（计算机软件与理论专业论文）基于语义web+services的企业异构系统应用集成研究与实现.pdf

摘要 随着社会信息化程度的不断提高，企业各信息系统需要更多的通信和交互， 各系统需要共享相关数据，共同合作来完成企业业务流程。而由于历史的及其 他各方面的原因，企业信息系统大都是异构的，因此，如何提供一种有效机制， 实现异构的企业信息系统的应用集成，消除企业信息孤岛，优化企业业务流程， 就成为信息化进程中一个亟待解决的问题。 企业应用集成( e a i ) 技术的研究已经引起了学术界和工业界的极大关注， 目前也出现了多种解决方案致力于解决企业集成中出现的各种问题。特别是 w 曲s e r v i c e 技术的出现，为解决异构系统的集成提供了一种非常好的思路和技 术基础。但是，总体来说，这些传统的e a i 解决方案还是以分布式组件和消息 代理技术为其主要技术支撑，主要关注和强调的是应用系统间的通信交互和信 息共享。然而，随着企业全球化趋势的发展和网络技术所带动的企业运营模式 的变化，企业也对e a i 技术提出了一些新的挑战，对集成过程中业务过程的体 现提出了新的要求。本文的主要目标即是在这些新的挑战下，对面向业务的基 于语义的应用集成模型和方法进行初步的研究和探讨。 企业应用集成包含两个方面的含义：一是企业信息资源的共享，二是企业 业务流程的整合。这一切要求在实现企业信息系统的基本互联互通的基础上， 还要进行更多的语义层次上的交互，实现企业业务流程在系统问的灵活配置、 动态生成和协同执行。企业经营模式的变化为企业信息系统的集成提出了许多 新的需求，这些需求包括：e a i 必须采用更加开放、分布和松散的结构，必须 保证集成对象具有足够的自主性和独立性，所有的系统异构特性所带来的集成 困难必须由集成平台来解决，而不是将其留给企业信息系统：相互集成的系统 之间需要建立有效的通信机制，即保证系统之间的传递的业务信息是互相可理 解的，这就要求e a i 的基础设施中必须存在一定的语义支撑机制，可以自动地 解决各异构系统之间的语义一致性问题；业务协同和业务流程的集成应该具有 高度的动态性，服务的发现和匹配可以根据请求的业务语义动态匹配，具体的 业务流程也可以通过这种服务匹配动态生成，从而保证应用集成充分的灵活性。 基于以上的应用背景和需求，本文对多种相关技术进行了深入的研究，认 山东大a p l a g 士掌位论文 为w e bs e r v i c e 体系结构在解决此类问题方面具有比较明显的优势，这也是为 什么目前基于s o a 体系结构的e a i 成为主流的原因。以w e bs e r v i c e 技术为核 心的其他相关技术如本体与语义技术、语义w e bs e r v i c e 技术以及w e bs e r v i c e 流程管理技术等构成了本文的直接工作基础。 本文讨论了基于语义w e bs e r v i c e 的企业应用集成的模型和相关方法，其 目的是为了在目前比较流行的基于w e bs e r v i c e 的e a i 技术基础上，丰富其语 义表达和支持能力，从而实现更高程度的e a i 过程的灵活性、适应性和可维护 性，实现企业的更加有效的集成，提升企业竞争力。围绕这个目标，本文对相 关的关键技术问题进行了研究，主要的研究内容和创新工作包括： 1 建立了面向业务的w e bs e r v i c e 语义表示模型b o w s s r m 。 该模型在传统w e bs e r v i c e 协议模型的基础上，进行了丰富的语义扩展工 作，除了建立了w e bs e r v i c e 的语义描述模型以外，还建立了针对业务的语义 描述模型，使得业务本身的定义可以跟具体的服务系统分离开来，实现业务的 抽象定义和业务流程的动态生成，大大提高了系统的灵活性，便于业务系统的 配置、维护和升级。 2 在b o w s s r m 模型基础上，建立了一个面向大型跨地域、跨领域企业 集成的基于语义w e bs e r v i c e 的应用集成平台的基本框架s w s e a i p 。 为了实现b o w s s r m 的思想，本文提出了一个面向大型跨地域、跨领域企 业集成的应用集成平台的基本框架s w s e a i p 。该框架实现了业务系统接口封 装，假定参与集成的业务系统都使用w e bs e r v i c e 实现，并对其进行语义描述 和发布，在平台的服务注册中心予以注册。应用系统通过该平台提出自己的服 务请求，平台根据服务请求语义，在注册中心动态地发现和匹配适合的服务， 实现业务系统的动态选择和可执行业务流程的动态生成。 3 在b o w s s r m 模型内，提出了一个抽象层次上具有丰富语义表达能力 的任务描述模型，作为业务建模的工具。 面向动态w e bs e r v i c e 组合的任务描述语言w s t d l 的提出，使得 s w s e a i p 框架有了一种抽象层次上的业务流程描述语言，该语言在较高的抽象 层次上定义了完成某一业务过程的标准流程，描述了完成该业务过程所需活动 的计划草案。可以将业务逻辑从具体的业务系统中独立出来，更好地从本质上 i i 山东大掌博士掌位论文 描述业务流程，实现抽象业务建模。 4 根据业务建模，提出基于应用行业语义的服务动态发现和匹配方法。 对业务定义中的活动，在服务请求处理过程中动态地发现和匹配具体服务， 实现业务流程的服务动态绑定。本文还对目前常用的语义w e bs e r v i c e 匹配算 法进行了扩充和完善。 5 在服务动态发现的基础上，实现复杂业务的从抽象定义到可执行业务流 程的映射，实现面向业务目标的语义服务组合和流程控制。 对于集成领域内复杂的业务过程，首先对其使用任务描述语言进行定义， 当用户的服务请求激活了某业务过程，则对业务过程定义中的活动进行动态的 服务绑定，然后对绑定的服务进行组合，并生成一个可执行的业务流程，由此 实现了从复杂业务的抽象定义到可执行业务流程的映射。流程生成过程中除了 满足基本的控制逻辑之外，还考虑了数据流的定制以及事务的补偿等因素，生 成的业务流程脚本通过一个流程引擎解释执行。 最后，简要介绍了本文提出的模型和方法关键部分的实现工作，建立了一 个基于语义w e bs e r v i c e 的应用集成平台的原型系统，并以医疗领域为应用背 景，对本文工作进行了验证，为进一步的研究，并使之在更多领域的应用集成 方面得以广泛应用奠定了一定的实验基础。 本文在目前基于w e bs e r v i c e 和工作流技术的业务流程管理的基础之上，进 一步完善和建立具有丰富语义的企业资源描述模型、业务表示模型和系统服务 表示模型，探讨面向业务的流程集成方法，形成语义层次的集成解决方案，降 低集成成本，优化业务流程，提高流程集成的灵活性和自动性，具有非常广阔 的潜在的应用前景。另外，本研究基于e a i 领域扩展了i n t e m e t 环境下语义w e b s e r v i c e 的匹配和组合模式，对其它语义相关的领域的研究也有一定的借鉴意义。 关键词：企业应用集成，业务流程，语义w e bs e r v i e e ，本体，复杂业务过程 定义，动态服务匹配 1 1 1 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t f o l l o w i n g 撕mt h ei m p r o v e m e n to fs o c i a li n f o r m a t i o n i z a t i o n t h e r ea r em o r e c o m m u n i c a t i o n sa n di n t e r a c t i o n sn e e d e da m o n ge n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m s 1 1 1 e ys h o u l ds h a r ed a t aa n dc o o p e r a t ew i t he a c ho t h e rt oc o m p l e t eb u s i n e s sa f f a i r s b u tf o rt h eh i s t o f i c f la n do t h e rr e a s o n s , e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m sa r em o s t l y h e t e r o g e n e o u s s oi t i sa l le s s e n t i a lp r o b l e mt op r o v i d ea l le f f i c i e n ti n t e g r a t i o n m e c h a n i s mt or e a l i z e a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o no fh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s ，a v o i d e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ni s l a n d s a n do p t i m i z ee n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s s e s r e s e a r c h e so ne n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n 但卸t e c h n o l o g i e sh a v e a t t r a c t e dm u c hf o c u sf r o mb o t ha c a d e m i ca n di n d u s t f i 【a lf i e l d s t h e r ea r es o m e a p p r o a c h e si n 仃o d u c e dt od e a lw i t hs o m ec e r t a i np r o b l e m so fe n t e r p r i s ei n t e g r a t i o n e s p e c i a l l yw e bs e r v i c et e c h n o l o g yp r o v i d e sav e r yg o o di d e aa n db a s i sf o r i n t e g r a t i o no f h e t e r o g e n e o u ss y s t e m s b u t , i nt h ew h o l e ，t h e s et r a d i t i o n a la p p r o a c h e s m o s t l ya d o p td i s t r i b u t e dc o m p o n e n ta n dm e s s a g eb r o k i n g 嬲t h e i rm a i ns u p p o r t i n g t e c h n o l o g i 酷t h e ym a i n l yf o c u st h e i ra t t e n t i o na n de m p h a s i z et h ec o m m u n i c a t i o n ， i n t e r a c t i o na n dd a t as h a r i n gb e t w e e na p p l i c a t i o ns y s t e m s h o w e v e r , f o l l o w i n gt h e d e v e l o p m e n to fg l o b a li n f o r m a t i o n i z a t i o na n dc h a n g i n go fb u s i n e s so p e r a t i o nm o d e d r i v e nb yn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，t h e r ea r es o m en e wc h a l l e n g e s 幻e a io f f e r e db y i n d u s t r i e s t h e s el l e wc h a l l e n g e sa r em o s t l yf o c u s e do nm a n a g e m e n to fb u s i n e s s p r o c e s s e si ni n t e g r a t i o n t h em a i ng o a lo f t h i sd i s s e r t a t i o ni st or e s e a r c ha n dd i s c u s s m o d e l sa n dm e t h o d so f b u s i n e s s o r i e n t e da n ds e m a n t i c - b a s e da p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n u n d e rt h e s en e w c h a l l e n g e s e a im e a l ：l st w ot h i n g s ：o n ei ss h a r i n go fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o na n dr e s o u r c e s a n dt h eo t h e ri si n t e g r a t i o no fe n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s s e s i td e m a n d sm o r e s e m a n t i cl e v e li n t e g r a t i o nb e s i d e sb a s i cc o m m u n i c a t i o no fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n s y s t e m s e n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s s e sn e e dt ob ef l e x i b l yc o n f i g u r e d , d y n a m i c a l l y g e n e r a t e da n dc o o p e r a t i v e l ye x e c u t e d c h a n g i n go fe n t e r p r i s eo p e r a t i o nm o d e l b r i n g ss o m en e wd e m a n d sf o ri n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o ns y s t e m s ，w h i c hi n c l u d e ： v 当查查兰堡主兰垡丝奎 e a im u s ta d o p tm o r eo p e n ，d i s t r i b u t e da n dl o o s e l y e o u p l e ds t r u c t u r e i tm u s tb e a s s u r e dt h a t i n t e g r a t i n go b j e c t sh a v ee n o u g hi n d e p e n d e n c ea n da u t o n o m y a l l i n t e g r a t i o nd i f f i c u l t i e sc a u s e db ys y s t e mh e t e r o g e n e i t ym u s tb es e t t l e db yi n t e g r a t i o n p l a t f o r mi n s t e a do fl e a v i n gt oi n f o r m a t i o ns y s t e m st h e m s e l v e s ；a ne f f i c i e n t c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mm u s tb es e tu pb e t w e e ni n t e g r a t i o ns y s t e m s b u s i n e s s i n f o r m a t i o nd e l i v e r e dm u s tb eu n d e r s t a n d a b l e t h a td e m a n d s 血砒s o m ec e r t a i n s e m a n t i cs u p p o r t i n gm e c h a n i s me x i s t e di nt h ee a ii n f r a s t r u c t u r et ot r e a tw i t l lt h e p r o b l e m o f s e m a n t i c c o n s i s t e n c ya m o n gh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s ；b u s i n e s s c o o p e r a t i o na n db u s i n e s sp r o c e s si n t e g r a t i o nm u s tb eh i g h l yd y n a m i c s e r v i c e sc a l l b ed i s c o v e r e da n dm a t c h e dd y n a m i c a l l ya c c o r d i n gt ob u s i n e s ss o m a n t i co fs e r v i c e r e q u e s t e r se n dc o n c r e t eb u s i n e s sf l o w sc a l lb eg e n e r a t e dd y n a m i c a l l yt h r o u g ht h i s k i n do fs e r v i c ed i s c o v e r y a l lt h ea b o v ep r o v i d ee n o u g hf l e x i b i l i t yf o ra p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o n b a s e do nt h ea b o v ea p p l i c a t i o nb a c k g r o u n da n dd e m a n d s ，w em a k ed e e p r e s e a r c ho ns o m er e l a t i v et e c h n o l o g i e s w e bs e r v i c et e c h n o l o g ys h o w sg r e a t a d v a n t a g e si nd e a l i n gw i t ht h i sk i n do f p r o b l e m s t h a t sw h ys o ab u s e da p p r o a c h e s b e c o m em a i l l s 仃e 锄so fe a is o l u t i o n s o m eo t h e rw e bs e r v i c er e l a t e dt e c h n o l o g i e s s u c ha so n t o l o g ya n ds e m a n t i ct e c h n o l o g y ，s e m a n t i cw e bs e r v i c et e c h n o l o g ya n d w e bs e r v i c ep r o c e s sm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yc o n s t r u c tt h ed i r e c tf o u n d a t i o nf o rt h e w o r ko f t h i sd i s s e r t a t i o n t m sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h em o d e l sa n dm e t h o d so fe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o nb a s e do ns e m a n t i cw e bs e r v i c e s o u rg o a li s t oe n r i c ht h es e m a n t i c r e p r e s e n t a t i o na n ds u p p o r t i n ga b i l i t yo fe a io nt h eb a s i so fc u r r e n ts o ab a s e d a p p r o a c h e ss oa st or e a l i z em o r ef l e x i b i l i t y ，a d a p t a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t yo fe a i ， w h i c hm a k e se n t e r p r i s e sm o r ee f f i c i e n ta n dc o m p e t e n t a r o u n dt h i s g o a l ，t h e d i s s e r t a t i o nm a k e sd e e pr e s e a r c ho ns o m er e l a t i v ek e yt e c h n o l o g i e s t h em a i n c o n t r i b u t i o n sa n di n n o v a t i o no f t h i sd i s s e r t a t i o na r el i s t e db e l o w l _ w ep r o p o s eab u s i n e s s o r i e n t e dw e bs e r v i c es e m a n t i cr e p r e s e n t a t i o n m o d e lb o w s s r mw h i c hi se x t e n d e do fr i c hs e m a n t i c so nt h eb a s i so ft r a d i t i o n a l w e bs e r v i c ep r o t o c o lm o d e lb e s i d e st h ew e bs e r v i c es e m a n t i cd e s c r i p f i o nm o d e l ，a v l 山东大掌博士掌位论文 b u s i n e s ss e m a 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b s t r a c td e f i n i t i o no fc o m p l e xb u s i n e s si s m a p p e dt oe x e c u t a b l ef l o wt h e no nt h ep r o c e s so ff l o wg e n e r a t i o n ，w ec o n s i d e r s o m eo t h e ri s s u e ss u c ha sc u s t o m i z a t i o no fd a t af l o w sa n dt r a n s a c t i o nc o m p e n s a t i o n b e s i d e sb a s i cc o n t r o ll o g i c t h ef l o w sg e n e r a t ea r ei n t e r p r e t e da n de x e c u t a b l eb ya p r o c e s se n g i n e f i n a l l y ，s o m ei m p l e m e n t a t i o nw o r ko ft h ek e yp o i n t so ft h em o d e la n dm e t h o d s i si n t r o d u c e d w ed e v e l o pap r o t o t y p eo ft h ep l a t f o r ms w s e a i pa n dd os o m e v a l i d a t i o nj o b su n d e rh e a l t h c a r ob a c k g r o u n d t h i sm a k e sm o r es o l i de x p e r i m e n t a l f o u n d a t i o nf o rf u r t h e rr e s e a r c ha n dw i d ea p p l i c a t i o ni nm o r ed o m a i n s o nt h e b a s i so fc u r r e n tw e bs e r v i c ea n dw o r k f l o wt e c h n o l o g i e s ，w eb u i l d e n t e r p r i s er e s o u r c ed e s c r i p t i o nm o d e l ，b u s i n e s sd e s c r i p t i o nm o d e la n ds y s t e m s e r v i c er e p r e s e n t a t i o nm o d e lw i t hr i c hs e m a n t i c s ，d i s c u s sb u s i n e s s o r i e n t e dp r o c e s s i n t e g r a t i o nm e t h o da n df o r mas e m a n t i cl e v e li n t e g r a t i o ns o l u t i o n t h r o u g ht h e s o l u t i o n , i n t e g r a t i o ne x p e n s ei sd e c r e a s e d , b u s i n e s sp r o c e s s e sa r eo p f i m i z e da n d f l e x i b i l i t ya n da u t o m a t i o no fp r o c e s si n t e g r a t i o na r ei m p r o v e dt o o o u rw o r kh a s w i d ep o t e n t i a l a p p l i c a t i o nv a l u e f u r t h e r m o r e ，i nt h ee a ia r e a , w ee x t e n d e d t r a d i t i o n a lm o d e so fs e m a n t i cw e bs e r v i c em a t c h i n ga n dc o m p o s i t i o ni nt h e e n v i r o n m e n to fi n t e m e t ，w h i c hi sr e f e r a b l ef o ro t h e rs e m a n t i cr e l a t e dr e s e a r c hi n s o m eo t h e ra r e a s k e y w o r d s ：e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，b u s i n e s sp r o c e s s ，s e m a n t i c w e bs e r v i c e ，o n t o l o g y ，c o m p l e xb u s i n e s sp r o c e s sd e f i n i t i o n ，d y n a m i cs e r v i c e m a t c h i n g i 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。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：主芝蠡。猫日期： j 口j 上j 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：之燧毖盘导师签名： l 卵；p f迎6 112 ，f t l a 东大掌博士学位论文 第一章绪论 随着世界范围的信息化进程的发展，经济全球化进程的深入和i n t e m e t 技术 的广泛应用，分布式计算技术 1 使得企业业务不断扩展，并且逐渐超出了企业 自身的边界。企业信息系统之间需要更多的通讯和交互，各系统需要共享相关 数据，共同合作来完成企业业务流程。但是，由于历史的及其他多方面的原因， 这些系统往往都是异构的，它们由不同的厂商开发，采用不同的实现平台、不 同的数据结构和实现方式，因此，如何提供一个有效的机制，消除企业内部信 息孤岛、实现企业应用集成【2 7 】，已经成为当前信息化进程中急需解决的问题。 从工业界的应用实际来说，企业从7 0 一8 0 年代开始使用r r 支持系统到现在， 一些大型企业中各种支持系统平均达数十种之多。它们大部分是一个个的独 立的信息孤岛，管理着企业特定的职能部门的工作，相互之间缺乏有效的通信。 特别是企业信息化建设经过上个世纪末期的高速发展，今天的企业需要一个集 成的、开放的、面向顾客的且具有柔性的支持系统，因此普遍需要考虑应用 系统的整合问题。特别是现在大部分企业应用系统开始w e b 化和面向过程化， 更需要企业具有一个开放的应用集成系统。如果企业如此众多的r r 支持系统不 进行适当的整合，给企业的信息化和面向过程的集成及建立企业信息门户( e m ) 奠定一个良好的基础，面向w e b 的开放式过程集成将很难成功，而实现企业之 间的集成及虚拟企业的组织更是无法实现。 由于e a i 几乎不需要改变现有的遗留应用程序或封装式应用程序，而且很 少需要扩展程序或定制接口，因此在开发新的应用程序时，e a i 相当引人注目。 e a i 的最终目的是让企业简单、快速地集成不同的应用程序。通过合理应用e a i ， 企业能利用现有资源来提供新的产品和服号，增进与客户、供应商和其他相关 利益集团的联系，更新操作。另外，由于采用标准集成方式取代种类繁多的专 用集成设计，e a i 大大简化了企业应用程序间的互连。更重要的是，由于用先 进的技术基础结构作开发基础，所以只要e a i 基础结构准备就绪，基于e a i 的 新应用程序就能比传统方式开发的应用程序更快地投入使用。正是具备了这些 新性能，e a i 提高了企业的竞争力。 山东大掌博士掌位论文 因此，本文就从e a i 的发展和现状入手，分析其存在的问题，并最终提出 本文的解决方案。本章首先对本文的研究背景进行了讨论，然后对e a i 技术的 发展及其相关技术进行了一般性的论述，随后指出本文的主要研究内容和研究 意义，最后简单介绍全文的组织结构。 1 1 研究背景 应用集成包含