（计算机应用技术专业论文）web服务组合模型及相关技术的研究.pdf

哈尔滨f ：稗人学硕十学何论文 摘要 随着计算机网络技术和应用的迅猛发展，人们对互联网的需求也进一 步提高，希望互联网能够有效地提供他们所需的各种服务。企业如何利用 已有资源，在新的i n t e m e t 环境下根据用户的新需求，整合出符合要求的、 有效的新服务，已经成为一个迫切需要得到解决的问题，服务组合问题的 提出j 下是应用需求驱动的结果。 在w - e b 服务组合研究领域，相关研究已经展开，但对w e b 服务组合模 型的建立欠缺一个全面通用的描述，对模型中体系结构的描述只限于为了 满足服务组合的目的而创建，另外对于w 曲服务组合中结构冲突的检测研 究甚少，同时在对服务组合方案的评价优化问题方面的相关研究也不充分， 这两方面的薄弱影响了w 曲服务组合的广泛应用。如何较为圆满的解决以 上问题还是一个崭新的研究课题。 论文首先综述了服务组合相关研究领域的研究现状，对相关基本概念、 术语进行了统一和定义。随后，集中研究w e b 服务组合的更为通用和全面 的描述，提出了一个开放的、具有可扩展性和可伸缩性的w e b 服务组合模 型，并从软件体系结构的角度将具有特殊功能部分的实体使用连接件的概 念进行描述。该模型包括了一个通用和统一的抽象框架模型，以此作为开 展服务组合其他部分研究工作的基础。基于上述在服务组合模型方面的研 究成果，论文提出了一个w e b 服务组合结构的冲突检测改进算法，保证了 组合系统所甄选的服务组合具有可行性；再者，基于层次分析法和网络计 划方法，论文研究了组合方案进行评估优化的优化算法，从时间性能上对 组合方案进行了优化，并提出了一个基于q o s 的方案评价算法，为w e b 服 务方案的选择提供了依据。 关键词：w e b 服务，w e b 服务组合，冲突检测，评价优化 哈尔滨r ；f 旱大学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h em u s h r o o mo ft h en e t w o r kt e c h n o l o g ya n di t s a p p l i c a t i o n u s e r s r e q u i r e m e n t sw e r ee n h a n c e d t h u s ，v a r i o u ss e r v i c e sw h i c hw e r ea b l et os a t i s f y a l l r e q u i r e m e n t se f f e c t i v e l yw e r ee x p e c t e d f o re n t e r p r i s eh o wt oc o m p o s e c o n g r u o u sa n da v a i l a b l en e ws e r v i c e s ，b a s e do nt h en e wr e q u i r e m e n t si nt h e n e wi n t e r n e t e n v i r o n m e n t ，u t i l i z i n g t h o s e l e g a c y r e s o u r c e sh a sb e c o m ea c h a l l e n g i n gp r o b l e mn e e d i n gt ob er e s o l v e di m m i n e n t l y t h ep r o b l e m ( w e b s e r v i c ec o m p o s i t i o n ) i st h er e s u l to fd e m a n d d r i v e n i nt h ef i e l do fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，s o m er e s e a r c hh a sb e e ne x p a n d e d ， b u tt h e r ei sl a c ko fc o m p l e t e dd e s c r i p t i o nt ot h em o d e l ，a n dt h er e s e a r c ht ot h e a r c h i t e c t u r eo ft h em o d e li sl i m i t e dt os a t i s f y i n gt h ea i mo fs e r v i c ec o m p o s i t i o n ， t h er e s e a r c ho nw b bs e r v i c es t r u c t u r ec o n f l i c t sa n ds c h e m ee v a l u a t i o n o p t i m i z a t i o nh a sa l s or a r e l yb e e nr e a c h e d w e a k n e s s e si nt h e s et w oa s p e c t s h a m p e rt h ew i d ed e p l o y m e n to fw s c h o wt or e s o l v et h e s ei s s u e si d e a l l yi sa n o p e np r o b l e m f i r s to fa l l ，t h i sp a p e rd e f i n e st h eb a s i cn o t i o n ，s u m m a r i z e st h ei n i t i a l r e s e a r c ha n dt h e a c t u a l i t y i nr e l a t e dd o m a i n s s e c o n d l y , ac o m m o na n d c o m p l e t e df r a m e w o r km o d e lh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，a n dd e s c r i b e sac o n n e c t o r w i t hs o f t w a r ea r c h i t e c t u r ev i e w t h i sm o d e lh a si n c l u d e dac o m m o na n d i n t e g r a t e da b s t r a c tf r a m e w o r km o d e l ，a n dh a dp r o v i d e dab a s i sf o rf u r t h e r r e s e a r c h s u b s e q u e n t l y , t h ea u t h o rp r o v i d eai m p r o v e da l g o r i t h mf o rc h e c k i n g c o r r e c t n e s so fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ns t r u c t u r e ，i tc h e c k st h ef e a s i b i l i t yo f s e l e c t e dw 曲s e r v i c e s ；f i n a l l y , b a s e do nt h eh t na n dn e 帆o r kp l a n a u t h o rh a s f o c u s e do nt h ee v a l u a t i o n o p t i m i z a t i o nc o m p o s i t i o ns c h e m e ，i th a sp r o v i d e da b a s i sf o rw e bs e r v i c ec h o i c e k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ；w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ；s t r u c t u r ec o n f l i c t d e t e c t i o n ；e v a l u a t i o na n do p t i m i z a t i o n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的 指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、 数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对 应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 作者( 签字) ： 叩乎佣 日期：鼋年z 月2 c i e t 哈尔滨t 程大学硕十学1 _ 7 ：论文 第1 章绪论 1 1论文研究的目的与意义 2 0 世纪9 0 年代以后，随着计算机与网络技术的发展，特别是i n t e m e t 应用日益普及的情况下，现代企业的信息系统越来越表现出自治、异构、 分布的特点，相应的企业信息资源也分布在异构的计算环境中，而随着企 业信息化，电子商务的进一步推进，整合不同信息系统与信息流程的需求 也越来越迫切。传统的分布式处理技术( 1 w i ，j i n i ，c o r b a ，d c o m ) 的 广泛应用，虽然在一定程度上解决了信息系统整合的问题，但是都存在着 明显的缺陷。它们要求服务客户端与系统提供的服务本身之间必须进行紧 密耦合，即要求一个同类基本结构。这样的系统往往十分脆弱，如果一端 的执行机制发生变化，那么另一端便会崩溃。例如，如果服务器应用程序 的接口发生更改，那么客户端便会崩溃。这种模式在处理公司内部紧密耦 合的流程时并没有太大问题，但是当各个公司之间需要相互合作时，这种 相对封闭的模式便无法提供良好的支持。 w e b 服务技术的出现在一定程度上解决了异构信息系统集成的问题， 它使用标准协议规范，为用户提供了高度可集成能力。根据w 3 c 的定义： “w e b 服务是一种通过u r i 标识的软件应用，其接口及绑定形式可以通过 x m l 标准定义、描述和检索，并能通过x m l 消息及互联网协议完成与其 他应用的直接交互”n ，。 由于w - e b 服务采取简单的、易理解的标准w 曲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 最高的可集成性。开发人员可以利用w e b 服务技术为原有的封闭系统创建 统一的消息接口，并使之能够通过现存的开放式网络协议如h t t p 、f t p 、 s m t p 被访问。 而在系统开发方面，w e b 服务技术的出现也带来了一种全新的思路， 对于一些完成通用功能的系统模块，完全可以不必自己开发，而是通过搜 l 哈尔滨i ：程大学硕十学何论文 索现有w e b 服务系统，配合特定用户的商务逻辑来组合成新的系统，充分 缩短软件开发的周期。目前，有实力的公司将自己的服务作为w e b 服务发 布已经成为大势所趋。如搜索公司g o o g l e 已经对外发布了名为g o o g l e s e a r c h 的搜索w e b 服务，用户可以通过调用其a p i ，将搜索功能集成到自 己的系统中来；而微软也发布了股票报价w e b 服务，对外实时提供股票价 格变化服务；在移动通信领域，中国移动通过w e b 服务丌放其网络服务能 力，使用户能够很容易地将短消息，w a p 集成到自己的系统中来，而不需 要去了解复杂的电信知识，而其它w e b 服务更是提供了从产品报价、天气 预报、车票预订、酒店预约等各个方面的服务“。 w e b 服务技术的出现，实际上解决了两个方面的问题，一是小范围内 企业信息集成的问题，而其更重要的影响是带来了软件开发思路的转变， 通过组合现有的w e b 服务，可以对外提供更为复杂和更为个性化的服务。 目前w e b 服务组合技术己成为工业界和学术界的研究热点，就w e b 服务技 术本身来说，其对服务注册、服务描述、服务发现方面的支持已经较为完 善。而在服务集成领域，由于涉及到用户逻辑以及w e b 服务语义方面的问 题，在技术上并不十分成熟，这一领域，又恰恰是w e b 服务技术今后的发 展方向所在。 到目前为止，国内外已有许多学术机构、研究机构在从事w e b 服务组 合方面的研究，并取得了一定的研究成果。以往对w e b 服务的研究，对服 务组合语言规范，服务组合验证方面，w 曲服务组合服务发现方面，w e b 服务语义化方面关注的比较多，而却没有一个通用的全面的w r e b 服务组合 模型对w 曲服务组合流程有一个清晰的描述，本文通过分析w e b 服务技术 特性，结合软件体系结构中的相关概念，提出了一个比较全面的w 曲服务 组合模型，对组合过程中涉及的问题进行了深入的分析，并比较深入的对 服务执行流程的冲突检测和评价优化进行了研究，提出了改进算法。 1 2 国内外研究现状 对于w e b 服务组合，国内外都进行了大量相关研究也取得了很大成果， 现列举比较有代表性的w e b 服务组合方案列举如下。 基于工作流技术的w e b 服务组合系统，提供了从基础服务的搜索、组 2 哈尔滨t 稃大学硕十学侍论文 合服务的设计、组合服务的定义，到组合服务的执行与监控等功能，它改 善了必须通过编程才能完成的w e b 服务组合工作。但是由于工作流技术本 身的局限，它对动态w e b 服务组合支持不足。 e f l o w 系统是基于工作流技术中w e b 服务组合系统中最成功的一个， 但是它必须依赖于专有的e s p e a k 系统，使用e s p e a k 自己的协议和指定注 册到e s p e a k 中才可以与e f l o w 的服务总线进行交互，这显然对开放的w e b 服务环境支持不足。，。 基于语义的w e b 服务组合虽然支持动态w 曲服务组合，但是它的基础 是本体，通过本体支持服务发现和组合过程中的自动推理。本体的语义过 于复杂，难以理解，现阶段工业界对它的支持较少，难以大规模构造业务 应用。现有的语义w e b 服务的描述只是以简单的前置条件( p r e c o n d i t i o n ) 和效果( e f f e c t ) 来表示，服务提供者在发布服务时，难以对服务的前置条 件和效果做出正确的定义。服务提供者和用户对同一个w e b 服务可能会有 不同的认识，因此就会出现用户关心，但服务提供者未声明的效果，这样 就导致满足功能需求的服务不能被发现m ，。 文献【4 】中荷兰提尔堡大学分布式研究小组提出了一个完整的w e b 服务 组合开发方法。此方法包括：提出需求、需求分析、采用模型驱动的组合 方法、执行w 曲服务组合、在模型驱动过程中重用w 曲服务组合。 此方法分为五个阶段： ( 1 ) 计划阶段( p l a n n i n gp h a s e ) ：此阶段通过使用文献【8 】所提供的形式 化服务请求描述，提取或者聚合服务操作，这些服务操作用于满足用户的 服务请求。 ( 2 ) 定义阶段( d e f i n i t i o np h a s e ) ：此阶段定义抽象w e b 服务组合，且 规定了w 曲服务组合的连续活动，以及这些活动操作时的限制、信息要求、 发生在执行时额外的行为。 ( 3 ) 列时间表阶段( s c h e d u l i n gp h a s e ) ：此阶段决定w e b 服务怎样运行、 什么时间运行，以及怎样为执行做准备、什么时间为执行做准备。通过关 联表达数据独立性的消息和同步连续行为的执行，此阶段产生可选的组合 计划并提供给开发者以供选择。 ( 4 ) 结构化阶段( c o n s t r u c t i o np h a s e ) ：此阶段从被要求的或者潜在的可 1 哈尔滨t 程人学硕十学侍论文 用的内部服务集合中选择服务以形成一个具体w e b 服务组合。同列时间表 阶段相似，系统产生可选的结构模式以供开发者选择( 例如根据价格或者 服务质量) 。 ( 5 ) 执行阶段( e x e c u t i o np h a s e ) ：在此阶段系统执行结构化的w e b 服 务组合。不过该小组最终并没有选用其他的可执行语言，比如w e b 服务业 务过程执行语言( b 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 bs e r v i c e s ， b p e l 4 w s ) ，而是开发了服务计划语言( s e r v i c es c h e d u l i n gl a n g u a g e ，s s l ) 与w e b 服务组合执行语言( s e r v i c ec o m p o s i t i o ne x e c u t i o nl a n g u a g e ，s c e g ) 用于组合的执行。s s l 和s c e g 都是形式化的语言。该小组还提出服务组 件( s e r v i c ec o m p o n e n t ) 以及服务组件类( s e r v i c ec o m p o n e n tc l a s s ) 概念， 给出服务组件的表现形式，呈现出对w e b 服务组合的重用，这是通过提升 w e b 服务的抽象水平，并利用软件工程原则进行实现。 服务组件的提出是为了提高w e b 服务组合的抽象水平。服务组件类同 组件和类一样也可扩展，重用，继承等。 该小组在所述的五个阶段中还提出了基于模型驱动的自动服务的组 合。通过使用对象限制语言( o b j e c tc o n s t r a i n tl a n g u a g e ，o c l ) 提供对 行为的前置条件以及后置条件进行描述。在此基础之上利用七个w e b 服务 组合元素( a c t i v i t y ，c o n d i t i o n ，e v e n t ，f l o w ，m e s s a g e ，p r o v i d e r ，r o l e ) 的 实例建立业务模型。当进行w e b 服务组合时，每当从库中选取一个a c t i v i t y 实例时，根据模型旱的前置条件以及后置条件来决定其他组合元素实例， 以形成新的服务的组合。 该小组虽然提出服务组件以及服务组件类的概念，但依然有不足之处， 如没有给出具体定义，对抽象的w e b 服务组合没有进行结构冲突检查等。 1 3 论文主要研究内容与组织结构 本文主要研究工作如下： 针对w e b 服务组合模型研究较少的问题，提出一个通用的全面的w e b 服务组合抽象框架模型，以作为问题总体解决方案的构建基础，对其他各 方面的深入研究起着重要的指导作用。 根据该w 曲服务组合模型，针对w e b 服务组合的结构冲突检测问题， 4 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 提出一个改进的冲突检测算法，以支持w e b 服务组合工作流程的其它方面 的顺利执行。 针对w e b 服务组合方案评价问题提出了一个通用的组合方案的评价优 化算法，该评价优化方案将结合层次分析法和网络计划方法从时间角度对 方案进行优化，从多个方面对方案进行评价。 本文在论文组织结构方面是如下安排的： 第1 章是绪论部分，介绍课题研究的目的与意义，以及课题的国内外 研究现状。 第2 章是关于w e b 服务的简介，介绍w e b 服务，语义w e b ，w e b 服务 q o s 等与后续研究有密切关系的关键技术。 第3 章是w e b 服务组合模型，对w e b 服务组合过程中涉及的主要问题 以及运行流程，建立组合框架的基本模型，并详细介绍了模型的各部分组 成。 第4 章是w e b 服务组合执行流程的冲突检测，根据w e b 服务组合模型， 提出执行流程结构冲突的检测方法，针对传统检测方法的不足，提出了一 个改进的检测算法。 第5 章是w e b 服务组合执行流程的评价优化，在w e b 服务组合模型的 基础上，找到执行流程的时间优化途径，提出一个时间性能上的优化算法， 并研究了基于q o s 的w e b 服务方案评价算法，最后进行了实验验证。 w e b 服务组合模型是基础，结构冲突检测和评价优化是模型的重要组 成部分和关键技术。全面，通用和正确的组合模型是进行后续研究工作的 基础，缜密的冲突检测手段是w e b 服务组合的流程能够正常运行的保障， 完善的优化评价算法是组合方案能够符合用户预定目标的保证。文章的3 、 4 、5 章覆盖了w e b 服务组合过程中各阶段的问题。 哈尔滨i ：稃大学硕十学何论文 第2 章w e b 服务 通过分析该领域的研究历史可知，w e b 服务组合是一个跨多种学科的 研究领域，涉及了分布式计算、工作流、软件构件、人工智能和语义本体 等多个领域的知识。要对w e b 服务组合进行研究必须首先对服务，分布式 计算，w 曲服务，服务的分类，w e b 服务q o s ，语义w e b 等基本概念有所 认识。本章主要介绍相关w e b 服务的基本概念及相关内容，为后续章节的 研究奠定基础。 2 1 面向服务的分布式计算 首先，有必要对术语服务( s e r v i c e ) 的技术与非技术含义进行说明。从 技术上看，服务可以归纳为一个接口，供运行时进行调用。在更贴近人类 生活的非技术方面，例如订购书籍或者签订保险合约之类。服务是某方( 服 务提供者) 提供的一些功能，可以为客户完成一些其需要的工作。服务的 技术和非技术含义之间存在着松散的对应关系，一个非技术的服务可能需 要多个技术上的服务接口，甚至是一整套信息系统的支持。 所有支持类似a p i 接口方式调用的分布式技术都可以看作是基于服务 的。因此，所有的主流分布式技术，包括了r p c 、d c e 、c o r b a 、r m i 、 d c o m 等，都是基于服务的。 在分布式计算领域，过去的几十年间已经发生了相当大的变化。从最 初的r p c ，到融合了面向对象技术的分布式对象计算d o c 。分布式计算技 术一直致力于提高分布异构环境下应用软件开发和集成的效率，降低开发 和集成的难度，使得应用软件具有更好的可重用性、可移植性和可扩展性。 围绕这一目标，不少技术应运而生。早期有在对象级别的重用，如c o r b a 系统中对遗留系统的封装，可以使其统一在o r b 总线环境中自由调用。随 后有构件级别的组合，可以做到利用已有构件和外来构件，重新组合推导 出具有新功能的构件。这两种技术的粒度都较为细小，参与部分紧密耦合， 只能应用在环境较为固定单一的企业内部。笼统的讲，这些传统的企业软 件架构一般分为两层：业务层和技术层，它们之间不能够直接映射，这导 6 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 致了上下两层的变化1 i 能够得到对应的实时响应，。 本质上讲，面向服务的系统并非是个新概念。技术方面，虽然各种分 布式对象中间件技术( r p c ，d c e ，c o r b a ，r m i ) 也可以称为面向服务 的分布式系统，而且这些传统分布式对象计算技术的出现及发展应用曾经 大大促进了应用系统的集成，已经得到了大量部署应用，但它们做的还不 够。比如它们均需要专用协议实现通信，而这些专用协议在互联网上并不 是主流协议，而且防火墙往往又为通信设置了障碍。实际情况是建立在这 些技术之上的任何解决方案都依赖于单一厂商的实现。而且，建立在各种 分布式对象计算技术之上的系统之间的集成是如何实现的也是一个比较大 的问题。 正是在这种背景条件下，面向服务的体系结构s o a 应运而生。 1 9 9 6 年，由g a r t n e r 最早提出s o a 的概念。2 0 0 2 年1 2 月，g a r t n e r 指 出s o a 是现代应用开发领域最重要的课题，并预计到2 0 0 8 年，s o a 将成 为占有绝对优势的软件工程实践方法“。 s o a 的中心思想就是让企业应用彻底摆脱面向技术的解决方案的束 缚，以应对企业商业服务变化、发展的需要。企业i t 架构环境中单个应用 程序是无法包容业务用户的各种需求的，即使是一个大型的e r p 解决方案， 仍然不能满足这个需求在不断膨胀、变化的缺口。对市场快速做出反应， 商业用户只能通过不断开发新应用，扩展现有应用程序来支撑业务需求。 通过将注意力放在服务上，应用程序能够集中起来提供更加丰富，目的性 更强的商业流程。 基于s o a 的企业应用系统会更加真实地反映出与业务模型的结合。与 传统的企业应用集成架构的区别是基于s o a 的企业应用系统使用基于标准 的服务，并包括过程数据服务、编排和组合，而基于标准的服务成了应用 间的集成点。服务的编排和组合增加了服务的灵活性、重用性和集成性“。 采用面向服务的体系结构能够带来几方面的好处，有助于在今天多变 的商业环境中取得成功。利用现有资产，s o a 提供了一个抽象层将现有的 资产包装成提供企业功能的服务。组织可以继续从现有的资源中获取价值， 而不必重新从头开始构建。更易于集成和降低管理复杂性，在面向服务的 体系结构中，集成点是规范而不是实现。这提供了实现透明性，并将基础 7 喻a ：滇i 样人学硕 学忙论文 设施车l l 实现的改变带束的影响降到最低。通过提供针对耩于完全不同的系 统构建的现有资源和资产的服务规范，集成变得更加】易r 管理，闪为复杂 性是隔离的。更快的u 1 日应和r 1j 速度，从现有的服务中组合新的服务的能 力为需要灵活地响应苛刻的向业要求的组彭l 提供了独特的优势，可以减少 完成软件”发小命剧期所需的h 川。这使得n j 以快速地外发新的、l k 务服务， 并允许组织迅速地时改变做m 响j 衄和减少上市准备时酬。减少成年和增加 一正用，企业i l r 以根抛业务要求更方便地使用和组合服务。这意味资源副本 的减少、以及重川和降低威本的町能性的增加”。 史进步的面向服务的汁算s o c ( s e r v i c eo r i e n t e dc o m p u t i n g ) 文献f 8 1 埘e 述的s o a 进行了更多的扩展。p a p a z o g l o u 等定义s o c 是利h “服务” 作为训刊开发和部署最基本的基础构成的种计算力式。相对卜s o a ，s o c 附j u 的关注点有管理，服务组合和和谐结合，服务的“务管理和协渊等多 项内容，s o c ；叮以表示成如图21 所不的一层体系结构“。 幽2 i 面向服务的计算s o c 哈尔滨下程大学硕十学何论文 从图2 1 可见，s o c 分为三层：d e s c r i p t i o n & b a s i co p e r a t i o n s ，即s o a 层；c o m p o s i t i o n 即服务组合层；m a n a g e m e n t 即服务管理层。 s o a 层：作为基础的第一层，涉及了基本服务及其操作( 服务的发布、 发现、绑定等) ；服务组合层：一个服务组合可以认为是包含了基本服务或 组合组件服务的流程计划。服务组合详细说明了何时调用服务发现，何时 以及如何选择那些可互相替换的服务，以及如何对服务的使用进行排序。 服务管理层：该层负责对底层服务的全面的监督管理和执行。 可以看到服务组合层在s o c 的三层结构中占有重要地位，这个也是本 论文的核心。 2 2w e b 服务 2 2 1 w e b 服务的定义 对w e b 服务有很多不同的解释，通常可以将w e b 服务理解为一种新的 w ，e b 应用程序类型。一般定义为：w r e b 服务是一个软件接口，它描述了一组 可以在网络上通过标准化的x m l 消息传递访问的操作，它使用基于x m l 语言的协议来描述要执行的操作或者要与另一个w e b 服务交换的数据，w e b 服务是一种自包含、自解释、模块化的应用程序，能够被发布、定位、并 且从w e b 上的任何位置进行调用，w e b 服务可以执行从简单的请求到错综 复杂的商业处理过程的任何功能。理论上来讲，一旦对w 曲服务进行了部 署，其他w e b 服务应用程序就可以发现并调用它部署的服务旧- 。 2 2 2w e b 服务的描述 下面对w e b 服务中的相关概念进行形式化的定义说明，以统一规定有 关术语的具体含义和使用范围“。 定义2 1w e b 服务：w e b s e r v i c e = ( f u n c t i o n s ，q o s ，s e m a n t i c ) 定义2 2 服务功能：f u n c t i o n = ( i n p u t o u t p u t ，p r e c o n d i t i o n ，r e s u l t ) 一个完整的w e b 服务的描述定义不应该只关注于早先在功能方面的定 义( 如w s d l ) ，它还应该包含重要的对非功能属性的描述。更进一步的，为 了更好支持相关处理的自动化和智能化，它也应该同时包括与该服务相关 q 哈尔滨t 程人学硕+ 学侍论文 的语义信息。由此，提出了如上的三元组形式的定义。“服务”是人类劳动 的、以活动的、非物品形式存在的使用价值。对于用户而言，w e b 服务的 使用价值首先是其具有的功能，然后是实现这种功能的质量，以及相关的 语义信息。例如，车次查询服务可以提供对列车车次信息的搜索，其服务 质量是搜索的延迟和收费如何，语义信息则包括了输入、输出数据的格式 等。 本文采用了o w l s 里对功能方面的描述作为功能的定义。一项功能的 形式化定义离不开它的输入i n p u t 、输出o u t p u t 、前提p r e c o n d i t i o n 和结果 r e s u l t 。从某种意义上讲，某个功能可以被看作是对数据的一种转换，输入 和输出表示了相关的数据。前提指示了使用这项功能之前必须满足的一些 条件，结果则描述了该功能执行之后可能会产生的一些后果，可以认为它 们是对与功能相关联状态的变化的一种表述。比如售货服务的功能可以进 行如下定义描述： i n p u t ： c r e d i tc a r dn u m b e r c o m m o d i t yn a m e o u t p u t ： r e c e i p t c o m m o d i t y p r e c o n d i t i o n ： v a l i dc r e d i tc a r d n u m b e ro fc o m m o d i t y o r e s u l t s ： t h ec a r di sc h a r g e d c o m m o d i t yn u m b e rm i n u s1 下面再给出服务类的定义： 定义2 3 服务类：s e r v i c e c l a s s = ( f u n c t i o n ，s e m a n t i c ) “服务类 表示具有相同功能的一组服务的语义说明。 对于服务类的关系的定义如下： 服务类关系定义：s i 和s j 是两个服务类。 定义2 4 包含关系：s i c s j 当且仅当 vf u n c t i o n es i f u n c t i o n ，jf u n c t i o n s j f u n c t i o n s 包含关系是一种传递的二元关系。 定义2 5 相等关系：s is j 当且仅当s i c s j 且s j c s i 1 0 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 ；i ；i ；= ；i ；i ； 相等关系是一种传递、自反和对称的二元关系。 定义2 6 服务实例： s e r v i c e l n s t a n c e = ( i d ，s e r v i c e c l a s s n a m e ，q o s ，s e m a n t i c ) 一个“服务实例由服务名、所属的服务类名、q o s 和实例级别的相 关语义组成，表示了一个和具体厂商相关联的w e b 服务的运行实体。它代 表了由各级服务提供商提供的、用户直接可以使用的w e b 服务说明，分布 在当前w e b 服务市场上。典型的使用方式是用户通过查询服务注册机构 u d d i 得到服务定义，然后就可以直接调用得到其提供的服务。本体里面也 有类似的概念和个体( 实例) 之分，服务类对应到概念的含义，服务实例则相 应的对应到个体的定义上。 定义2 7 复合w e b 服务：c o m p o s i t i o n w e b s e r v i c e = ( w e b s e r v i c e s e t ， p l a n ) 复合w e b 服务是w e b 服务组合的最终结果，这里给出它的具体说明： w e b s e r v i c e s e t 代表了该复合服务依赖的w e b 服务的集合，p l a n 则表示了对 应的w e b 服务组合的流程。在增值服务商一方，复合w e b 服务还应对外表 现为一个标准的w e b 服务以供使用者调用，即此时的p l a n 同时具有一个向 外的统一w 曲服务接口。 2 3 w e b 服务o o s q o s 的最初定义由c c i t t ( t i u t ) 给出：“q o s 是一个综合指标，用 于衡量使用一个服务的满意程度”旧，。它的进一步定义可在r a c e ( r e s e a r c h i n t oa d v a n c e dc o m m u n i c a t i o nf o re u r o p e ) 中找到：“q o s 描述了关于一个服 务的某些性能特点。这些性能特点是用户可见的，它以用户可理解的语言 表示为一组参数。这些参数具有客观值或者主观值。 他引客观值刻画了系统 的行为性能( 如失败概率、吞吐量) ，主观值刻画了系统的其他服务性能( 如 安全性、优先级) 。在o s i 参考模型中，互联系统构造为分层结构，各同级 层可建立逻辑连接。各层协议的质量可定义为对于该层来说可见的性能参 数，即一组供该层使用的q o s 参数，从而每一层都有一组提供给该层用户 的q o s 参数。为了能够在互联网上集成多种服务，以满足用户的不同服务 质量需求，e i t f ( e m e r g i n gi s s u e st a s kf o r c e ) n 7 ，提出了多种改进方案，目 1 1 哈尔滨l ：稃人学硕十学位论文 前底层的研究主要集中在集成服务和区分服务。另外网络界还提出了p i v 6 、 资源预留协议( r s v p 、s t z 等) 、m l p s 等各种技术。 在更高层次的应用层，w e b 服务已经发展成为企业应用集成的主要商 业方案，w e b 服务能够提供的服务质量在服务提供者和合作伙伴的关系中 占有极其重要的地位。w e b 服务的q o s 描述该服务的重要的功能和非功能 方面的服务质量属性，是w e b 服务的一个必需元素，同时更是企业与企业， 企业与消费者等各类交易中的一个重要条件。由于互联网的动态性和不可 预知性，以及应用领域的多样性和复杂性，在互联网上提供w e b 服务的q o s 是一个至关重要且意义重大的挑战。 w 曲服务的q o s 决定了一个服务的可用性和实用性等方面，它们都会 影响到w e b 服务的普及，随着w e b 服务的广泛部署应用，w e b 服务的q o s 将成为一个判定服务提供者能否成功的重要因素。上述因素会迫使服务提 供商去提供具有更高质量保证的w e b 服务，以便获得更强的市场竞争优势。 w e b 服务中对q o s 的主要需求如下n 9 j ( 1 ) 可用性( a v a i l a b i l i t y ) ：指w e b 服务是否存在或是否己就绪可供立即 使用，与此相关的还有修复时间，表示修复已经失效的服务要花费的时问。 ( 2 ) 可达性( a c c e s s i b i l i t y ) ：表示能够为w e b 服务请求提供服务的程度。 它可以表示为一种可能性尺度，用来表示在某个时间点上成功地使用服务 的成功率。 ( 3 ) 完整性( i n t e g r i t y ) ：指w e b 服务如何维护交互相对于最初情况的正 确性。适当地执行w e b 服务事务会实现正确的交互。一个事务是指一系列 将被当作单个工作单元的活动。 ( 4 ) 性能( p e r f o r m a n c e ) ：可以根据吞吐量、延迟、执行时间和处理时间 对其进行测量，其中的处理时间是指一个w e b 服务完成一个完整的交易事 务要花费的时间。 ( 5 ) 可靠性( r e l i a b i l i t y ) ：表示能够维护服务的质量的程度。每月或每 年的失效次数是衡量可靠性的一个尺度。在另一种意义上，可靠性是指服 务请求者和服务提供者发送和接收的消息的有保证和有序的传送。 ( 6 ) 规范性( r e g u l a t o r y ) ：服务与现有规则、法律的一致性，必须遵循 相关标准和已建立的服务协议。 1 2 哈尔滨t 稃大学硕十学1 = 奇：论文 ( 7 ) d - ! 确性( a c c u r a c y ) ：w e b 服务应该提供更高的正确度( 或w 曲服务 的出错率) ”。 ( 8 ) 鲁棒性( r o b u s t n e s s ) ：w e b 服务应该尽可能的具备更高的鲁棒性， 以应对无效的、不完整的或者不一致的输入，保持功能的证确旧“。 ( 9 ) 安全性( s e c u r i t y ) 通过验证参与各方、对消息加密以及提供访问控 制等手段来提供机密性和不可抵赖性。 当前已有一些在w e b 服务的服务质量方面的研究工作，主要成果是 w e b 服务级协定( w e bs e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，l s a ) z s lo 服务级用来定义 某个被部署的w e b 服务应达到的性能行为，其性能度量有平均响应时间， 支持的吞吐量，服务可用性等。在一个w e b 服务的部署过程中，底层w e b 服务容器的资源可被重新配置( 如果必要可以获取新的资源) 以提供一定 的服务级。即使是同一w e b 服务也可通过为不同的w e b 服务请求的执行来 动态分配资源，从而为不同的客户提供不同的服务级。因此，为了接收服 务级的确认，客户创建一个与服务提供者提供的这个w e b 服务进行关联的 假定的服务级协定s l a 。一个服务级协定s l a 可以认为是一个关于w e b 服务担保的协定，详细内容可参见文献 2 5 ，2 6 。 2 4 w e b 服务组合 2 4 1w e b 服务组合的定义 w e b 服务组合就是通过组合简单的w e b 服务来提供给用户形成新的增 值的服务。即是将现有的w e b 服务加以组合形成具有更强功能可以解决复 杂问题的w 曲服务。文献 2 0 】指出可以利用w e b 服务组合技术去管理复杂 的交易流程。 w e b 服务组合同w e b 服务集成是两个不同的概念，虽然它们的联系很 紧密。w e b 服务集成是指在各个应用系统之间，通过w 曲服务的接口实现 相互通信，实现数据的交换，从而应用系统之间在数据的层面上达到互操 作的目的。而w e b 服务组合强调在w e b 服务之间，为了完成一项特定工作 而相互协作。服务集成是服务组合的前提和基础，而服务组合的层面更高， 它主要指将具有一定逻辑顺序的服务，按照某种规则合成为一个新服务， 1 3 哈尔滨f j 程大学硕十学位论文 这个新服务的组成成员不仅仅呵以相互通信，更为重要的是，它们是按照 某种逻辑组合起来的旧，。 最常见的应用就是w e b 服务的组合以企业的业务流程为蓝图去规划 w e b 服务组合的顺序。以业务流程为基础的w e b 服务组合可以取代传统的 工作流，可以发挥w e b 服务平台无关、语言无关的特色。 文献【2 1 将构成w e b 服务组合的成员类型分为三种： ( 1 ) 基础w e b 服务：一个不需要明显依赖其他w e b 服务的服务。 ( 2 ) 组合w r e b 服务：一个聚集了数个w e b 服务的服务。 ( 3 ) w e b 服务社区：功能属性相同但是非功能属性不同的w e b 服务的集 合。 通过这三种成员服务的组合，可以产生具有复杂功能的w e b 服务。同 时通过w e b 服务社区的管理可以提高w e b 服务组合的效率。w e b 服务组合 是一个包含许多组成部分的结构，它由基础w e b 服务和组合w e b 服务组成， 并且根据流程模型彼此交互。 文献 2 2 】则对w 曲服务组合的组成和控制流程之问的关系提出了更清 楚的描述。服务可以分为两种类型：基础w e b 服务和组合w e b 服务。组合 w e b 服务具有控制流程和数据流程的规格，以此来描述w e b 服务组合如何 进行。流程规格由服务组件组合而成，服务组件再去交互服务。通过以上 的描述，本文对w e b 服务组合的定义以及构成w e b 服务组合的元素有了清 楚的认识。 2 4 2w e b 服务组合的分类 目前，对于w e b 服务组合的研究主要来源于业务和语义角度。业务角 度都是依照句法，注重服务的功能性描述，比如b p e l 、m o d e ld r i v e ns e r v i c e c o m p o s i t i o n 。语义角度都是按照语义，主要关注通过明确的声明本体里的 前置条件、影响，进行w e b 资源的推理，比如a i p l a n n i n g - b a s e dc o m p o s i t i o n 。 根据w e b 服务组合方案生成方式，w e b 服务组合可分为两类：静态组 合与动态组合。 ( 1 ) 静态组合 在静念组合中，w e