讲述本论文研究内容的目的和意义，本文对该研究方向 所做的主要工作以及本文的章节的组织结构。 第2 章s o a 架构和实现技术。这一章首先介绍s o a 架构的基本原理，总 结其特点和在应用时的优势，然后详细论述了s o a 的实现技术w e b 服务的基 本原理以及w e b 服务是如何实现s o a 的，最后介绍了基于n e t 平台的w e b 服 务的具体实现。 第3 章自动组卷问题模型，这一章共分为3 个小节。第一个小节从整体上 介绍自动组卷问题的组卷原则、试卷平均标准以及自动组卷问题的数学描述； 第二个小节主要讲述对组卷问题影响比较大的试题属性，包括试题难度、区分 度、信度、效度等，为建立组卷问题模型打下基础；第三小节是对组卷问题数 学模型的建立，从影响组卷问题的各个约束条件开始，给出每个约束条件的计 算公式，最后建立组卷问题数学模型。 2 武汉理工大学硕士学位论文 第4 章遗传算法在自动组卷中的应用。这一章分为4 个小节。第- d , 节首 先介绍目前比较主流的几种组卷算法，并分析比较其优缺点，最后给出遗传算 法在组卷问题上具有的优势；第- 1 , 节论述了传统遗传算法在处理自动组卷问 题的基本原理和基本流程，包括个体编码方式、选择操作、交叉操作、变异操 作等的具体处理过程，最后分析了遗传算法的缺陷，即早熟现象出现的原因， 并给出几种防止早熟的方法；第三小节主要论述了云遗传算法的基本理论和处 理过程，着重论述其对传统遗传算法改进的地方；第四小节论述了如何把云遗 传算法运用到自动组卷问题中，并对其算法的个体编码方式、选择操作、交叉 操作、变异操作进行必要的改进。 第5 章自动组卷系统的设计与实现。本章首先从整体出发，给出系统整体 设计框架，并分析系统需求确定系统功能结构，给出系统数据库设计；然后论 述系统部分主要模块的详细设计与实现，最后对本系统算法进行实验并对实现 结果进行分析。 3 武汉理丁大学硕士学位论文 第2 章s o a 架构和实现技术 2 1s o a 架构 s o a 是一种松散耦合软件体系结构，在这种体系结构中，由各自独立可复用 的服务去构成系统功能。而以前的试题库系统的实现大都是基于特定的平台， 特定的软件开发工具以及操作系统，在软件的可扩展以及可复用方面做的都很 不理想。因此使用s o a 架构来实现试题库系统，可以有效的解决上述问题，使得 试题库系统的开发和整合变得更有效和简单。 2 1 1s o a 架构介绍 面向服务的体系结构( s o a ) 的概念是1 9 9 6 年g a r t n e r 公司描述实施企业“v 英文的时候，第一次提出来的【2 1 。当时是为了实现让每个i t 系统可以有自己 的发展空间、随时共享资源这个目的而提出的。虽然s o a 已经发展到今天，但 是仍然是没有一个统一的标准定义。 g a r t n e rg r o u p 将s o a 描述为：“客户端服务器的软件设计方法，一项应用 由软件服务和软件服务使用者组成，s o a 与大多数通用的客户端服务器模型的 不同之处在于着重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接口。” 2 s o a 是一种面向服务的软件设计方法，这种方法可以很容易的在计算机上设计、开 发、部署和管理离散的逻辑单元，即服务。但无论如何解释s o a ，它的核心思 想依然还是服务。这里所说的服务是指在软件中的一些通过封装之后公开发布 的一些相对独立的处理过程或者业务模块的逻辑单元，这些逻辑单元使用统一 的标准接口发布，并使用标准协议通过网络来实现访问和调用。 s o a 架构由三个角色组成： 服务提供者：以一个企业的身份来看，它是服务的持有者，它完成服务的 定义、设计、实现以及发布；以体系结构的身份来看，它是存放被访问服务的 平台。 服务使用者：以一个企业的身份来看，它是请求某种特定功能的企业；以 体系结构的身份来看，这是查找和调用服务，或者是服务进行交互的应用程序。 它可以由应用程序、软件中的一个模块或者另一个服务来担当。 4 武汉理工大学硕十学位论文 服务注册中心：服务注册中心就是一个数据库，它用来存放服务提供者发 布的服务，为服务提供者和服务使用者提供一个可以各取所需的平台，服务提 供者在这里发布实现好的服务以及其服务描述，服务使用者在这里查找自己所 需的服务。 在s o a 体系结构中，每一个角色服务提供者、服务使用者、服务注册中心， 都可以由一个或者多个实体来充当。在s o a 构建的客户端应用程序中，都一定 会发生下面三种行为：发布服务描述、查询或者查找服务描述和根据服务描述 绑定或调用服务。这些行为至少出现一次，或者多次出现。这些行为具体描述 如下： 发布：服务提供者为了使已经设计和实现了服务可被访问，需要发布服务 描述，使得服务使用者可以发现和使用该服务。 查找：服务提供者发布完提供的服务后，服务使用者可以通过查找操作， 查询适合自己应用程序的服务。服务查询操作可能会发生在软件开发的两个阶 段：在设计阶段，检索服务描述以便于软件程序的开发；在运行阶段，应用程 序为了调用所需服务，而检索服务的绑定信息以及位置描述信息。 绑定：在服务使用者查找到所需服务之后，可以调用该服务。在绑定操作 中，服务使用者通过服务描述中的绑定信息，来定位和调用服务，使得在应用 程序运行阶段可以调用该服务。 s o a 体系结构中的三个角色和三种行为操作可以使用图2 1 表示。 图2 1s o a 中角色之间的协作 5 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 2s o a 基本特征 s o a 是基于松散耦合、粗粒度的服务结构体系，这些服务独立于底层的通 信协议和编程接口，服务与服务之间的通信是准确定义的标准接口实现的。在 软件开发领域内，一直都存在一个很难解决的问题，即软件功能的复用，通过 s o a 设计应用程序可以有效的解决这一问题。s o a 的基本特征决定了它解决软 件功能重用的能力，它具有以下几点特征j ： 服务的重用：服务是由服务提供者定义和实现的独立实体，而不是根据用 户的需求以及底层设计来实现，从而使得服务可以尽可能的重用，降低软件开 发的费用。 服务的互操作性：服务之间的通信是通过统一的标准和协议采用异步或者 同步的方法进行通信。 服务的松散耦合：服务的耦合是一个多面性的、动态的设计特性，它关系 到服务、服务使用者以及服务底层环境。松散耦合的服务使得服务使用者和服 务提供者提供的服务只有接口上的调用关系，而对于服务使用者来说，服务内 部的实现、更改都是透明的。 标准化的接口：服务通过标准化的接口与应用程序通信，隐藏具体实现细 节，使得服务可以提供给一个可以由任何异构平台构建的客户使用，而不管该 服务存放在哪个地方、使用哪种平台搭建或者用何种语言实现。 模块化服务：将业务逻辑分解成各个模块，打包成服务。在s o a 架构中， 模块的组合就组成应用程序，服务的创建可以是新建一个新的服务，也可以由 其他模块化服务组成。 服务位置透明性：服务提供者提供的服务，除了服务接口和服务完成的功 能外，其他的对于服务使用者来说是透明的，而服务使用者也只需要关心这些， 只要服务可以完成自己处理的问题，其服务的位置、内部实现都不用了解。 2 1 3s o a 的优势 s o a 是一种高度抽象和灵活的体系结构，使用该体系结构不需要彻底重新 创建新的系统，它可以组合现有的资源和最新的资源，可以只升级单个服务， 去除老系统中不合适的服务，或者使用新的服务来创建应用程序。s o a 的基本 特征决定了在构建软件系统时它具有的巨大优势： 重用现有资源：使用s o a 体系结构构建新的应用系统，不需要将现有系统 6 武汉理工大学硕十学位论文 彻底重建，而是可以在现有的可利用资源的基础上来搭建适合框架，把应用程 序构建成服务组件的集合。服务的具体实现细节在实现时都进行了隐藏，在使 用服务时只是简单的接口调用，使开发人员集中注意力来搭建框架，而不用再 分出很大精力来实现具体的服务。使得不论运行在什么平台或者什么语言编写 的服务组件都可以为新的应用系统服务。原来系统提供的功能可以通过将其封 装成新的服务，以提供给新系统或者是其他服务使用。 跨平台和可重用性：服务的定义使用标准的接口，使得不论在什么环境或 者什么语言编写的服务都可以自由的调用，达到真正意义上的独立于语言和平 台。s o a 的核心思想是通过松散耦合的服务，组合完成新的系统，以实现高层 次的重用。 易维护性：s o a 体系结构通过松散耦合的服务组合成新的系统，系统的维 护操作更加简单方便。系统是在基于服务的组合上构建的，而系统的维护也主 要体现在服务的维护上，也不用关系服务的变动对系统结构的影响，使得系统 维护更加的方便。 减少开发成本：使用s o a 架构可以有效的整合和使用现有资源，从而可以 减少开发时间，这在一定程度上大大减少开发成本。而基于s o a 架构的系统， 在维护方面的出色表现，也可以节省大量维护成本。 2 2s o a 实现技术w 曲服务 w 曲服务和s o a 的关系可以描述为：w e b 服务是实现分布式系统和公司 内部、公司之间应用整合的技术，而s o a 是实现分布式系统和企业应用整合的 软件架构【4 】。s o a 和w e b 服务分别处在问题的两个不同层次，s o a 是从概念上 描述问题解决方案，应用于商业应用；而w e b 服务是从具体细节上实现解决方 案，应用于技术框架。 2 2 1w e bs e r v i c e s 概述 w e b 服务通过定义应用程序在i n t e r n e t 上的互操作，扩展应用程序的功能， 从而实现功能模块的动态提供。w 曲服务通过在具体实现时隐藏实现细节的方 式定义服务接口，这些接口使应用程序可以不依赖于服务实现、跨平台、独立 于开发语言的方法调用这些服务。因此基于w e b 服务的客户端应用程序具有跨 技术实现、松耦合以及面向组件的特征。 7 武汉理工大学硕士学位论文 w e b 服务是以x m l 技术和w e b 规范为基础的部署在w e b 上的对象，它的 开放性是现有任何对象技术都无法达到的，因此它是一种新的应用程序创建平 台。w e b 服务可以定义如下：自包含的、模块化的应用程序，它可以在网络中 被描述、发布、查找以及调用p j 。 根据w e b 服务的定义，可以看出它具有以下特征： 良好的封装性：w e b 服务既然是一种对象，所以要有对象所具有的封装性， 而使用者也是仅仅看到对象提供的功能。 松散耦合：使用者调用一个w e b 服务，只是进行接口的调用，w e b 服务 内部的实现细节对使用者是透明的，因此当该w e b 服务内部的具体实现细节发 生变化时，并不是影响到正在使用的用户。 使用标准协议规范：w e b 服务所使用的所有协议完全都是基本开放的标准 协议进行描述、传输和通信的。 高度可集成性：通过标准的协议组件w e b 服务屏蔽了软件平台与平台之间 的差异，基于标准的协议实现互操作，达到高度集成性。 w e b 服务是一组标准的集合，它包含x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i 技术和 标准，下面简要介绍每个技术： x m l ：w e b 服务的基本数据表示格式是使用x m l 来规范的，为服务的数 据表示提供解决方法，而x m ls c h e m a 是专门用来解决如何扩展使用x m l 表示 的数据类型。w 曲服务平台的数据类型系统就是x m ls c h e m a 。 s o a p ：w e b 服务的调用方式是由s o a p 来提供的，它提供一种标准的r p c 方法来实现。s o a p 是一种规范，它以x m l 语言以及x s d 标准为基础，其中 s o a p 的数据编码方式是x m l 。在s o a p 规范中定义了s o a p 的消息格式，以 及通过h t t p 协议来使用s o a p 的方法。 w s d l ：w s d l 是一种基于x m l 的语言，它用来描述w e b 服务和其操作、 参数、返回值。w s d l 的优点是它不但可以被机器阅读，而且还能够被人阅读。 使用n e t 创建w e b 服务，n e t 可以根据w e b 服务自动生成w s d l 文档，也 能够使用导入的w s d l 文档生成相关w e b 服务代码。 u d d i ：u d d i 是通用描述、发现和集成的英文缩写，它的倡导者是a r i b a 、 i b m 、微软等公司，u d d i 的作用就是通过网络自动查找w e b 服务。u d d i 由白 页、黄页和绿页组成，客户可以很方便的通过u d d i 查找和定位已经发布在u d d i 上的所需服务。 武汉理t 大学硕十学位论文 2 2 2w e bs e r v i c e s 协议栈 一个完整的w e b 服务体系的实现需要一系列的协议和规范来支持，w e b 服 务是一个大框架，其层次体系从上到下依次是物理网络、i p 协议、t c p 协议、 h t t p 协议、s o a p 协议、u d d i 规范、w s d l 规范和w s f l 规范【6 1 。图2 2 展 示了一个概念性的w e b 服务协议栈，每一层的建立都是在基于下面一层提供的 功能之上建立的。 图2 - 2w e b 服务概念性协议栈 网络层是w e b 服务协议栈的基础，任何请求调用w e b 服务的请求信息， 都有经过网络层。由于h t t p 是现在i n t e r n e t 上普遍部署的网络协议，因此w e b 服务的标准网络协议也就很自然的落在h n 肾上，不过在某些特定领域也支持 f t p 、s m t p 等协议。 x m l 消息传递是w e b 服务体系结构的基础，s o a p 是目前x m l 进行消息 传递的标准。s o a p 是一种基于x m l 的机制，其作用在于为分布在网络上的应 用程序提供一种结构化数据交互的方式。图2 3 展示了如何使用s o a p 传递x m l 消息。 请求 图2 3s o a p 的x m l 消息传递 9 武汉理工人学硕+ 学位论文 w e b 服务的具体调用方法是在服务描述层提供的，w s d l 是专门用来描述 一个服务接口的标准，它是基于x m l 格式的规范，w s d l 分别对w e b 服务的 服务实现和服务接口进行描述。 u d d i 是a r i b a 、i b m 、微软等公司倡导的一个标准，它解决了w e b 服务中 如何注册、发现和绑定应用程序需要的w e b 服务的问题。 在w e b 服务协议栈的顶层是服务流程层，w e b 服务在工作流中的相互交 互、以及它们之间的相互通信和协同都是由w s f l 来描述的。 2 2 3w e bs e r v i c e s 实现s o a s o a 是一种面向商业的应用模型，它仅仅是在抽象的层次上定义如何执行 流程，而没有对如何执行流程的具体过程进行定义。由于w e b 服务具体的定义 了进行交互的服务之间传递消息的具体方式和指导原则，所以w e b 服务是s o a 的具体实现方式之一。 服务提供者在对w e b 服务定义和实现之后，把其服务描述w s d l 发布到 u d d i 上，这样需要使用w e b 服务的服务使用者，就在u d d i 上查找和定位需 要的服务，然后服务使用者就可以调用查找到的w e b 服务，服务与服务和服务 与客户端是通过s o a p 来实现信息传递。使用w e b 服务实现s o a 架构后，s o a 的三个角色和三种操作之问的关系可进一步表示为图2 - 4 。 服务使用者 绑定调用 ( s o a p ) f w s d 查找lu d d t 、 厂服务描述 (i )1 月万j 地 服务注册 中心 发布 ( w s d lu d d i ) 服务、服务提供者厂服务描述服务1f 服务描述 图2 4s o a 中角色之间的协作 1 0 武汉理下大学硕士学位论文 基于w 曲服务技术实现s o a 架构的过程可描述如下： 1 w 曲服务被服务提供者定义和实现之后，把正确的w e b 服务发布到u d d i 注册中心。 2 w e b 服务使用者向u d d i 注册中心发生服务请求，并在u d d i 注册中心 查询和检索需要的服务。 3 u d d i 把符合服务使用者的需求的服务的服务描述信息返回给服务使用 者，服务描述信息是由w s d l 写成并支持计算机阅读的文档。 4 根据返回生成的服务描述信息产生对应的s o a p 消息，并把这些消息发 送给服务提供者，以完成w e b 服务调用操作。 5 w e b 服务提供者根据收到的s o a p 消息执行w e b 服务，然后把执行服务 之后的结果，发送给w 曲服务使用者。 2 3 n e t 平台上的w e bs e r v i