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基于三层组织模型的组合服务选取研究 摘要 w e b 服务是基于网络的、分布式、自包含、自描述、模块化的应用程序， 具有良好的封装性和松耦合性，因此得到工业界和学术界的广泛承认。而把现 有的可用的w e b 服务合成起来，形成功能更加强大的增值的w e b 服务更成为 研究的热点。 随着w e b 服务的流行，w e b 服务的数量与日俱增，用户对服务的功能，服 务的质量，服务的个性化要求也越来越高。如何能够在大量的能够实现相同功 能的w e b 服务中，选取出一组服务，使得所组合出的服务具有最好的质量、最 高的用户满意度，成为w e b 服务组合领域的一个关键问题。 本文主要围绕w e b 服务组合中服务选择问题展开分析和研究。 首先，本文在分析目前流行的q o s 模型优缺点的基础上，设计了一种客观 的、具有可信赖的服务质量评价模型，该模型将服务的执行属性、领域属性和 业务关联属性共同作为衡量组合服务质量的重要指标，包括服务执行时间、服 务代价、服务可用性、服务成功率、服务信誉度、领域相关质量和服务业务关 联度等。 其次，本文提出一种支持q o s 全局优化的w e b 服务选择策略，采用求解 基于w e b 服务组合图的带约束最优路径问题的方法来实现服务的动态选择。在 满足用户的约束条件下，通过双向动态规划方法为业务流程寻找到一组服务， 使得组合服务的质量最优。此外，通过应用w e b 服务三层组织模型有效解决因 服务数目过多造成组合复杂度过大的问题，降低了组合复杂性。采用服务社区 接口匹配代替服务间接口匹配，有效提高接口匹配效率，保证了组合服务间的 可组合性。 关键词：q o s ，组合w e b 服务，服务选取，双向动态规划，w e b 服务三层组织 模型 t h es e l e c t i o no fw e bs e r v i c e sf o rc o m p o s i t i o nb a s e d o n3 - l a y e r w e bs e r v i c e so r g a n i z a t i o nm o d e l a b s t r a c t w e bs e r v i c ei sa na p p l i c a t i o np r o g r a m ，w h i c hi sb a s e do n i n t e r n e t ，d i s t r i b u t e d ， s e l f - i n c l u d e d s e l f - d e s c r i b e da n dm o d u l a r i tp o s s e s s e st h e a t t r i b u t e so fw e l l e n c a p s u l a t i o na n dl o o s ec o u p l i n g s oi tb e c o m e s t h ef o c u si nt h ea r e ao fi n d u s t r y a n da c a d e m i a n o w a d a y s ，c o m p o s i t i n gp r e v i o u s a v a i l a b l ew e bs e r v i c e si n t o i n c r e m e n t a lw e bs e r v i c e sw i t hm o r ep o w e r f u lf u n c t i o n sh a v eb e e nan e w h o t s p o t h o w e v e r ，w i t ht h ep r e v a i l i n go fw e bs e r v i c e ，t h en u m b e ro fs e r v i c e s o nt h e i n t e r n e th a sb e e nl a r g e ra n dl a r g e r h o wt os e l e c ta s e to fs e r v i c e sa m o n gl a r g e b o d vo fs e r v i c e sw i t ht h es a m ef u n c t i o ni no r d e rt o m a k et h ec o m p o s i t ew e b s e r v i c ea c h i e v eb e t t e rp e r f o r m a n c ea n db e t t e rq u a l i t yi s ah o ti s s u ei nr e c e n t r e s e a r c h t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yr e s e a r c h e st h ed y n a m i cc o m p o s i t e w e bs e r v i c e s s e l e c t i o n f i r s t l y ，i nt h es t u d yo fq o st h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e sc u r r e n tq o sm o d e l s a d v a n t a g e sa n dd 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 s aq u a l i t ym o d e l ，w h i c n r e g a r d st h es e r v i c el e v e lq o s ，t h ed o m a i nl e v e lq o sa n dt h er e l a t i o nq o s b e t w e e n b u s i n e s s s u c ha sd u r a t i o n ，p r i c e ，r e l i a b i l i t y ，a v a i l a b i l i t y ，r e p u t a t i o n ，d o m a i n q u a l i t ye t c s e c o n d l y 。t h ed i s s e r t a t i o nv i e w sw e bs e r v i c e s s e l e c t i o np r o b l e mi nw e b s e r v i c e s c o m p o s i t i o n a sc o m b i n a t i o n a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m a n d d e s i g n s q o s g l o b a l l yo p t i m a lm o d e l w h i c hc a ns a t i s f yt h eu s e r s c o n s t r a i n s ，t h e np r e s e n t sa d y n a m i cw e bs e r v i c e ss e l e c t i o na p p r o a c hw i t hq o sg l o b a lo p t i m a l ，t h ea p p r o a c h 1 s b a s e db i d i r e c t i o n a ld y n a m i cp r o g r a m m i n g i no r d e rt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h e a p p r o a c h ，t h ed i s s e r t a t i o n u s e s3 - l a y e rw e bs e r v i c e so r g a n i z a t i o n m o d e lt o s u p p o r tt h es e l e c t i o no fw e b s e r v i c e s t h em a t c ho fs e r v i c ec o m m u n i t y si n t e r f a c e r e p l a c et h em a t c ho fs e r v i c e si n t e r f a c e ，t h i si m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo ft h es e l e c t i o n o fw e bs e r v i c e s 。 k e y w o r d s ：q o s ，c o m p o s i t e w e bs e r v i c e s ，s e r v i c e ss e l e c t i o n ，b i d i r e c t i o n a l d y n a m i cp r o g r a m m i n g ，3 - l a y e rw e b s e r v i c e so r g a n i z a t i o nm o d e l 插图清单 图2 1w e b 服务体系结构1 0 图2 2w e b 服务技术体系1 1 图2 3w e b 服务的消息调用模式1 2 图2 4w e b 服务三层组织模型示例1 7 图2 5 基于三层组织模型的组合服务流程1 9 图3 1 服务关联实例2 3 图3 - 2 组合服务基本流程图模型2 6 图3 3w e b 服务组合流程q o s 计算2 7 图4 1w e b 服务组合图形表示3 1 图4 2 数据流的处理3 3 图4 3 基于q o s 的组合服务选取图形表示3 4 图4 4 组合服务的选取时间3 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得金月旦工业太堂 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 说明并表示谢意。 学位论文作者签字：襄j 。乏签字日期：w 明年4 月功日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金目巴些盔堂 有关保留、使用学位论文的规定，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，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金目巴王、业态堂 可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：袁一诌 签字日期：研年9 月动日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 辨嗍：1 ”蛳 | 致谢 衷心感谢我的导师李心科副教授，在本论文的选题、写作和修改的过程中， 白始至终得到了导师的指导、关心和帮助，他们为此投入了大量的时间和精力。 没有导师的培养和指导，本论文是不可能完成的。在我的研究生学习和生活期 间，得到了导师的极大帮助和关心，给我创造了很多条件和机会，使我倍感温 暖。导师渊博的学识、敏锐的思维、严谨的治学态度，高尚的道德情操和平易 近人的人格魅力，给我留下了深刻印象，使我终身受益。 感谢软件工程实验室的教授们对我的关心和帮助，感谢计算机与信息学院 的老师们，感谢他们给我提供的学习条件和机会。 感谢合肥工业大学软件工程研究室的所有师兄弟们，和他们的交流帮助我 完成了学业。 感谢我的家人，是他们的支持才让我顺利的完成学业。他们的爱是我永远 前进的动力。 作者：袁小玲 2 0 0 9 年4 月 第一章绪论 1 1 研究背景 w e b 服务是一种部署在网络上的应用程序。它的出现代表了分布式计算的 最新要求，从而实现信息的共享、数据交换和系统集成。近年来w e b 服务技术 得到快速发展和应用，成为实现互操作的一种主要机制，得到产业界和学术界 的广泛认可。 单个的w e b 服务功能单一，不能提供完整的解决方案，为了实现复杂的业 务逻辑，就必须对w e b 服务进行组合和集成，w e b 服务只有通过组合成为更大 粒度的服务，才能充分发挥w e b 服务的潜力和作用。w e b 服务组合的目标就是 解决w e b 服务之间的集成和协作问题，服务组合现已成为国内外工业界和学术 界的研发热点。 服务组合广义上可以分为静态组合、半动态组合和动态组合【l 】。在w e b 环 境中，服务是经常变化的，大部分情况下，静态组合的方式并不能满足实际的 应用需求；由于完全智能化的动态组合方式是一个非常复杂的过程。很多关于 服务组合的应用和研究工作都侧重于半动态方式【2 】【引。半动态服务组合方式的 实现，首先要由业务人员根据特定的行业背景，建立适合具体应用需求的通用 服务聚合流程模型；服务组合流程模型由多个服务结点组成，各服务结点包含 功能需求描述，但不指定具体的服务调用实例。 随着w e b 服务的流行，w e b 服务的数量与日俱增，用户对服务的功能、服 务的质量和服务的个性化要求也越来越高。如何在大量的能够实现相同功能的 w e b 服务中，选取出一组服务，使得所组合出的服务具有最好的质量和最高的 用户满意度，成为服务组合中的一个关键问题。本文称其为动态服务选择问题。 动态服务选择就是要在组合w e b 服务运行期间，对提供相同功能的服务进 行选择，使得组合服务具有最好的质量。服务选择是提供满足用户需求的、高 质量的组合服务的关键。一个好的服务选取能够实现用户对组合的个性化要求、 得到高质量的组合服务，使得服务以用户希望的方式运行。好的服务选取必然 不是随意进行的，它必然地要遵循某一种标准，体现这种个性化的要求、表现 这种质量品质、采用某种高效的选取算法，使得到的最终的组合服务能够满足 用户的需求并能够以一种正确的方式运行。 1 2 国内外研究现状及不足 动态服务选择有两个关键问题：w e b 服务的q o s 模型和服务选择方法。 1 2 1w e b 服务的q o s w e b 服务体系结构基于三种角色( 服务提供者、服务注册中心和服务请求者) 之间的交互，交互涉及发布、查找和绑定操作。这些角色和操作作用于w e b 服 务构件：w e b 软件模块及其描述。现有的w e b 服务组合框架中，通过服务代理 发布和查找w e b 服务很大程度上依赖于u d d i 注册中心。随着w e b 服务的发 展，u d d i 注册中心的信息越来越多，具有相同功能的w e b 服务也越来越多， 为了在服务组合中区分这些功能相同的w e b 服务，必须考虑w e b 服务的q o s 问题。 在具体的应用领域，w e b 服务的q o s 模型中可能只有有限的几个q o s 标 准，但q o s 模型必须是可扩展的，并且新q o s 标准的加入不能对服务选择技术 进行根本的改动。 对w e b 服务的服务质量进行建模可以从多种不同的角度来进行。目前，研 究人员根据其自身对服务质量的理解，己经在较大的范围内定义了许多种不同 的服务质量属性。 文献 4 】详细地描述了评价w e b 服务质量应考虑的因素，包括：费用( p r i c e ) 、 时间( d u r a t i o n ) 、信誉度( r e p u t a t i o n ) 、可用性( a v a i l a b i l i t y ) 和成功率( s u c c e s s f u l r a t e ) 。 文献 5 】 6 】简单定义了若干种w e b 服务的服务质量属性，主要包括可用性、 可访问性、可靠性、规范性、安全性、响应时间、吞吐率、延迟、价格、网络 带宽和信誉度等等。 文献【7 】提出了更多的w e b 服务质量属性，并将它们分成了若干种类别， 包括： 运行时相关的服务质量属性 伸缩性( s c a l a b i l i t y ) 、容量( c a p a e i t y ) 、响应时间( r e s p o n s et i m e ) 、延迟 ( l a t e n c y ) 、吞吐率( t h r o u g h p u t ) 、可靠性( r e l i a b i l i t y ) 、可用性( a v a i l a b i l i t y ) 、鲁 棒性灵活性( r o b u s t n e s s f l e x i b i l i t y ) 、异常处理( e x c e p t i o nh a n d l i n g ) 和准确性 ( a c c u r a c y ) 。 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 事务完整性( t r a n s a c t i o ni n t e g r a l i t y ) 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。 规范性( r e g u l a t o r y ) ，对标准的支持( s u p p o r ts t a n d a r d ) ，稳定性变更周期 ( s t a b i l i t y c h a n g ec y c l e ) ，开销( c o s t ) 和完整性( c o m p l e t e n e s s ) 。 安全( s e c u r i t y ) 相关的服务质量属性。 身份验证( a u t h e n t i c a t i o n ) 、授权( a u t h o r i z a t i o n ) 、保密性( c o n f i d e n t i a l i t y ) 、 可记账性( a c c o u n t a b i l i t y ) 、可追踪。眭( t r a c e a b i l i t y ) 、可审计。1 生( a u d i t a b i l i t y ) 、数据 加密程度( d a t ae n c r y p t i o n ) 和不可否认性( n o n r e p u d i a t i o n ) 。 文献【8 根据质量度量值的特征及其获取方式将w e b 服务的服务质量因子 分成静态、统计和动态三种类型。 静态因子，它们不经常发生变化，如w e b 服务的规范性( r e g u l a t o r y ) n 安全性( s e c u r i t y l 。 2 动态因子，它们反映了那些随着特定环境( 如网络负载) 的变化而改变的 服务质量信息，包括服务可用性( s e r v i c ea v a i l a b i l i t y ) ，网络可用性( n e t w o r k a v a i l a b i l i t y ) 和执行时间( e x e c u t i o nd u r a t i o n ) 。 统计因子，它们根据服务的统计数据计算得到，包括服务可靠性( s e r v i c e r e l i a b i l i t y ) ，网络可靠性性( s e r v i c er e l i a b i l i t y ) 、执行可靠性( e x e c u t i o nr e l i a b i l i t y ) 和信誉度( r e p u t a t i o n ) 。 文献【9 】从用户的角度将w e b 服务质量分为三层：服务层，系统层和商业 c j 力譬o 服务层质量属性，反映了服务的响应速度和稳定性方面的质量，包括执 行时间( r e s p o n s et i m e ) 、最大吞吐率( m a x i m u mt h r o u g h p u t ) 、可用性 ( a v a i l a b i l i t y ) 、可靠性( r e l i a b i l i t y ) 和可访问性( a c c e s s i b i l i t y ) 。 系统层质量属性，反映了与w e b 服务的操作和平台相关的一些质量因 素，包括互用性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) ，管理性( m a n a g e a b i l i t y ) 、商业处理( b u s i n e s s p r o c e s s i n g ) 和安全性( s e c u r i t y ) 。 商业层质量属性，包括服务价格( s e r v i c ec h a r g e ) ，补偿率( c o m p e n s a t e r a t e ) 、处罚率( p e n a l t yr a t e ) 和信誉度( r e p u t a t i o n ) 。 上述研究中的q o s 模型主要考虑与服务领域无关的服务属性。这些通用属 性只能反映w e b 服务本身的一些性能参数，但是并不能覆盖用户在选择w e b 服务时的标准。由于与服务领域无关，这些评价模型可以用来评价任何类型的 w e b 服务。 文献 9 】提出的q o s 模型概念，除了包括网络开销、时间等多数q o s 模型 中提到的服务层q o s 通用属性外，首次引入服务的业务层q o s 的概念，对服务 的业务领域属性进行了研究。 文献【1 1 】作者提出了一种基于语义的领域自适应w e b 服务评价模型，综合 考虑了服务通用属性和领域属性，将q o s 属性分为服务层q o s 和业务层q o s ， 支持动态定制不同领域的服务评价因子。 现有的基于服务质量的组合方法大都未考虑服务的业务组合关联关系，即 提供商的商业联盟关系，这是不符合实际商业应用的。首先，企业间的商业合 作要关乎企业的利益，动态的w e b 服务组合不能只关注于合成的成功与否而忽 略了企业利益的要求，企业或服务提供商期望通过合作提高自己的商品的竞争 力，从而达到“多赢”效应，同时，通常的这种合作体内的服务选择，也会通 过费用打折等方式给使用者以优惠；其次，对于具有合作关系的商业实体在开 发的w e b 服务中往往使用了相同的术语，这样服务间的异构性降为最低，利于 服务的合成。因此，若不考虑商业联盟，就无法与现实相吻合，实现具有真正 意义的、效益最好的全局最优服务组合。 1 2 2 基于q o s 的w e b 服务选择 基于q o s 的w e b 服务选择问题现已经成为w e b 服务领域研究的热点之一。 在考虑多维质量度量的前提下，服务选择策略可以分为局部策略与全局策略。 局部策略即对于满足w e b 服务组合模型单个服务结点功能需求的一组w e b 服 务，首先根据w e b 服务的各个q o s 参数信息进行加权和的排序，并以此为依 据分别为各个服务结点选择加权和最大的组件服务来执行其功能；局部优化服 务选择方法中各个组件服务的选择是相互独立的，并不能解决w e b 服务组合中 带约束的q o s 全局优化问题。全局策略旨在使w e b 服务组合流程的整体q o s 参数满足给定的目标，因此各组件服务的选择需要综合考虑各个组件服务q o s 的组合效果，服务的选择是相互关联的。文献【1 2 】采用的算法属于局部优化算 法。文献b 3 提出了分别适用于不同场景的局部优化算法与全局优化算法。局 部优化算法计算量比全局算法少，但无法考虑全局q o s 约束：全局算法考虑全 局q o s 约束，但计算量大，尤其在动态环境下。 目前存在的解决基于q o s 的服务选择问题的技术分为两大类：基于q o s 语义的，也有基于q o s 属性计算的。下面我们分别进行介绍和分析： 基于q o s 语义 文献 1 4 】建立了一种基于q o s 语义进行服务选择的方法，它扩展了u d d i 注册中心的功能，建立了一个服务仓库，仓库由服务及服务的q o s 本体构成， 并在d a m l 基础上建立了一种新的查询和操作语言，这个语言用于维护q o s 本体、发布服务、评估服务和选择服务，它首先对服务进行分类并建立了w e b 服务q o s 属性本体，基于对d a m l 查询语言的扩展，提出了一种语义w e b 服 务查询和操作语言( s w s q l ) ，这种语言使得服务提供者和服务请求者可以基于 w e b 服务q o s 属性本体使用这种语言进行q o s 属性本体和服务描述数据的查 询、插入或修改。 文献b s 通过定义服务所具有的q o s 属性来实现对具有相同或相似功能而 不同q o s 属性的服务的选择，所定义的q o s 本体包括三层：q o s 配置层( q o s p r o f i l el a y e r ) 、q o s 属性定义层( q o sp r o p e r t yd e f i n i t i o nl a y e r ) 和度量层( m e t r i c s l a y e r ) 。 文献 1 6 】进行了基于智能代理利用w e b 服务的q o s 进行动态服务选择的研 究，它将w e b 服务系统进行了扩展，从而提供了基于q o s 的w e b 服务动态选 择能力。它采用智能代理描述自治服务的服务请求者和服务提供者，它所提出 的w e b 服务智能代理框架( w s a f ，w e bs e r v i c e sa g e n tf r a m e w o r k ) 在服务注册 中心和服务请求者所在位置增加了智能代理以提供基于q o s 的动态选择能力。 它采用q o s 本体实现了服务选择的目的，所定义的q o s 本体用于以下目的：服 务智能代理使用q o s 本体匹配服务请求者需要的服务等级，服务提供者使用 q o s 本体描述服务策略，服务请求者使用q o s 本体描述需求。 4 分析采用q o s 语义进行服务选择的方法后发现，基于w e b 服务的q o s 本 体的方法无法实现对整个服务组合的选择，也即基于单个w e b 服务的q o s 本 体无法对w e b 服务组合进行选择。因此，基于q o s 语义的w e b 服务选择方法 不适于解决基于全局q o s 限制的服务选择问题。 基于q o s 属性计算 基于全局q o s 限制从大量组合计划中选出最优计划属于组合优化范畴，解 决这类问题的基于q o s 属性计算的方法分为两类：一类是穷举算法，通过算法 将所有的候选方案按一定的规则进行计算，从中选出最理想方案；另一类是近 似算法，通过特定算法无限逼近理想方案，从而得出满足要求的但不一定是最 理想的方案。文献【1 7 】对基于q o s 属性进行服务组合的选择算法进行了概括， 主要有穷举搜索算法、动态规划算法、人工智能的方法以及基于神经网络的遗 传算法。 穷举搜索算法思想非常直接，将所有的服务组合建立起来，比较它们的效 用，这种寻找最佳解决方案的方法以时间和内存为代价。文献【1 8 1 利用了整数 规划算法自动得到满足用户需求的服务序列，大大改善了算法的时间效率。文 献 1 9 介绍了一种基于知识的规划算法。文献 2 0 2 1 】将服务的动态选择问题看 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案。 1 2 3 存在的问题 通常，服务组合分为2 个阶段。第1 个阶段产生抽象的组合服务，这一阶 段的输出可以表达为有向图，图中的每一节点代表一个特定的服务功能，称为 一个任务( t a s k ) 。第2 阶段为每一个任务选择一个服务实例以使得整个组合服务 实例化。w e b 服务实际上是真实的商业应用的软件接口。实际应用中，一个特 定的服务功能可能有大量的服务提供商提供，这些提供商有着相似或者相同的 w e b 服务接口，但是各自有不同的服务质量。选择阶段的目标即是满足用户的 服务质量要求，并且优化整个组合服务过程。 现有的支持q o s 约束的服务选择算法本质大都是近似优化问题，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； 算法采用的q o s 模型并不能完全体现用户对服务质量的要求，因此选择 的服务未必具有用户希望的质量。 现有服务选取研究通常没考虑组合服务间的接口匹配问题，常常造成组 合服务不能正常运行。 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 4 】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 2 提出了一种基 于代理上下文技术的服务组合方法。 1 3 本文的主要内容 本文通过总结分析目前已有的组合服务选取方法的优点与不足，利用文献 【2 4 提出的w e b 服务三层组织模型来支持组合w e b 服务选取，有效解决了w e b 服务组合中w e b 服务间的接口匹配和服务替换问题。在此基础上吸取文献 2 5 】 的优点，提出了客观的、具有可信赖性的服务质量评价指标，该模型支持多角 度的服务评估，符合现实需求，同时给出一种基于所提出的质量指标进行组合 的双向动态规划算法。 主要内容包括： 对w e b 服务的关键技术、w e b 服务组合方法及当前的服务选取技术进行 了分析与研究。 概要介绍w e b 服务三层组织模型，该模型由源服务层、服务社区和服务 簇3 个层次组成。该模型有效解决因服务数目过多造成组合复杂度过大的问题， 降低了组合复杂性。 建立一个客观、全面的q o s 模型，作为动态w e b 服务组合中服务选择 的依据。该模型从通用服务质量、领域相关服务质量和业务的组合关联三个方 面考虑组合服务选取，充分保证了组合服务的质量。 提出一种支持q o s 全局优化的w e b 服务选择策略，采用求解基于w e b 服务组合图的带约束最优路径问题的方法来实现服务的动态选择。在满足用户 的约束条件下，通过双向动态规划方法为业务流程寻找到一组服务，使得组合 服务的质量最优。另外，采用服务社区接口匹配代替服务间接口匹配，有效提 高接口匹配效率，保证了组合服务间的可组合性。 1 4 本文的组织结构 第一章是本文的绪论，描述了本文的研究背景，国内外研究现状及本文的 研究内容。 第二章从整体介绍了动态w e b 服务组合的相关技术。本章先介绍了w e b 服务和w e b 服务组合，以及动态服务选择的两个关键问题，这两个关键问题的 解决将在下面的章节中具体介绍。然后概要介绍w e b 服务三层组织模型，该模 型由源服务层、服务社区和服务簇3 个层次组成。该模型有效解决因服务数目 过多造成组合复杂度过大的问题，降低了组合复杂性。 第三章详细介绍了w e b 服务的质量评价模型，提出了一种客观的、全面的 服务质量评价模型。该模型从通用服务质量、领域相关服务质量和业务的组合 关联三个方面考虑组合服务选取。q o s 模型是服务选择的重要组成部分，为动 态w e b 服务组合中服务选择提供了全面、客观的服务质量保证。 6 第四章详细介绍了支持q o s 全局优化的w e b 服务选择方法，采用求解基 于w e b 服务组合图的带约束最优路径问题的方法来实现服务的动态选择。在满 足用户的约束条件下，通过双向动态规划方法为业务流程寻找到一组服务，使 得组合服务的质量最优。采用服务社区接口匹配代替服务间接口匹配，有效提 高接口匹配效率，保证了组合服务间的可组合性。 第五章对本文的研究工作进行了总结，并提出了下一步的研究和工作。 7 第二章w e b 服务及相关知识 2 1w e b 服务 w e b 服务是i n t e r n e t 以及相关技术发展到一定阶段的产物。自从有了 i n t e r n e t ，h t t p 协议就广为使用，其简单性、可靠性、通用性使得依靠它访问 的网页可以部署在各种系统平台上。x m l 语言的诞生使得信息的传输可以脱离 平台、程序语言的限制，为网络上各种系统的“对话 提供了一门通用的世界 语言。s o a p 协议为服务的请求、消息的格式定义了简单的规则，得到了各大 系统软件商的支持。这些都为w e b 服务这种新型的w e b 应用的诞生奠定了基 础，使得w e b 服务具有在完全不同平台之间的互操作性。w e b 服务的目的是通 过使用w e b 标准达到应用程序间的互操作，因此w e b 服务又被称为下一代的 w w w 。 2 1 1w e b 服务的定义 w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，不同的人可能对w e b 服务有不同 的理解，如，w e b 服务是自包含的、模块化的应用程序，它可以在网络( 通常为 w e b ) 中被描述、发布、查找以及调用；w e b 服务是基于网络的、分布式的模块 化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得w e b 服务能 与其它兼容的组件进行互操作；w e b 服务，它是指企业发布的完成其特别商务 需求的在线应用服务，其它公司或应用软件能够通过i n t e r n e t 来访问并使用这 项应用服务，等等。 虽然文字上的表述不同，但是可以看到一个共同的含义：w e b 服务是指封 装成单个实体并发布到网络上的功能集合体。简单地说，w e b 服务是一个 u r l ( 统一资源定位符，u n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r ) 资源，客户端可以通过请求 方式得到它的服务，而不需要知道所请求的服务是怎样实现的，这一点与传统 的分布式组件对象模型不同。 从外部使用的角度，w e b 服务具有以下特征【2 6 】： 完好的封装 w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，仅对外部提供调用接口，具备对象 的良好封装性，对于使用者而言，只能看到该对象的接口以及服务描述。 平台无关 任何能够访问i n t e r n e t 的平台都可以访问w e b 服务。任何与i n t e r n e t 建立 连接的应用程序都可以向i n t e r n e t 上的任何一个w e b 服务发送s o a p 消息，同 时也可以接收来自w e b 服务的s o a p 消息，与开发w e b 服务所使用的程序设 计语言和服务器软件是没有关系的。 w e b 服务的接口是基于标准的，而且在w e b 服务和客户机之间传递的消息 使用了通用的x m l 并利用h t t p 传输。因此w e b 服务所在的服务器可以运行 8 在w i n d o w s ，l i n u x 或者是其它系统平台，在w e b 服务后台执行功能的代码可 以是用j a v a ，c + + ，c 群或程序开发者习惯使用的任何其它编程语言编写的，调 用w e b 服务的客户端同样也可以是在不同平台上的客户端。 松散耦合 这一特征也是继承于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生变更的 时候，调用者是不会发现变动的。对于调用者来说，只要w e b 服务的调用接口 不发生变化，w e b 服务后台的实现任何变更对用户来说都是透明的，甚至是当 w e b 服务的实现平台发生变化，用户调用w e b 服务时都可以不做任何的改变。 对在i n t e r n e t 环境下的w e b 服务而言，简单通用的x m l s o a p 也是一种适合松 耦合环境的消息交换协议。 互操作 w e b 服务允许通过可扩展的标记语言来提供业务功能，从而提供了真正的 互操作功能。在此之前都是使用电子文件交换来实现这一功能，实现该功能的 开销十分昂贵且十分耗时，并且灵活性比较差。而w e b 服务允许通过x m l 和 h t t p 这两个既简单又通用的协议来完成这一过程。 高度可集成与可扩展 由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组件界面描述和 协同描述规范，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，实现了在当前环境下最高的可 集成度。通过允许第三方使用w e b 服务访问内部系统的方式，企业可以使消费 者以更加集成化的方式和以用户为中心的方式访问它们。 2 1 2w e b 服务的体系架构 w e b 服务采用s o a ( 面向服务的架构，s 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 ) ，完整 的w e b 服务体系基于三种角色之间的交互，即服务提供者、服务注册中心和服 务请求者。它们之间的交互一般包括发布、查找与绑定操作。典型的，服务提 供者建立可通过网络访问的w e b 服务，定义其服务描述并发布到服务注册中 心，服务请求者通过在服务注册中心进行检索，查找到服务描述( w s d l ) ，然后 使用服务描述与服务提供者进行绑定，并调用服务提供者提供的w e b 服务，从 而实现w e b 服务调用的整个流程。w e b 服务体系结构如图2 1 所示。 从图2 1 可以看出，w e b 服务有三个基本操作：发布( p u b l i s h ) ，查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 。对w e b 服务的访问，必定会涉及到这三个基本操作。这些角色 与操作间的关系如下： 服务提供者 服务提供者是创建或维护该w e b 服务的实体。典型情况下，服务提供者将 某种业务功能拓展成一种w e b 服务，供其它客户端调用。w e b 服务提供者需要 把w e b 服务的服务描述定义发布到注册中心去。 9 图2 1w e b 服务体系结构 服务消费者 使用服务提供者建立的w e b 服务的客户端都叫做服务消费者。服务消费者 可以根据服务提供者所给的描述，了解某项w e b 服务的功能以及调用方式。为 了检索w e b 服务的细节，服务消费者要在注册中心查找服务描述，并且服务消 费者能够从服务提供者的描述中获得一种机制，这种机制可以绑定w e b 服务， 从而调用该w e b 服务。 服务注册中心 服务注册中心是整个结构的中心节点。服务提供者将w e b 服务的描述信息 发布到注册中心，服务消费者可以在那里查找w e b 服务。请求者查找w e b 服 务并获得服务的绑定信息( 在服务描述中) ，就可以通过描述信息找到并调用 w e b 服务，即在提供者和消费者之间建立了一个绑定关系。对于静态绑定的服 务请求者，服务注册中心是体系结构中的可选角色，因为服务提供者可以把描 述直接发送给服务请求者，服务请求者也可以从服务注册中心以外的其它来源 得到服务描述。 2 1 3w e b 服务技术体系 w e b 服务技术由一系列的协议和标准组成。w e b 服务技术体系如图2 2 所 示，其中，底层传输协议是广泛使用的因特网标准：h t t p 、s m t p 等。中间部 分是目前开发的w e b 服务的相关标准协议，包括服务调用协议s o a p 、服务描 述协议w s d l 和服务发现集成协议u d d i 以及服务工作流描述语言 w s f l t 2 7 ( w e bs e r v i c ef l o wl a n g u a g e ) 等。而上层部分描述的是更高层的待开发 的关于路由、可靠性以及事务等方面的协议。右边部分是各个协议层的公用机 制，这些机制一般由外部的正交机制来完成，这部分包括安全和管理的协议或 机制。 简单性和重用性是w e b 服务技术设计的主要思路。首先，w e b 服务所使用 协议本身都是简单的，无论是h t t p ，f t p 等传统的t c p i p 系统的网络协议， 还是s o a p ，w s d l ，u d d i ，w s f l 等基于x m l 的协议；其次，一个可以使 1 0 待开发待开发 路由，可靠性，服务 待开发 工作流 b p e l 4 w s ，w s f l 服 服务发现，集成 u d d i 管务 安 服务描述w s d l 理 质全 s o a p 消息量 x m 吐 传输h t m f t p , s m t p 网络i p v 4 ，i p v 6 图2 - 2w e b 服务技术体系 用的w e b 服务应当按照需要选用若干层次的功能，而无需所有的特性。比如在 目前状况下，一个简单应用可能只要使用w s d l s o a p 就可以架构一个符合规 范的w e b 服务了；最后，所有的机制完全是基于现有的技术，并没有创造一个 完全的新体系。无论是i p v 4 ，h t t p ，f t p 这些现有的网络协议，还是s o a p ， w s d l 等这些基于x m l 而定义的协议都是遵循着一个原则：继承所有的被广 泛接受的技术，这样才能使得w e b 服务被广泛应用。下面详细介绍下s o a p 、 w s d l 、u d d i 。 w e b 服务的调用s o a p 简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 是一种用于发送 可扩展格式信息的机制。可以使用s o a p 发送消息，也可以发送用x m l 格式 编码的远程调用。它是w e b 服务交换x m l 消息的标准协议。一般意义上的 s o a p 是一种用x m l 封装信息的机制，因此它可以用来实现消息系统。对于 w e b 服务来说，s o a p 主要用来通过x m l 文档传递方法参数，进行w e b 调用。 它为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化和类型化的信 息提供了一个简单且轻量级的机制。 w e b 服务的描述w s d l w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c ed e s c r i p