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北京邮电大学博士学位论文摘要 w e b 组合服务o o s 属性预测方法研究 摘要 w e b 服务组合技术将w e b 服务视为基本元素，根据应用的需求， 将w e b 服务连接成功能更加复杂的w e b 组合服务。在功能驱动的 w e b 服务组合中，代表非功能属性的q o s 与功能属性同样重要，因 为不满足q o s 需求的服务组合与不能满足功能需求的服务组合一样 无法提供用户期望的服务。判断基于功能需求生成的w e b 组合服务 是否满足q o s 需求，以及从功能相似的w r e b 组合服务中选择q o s 属 性较优的提供给用户十分必要。而这些都需要在w e b 组合服务执行 前对该组合服务的执行期q o s 属性进行预测，预测结果作为判断和 择优的标准。目前对于w e b 服务组合q o s 预测的研究正处于起步阶 段，现有的研究成果相当匮乏。本论文从提高预测方法可行性和准确 度的方面对w e b 服务组合的q o s 预测问题进行了探索性研究，主要 的创新工作包括以下几个方面： ( 1 ) 根据w e b 组合服务q o s 属性预测对q o s 属性定义的要求，提 出了适用于w e b 服务组合q o s 预测问题研究的，基于q o s 维度类的 w r e b 服务q o s 属性定义结构。为服务组合q o s 预测问题研究提供了 统一的，多方面，多视点的q o s 属性类型定义结构，很好地支持了 w e b 服务q o s 属性的可扩展特性。 ( 2 ) 提出了一种改进的组合服务流程工作流模型，并基于此模型提 出了一种新的w e b 组合服务q o s 属性预测算法。给出了方法的数学 语言定义，与现有方法相比本文所提出模型具有更高的抽象层次，支 持更多的q o s 属性类型，预测数值结果更加全面。 ( 3 ) 采用模型驱动的思想，提出了一种适用于各种w e b 服务组合 语言执行期q o s 属性预测的预测体系结构。并基于此预测体系结构， 提出了具有良好可行性和较高预测准确度的b p e l 业务流程执行期 q o s 属性预测方法。 ( 4 ) 提出了一种支持事务机制的w e b 组合服务q o s 属性预测方法。 分析了w e b 服务事务机制及其与w ，e b 服务执行流程的关系，给出了 根据事务异常处理机制估计组合服务可能执行流程的方法，以及根据 执行流程估计结果计算组合服务q o s 属性值的预测算法。方法具有 n 北京邮电大学博士学位论文摘要 良好的可行性和较高的预测准确度。 关键词：w r e b 服务组合，q o s 预测，工作流，w e b 服务组合语言，b p e l ， w e b 服务事务，异常处理 i i i 北京邮电人学博士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c h0 nq o sp r e d i c t i o no f 厂】巳bco m p o s i t es e r v i c e s a b s t r a c t w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ( w s c ) t a k e sw r e bs e r v i c e sa sb a s i c e l e m e n t sa n da g g r e g a t e st h e mt ow ，e bc o m p o s i t es e r v i c e s ( w c s ) w i t h m o r ec o m p l e xf u n c t i o n s a c c o r d i n g t ot h e a p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s a l t h o u g hw s ci s d r i v e nb yf u n c t i o n ，q o si s e q u a l l yi m p o r t a n tt o f u n c t i o n ，a sn e i t h e rw c sw i t hu n s a t i s f y i n gf u n c t i o nn o rw i t hu n s a t i s f y i n g q o sc a nm e e tt h eu s e r s r e q u i r e m e n t s s oi ti sv e r yn e c e s s a r yt oj u d g e w h e t h e rw c s d e s i g n e da c c o r d i n gt of u n c t i o nr e q u i r e m e n t sm e e tt h eq o s r e q u i r e m e n t s ，a n dt o c h o o s ew c sw i t hb e a e rq o sf r o mt h o s ew i t h f a m i l i a rf u n c t i o n s a n dt h i si sb a s e do nt h eq o sp r e d i c t i o no fw c s b e f o r et h ew c se x e c u t i o n ，a n dt h ep r e d i c t i o nw i l lb et a k e na st h e s t a n d a r do f j u d g m e n ta n ds e l e c t i o n n o wt h er e s e a r c ho nq o sp r e d i c t i o n o fw c si si ni t si n f a n t ，a n dt h er e s e a r c hr e s u l ti sl i m i t e d t h ep a p e r c o n c e n t r a t e so nt h ei m p r o v e m e n to ff e a s i b i l i t ya n da c c u r a c yo ft h e a p p r o a c ho nq o sp r e d i c t i o no fw c s ，a n dt h em a i ni n n o v a t i o n sa r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) a n a r c h i t e c t u r ef o r q o sd e f i n i t i o n i s p r o p o s e d ，a n d t h e a r c h i t e c t u r ec a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fq o s p r e d i c t i o no fw c s o nq o s d e f i n i t i o na n ds u i t a b l ef o rt h ep r e d i c t i o nr e s e a r c h t h ea r c h i t e c t u r ei s b a s e do nt h eq o sd i m e n s i o nc l a s s ，a n dp r o v i d e sg e n e r a la n dm u l t i a s p e c t sa n dm u l t ip e r s p e c t i v eq o sd e f i n i t i o ns t r u c t u r ef o rq o sp r e d i c t i o n ， a n ds u p p o r tt h ee x p a n s i b i l i t yo fq o sa t t r i b u t e so f 协s e r v i c e s ( 2 ) aw o r k f l o wm o d e lf o rw c sp r o c e s si sp r o p o s e d ，a n dan o v e lq o s p r e d i c t i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e db a s e do nt h em o d e l t h ea p p r o a c hi s d e f i n e dw i t hm a t h e m a t i cl a n g u a g e ，a n dh a sh i g h e rl e v e lo fa b s t r a c t i o nt o t h ea p p r o a c hi ne x i s t e n c e t h ea p p r o a c hc a ns u p p o f tm o r eq o sa t t r i b u t e s a n dt h ep r e d i c t i o nr e s u l ti sm o r ec o m p r e h e n s i v e i v ( 3 ) am o d e l - d r i v e na r c h i t e c t u r ef o r q o sp r e d i c t i o n o fw s c l a n g u a g e si sp r o p o s e d ，a n dt h ea p p r o a c hf o rq o sp r e d i c t i o no fb p e l p r o c e s s e sl sp r o p o s e db a s e do nt h ea r c h i t e c t u r e t h ea p p r o a c hh a sg o o d f e a s i b i l i t ya n da c c u r a c y ( 4 ) a na p p r o a c hf o rq o sp r e d i c t i o no fw c sw i t ht r a n s a c t i o n si s p r o p o s e d w ea n a l y z et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw r e bt r a n s a c t i o n sa n d w c se x e c u t i o np r o c e s s e s ，a n d p r o v i d et h em e t h o dt oe s t i m a t et h e e x e c u t i o np r o c e s s e so f 、sa c c o r d i n gt ot h ee x c e p t i o nh a n d l e rp o l i c i e s o ft h et r a n s a c t i o n si nt h ew s a n dt h eq o s p r e d i c t i o na l g o r i t h mi s p r o p o s e db a s e do nt h ee x e c u t i o np r o c e s s e se s t i m a t i o n a n dt h ea p p r o a c h h a sg o o df e a s i b i l i t ya n da c c u r a c y k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e c o m p o s i t i o n ，q o sp r e d i c t i o n ，w o r k f l o w , w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n l a n g u a g e ，b p e l ，w e bs e r v i c et r a n s a c t i o n ， e x c e p t i o nh a n d l e r v 北京邮i 乜大学博士学位论文主要缩略语及中英文对照 主要缩略语及中英文对照 s o as 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 面向服务的体系结构 s p s e r v i c ep r o v i d e r 服务提供者 c b s d c o m p o n e n tb a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t 基丁构件的软件开发 s as o f t w a r ea r c h i t e c t u r e软件体系结构 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 简单对象接入协议 w s d lw 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 w e b 服务描述语言 r d f r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k 资源描述框架 s c s l s e r v i c ec o m p o s i t i o ns p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e 服务组合规范语言 s c p ls e r v i c ec o m p o s i t i o np l a n n i n gl a n g u a g e服务组合规划语义 s c e gs e r v i c ec o m p o s i t i o ne x e c u t i o ng r a p h 服务组合执行图 w m sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 工作流管理系统 w s c iw e bs e r v i c ec h o r e o g r a p h yi n t e r f a c e w e b 服务编排接口 b p m lb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l l i n gl a n g u a g e 业务流程建模语言 b p s sb u s i n e s sp r o c e s ss p e c i f i c a t i o ns c h e m a 业务流程描述方案 d a m l d a r p a a g e n tm a r k u pl a n g u a g e d a r p a 代理置标语言 x m le x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e可扩展标记语言 w s c lw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nl a n g u a g ew e b 服务组合语言 w s f lw e bs e r v i c ef l o wla n g u a g ew e b 服务流语言 x l a n gx m lb u s i n e s sp r o c e s sl a n g u a g ex m l 业务流程语言 w s cw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nw 曲服务组合 c w s c o m p o s i t ew e bs e r v i c e w e b 组合服务 m d am o d e l d r i v e na r c h i t e c t u r e 模型驱动体系结构 o m g o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p 对象管理组织 p i m p l a t f o r m - i n d e p e n d e n tm o d e l 平台独立模型 p s m p l a t f o r m - s p e c i f i cm o d e l 平台相关模型 a t ma d v a n c e dt r a n s a c t i o nm o d e l 扩展事务模型 d b m sd a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m 数据库管理系统 a c i d a t o m i c i t y , c o n s i s t e n c y , i s o l a t i o ，d u r a b i l i t y 原子性，一致性，隔离性，持 久性 u d d iu 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 y a n d统一描述、发现和集成 i n t e g r a t i o n b p e lb 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业务流程执行语言 s e r v i c e s w s c d lw e b s c l - v i c g s c h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o n服务编排描述语言 l a n g u a g e v l 独创性( 或创新性) 声明 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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：鬈落本人签名： z ：壁垒 日期：丝竺兰! 号：主! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：萝、；夕霞 本人签名：2 二：e 塾 导师签名：趁坚竖 日期：竺兰：三：三1 1 7 t 菇i ：宴! ! ：岁：兰! 北京邮电大学博士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 为了适应不同企业组织间异构应用交互的需求，w e b 服务技术应运而生。 w e b 服务基于标准的交互模型和通信协议，提供了统一的服务描述、服务发布和 服务发现机制，在企业应用间形成了开放、自治、松耦合以及平台和网络独立的 的分布式应用环境。w e b 服务的这些特点，为w e b 服务组合提供了可能。w e b 服务组合技术将w e b 服务视为基本元素，根据应用的需求，将w 曲服务连接成 功能更加复杂的w e b 组合服务。w e b 服务组合通过服务重用大幅度提高了应用 的开发速度，为跨企业跨组织的应用合作，实现单个服务无法完成的任务提供了 途径。因此，w e b 服务组合越来越受到学术界和工业界的重视，已经成为了新的 研究热点。w e b 服务组合是功能驱动的，但是代表非功能属性的q o s 与功能属 性同样重要，因为不满足q o s 需求的服务组合与不能满足功能需求的服务组合 样无法提供用户期望的服务。判断基于功能需求生成的w e b 组合服务是否满 足q o s 需求，以及从功能相似的w e b 组合服务中选择q o s 属性较优的提供给用 户十分必要。而这些都需要在w e b 组合服务执行前对该组合服务的执行期q o s 属性进行预测，预测结果作为判断和择优的标准。由于w e b 服务的q o s 属性受 到服务本身及服务所在计算和网络环境的影响，这些因素的实时变化使得w e b 服务的q o s 属性具有动态变化和实时性的特点。w e b 服务组合处于抽象接1 ：3 层 面，无法获知服务内部实现细节及外部所处环境，这使得对w e b 组合服务的q o s 属性进行预测具有一定难度。目前的w e b 服务组合q o s 预测研究正处于起步阶 段，现有的研究成果相当匮乏，且在预测方法的可行性和准确度方面还很不成熟。 本文对w e b 服务组合的q o s 预测问题进行了探索性的研究。 1 2 研究工作介绍 本文作者在攻读博士学位期间，主要从事w 曲组合服务q o s 属性预测以及 下一代网络媒体控制方面的研究。在研究过程中，参加了下列项目的研究及开发： ( 1 ) “支持多媒体和移动业务的软交换总体技术和方案”( 国家8 6 3 计划通信 领域重大项目，项目编号：2 0 0 2 a a l 2 1 0 1 2 ) ； ( 2 )“新一代互联网体系结构理论研究项目之新一代互联网服务模型和服 务管理理论课题”( 国家重点基础研究发展计划项目( 9 7 3 项目) ，项目编号： 2 0 0 3 c b 31 4 8 0 6 ) ： 北京邮电人学博士学位论文第一章绪论 本论文是在这些国家项目的支持下完成的。文章重点给出了作者在w e b 组合 服务q o s 属性预测方面的研究成果。概括起来，作者在攻读博士学位期间的研 究工作主要包括以下几个方面： ( 1 ) 深入研究了下一代网络控制层融合及业务层开放环境中的媒体控制模型 理论，提出了下一代网络媒体控制模型，该模型支持固定p s t n 、移动g s m 和 3 g p pr 3 及分组h 3 2 3 、s i p 的核心网络融合，并通过抽象接口向业务层开放媒 体控制能力。该模型在支持下一代网络呼叫控制及业务提供方面具有良好的可行 性及有效性。 ( 2 ) 深入研究了下一代网络媒体控制协议m e g a c o h 2 4 8 及m g c p 。参与设 计了软交换呼叫控制消息系统，该系统支持下一代网络控制层的多协议融合，协 议互通及互补；设计并主导开发了支持呼叫控制消息与m e g a c o 及m g c p 协议 消息转换的协议适配原型系统，该系统在“支持多媒体和移动业务的软交换系统 国家8 6 3 计划项目中得到了实际应用，取得了良好效果。 ( 3 ) 对w e b 组合服务q o s 属性预测中的q o s 属性定义方法理论进行了研究， 针对目前w e b 服务q o s 属性研究中缺乏结构清晰，视点明确的q o s 属性定义方 法，提出了基于w e b 服务q o s 属性维度类和维度实例的q o s 属性定义结构，为 w e b 组合服务q o s 属性预测研究提供了概念体系基础。 ( 4 ) 深入研究了w e b 组合服务q o s 属性预测中的w e b 组合服务流程建模理 论，通过分析现有建模方法中的优势与缺陷，提出了组合服务流程工作流模型， 为w e b 组合服务q o s 属性预测提供了可行的组合服务流程信息描述结构和方法。 ( 5 ) 对w e b 服务组合语言q o s 属性预测理论进行了深入研究。在分析w e b 服务组合语言q o s 预测方法需求，以及现有方法无法实现w e b 服务组合语言q o s 预测原因的基础上，采用模型驱动的概念，提出了适用于各种w 曲服务组合语 言的q o s 属性预测体系结构，为不同语言预测方法的重用提供了可能。在此体 系结构的基础上，进一步研究了b p e l 业务流程q o s 属性预测方法理论，其中， 主要研究了b p e l 语义模型与预测信息模型问的转换映射方法，提出了能够较为 准确预测b p e l 业务流程执行期q o s 属性值的预测方法。 ( 6 ) 深入研究了具有w e b 服务事务机制的组合服务q o s 属性预测理论，在对 w e b 服务事务机制对组合服务执行流程影响作用进行分析的基础上，提出了利用 事务异常处理策略列举组合服务可能执行流程的方法，进而提出了根据组合服务 执行流程估计结果，计算其q o s 属性值的方法。 通过参与上述研究与开发工作，作者对s o a 范式，w e b 服务组合技术，以 及w e b 组合服务q o s 属性预测问题有了多方面、多层次的了解与思考，使本文 的研究建立在良好的问题分析和方法论探索基础上，其研究结论反映了w e b 组 2 北京邮电大学博：l 学位论文第一章绪论 合服务q o s 属性预测问题研究的前沿水平。 1 3 论文结构 本文研究的主要内容是如何为w e b 组合服务执行期q o s 属性值预测提供可 行的准确的预测方法。论文共分为七章，除去绪论和结束语，其他章节的内容如 下： ( 1 ) w e b 组合服务q o s 属性预测研究综述( 第二章) 本章首先介绍了面向服务体系结构( s o a ) ，以及作为s o a 范式主要实现技 术的w e b 服务技术。跨组织间应用交互的需求以及w e b 服务的自身特点为w e b 服务组合提供了条件。本章随后介绍了w e b 服务组合技术的发展现状，指出q o s 属性相关问题研究已经成为w 曲服务组合研究的新热点。并介绍了w e b 服务组 合q o s 属性相关问题的研究状况。其中，w e b 组合服务执行期q o s 属性预测问 题是q o s 属性相关问题研究的基础。最后，对本文所研究的w e b 组合服务q o s 属性预测问题进行了研究现状，尚待解决主要问题的介绍，为后续章节的研究工 作打下了基础。 ( 2 ) 基于q o s 维度类的w e b 服务q o s 属性定义( 第三章) 本章在对现有w e b 服务q o s 属性定义进行研究分析的基础上，根据w e b 组 合服务q o s 属性预测对q o s 属性定义的要求，提出了适用于w e b 服务组合q o s 预测问题研究的，基于q o s 维度类的w e b 服务q o s 属性定义结构。q o s 维度类 是对与w e b 服务组合q o s 预测相关的各q o s 属性类型共同属性的抽象，为服务 组合q o s 预测问题研究提供了统一的，多方面，多视点的q o s 属性类型定义结 构。之后，本章基于以上定义结构给出了w e b 服务组合q o s 预测问题研究中的 五种w e b 服务q o s 属性类型定义。最后，通过与现有w e b 服务q o s 属性进行 了比较，证明了本章所提出定义结构很好地支持了w e b 服务q o s 属性的可扩展 特性，提供了w e b 服务q o s 属性定义的术语集，是w e b 服务组合q o s 预测研 究的基础。 ( 3 ) 基于工作流建模的w e b 组合服务q o s 属性预测( 第四章) 本章针对现有w e b 组合服务q o s 属性预测研究中w e b 组合服务流程建模方 法的局限性，提出了一种改进的组合服务流程工作流模型，并基于此模型提出了 一种新的w e b 组合服务q o s 属性预测算法。其中，组合服务流程工作流模型对 组合服务流程的基本结构类型，成员服务调用操作，调用操作q o s 属性，基本 结构之间，以及基本结构与调用操作之间的关系等q o s 预测所需的流程信息的 抽象。预测算法包括第三章中所定义五类q o s 属性在各类基本结构中的q o s 聚 合公式，以及组合服务流程的执行期q o s 属性均值和峰值计算方法。最后，通 过与现有基于工作流建模的预测方法进行比较，证明了本章所提出的方法在抽象 北京邮电大学博：卜学位论文第一章绪论 层次，定义方式和预测能力方面具有优势。 ( 4 ) b p e l 业务流程q o s 属性预测方法( 第五章) 本章针对现有w e b 组合服务q o s 属性预测方法无法直接对w e b 服务组合语 言文本所描述组合服务流程进行q o s 属性预测的问题，在分析服务组合语言q o s 预测需求的基础上，采用模型驱动的思想，提出了一种适用于各种w 曲服务组 合语言执行期q o s 属性预测的预测体系结构。基于此预测体系结构，本章提出 了适用于b p e l 业务流程执行期q o s 属性预测的方法。通过建立从b p e l 语言 语义模型到预测信息模型的映射转换规则，将b p e l 流程描述文本转换为预测信 息模型描述，作为预测算法的输入，计算b p e l 流程的执行期q o s 属性值。最 后，给出了一个b p e l 业务流程q o s 属性预测实例，采用a c t i v eb p e l 工具执行 该b p e l 业务流程实例，以获得流程实际执行期q o s 属性值，计算预测方法的 误差率，实验结果证明本章所提出的预测方法具有较小的预测误差率，较好的准 确度的可行性。 ( 5 ) 支持事务机制的组合服务q o s 属性预测评估( 第六章) 本章针对现有w e b 组合服务q o s 属性预测方法无法对具有w e b 服务事务机 制的组合服务流程进行q o s 属性预测的问题，提出了一种支持事务机制的w e b 组合服务q o s 属性预测方法。首先对w e b 服务事务机制及其与w e b 服务执行流 程的关系进行了分析，并指出现有方法无法对具有事务机制的w e b 组合服务流 程进行预测的原因。然后，提出了支持事务机制的w e b 组合服务执行流程抽象 模型，以及基于此抽象模型的执行流程q o s 属性值计算算法。最后，给出了一 个具有事务机制w e b 组合服务q o s 属性预测的实例，通过实验验证了本章所提 出预测方法的可行性，以及在对具有事务机制的w e b 组合服务q o s 属性进行预 测时，具有比未考虑事务异常处理机制影响的已有方法更高的预测准确度。 在上述内容中，第二章“w e b 组合服务q o s 属性预测研究综述”对本文所 研究问题背景，现状和主要问题的分析介绍，是全文论述的基础。第三章“基于 q o s 维度类的w e b 服务q o s 属性定义”提出了满足w e b 组合服务q o s 属性预 测研究要求的w e b 服务q o s 属性定义结构，作为预测方法研究的基础。第四章 “基于工作流建模的w 曲组合服务q o s 属性预测”提出了组合服务流程的工作 流建模方法，以及基于此模型的预测算法。第五章“b p e l 业务流程q o s 属性预 测方法”和第六章“支持事务机制的组合服务q o s 属性预测评估”分别在第四 章的基础上提出了b p e l 业务流程q o s 属性预测方法和支持事务性机制的预测 方法。综合以上各章节以及绪论和结束语，全文章节问的逻辑关系如图1 1 所示： 4 北京邮电火学博上学位论文 第一章绪论 图1 - 1 论文各章节逻辑关系 5 北京邮也_ 夫学博l 学位论文第二章w e b 组合服务q o s 属性预测研究综述 第二章w e b 组合服务o o s 属性预测研究综述 研究w e b 组合服务q o s 属性预测问题首先需要明确w e b 服务组合相关的背 景和概念，同时，还需要对预测问题本身，预测方法发展的现状以及待解决的问 题进行分析。w e b 组合服务技术的理论基础是面向服务的体系结构范式。w e b 服务组合作为s o a 的实现技术之一，而且是目前最主要的实现技术，其概念和 原理均服从s o a 范式的定义。w e b 组合服务q o s 属性预测属于w e b 服务组合 非功能相关问题，由于w 曲服务组合是功能驱动的，因此，需要基于功能需求 的服务组合方法为解决非功能相关问题的基础。本章接着分析了主要的w e b 服 务组合法方法，作为研究预测问题的基础。w e b 组合服务q o s 属性相关问题研 究目前正处于起步阶段，对于该问题的定义和研究成果还很不成熟。本章分析了 预测问题研究的意义，给出了预测问题的定义，并在分析现有预测方法的基础上， 归纳出目前待解决的主要问题。本章是全文研究工作的基础，为方法研究提供背 景和概念性指导。 2 1面向服务的体系结构s o a 2 1 1 什么是s o a 关于什么是面向服务的体系结构( s o a ：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 ) ，现有 研究成果中给出了各种的解释。 p a p a z o g l o u 在文献【l 】中称s o a 描述了面向服务计算( s o c ：s e r v i c eo r i e n t e d c o m p u t i n g ) 中的服务层次，功能以及角色。s o c 是以服务作为基本元素来开发 应用的计算范式( c o m p u t i n gp a r a d i g m ) 。在文献【2 】中，p a p a z o g l o u 沿用了这一关 于s o a 和s o c 概念的描述。之后，在文献 3 】中，p a p a z o g l o u 称s o a 是旨在实 现松耦合，基于标准和协议独立分布式计算的方法( a p p r o a c h ) 。o a s i s 组织在 其关于s o a 参考模型定义的草案中【4 】，将s o a 称为一种范式( p a r a d i g m ) 。n i c k u l l 也在文献【5 】中称s o a 为一种关于系统构件及其之间交互模式的体系结构范式 ( a r c h i t e c t u r ep a r a d i g m ) 。b o r a 在文献中沿用了s o a 体系结构范式的说法 6 】。 j a m e s 在文献【7 】中，称s o a 是一种特殊类型的软件体系结构( s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ) 。 本文认为体系结构范式的说法较为准确。t h o m a s 在其著作t l l es t r u c t u r eo f s c i e n t i f i cr e v o l u t i o n s ) ) 【8 中给出了范式( p a r a d i g m ) 的定义：“所谓范式，实际 上就是研究立场、观点和方法的综合体，其内容表现为对科学研究中各种信念、 认知成果、研究方法的整合与升华，是一种理论模型、框架，一种思维方式和理 6 北京邮电大学博士学位论文 第二章w e b 组合服务q o s 属性预测研究综述 解现实的思想体系，以及科学共同体的最高共识 。s o a 正是关于面向服务计 算的服务层次，功能以及角色的理论模型，框架，思维方式和思想体系。 2 1 2 服务 s o a 的核心是服务【l 】。服务是s o a 中的系统构建模块，由不同组织提供， 通过i n t e m e t 通信。w 3 c 对服务的定义如下【3 】：“服务是一种表示执行任务的能 力的抽象资源，一个服务必须被具体的提供者软件实体实现才可以被使用”。服 务具有自描述和开放的特点，可以支持快速低代价的分布式应用集成。自描述是 指服务发布自己的能力，接口，行为和质量，为服务发现和服务间交互提供基础。 开放是指不同实现技术部署平台的服务之间能够通信和互操作。服务为跨组织及 组织内部的应用集成和协作提供了一种分布式计算体系结构。 2 1 3 体系结构 s o a 的重点是体系结构。目前围绕服务概念提出了各种分布式应用技术， s o a 的目标【3 】是为这些技术建立抽象的体系结构，以实现分布式应用开发。s o a 的基本结构如图2 1 所示，包含三个角色( 服务请求者、服务提供者、服务代理) 和三个操作( 服务发布、服务发现、服务绑定) 。 图2 1s o a 体系结构 其中，服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 负责生成服务实现，提供服务描述， 以及提供相关的技术和商业支持。服务代理一般具有服务仓库( s e r v i c e r e p o s i t o r y ) ，服务提供者在服务代理处注册其服务描述，以完成服务发布 ( p u b l i s h ) ，服务代理提供服务的目录功能以实现服务发现( d i s c o v e r y ) 。服务请 求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 通过服务代理发现所需的服务，并从服务请求者处绑 定( b i n d ) 服务实例。 s o a 体系结构具有以下特点： 一是松耦合。s o a 体系结构中各角色之间是松耦合的。角色之间不存在依赖 关系，一个角色的实现无需考虑其它角色的状态；同时，角色之间的关联并不固 定，能够实现更改。这使得各个角色能够独立发展，不受其它因素的制约，同时， 7 北京邮电大学博i ：学位论文 第二章w e b 组合服务q o s 属性预测研究综述 又保证了交互的能力。 二是实现无关。s o a 体系结构处于服务接口层次，不关心服务的内部实现和 部署环境，提供一套独立于具体实现的接口层次的服务交互技术，这使得不同实 现技术和部署平台上应用能够实现互操作，服务协作的范围更加广泛。 三是开放。s o a 为跨组织和组织内部的服务交互提供了统一的角色，动作和 关系定义，这是定义服务间统一交互协议标准的基础。基于标准交互协议，任何 满足此协议的服务之间均能够互操作以实现服务协作。 2 1 4 服务组合 s o a 的这些特点为服务组合提供了条件。服务组合的目的是通过将已有服务 集成为新的服务，实现单个服务无法实现的功能。单个服务称为成员服务，组合 后形成的新服务称为组合服务。服务组合者需要完成以下功能： ( 1 ) 协调成员服务。主要是指控制成员服务的执行，管理成员服务之间的数 据流，以及成员服务的输出。 ( 2 ) 监控成员服务及组合服务。监测成员服务产生的事件或信息，并通过过 滤，概括和关联成员服务事件，发布更高层次的组合事件或信息。 ( 3 ) 保持成员服务间的一致性。通过匹配成员服务之间以及组合服务与成员 服务之间的参数类型，保证组合服务的数据完整性，为组合服务增加约束( 来保 证商业规则的执行) ，进行数据熔接。 ( 4 ) 实现服务质量( q o s ) 的集成：通过集成成员服务的q o s ，来生成组合 服务的q o s ，包括组合服务的代价，性能，安全，鉴权，隐私，事务完整性，可 靠性，可扩展性和可用性等。 2 1 5 面向服务体系结构与基于构件的软件开发 s o a 和基于构件的软件开发( c o m p o n e n tb a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，c b s d ) 具有相似性，但是二者之间存在着核心的差另l j 1 0 1l 】，一是s o a 比c b s d 更强 调是在运行时的发现、调用和集成，所以服务的描述比构件接口地位显得更重要， 服务外部视图和内部实现的分离比构件的更彻底。二是服务和构件的动态变化程 度不同，对于前者，动态变化是典型的场景，而对于构件，一般并不这么假定， 虽然也可能有一定的动态变化支持机制，所以支持动态变化的机制在s o a 和 c b s d 中的重要性也是不一样的。 2 1 6s o a 实现技术 s o a 提供了抽象的体系架构，可以通过各种分布式应用技术具体实现s o a 的思想 1 2 】。这些技术包括c o r b at r a d e r 1 3 1 4 1 5 ，j a v a b e a n sc o n t e x t 1 6 ， j i n i 1 7 】，o s g i 1 9 和w e bs e r v i c e s 等。需要指出的是： ( 1 ) w e bs e r v i c e s 不是s o a 范式的唯一实现技术，但是w e bs e r v i c e s 的松耦 合、i n t e m e t 范围内的互操作性等特点是s o a 实现中的最佳候选技术或者最佳之 8 北京邮电大学博十学位论文 第二章w e b 组合服务q o s 属性预测研究综述 一。当然选择时仍需根据具体应用情况综合考虑( 例如考虑实现技术提供的开发 性能) ，进行合理的实现技术选择。 ( 2 ) 采用某种实现技术并不一定意味着实现了s o a ，实现技术在不同应用场 景中有不同的使用方式，例如利用w e b 服务的s o a p 技术实现两个系统r p c 方 式的互操作，这样的w | e b 服务技术应用并不能等同于s o a 。 2 2w e b 服务技术 2 2 1w e b 服务定义 w 3 c 对w e b 服务的定义如下：w e b 服务是由u r i 标识的软件系统，其接口 和绑定可以通过l 进行定义、描述和发现，w 曲服务支持通过基于i n t e r n e t 的协议，使用基于x m l 的消息，与w e b 服务或者其他软件系统直接交互。 从这个定义中我们可以看出，w 曲服务有以下几个显著的特点： ( 1 ) 基于x m l 技术，包括其接口描述、外界交互数据格式等； ( 2 ) 基于消息，而不是面向对象的方法调用； ( 3 ) w e b 服务采用u r i 标识，并且基于i n t e r n e t 协议( 如h t r p ) ，是“i n t e m e t 风格”的技术； ( 4 ) w e b 服务与外界的交互需要与具体协议绑定，并且一般绑定的是i n t e r n e t 协议，是在i n t e r n e t 范围内，所以与外界可以进行“广域”的交互。 ( 5 ) w e b 服务作为一种软件系统，内部实现平台、编程语言等对外是不可见 的，外界对w 曲服务是通过其接口了解的。 ( 6 ) w e b 服务可以被外界发现。 从这个定义中，除了x m l 和u r i ，w 曲服务并没有特别指定采用什么技术 实现其定义中声明的功能，文献 2 0 】给出了w 曲服务的一个最小“核：一个包 含应用特定相关信息的x m l 文档：一个可以发送或者接收和处理x m l 文档的 软件程序；一个绑定协议地址。原则上包括了以上的三部分就可以构建一个w e b 服务，但是实际应用中，我们还需要很多额外的