（计算机软件与理论专业论文）面向服务架构中基于语义图服务组合的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 面向服务的架构( s e r v i c e 哳i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ，也叫面向服务的 体系结构) 是指为了解决业务集成的需要，通过连接能完成特定任务的独立功能 实体实现的一种软件系统架构。s o a 是一个组件模型，它将应用程序的不同功能 单元( 称为服务) 通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用 中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语 言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交 互。 当前面向服务的体系结构主要采用了w e b 服务、s q a p 、w s d l 、o w l - s 、u d d i 等 技术实现了服务的统一描述、发布、发现和集成。但是，传统的w e b 服务缺乏语 义信息，它主要通过关键字来完成服务的组合，不能以计算机可理解的方式实现 自动的服务组合。目前，语义网的发展为w e b 服务提供了一个契机，语义网使得 网络中所有的信息都是具有语义的，使计算机能够理解和处理。利用w e b 服务的 松散耦合特性和语义网为w e b 服务提供的语义信息，可以自动地匹配、发现和调 用w e b 服务，动态生成和执行业务流程，更好地实现企业间各应用系统的集成。 本文以医院信息化建设为背景，提出了基于语义w e b 服务的应用集成平台 ( s w s a i p ) 的系统架构。该框架基于面向服务的架构实现业务系统接口封装，假定 参与集成的业务系统都使用w e b 服务实现，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。 本文在“基于语义w e b 服务的应用集成平台( 趼s a i p ) ”的基础上提出了扩展 的语义w e b 服务描述模型x s w s d m( e x t e n s i v es e m a n t i cw e bs e r v i c e d e s c r i p t i o nm o d e l ) ，该模型从功能、语义、逻辑三方面描述服务，使服务提供 者能够更完整、更详尽的服务描述。提出了一种基于服务的输入、输出、前提和 影响的服务组合方法。同时将服务描述转化成一种基于概念图的语义图表示，根 据用户服务请求和组合服务的语义图判断组合服务是否满足用户要求，提高了服 山东大学硕士学位论文 务组合的自主性和准确性。 最后，本文演示了医院系统中的一个工作流程，充分说明这个体系结构可以 完成服务的自动组合，在实践中具有一定的应用价值。 关键词：面向服务架构；w e b 服务：语义网：服务组合；语义图 i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t s e r v i c e 一0 r i e i l t e da r c h i t e c “鹏( s o a ) i sak i i l do f 脚盯e 丘a m e 、r k 讲i c h c 0 皿硎n gi n d e p 锄d e n tf i | i l c t i o n a le n 6 t i 嚣衄c o r n p l e t 韶s p e c i f i ct a s k s ，a c c 0 删n g f o rm en e e d so fb 璐i n e 豁h l 姆a 土i o n s o ai sac o m p o n 肌t 脚d e l 砌c hl i n k i n g d i 虢棚l tf u i l c 矗o n 脚| o d i l l 嚣( c a l l e ds e r v i c 韶) o f 印p l i c a t i o np r o c e d u r e st h r o u 曲aw e l l d e f m e d 硫e r f 赴e 锄dc o n 订a c t t h o s ei n t e 嘲c ei sd 幽l e di r ian e i l t r a lp a n 咖，w k c hi s i l i d 印锄d e n to f t l l eh a r 山旧r ep l a t f b 硼、o p e r a 土i n gs y s t e r i l s 柚dp r o 掣扰蛐i i i l gl a r i g i i a g 髂 t h i sm a l ( 器s e i c 嚣i ns u c hs y s t e mi l l t e l a c t 嘶t he a c ho 吐1 盯i l l 觚i n t e g r a 主e d 锄d l m i v 翩暑a lm 锄甑 a tp r es e 】鸣m a i n l yb a s e do ns o a 只w s d l ，o 、w 。一s ，u 】) d i 毒e c h n o l o g y ，s o a 觚1 1 i e v 器l l i v e 硌a ld 器c r i 埘o n ，d i s v e r ya n di n t e g 嘶o no fw b bs e r v i c e s i b 唧e r ， b e c a l l s eo fm el a c ko fs 鲫锄t i ci n f o r m 撕o i l ，i ti sp r i m 撕l y 协r o u g hk e y w o r d 协 c o m p l e t em ec o m b i n a 士i o no fs e n r i c e 仃a d i t i o n a l l y ，删 1 l e rm 肌a 、可t l l a tc 姐b e 妇r p r e t e db yc o m p u 吼：m e 锄w h i l e 也ed e v d o p m to fs e m a n 缸cw e bp r o v i d 豁a c h 锄c ef o rw e bs e i c e u s i n gs e m 粕t i cw 曲，a l li n f o m a 矗o n0 i lt 量l en e t 、v o r kh a sm e i r s e n 瑚矗c s t h e r e b ) o 吐l em a c l i n ec a i l 眦d e r s 协n d 肌dd e a l 诵mt h ei i l f o m a ：t i o n c o m b i n i n gt l l ec h a r a c t e ro fl o o s ec o u p l eo fw e bs e 九d c e s 谢1 ht h es e m 盟d c i n f o 姗撕o np r o v i d e db ys e m a n t i cw e b ，w ec a i lm a t c h ，助d ，i n v o k ew e bs e r v i c e s a l l 幻m 抓c a l l y s 0 船协b l l i l d 觚de x e c u t eb l l s i i l 舒sp r o c 髂sd y n a 埘c “l ya sar e 砌t ，w e c 锄i m e g r a l et i l ea p p l i c 撕o n 掣曲 m sf b md i 任h e n te l l t e r p r i sb e t t e c 0 l i lm eb a c k g r 0 1 m do f 也ec o n s t m c 畦o no fh o s p i t a li i l f 0 彻丽o ns y s t e i n ，t h i sp a p e r p r e s 即协t 1 1 es y s t e m 觚 h i t e c t i i r eo fs e m 粕t i c w 曲s e r v i c e - b 鹊e da p p l i c 撕o n h l t e 鲫o np l a 哟r n l ( s w s a 口) mt 1 1 ep i a 响咖，a p p l i c 撕0 ns y s 觚塔a r ea b s 订a c t e d 锄dw r a p p e d 嬲w c bs e r 、，i c 器t h e 辩s e r v i c e s 盯ed e s c r i b e d 辩m 锄h c a l l y 肌d p u b l i s h e di l lm er e 百s t r yc 朗t e ro fm ep l a 仃。锄a p p l i c 砒i o n sp r o p o s et l l e i rr e q u e s t s m r o u g hm ep l 确衄a p p r o p r i a t ec o n c r e t es e r “c 舒缸ed i s c o v e r e d 越dm a 士c h e d 虮a 戚c a j l yb yt h ep l 确m t h e i lb u s i n e 豁夥s t e i i l sa r es e l e c t e d 锄de ) 【e c m 曲l e i 山东大学硕士学位论文 b u s i n e s sp r o c e s s e sg 朗e r a t e dd y n 痂c a l l y w i t la l l 由s i so fm eo v e r a l l 疔锄e w o r ko fs w s a 耻廿l i sp a p e rp r o p o s e d e x 锄s i v es e m 锄矗cw e bs e r v i c ed e s 商曲o nm o d d ( x s w s 旧t om o d e lw e b s e r v i c ef 幻mf u n c 6 0 n a l ，m 锄d c 飘dl o 百c a la s p e c t ，a n d 缸m e l o do fs e r 、，i c e c o n l p o s i 五o nb 衢e do ni i l p u t s 、o u t p u 侣、p r e c o n d i t i o n s 觚de 虢c t s 1 1 1 e n 仃锄s i a 主e s e r “c ed e s c r i p t i o ni n 幻m 锄石c 笋印l l s ，c h e c l 【i n gw h e n l e ri ts 撕f i e sl l s e rr e q u 吼 t h i s 访c r e 嬲e 血ea u t o m a 虹c i 锣觚dv e r a c i l yo f s e r v i c ec o i i l i p o s i 石o n f i n a l l y t l l ep a p e rd e m o n s t r a 钯s 趾o p e r 鲥伽n o wo f m eh o s p i t a lt oi l l l 1 1 i n a t et i l a t t i l i ss y s t e mc a i lf i l l i s ht l l ec o m p o s i 矗o no fw e bs e i c 嚣 k e y 们r d 8 ：s o a ；w e bs e r v i c e ；s e m a n t i cw e b ；s e r v i c ec o 忡o s i t i o n ； s 酬a n t i cg r a d h 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：知强蕉一 日期：与丝肚 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：；蓬遭 导师签名：近 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着电子商务的发展和业务需求的加深，企业信息应用系统要求在 i n t e r l l e t 环境下可以进行企业间信息系统的应用互操作和应用集成，要求能够 依据新的需求，快速、灵活地集成各种已有的和新添置的业务应用系统，并使得 它们可以有机地协同提供服务“”。企业当前不仅要面对多种多样的硬件平台、 操作系统、编程语言、软件技术和数据管理系统等技术因素，还要面对不断变化 的企业运作环境和业务需求“1 。服务概念的提出( 如e 书e r v i c e s ，w e bs e r v i c e s 等) 使得服务提供者可以将自己的软件以服务的形式提供给用户，用户可以在分 布的环境下根据自己的需求选择想要使用的服务。同时，服务通过将不同层次的 应用和资源抽象成统一的形式并提供标准的服务使用方法，可以简化复杂的软件 应用方式，为分布环境下资源共享与协同工作提供了很好的支持。为了实现 i n t e r n e t 上跨越不同地域、不同行业的企业的应用可以有效协作和互操作，为 了提供一种体化的描述、管理、共享和服务的机制，由a r i b a ，i b m 和m i c r o s o f t 提出的w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 概念已经得到了业界的广泛关注。i b m ，h p ， m i c r o s o f t ，s u n ，b e a 等大公司纷纷推出了自己的w e b 服务开发工具。i b m 的 w e b s p h e r e ，m i c r o s o f t 的n e t ，s u n 公司推出的s u i lo n e ，b e a 公司的w e b l o g i c 等产品都把实现w e b 服务列为自己的目标。 目前，w e b 服务的应用非常广泛，如基于浏览器w e b 应用的改造、对企业应 用的w e b 服务封装、对传统业务系统功能的扩展以及网格计算上的应用等。w e b 服务的一个主要思想，就是未来的应用将由一组利用网络的服务组合而成，只要 两个协同的服务使用统一标准在网络上宣传和发布自己，一个应用程序就可以根 据功能或者性能的标准，从多个彼此竞争的服务之中选出一个。 面向服务的架构( s e i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，也称面向服务的体系结构) 是 一种分布式的计算技术，传统分布式对象模型如微软( m i c f o s o f c ) 的分布式组件对 象模型( d c o m ) 1 5 】、对象管理集团( o m g ) 的公用对象请求代理程序体系结构 ( c o r b a ) 吲和s m 的企业j a v ab e a i l ( e j b ) 川，这些系统各有套独立的体系结构 山东大学硕士学位论文 和私有协议，而且要求客户端和服务端紧密耦合，不适用于异构的 h l t e m e t 肠仃锄e t 环境。面向服务的架构则建立在一系列标准协议基础上，在 i n t 锄酣i n t r 觚e t 上通过标准帆格式的信息协议来发布和访问商业应用服务， 能够快速地开发、发布、发现和动态地绑定应用服务。通过开放的h l t e m e t 标准， w 曲服务描述语言统一描述( w s d l ，用于服务描述) i 钔、发现和集成规范( u d d i ， 用于服务的发布和集成) 【9 l 、简单对象访问协议( s o a p ，用于服务调用) ”】和w e b 服务流语言( w s f l ，用来定义工作流) “”，w 曲服务消除了传统解决方案( 如 c o r b a 和d c o 旧中的互用性问题【1 工”】。当w e b 服务的接口发生改变的时候， w e b 服务的使用者可以通过到u 】) d i 中自动重新查找、绑定而适应这种改变。 因此可以实现动态的集成，满足企业间的应用集成需求，使得分散于因特网的 w e b 服务可以互相调用来协同完成商务活动。 语义网【1 4 】是对未来w 曲体系结构的一个伟大构想，被定义为“由一些可以 被计算机直接或间接处理的数据组成的w 曲”。当前基于耵m l 的w 曲网页是 设计给人看的，计算机并不能理解其中信息的含义。而语义w 曲的基本思想是 通过本体( 0 n t o l o g y ) f 4 1 问和w 曲内容的语义标记，使计算机( 程序或智能a g e n t ) 能够理解并处理w 曲上的信息，从而更好地协助人们在w 曲上发现知识、处理 事务。o n t o l o 哥是共享概念的形式化、显式的定义。在语义w 曲中，隐含在数 据、页面、程序和其它w 曲资源中的语义都通过合适的语义w 曲标记语言来显 式表示，构成一个基于知识的w 曲，使计算机可以智能地处理和集成这些信息， 从而使w 曲提供的服务实现一次质的飞跃，因此语义w 曲技术被誉为“下一代 的w 曲技术”，“w 曲技术的革命”等。语义w 曲研究的重点是如何把信息表示 为计算机能够理解和处理的形式，即带有语义的形式。b e m 哪l e e 在诅。2 0 0 0 国际会议上提出了语义w 曲的层次结构 1 5 】。它主要基于) 。v 几和r d f ( 胁o i l r c e d 嚣c r i p t i o nf r 锄e w o r k ) 瓜d f s ( i u ) fs c h e m a ) ”，并在此之上提供本体和逻辑推理 规则，以完成基于语义的知识表示和推理，从而能为计算机所理解和处理。 h l t e m e 协仃锄e t 上的资源不仅仅局限于数据和数据所表示的信息，随着信息技术 的发展和人们实际的生产和生活需要，越来越多的资源通过服务封装之后，都可 以而且都需要通过i n l 砌e t 访问得到。在这种情况下，如何将语义w 曲技术和 w 曲服务技术结合起来，通过w 曲服务的语义封装为人们提供所谓的语义w 曲 2 山东大学硕士学位论文 服务，是一个非常值得研究和探讨的问题。语义w 曲研究的兴起为w 曲服务带 来了新的活力，结合语义w 曲技术的w 曲服务( 即语义w 曲服务) ”，1 9 1 将是一种 更为智能的服务，是w 曲服务未来的发展趋势 w e b 服务技术的广泛接受使得w 曲服务正逐步成为1 1 1 t e m e t 网络环境中资源 封装的标准形式。随着部署的w e b 服务不断丰富，这些可被公共访问和集成的 服务构成了一个潜在的巨大的标准组件库。因此，在w e b 务互操作技术的基础 上，提供高层的服务集成手段、实现服务组合成为w e b 服务技术发展的自然需 求，从而重用已有的服务，降低新开发应用的工作量。 虽然“服务组合”这一术语在许多文献中被反复提及，但是目前并没有对于 服务组合的权威定义。几个重要文献中对于“服务组合”解释如下：组合是指将 若干个w e b 服务合并起来提供增值服务的过程印1 ；广泛可用的和标准化的w e b 服务使得根据特定的业务流程连接多个业务伙伴的w e b 服务来实现b 2 b 互操作 成为可能，这一实践称为服务组合【2 1 l ；服务组合使得开发者在面向服务的计算 与生俱来的描述、发现和通信能力之上创建应用，这些应用可被快速部署，为开 发者提供重用能力以及为用户提供对于多种复杂服务的无缝访问捌。 ” 综合上述文献中对于服务组合的阐述，可知服务组合是指基于面向服务的体 系结构，根据特定的业务目标，将多个己经存在的服务按照其功能、语义以及它 们之间的逻辑关系组装提供聚合功能的新服务的过程，是面向服务的计算范型中 实现资源聚合与应用集成的主要模式。 本文将由基本服务组合构造得到的服务称为“组合服务( c o m p o s i t es e r v i c e ) ”， 为组合服务提供子功能的服务称为该组合服务的“组件服务( c o m p o n e n t s e r 、，i c e l ”。 1 2 国内外的研究现状 根据对于组合服务的不同理解，当前的服务组合研究大致可以分为：基于业 务流程的组合方法、基于协作的组合方法和基于规划的组合方法。 基于业务流程的组合方法 基于业务流程的组合方法认为，组合服务是构建在一组静态或动态确定的组 件服务之上的业务流程】。因此，基于业务流程的组合方法使用与经典工作流 山东大学硕士学位论文 建模方法相类似的模型来描述组合服务。活动、控制流、数据流是组合服务建模 的基本模型元素：活动对应于由组件服务执行的某个操作：控制流描述活动之间 的依赖关系，也就是组件服务执行操作之间的时序关系；数据流描述活动之间的 数据传递，也就是组件服务之间的数据交换关系。基于流程的方法是一种朴素的 组合服务模型观，易于理解。目前多数相关国际标准支持基于业务流程的服务组 合，如b p b l 4 w s 、b p 咖l 瞄1 等。但是基于业务流程的服务组合方法多基于非 形式化的流程模型，建模理论基础比较薄弱，因此组合正确性的保证较弱。某些 研究借鉴了工作流建模理论的成果，通过将组合服务模型与形式化的建模方法， 如p e t r i 网叨、自动机或时态逻辑等形式化工具之间建立映射关系，从而为服务 组合增强模型性质分析和验证的能力。这些方面的研究目前刚刚起步，还很不完 善。 基于业务流程的组合方法在运行环境的构造方面具有较大优势，这也是得益 于工作流管理系统圆体系结构和关键技术的长期研究。某些服务组合研究项目 所提供的运行环境基本上就是其早期的工作流管理系统的改进。 因此，基于业务流程的服务组合方法的特点是：建模时多依赖于开发者对于 问题的理解，自动化程度不高：模型与运行系统的映射直观，实现相对简单，实 用化程度高。目前许名著名的研究项目平采用基于业务流程的组合方法。 基于协作的组合方法 基于组件协作的服务组合方法通过描述组件服务之间的消息编排f 消息交换 序列) 来建模组合服务。这种方法可溯源至电子商务领域中对于商业协议的描述 方式，认为通过描述组合服务中各个参与者之间遵循的消息交互规范就可以定义 它们的协作行为，在组合时每个参与者引用组合描述并声明自己的角色。例如， e b ) 。沮。【”1 中的b p s s ( b u s i n e s sp m c e s ss p e c i f i c 撕o ns c h e i i i a ) 提供了描述多方参与 的组合中各方之间通过消息交换实现的协作过程的基本框架。这种组合方法着眼 于消息交换行为，对于描述多方参与的协作过程是一种较为直观的建模组合服务 的方法。同时，该方法与c c s 、“演算等描述并发进程间通信的形式化手段能 够建立直观的映射，从而支持组合模型行为性质的分析。 但是由于组合服务模型定义了组件服务的行为，因此修改组合服务模型意味 着对于组件服务行为设计的变更，因此它的灵活性相对较差，不太适宜于描述动 4 山东大学硕士学位论文 态的服务组合场景。虽然组件协作的服务组合方法可以看作分布构件组装的一种 扩展，但是由于目前基于分布构件的运行系统并不直接支持对于构件交互协议的 描述和执行，因此该方法的运行系统支持较弱，实用化程度不高。 基于规划的组合方法 基于规划的组合方法将经典的人工智能( a i ) 规划思想引入服务组合技术。通 常意义上的规划问题可以描述为一组可能的世界状态、一组可执行的动作以及一 组状态变迁规则，规划的目标是寻找从初始状态到达目标状态的一组动作序列。 对于基于规划的服务组合而言，初始状态与目标状态是用组合服务的需求来 定义的，动作则是一组可用的组件服务，状态变迁规则定义了每个组件服务功能 的前件与后件p o 】。因此，服务组合的过程就是从可选的组件服务中寻找一组服 务使得该组合服务的功能能够满足组合服务的需求定义。可以看出，基于a i 规 划的方法侧重于组合模型建立过程的自动化。目前这方面的工作主要是借助a i 领域的经典研究方法，如情景演算、规划域定义语言( p l 锄i i l gd o r n a i nd e f m m o n l 舭g u a g e ) 、定理证明等，并与语义w 曲技术相结合，研究语义w 曲服务【3 1 l 、组 合目标分解、组合推理以及组合服务模型的自动构造方法。这一方法具有浓厚的 形式化色彩，对于组合的正确性的关注贯穿组合的整个过程。比较而言，基于 m 规划的方法对于运行系统的关注比较少，事实上要达到a i 规划方法的目标， 即实现全自动的服务组合，本身是一个十分复杂的过程，因此目前这一方法还处 于理论、方法的研究探索阶段。 上述三种方法的研究重点各有不同侧重，其技术特点和成熟程度也不同。它 们之间的比较如表1 1 所示。 山东大学硕士学位论文 基于业务流程的方法基于组件协作的方法基于规划的方法 核心描述对象 活动 消息编排动作与状态变迁 建模自动化程度较低，依赖开发者建较低，依赖开发者建较高，以自动建模 立组合服务模型立组合服务模型为目标 组合正确性保证 可借助p e 缸i 网等形可借助进程代数等形保证组合的正确性 式化工具分析和验证式化工具分析和验证 执行自动化程度强调执行的自动化对执行自动化支持弱不关注执行自动化 灵活性 较好 较差 好 应用范围 广泛有限 广泛 实用性具有实用化的基础实用化程度不高研究探索阶段 表卜1 当前几种服务组合方法的比较 1 3 研究内容及主要工作 基于以上的分析，整合w 曲服务、本体以及工作流等技术，建立领域资源语 义模型和服务语义模型，研究建立了基于语义w 曲服务的应用集成平台 s w s a i p ( s e m a r n i cw e bs e i c eb 罄e da p p l i c 撕o nh l t 删i o np 1 a 响啪) 。其基本结 构是一个基于w e bs e i c e 的整合了消息代理和流程服务的集成中间件，但是进 行了重要的语义扩充。应用系统通过接口封装，成为w e bs e r v i c e ，并经过语义 描述，在框架中注册发布，使得框架本身成为一个具有扩展语义的服务注册中心。 各应用服务( 应用系统封装而成) 根据应用场合的不同，可以分别充任服务请求 者或者服务提供者，而s w s a 】p 则作为服务中介，负责服务的发现、基于内容 的消息路由以及业务流程的整合等工作，从而使应用系统保持各自的独立性和自 主性，同时增强业务流程的灵活性。 本文主要对面向服务框架下基于语义的w 曲服务自动组合进行了研究，其中 的主要工作和成果如下： ( 1 ) 提出了基于语义w 曲服务的应用集成平台的逻辑框架。它由中心协调模块、 服务注册模块、服务匹配模块、业务流程模块以及语义管理模块组成。 ( 2 ) 提出了扩展的语义w 曲服务描述模型x s w s d m 。使用该模型从功能、语义、 逻辑三方面描述一个w 曲服务，提供更多的w 曲服务语义信息。 6 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) 提出了一种基于服务的输入、输出、前提和影响的服务组合算法；通过判断 组合服务语义图是否匹配用户请求的语义图判断组合服务是否满足用户请 求。 1 4 本文组织结构 本文的内容分为六章。 第一章是绪论部分，主要介绍了面向服务框架下基于语义w 曲服务组合的必 要性和目前的研究状况；提出了研究的主要问题和本文的主要工作；最后说明论 文的整体结构。 第二章概述了基于语义w 曲服务的应用集成平台的总体设计框架，并对各组 成部分进行了介绍。 第三章描述了扩展的语义w 曲服务的描述模型，说睨了如何从功能、语义、 逻辑三个方面建模表示w 曲服务，并讨论了服务的前提和影响在服务组合中的 作用。 第四章介绍了基于服务输入、输出、前提和影响的服务组合方法，阐述了 w 曲服务的动态组合过程以及根据语义图判断组合服务与用户请求是否匹配方 法。 第五章为系统的应用实例与性能分析。给出了系统的应用实例并对系统的应 用进行了分析。 第六章为全文的结束语。总结了本文的主要贡献和不足，并讨论了可以进一 步研究的方向和问题。 1 5 本章小结 本章主要讨论了本文的研究背景，对面向服务的架构s o a 的发展和研究现 状进行了简单的回顾和总结，对当前的服务组合方法基于业务流程的组合方法、 基于协作的组合方法和基于规划的组合方法做了简单对比。本文还分析了目前应 用集成所面临的新的挑战和需求，从目前现有的研究来看，语义信息对服务组合 的重要作用还没有得到充分的重视和体现，因此，本文的研究从这个角度入手， 期望为面向服务架构下的服务自动组合提供更加完善的解决方案，具有很大的研 山东大学硕士学位论文 究和应用价值。 本章还概述了本论文的主要研究内容和主要工作以及研究意义，并对全文的 组织结构进行了介绍。 8 山东大学硕士学位论文 第2 章基于语义w e b 服务的应用集成平台 2 1 洲s a i p 的体系结构 基于语义w 曲服务的应用集成平台框架( s e n 瑚t i c 、bs e i c e - b 嬲e d a p p l i c a t i h l t e g r a d o np l a 偷m ，s w s a i p ) 的体系结构可以以分层的方式进行构 建，从上到下依次为：组合服务实例描述层，业务过程描述层，服务语义描述层， 服务接口描述层，儿格式消息层和网络传输层。其中，中间三层是语义描述 层，有一个代表集成领域本体语义的语义资源层对这三层提供语义支持。如图2 1 所示。 ：蓊谰一j 一 业务过髓盛逑艋1 缀锫诱义撼避艨l 溅务接i l 描述艇i 图2 一ls w s a i p 的层次模型 组合服务实例描述层w 曲服务分布在不同的系统和组织中，将这些w e b 服 务组合在一起完成一定的功能，需要有一种描述来将它们联系在起，以便能够 集中控制组合服务的运行，本文采用目前比较流行的w 曲服务商业过程执行语言 饵戚n e 蟠p r o c 髂se x e c l n i o nl 锄g u a g ef o rw 曲s e r v i c e s ，b p e l 4 w s ) 来描述组合服 务实例，并利用b p e l 4 w s 的执行引擎a c t i v e b l ) e l 来控制组合服务实例的执行。 语义资源层为了更好的描述集成领域内的概念和概念之间的关系，使得计 算机可以理解概念，并能够通过推理知道概念彼此之间的联系，模型在这里加入 了一个语义资源层。这一层由资源描述框架r d f 、r d fs c h 咖a 描述的本体构成， 对领域内的概念进行抽象化描述，从业务过程的描述层往下，一直到服务接口描 述层都需要本层的语义支持。 业务过程描述层这一层描述为解决用户的一个复杂需求所要涉及到的活 动以及活动间的关系，也就是对组合服务的抽象化的描述，也是层次模型中抽象 山东大学硕士学位论文 程度最高的一层。这一层通过制定组合服务方案来“指导”系统如何将抽象的活动 影射到具体的服务，组合服务方案的描述是这一层的核心内容。 服务语义描述层w 曲服务要使得系统根据抽象活动的信息自动的被发现， 其自身的描述信息必须能够被计算机所理解。这一层主要有) f 、r i ) fs c h e m a 构成，资源描述框架r d f 文件包含多个资源描述，而一个资源描述是由多个语句 构成，一个语句是由资源、属性类型、属性值构成的三元体，表示资源具有的一 个属性。资源描述中的语句可以对应于自然语言的语句，资源对应于自然语言中 的主语，属性类型对应于谓语，属性值对应于宾语。r i ) f s 是用来对) f 数据模 型用到的词汇进行定义。r d f 是以属性为中心的思考方法，不是具体定义属性的 值，而是定义了拥有这个属性的主体( 资源) 的范围( 定义域) ，和这个属性可以取 到的值的范围f 值域) 。 服务接口描述层 该层由w s d l 、o w l - s 语言组成。w s d l 构成，描述了w 曲的接口和位置信 息。w s d l 是w 曲服务的说明语言，以标准的w 曲服务接口语法，使得分布在不 同地方、不同系统和不同类型的服务之间可以相互交互：o w l s 语言从功能概 念、输入输出、前提结果等方面对w e bs e n ，i c e 的意义进行描述，使之成为语义 w e bs e i c e 。其语义信息是通过语义资源层中的资源本体提供支持的，服务发 现、匹配过程中的推理都可以归结为本体概念的推理。 消息层和传输层为了实现s o a p 消息与基于j 2 e e 的组件和消息交换应用程 序通信，采用了基于j m s 的s o a p 消息交换机制。这样就可以启用基于s o a p 的异 步消息交换，并使s o a p 消息可使用j m s 提供程序实现可靠的和受保护的消息传 递。 上述模型描述了w 曲服务组合的整个层次结构，其中，服务的语义描述层、 业务过程的描述层和组合服务实例的描述层是本模型对传统w 曲服务所做的语 义扩展，服务的语义描述决定了业务过程中抽象活动的描述，业务过程的描述又 决定了组合服务实例的生成，它们构成了w 曲服务组合的主体。 2 2 洲s a i p 各部分的组成 基于语义w 曲服务的应用集成平台框架( s w s a 邛) 的框架如图2 2 所示。该 1 0 山东大学硕士学位论文 框架主要由以下几个部分组成：中心协调模块、服务注册模块、服务匹配模块、 业务流程模块以及语义管理模块。 中心协调模块 图2 2s w s a i p 平台框架 中心协调模块是整个s w s 姬，平台的核心控制和协调调度模块，也是平台的 对外接口。它的主要功能包括三个部分： 服务请求代理：相当于一个消息服务器的作用。对外封装成集成平台提供给 应用系统的公共服务，主要实现消息的存储和管理，是平台接收服务请求的 入口。它接收服务请求，并进行服务请求的解析，将相关信息提交给平台其 它模块进行下一步处理； 服务调用代理：主要由流程执行引擎构成，是平台对外调用服务的出口，用 来控制平台生成的可执行流程的运行，并返回结果到服务请求代理； 控制和调度：协调和调度平台的其它各模块共同完成一个服务请求过程。 山东大学硕士学位论文 服务注册中心 s w s 舢p 的服务注册中心由一个本地的u ) d i 注册中心和若干工作模块组 成，实现应用系统服务的注册、查询和语义映射工作。 为了实现兼容性，s w s a 口的服务注册是在传统的w e bs e i c e 注册机制 u d d i 的基础上实现的，并对u d d i 进行了语义扩充，除了保持原u d d i 基于名 字的服务查询和发现功能外，还扩展了基于内容( 语义) 的服务发现和评估功能 ( 与服务匹配模块相配合) 。 经过接口封装的各应用系统服务，除了在u d d i 进行正常注册之外，还使用 0 w l s 对其进行语义描述，并建立u d d i 与o 、l s 服务描述之间的语义映射， 以支持两种不同类型的服务发现机制。 服务匹配模块 匹配引擎：根据服务请求内容，对服务注册中心的服务进行语义匹配，并返 回最优的服务； 服务质量评估：根据服务匹配和运行的情况对服务进行评估，评估的结果作 为注册信息的一部分追加到服务注册信息中，作为今后服务匹配和选择的参考因 素。通常存在多个同类的服务均能满足需求，但是各个服务的服务质量( q o s ) 却不相同。同时由于网络条件的限制，w 曲服务存在很大的不确定性；而且服务 提供商提供的服务的描述，可能跟实际的服务存在出入。因此需要建立服务评估 机制，评估服务的质量，作为选择服务的参考。 业务流程模块 当一个服务请求需要一个复杂业务过程才能够完成时，首先该服务请求会进 行分解，分解为基本服务请求，每个基本服务请求都要经过服务的匹配过程，最 后，所有匹配的服务按照业务定义中定义的逻辑顺序进行服务组合，形成可执行 的流程实例，最后解释执行。 语义管理模块 该模块是平台语义信息的管理模块， 档) 的管理与访问都要通过该模块进行； 块进行。 领域本体和服务本体( o 、l s 描述文 另外，复杂业务的定义存储也通过该模 山东大学硕士学位论文 2 3s w s a l p 的流程 上文对s w s a 口各个部分的功能以及其模型基础进行了详细的讨论，下面对 s w s a m 的工作原理和运作流程进行简单说明。 定 义 阶 段 执 行 阶 段 图2 3s w s a i p 基本工作原理 如图2 3 所示，s w s a 口的工作过程从总体上可以分为定义阶段和执行阶段 两个阶段。定义阶段包括两个独立的过程，分别是服务描述和注册以及业务定义： 而执行阶段从用户发出服务请求开始，到服务执行完毕，用户获得返回结果完成 一次完整的服务请求过程( 图中带标号的单箭头代表s w s a 口的工作流程的步 骤转移，不带标号的双箭头代表工作过程对本体、服务注册中心以及业务定义库 的引用) 。 定义阶段： ( 1 ) 服务注册请求的提出； ( 2 ) 对服务进行语义描述，获得服务语义插述文档： ( 3 ) 将服务发布到服务注册中心； ( 4 ) 开始业务定义； ( 5 ) 将复杂业务定义存储到业务定义库； 执行阶段： 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) 用户提出服务请求； ( 2 ) 用户提出服务请求； ( 3 ) 服务请求代理接收到服务请求后，经过解析，如果涉及复杂业务过程， 则将其移交给任务分解模块进行复杂任务分解； ( 4 ) 如果是简单服务请求，则直接进行服务匹配； ( 5 复杂业务过程分解后的，分解所得的业务活动作为新的服务请求进行服 务匹配： ( 6 ) 经过任务分解，流程处理的下一步控制权将转移到服务组合； ( 7 ) 由复杂业务分解出来的业务活动进行服务匹配( 第9 步) 的结果反馈到 服务组合模块； ( 8 ) 经过服务组合生成的可执行流程实例存储到流程实例库： ( 9 ) 流程实例通过流程引擎解释执行： ( 1 0 ) 简单服务匹配结果通过服务调用代理调用执行； ( 1 1 ) 服务执行结果返回给用户。 s w s a i p 是一个为了支持行业领域内应用集成目的而设计的通用框架，平台 采用s o a 架构，建立在标准的协议基础之上，采用完全开放的集成方式，新系 统的引入开放自如，并且接口封装技术也保证了遗留系统的开放集成；在功能上 进行了语义扩充，其语义支持完全由平台中配置的领域本体来提供，可以根据应 用领域进行配置，使得平台本身突破了应用领域限制，实现了平台的应用通用性， 并且，在本体建设和规划上作了迸一步的加强和优化，还可以实现更大规模和跨 行业、跨领域的应用集成：同时，语义技术的采用还大大提高了平台的灵活性和 可扩展性，业务的定义完全依赖于其本质的特性，而与具体的应用系统无关，业 务流程动态生成，使得业务的定义与执行完全独立，这种灵活性也使得系统的扩 展成本大大降低，同时平台本身也可以随着新技术的发展得到进一步扩展，提高 了平台的生命力。 2 4 本章小结 本章重点介绍了基于语义w e bs e i c e 的应用集成平台s w s a 口框架的总体 体系结构，对该框架的各功能单元中心协调模块、服务注册模块、服务匹配模块、 山东大学硕士学位论文 业务流程模块以及语义管理模块进行了详细的描述，并详细论述了框架的基本工 作原理，以及如何利用本体提供的语义支持能力，为w e bs e i c e 赋予语义表示， 实现基于服务请求内容( 而不是语法) 的服务发现、匹配以及服务组合。 山东大学硕士学位论文 第3 章语义w e b 服务的描述模型 3 1 扩展的语义w e b 服务描述模型 当前许多已有的组件模型( 比如w s d l 、j a v a b e 锄e j b 、c o 通过定义组件的 操作和属性来表达组件。在这些模型中，操作被定义为一组输入和输出序列，输 入和输出定义为名称和数据类型的序列( ) 。类似的，属性 也被定义为名称和数据类型的序列。虽然操作、输入、输出和属性的名称可以隐 含它们的语义，但是现有组件模型并不能显示的表达整个组件的语义信息。因此 需要依靠组件规范说明之类的外部文档来获取组件的语义信息。 s o a 框架下普遍使用的w 曲服务技术主要采用了v 几、w s d l 、s o a p 、u d d i 等技术，同样这些技术可以表示服务的功能，实现w 曲服务的描述、发布、发现 和调用。由于没有把w 曲服务的语义信息涵盖进去，无法有效的实现服务的自动 组合。如果把w 曲服务的语义应用到服务自动组合中，实现服务的自动组合，将 能够提供更大的便利。因此，在描述w 曲服务时，不仅要包含传统的商业名、商 业描述、服务提供商的联系方式等简单信息，还应更多的关注本体、规则等服务 本身的内容。为了显示的表示服务的语义信息，在原有w 曲服务描述规范的基础 上，对传统的w 曲服务描述方式进行了扩展，设计了扩展的语义w 曲服务描述模 型x - s w s d m ( e x t e n s i v es e m a r n i cw e bs e i c ed 器c r i p t i m o d e l ) 。为了便于服务的 自动组合，在扩展的语义w 曲服务描述模型中，包括服务的功能描述、语义描述 以及逻辑描述三方面p 筇3 1 。每一种描述都表示成语义图的形式，其中语义图中的 符号基于概念图9 ”邛6 ，”，概念图是一种基于人工智能的语义网络的逻辑系统，使 用一种逻辑精确、人工可读并且机器可理解的方式表达含义。通过和语言的直接 映射