【基金】2010CB328100-信息服务的模型与机理研究

项目名称：信息服务的模型与机理研究首席科学家：蒋昌俊 同济大学起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：上海市科委 教育部一、研究内容本项目从网络环境下信息服务的“流程、内容和环境”三要素及其相互关系出发，凝炼出两个关键科学问题：信息服务的表达性问题和适配性问题。信息服务的表达性问题是指如何应对不确定和多样的用户需求，准确地设计和表达服务的流程与内容，以提供动态、精准、可伸缩的信息服务，满足用户需求的问题。信息服务的适配性问题是指如何应对异构、复杂、动态的业务环境，实现和增强服务对环境的适配能力，促进服务聚合和协同，提升信息服务质量的问题。围绕关键科学问题，本项目将从信息服务的过程范式基础理论、信息服务的设计方法学、网络环境下信息服务的适配理论、信息服务的运行支撑平台与应用验证四个方面展开研究。具体研究内容如下所述。1. 信息服务的过程范式理论新的服务模式与技术，如SOA、云计算、SaaS（Software as a Service）等，极大促进了信息服务的发展。然而，整个面向“服务”的计算缺乏坚实的数学基础理论，缺乏行之有效的方法论，制约了信息服务的进一步应用和发展。为此，本项目拟从信息服务的本质入手，建立信息服务的行为模型及其过程范式理论，为信息服务提供一套具有坚实理论基础的规范化方法，避免服务设计中的潜在错误，促进信息服务的重用。（1） 信息服务行为的网进程模型及其代数理论网络环境下的信息服务是一类典型的具有过程语义的异步并发系统，一个复杂的信息服务往往是由多个信息服务聚合而成。因此，研究信息服务聚合过程中的操作算子及其行为并发性、一致性、相关性等，是实现信息服务正确聚合及协同的基础。而这些研究都需要一套坚实的形式化理论和方法体系来对其进行支持，因此需要建立信息服务行为的网进程模型及其代数理论。主要内容包括： 信息服务行为的网进程模型； 网进程的代数理论； 基于网进程理论的信息服务行为分析和验证。（2） 信息服务的规范化理论由于网络环境的复杂性、人们需求的多样性，造成各类信息服务难以共享，制约了信息服务的进一步发展。为提供高质量、易于共享、易于重用的信息服务，本项目将在信息服务行为分析的基础上，探索信息服务的设计、开发与评价的理论；围绕信息服务的粒度、流程、交互及执行四个方面，建立服务的过程范式体系，提供一套规范化方法。主要内容包括： 信息服务的过程范式体系； 信息服务过程范式的形式语义； 过程范式的形式化验证算法； 信息服务的规范化方法。2. 信息服务的设计方法学目前，对信息服务的设计并没有一套统一的方法体系，本项目将依据信息服务的过程范式理论，着手从信息服务的需求、流程与语义出发，给出一套行之有效的设计、分析方法，确保服务流程的正确，提高服务的重用。（1） 信息服务需求的获取、建模与确认网上大量用户不确定的多样性服务要求，导致了频繁变化与多目标的用户需求，而传统的面向确定用户、确定需求与确定目标的软件需求工程方法已难以满足上述变化。为此，需要建立适合描述大众用户服务要求的需求模型业务视图模型，即在传统需求规格说明书的基础上，侧重刻画用户需求的整体业务流程，使我们能够以一种能被业务领域专家理解和验证的精确方式来表达业务领域知识及需求。主要内容包括： 基于情景和特征领域的服务需求的分类与描述方法； 业务视图模型及获取方法； 业务视图模型的演化理论； 需求协同与优化理论； 业务视图模型的分析与验证。（2） 服务流程的设计、验证与优化未来信息服务的一个发展方向是能够利用各种网络环境下的跨平台、松散耦合的若干服务，来协同构造一个满足用户需求的增值服务。这就要求在针对新的用户需求进行服务设计时，一方面要保证服务易被其他服务可重用，另一方面要保证可重用已有服务。这些都涉及按照何种粒度对服务进行拆分，如何建立满足用户需求的、可通过绑定基本服务实现、并易被其他服务可重用的服务流程。为此，主要内容包括： 信息服务的统一描述语言； 服务的拆分理论与方法； 基于范式的服务流程设计方法； 服务流程的分析及验证； 服务流程的优化方法。（3） 服务语义描述、分析与推理服务的描述是构建信息服务的基石，表达和描述服务提供的功能、服务输入/输出以及服务正确执行必须满足的约束等的语义有助于准确快速地发现服务、实现服务间的交互、提高服务匹配的精度和保证匹配的正确性。因此，研究信息服务语义（包括内容、接口、策略等多维语义）模型及相关方法，是实现信息服务智能聚合、协同以及有效使用的基础。主要内容包括： 信息服务多维语义描述模型与分析方法； 信息服务的多维语义标注方法； 语义匹配的机理及方法； 语义推理方法。3. 网络环境下的信息服务适配理论融合网络下的信息服务面对的是一个更加开放、异构的复杂网络环境，一个满足用户需求的信息服务往往是由多个跨网络、跨组织部署的信息服务按照一定的方式进行聚合、协同得到的。而每一个组织对其提供的信息服务都有适合自身环境的描述模型、实现技术以及适合服务部署的平台资源环境，因而信息服务与环境之间存在着各种适配问题。解决这些适配问题，是实现信息服务正常运行及最优化运行的关键。（1） 服务的可适配理论服务的可适配理论主要解决一个服务在当前环境下是否可以部署、执行的问题。针对服务的可适配性问题，我们将主要从环境和流程两个要素出发进行研究。首先解决在当前网络、资源等条件下服务是否可以实现的问题，即单一服务的可适配问题；其次解决是否可以基于已有的信息服务通过聚合、协同实现增值服务的问题，即复合服务的可适配问题。主要内容包括： 多维环境管理模型的建模、表示与推理方法； 服务的适配性模型及机理； 业务与环境的能力适配方法； 基于业务视图的服务聚合理论与协同机制。（2） 环境敏感的主动服务理论每一种信息服务都有适合自身环境的描述模型与实现技术，并且部署、运行于一定的环境之中，因此其可用性同环境密切相关，环境的切换可能会导致服务的可用性发生变化。因此，有必要研究环境敏感的主动服务理论，能够感知环境变化并主动提供适应当前环境的服务，始终保持业务的最优/次优运行状态，提升服务主动应对网络环境和自身状态变化的能力，解决环境变化导致服务质量降低的问题。主要内容包括： 面向多维环境管理模型的环境获取方法； 基于环境信息的服务状态感知与异常检测机制； 环境自适应的服务选择/服务主动推荐与替换算法。（3） 信息服务的质量保证与控制由于信息服务面临环境的异构、开放、复杂、多变等特性，给信息服务的运行带来了多种不确定因素，使得信息服务的性能和服务质量难以得到保证。此外，在融合网络下，一个满足用户需求的信息服务往往跨越多个网络，而不同网络环境中的QoS度量标准、技术都各有不同。传统的分析、设计和保证方法和技术都难以适应面向信息服务技术局部自治、自主协同、动态演化等特点。因此，全面、准确地反映网络环境下信息服务的服务质量需求、属性和风险因素，控制和保障网络环境下信息服务质量变得十分必要和迫切。针对这个问题，将具体研究： 信息服务质量的度量指标体系； 信息服务质量的形式化模型； 信息服务质量控制模型和保障机制； 信息服务质量控制和保障的分析与验证技术。4. 信息服务的运行支撑平台与应用验证（1） 信息服务的运行支撑平台我们设计的信息服务运行支撑平台是一种支持满足用户需求的信息服务设计、聚合、协同运行的一组可扩展、可伸缩的服务中间件集合。该平台将以XML等标准语言作为信息服务信息交换的主要载体，提供多种中间件服务，包括可靠消息中间件、信息转换中间件、信息集成中间件、流程管理系统、质量控制中间件等，能够适应融合网络下满足用户需求的聚合信息服务的异构性、动态性和分布性等特性，方便地实现跨网络、跨组织信息服务的有效集成，为融合网络环境下的信息服务提供开发、部署和运行提供支持。主要内容包括： 运行支撑平台的架构及其实现模型； 运行支撑平台的关键技术； 平台的开发及其部署。（2） 交通信息服务应用验证研究随着计算技术、通讯技术及信息处理技术的高速发展，人们把解决交通问题的思路转到智能交通系统研究上来，面向交通信息服务的应用现状及特点，基于所研究的理论、技术、方法及运行支撑平台，开展融合网络的交通信息服务应用验证研究。针对交通信息服务具有分布、动态、实时、协同和非确定等特性，基于过程范式理论及服务设计方法学，研究可扩展、可伸缩的交通信息服务流程，以实现交通信息服务与环境的适应性，实现实时交通流信息、交通设备状态信息、静态道路信息等的有效协同和聚合，实现适应环境变化的交通信息服务。并利用融合网络，提供交通信息服务，尽可能地方便出行。具体研究内容如下： 基于过程范式理论的交通信息服务的流程规范化设计方法； 适应环境变化的交通信息服务自适应机制； 动态交通信息服务聚合与协同； 交通出行方案服务发布与定制。（3） 医疗信息服务应用验证研究面向医疗信息集成和共享，分析目前医疗信息服务的应用现状，融合项目得到的理论、技术、方法及运行支撑平台，开展基于融合网络的医疗信息服务应用验证研究。针对“社区卫生服务中心二级医院三级医院”三级模式的梯级分诊制度，基于过程范式理论和信息服务设计方法学，设计并优化医疗信息服务流程，实现不同卫生机构之间医疗信息服务的聚合与协同，将不同的医院及卫生机构有效地协同起来，实现资源和信息共享。利用融合网络，基于多种信息载体，提供多样化、全覆盖的公共卫生信息发布服务以及医护信息定制服务，通过手机、电视、互联网等，让民众都能及时收到权威信息或者随时定制医护信息。具体研究内容如下： 面向广域用户的医疗信息服务的业务视图模型； 基于过程范式理论的医疗信息服务的流程设计与优化； 不同医疗机构间信息服务的按需聚合； 跨域、跨组织的医疗信息服务协同机制。二、预期目标总体目标:面向我国信息产业发展和信息化建设对网络环境下的信息服务的迫切需求，瞄准信息技术发展的世界前沿，以“为用户提供高质量保证的信息服务”为核心目标，构建信息服务的基础理论体系，突破信息服务设计和实施的关键技术，提供信息服务的运行支撑平台。五年预期目标:1. 理论研究成果（1）揭示信息服务的内在规律和本质属性，建立基于网进程的信息服务行为模型及其分析理论;（2）探明服务粒度、流程和环境对服务性能、共享和重用的影响规律，构建指导和规范信息服务设计和实施的过程范式理论；（3）探索多目标下的信息服务模式，提供范式指导下的信息服务设计方法学；（4）揭示服务和环境的相互作用和交互机理，建立服务的适配性理论；（5）揭示服务外在环境变化的特征及其对服务质量和性能的影响规律，建立上下文敏感的主动服务理论。2. 技术创新和应用成果（1）基于过程范式理论的服务设计方法；（2）服务需求模型的获取与演化技术；（3）融合网络环境下的服务发现、聚合和协同技术；（4）服务质量保证及全生命周期管理方法；（5）信息服务的可扩展、可伸缩的运行支撑平台；（6）交通、医疗信息服务应用示范系统。3. 具体指标:在国内外核心刊物与国际会议上发表论文300 篇以上，其中国际重要刊物与会议发表100篇以上；学术著作 5 部；培养博士、博士后等100人以上；申请发明专利20项以上，获得软件著作权10项以上，提交信息服务规范标准建议草案1项。三、研究方案1、 总体研究思路和技术路线本项目的总体研究思路是瞄准国家对信息化建设的需求，针对信息服务的主要理论难点，凝炼出两个基础科学问题，设立六个研究课题，通过多领域交叉融合研究，实现本项目的预期研究目标。项目在继承和利用已有的模型、理论和方法基础上，强调自主创新性研究，将重点放在原始创新及其应用基础研究上。项目延循“纵-横”两条主线，围绕关键科学问题展开信息服务的基础理论与方法研究，理论联系实际，以平台、应用验证研究成果、反馈需求，推动基础研究的不断深入，产生初步的社会和经济效益后推广应用。项目概要技术路线见图1。图1. 项目的概要技术路线项目形成从应用需求出发，建立基础模型，研究核心理论方法，突破关键技术，研制支撑平台，开展应用研究，以应用检验和发展理论的“纵”向主线。在把握“纵”向主线的同时，项目从关键科学问题之间的有机联系出发，注重研究内容的衔接和关联，形成贯穿服务全生命周期的“横”向主线：需求分析建模服务构造聚合协同服务评测质量管理在线控制动态服务在线需求调整。“横”向主线的提出有利于明确研究内容的定位，促进技术的衔接，加强课题的交流和互动，推动项目的研究。具体的技术路线见图2。图2. 项目的具体技术路线在广泛、深入分析现有信息服务模式、理论和应用案例基础上，借鉴和吸收已有的并发系统模型优点，构建适于刻画和描述信息服务行为的网进程模型，通过探索信息服务的本质规律和内在属性，建立系统化的过程范式理论体系，形成坚实的理论基石。针对两个关键科学问题，构建各具特色的基础模型：业务视图模型、服务描述模型和服务质量模型。进而围绕基础模型，开展核心理论方法的研究，形成各关键科学问题的解决方案。针对服务的表达性问题，从需求入手，综合领域本体、数据挖掘、需求工程等方面的研究成果，基于“用户主导、面向领域、迭代演化”的思想，研究动态建模、验证确认和协同优化等内容，应对信息服务需求的不确定性和多样性，实现需求建模；针对服务流程表达，走规范化道路，发展基于过程范式的服务设计方法，实现服务流程的构造和验证；最后，从服务的可用性着重刻画服务语义，研究知识工程和语义推理，提供服务内容语义和接口语义的匹配和确认技术，实现服务的精确定位和有效重用。针对服务的适配性问题，构建多维的环境管理模型，刻画环境资源的服务能力，进而研究服务的可适配理论，解决流程和环境的可适配问题；在实现适配的基础上，开展服务互操作的研究，提出服务发现、匹配和选择等技术，突破服务聚合与协同的关键技术，实现按需聚合和智能协同。结合事务管理，提供个性化和区分服务，增强服务自适应能力。进而围绕质量模型，以随机过程作为主要研究手段，结合优化理论和QoS技术，发展面向信息服务的质量度量、评测和管理理论，实现服务的可观和可测，发展在线控制技术，实现服务可控。基于上述理论成果，研制信息服务的运行支撑平台，并在交通、医疗信息服务中展开应用验证研究，形成完整的研究体系。2、 可行性分析（1） 项目预研工作充分，基础扎实本团队长期从事大规模并发、密集型服务的形式化模型和运行机理、主动服务网络计算模型及其体系结构、服务资源的组织、管理及配置理论、服务可适配性理论和流程动态构造、服务质量和可信性评价模型与技术、面向服务的计算系统试验平台及其典型示范应用等方面的研究。在相关理论及方法方面取得了若干成果：l 提出了离散事件动态系统的PN机理论，定义了PN机的行为不变性与行为相关性，初步探讨了PN机的运算，刻画了其动态特征，并将这些理论初步应用于服务的行为建模与分析； l 研究了基于计算的智能体的模型和模态逻辑以及极大可满足问题求解，开发了目前世界领先的最大可满足性问题求解器；首次解决了著名的WAN模型对Prolog非逻辑成份不提供支持的难题；l 研究了基于SOA体系结构和模型驱动方法的需求获取、建模和模型转换方法，并实现了从需求到CIM，CIM到PIM及PIM到PSM的半自动转换；l 提出了基于EPr/TN网系统的协议验证基本方法，开发了协议描述、验证和仿真的计算机辅助工具PESAT系统，提出了网络智能管理的体系结构和面向对象的异构网络资源的表示技术； l 提出了面向网格资源管理提供主动服务的虚拟超市模型；研究了基于逻辑、AI规划、遗传算法等方法的服务匹配、组合及选择技术；l 提出了随机高级Petri网理论以及非马尔可夫进程代数模型PEPABS，并应用于服务质量控制与保障等方面；l 设计、实现了基于SOA架构的电信业务Niffler系统，集成分布式环境下松散耦合的应用、业务单元以及异构系统。该系统已经成功申请到软件著作产权。本团队取得的成果，已发表在中国科学、Theoretical Computer Science、IEEE Transactions、MobiCom、VLDB、SIGMOD、WWW等国内外著名期刊或会议上，为本项目的研究奠定了坚实的基础。（2） 研究目标明确，研究思路可行研究目标明确：项目将从实际问题出发，广泛调研，凝练基础科学问题，创新性地提出服务过程范式理论，以此为基础，围绕两个关键科学问题，开展系统研究，对于相关的研究内容确定了明确的研究目标。研究思路可行：针对两个关键科学问题，采用构建理论、提出方法、分析应用的技术途径，提出的学术思路和技术途径明确、具体，针对性强。下面将具体论证我们的研究思路是可行的。首先，为信息服务的分析、设计等操作提供一套具有数学基础理论网进程及其代数理论和一套规范化理论信息服务的过程范式理论是可行的。通过深入分析融合网络环境下信息服务的本质特征，在集成和综合Petri网、进程代数和时序逻辑等形式化方法的基础上，构建适于刻画和描述信息服务行为的网进程模型，进而研究网进程的代数算子，建立网进程的代数理论是可行的。通过分析现有信息服务在开发部署上的一些成功和失败案例，探索总结信息服务设计的本质规律，从服务的粒度、流程、交互、执行四个层次出发，研究信息服务设计和实施的规范化条件，建立信息服务的过程范式体系及规范化方法是可行的。其次，从需求、流程和语义的角度建立一套设计方法学，提高服务的可重用性是可行的。针对需求分析，通过分析信息服务的领域相关特征信息，刻画用户需求的整体服务流程，实现业务视图模型的获取，以用户、领域、环境等的动态变化为演化动力，以模型验证与确认技术为检验依据，以在线调整的策略与方法为协同优化措施，实现业务视图模型的演化、分析验证及协同优化是可行的。针对服务流程设计及分析，借助于网进程及其代数理论，对其加以研究。针对服务语义，可以通过分析融合网络下信息服务的一般特征及其组成元素，基于本体，研究信息服务的语义描述模型及语义标注方法；进而基于本体推理，可以实现语义匹配及推理研究。再次，建立信息服务的多维环境管理模型，研究服务同环境的能力适配方法及环境敏感的主动服务理论是可行的。通过深入分析构成一般信息服务部署及运行环境的各要素，如资源、网络等，基于本体论等方法，可以组织建立一个通用的多维环境的管理框架语义模型，进而实现其推理。基于扩充语义推理等方法的高级网进程，可以建立服务-环境的能力适配模型，进而研究服务同环境的能力适配判定。面向多维环境管理模型，借鉴Agent的环境感知方法，可以实现服务的环境感知和获取，进而研究主动服务理论。最后，在上面理论及方法研究的基础上，利用XML、Web服务等相关标准和技术，实现运行支撑平台及在交通、医疗等领域的信息服务应用是可行的。项目组在智能交通领域已有很好的工作基础，先后获得国家863，发改委，上海市科委等重大专项支持。在交通信息服务领域已完成了交通应用数据表示标准、数据传输规范、信息服务表示规范的制订，并已经将交通信息服务封装成标准的Web服务方式，如动态路径规划，全区域实时路况，交通仿真与路况预测等。本项目基于过程范式理论开发的信息服务运行支撑平台，对信息服务的模式和机理进行全面剖析，有利于交通信息服务的规范化设计与优化，对于我们已有的成果是一个大的促进，同时通过交通信息服务的验证，以成熟的应用反馈理论需求，促进理论的深化与发展。因此，交通信息服务验证是必要的且可行的。面向数字化医疗领域，基于运行支撑平台建立医疗信息服务应用示范是可行的。通过深入分析社区卫生服务中心、二级医院、三级医院的主业务功能、用户群、可共享的资源及服务等，建立医疗信息服务应用系统的基本框架模型。在此基础上，首先获取不同用户群的多样化和个性化需求，建立描述大众用户医疗服务要求的业务视图模型；其次，结合各自的主业务功能，利用项目提出的服务拆分理论与方法和基于范式的服务流程设计方法，建立并优化各级医疗机构的信息服务流程；第三，在现有基础上，构建一套医疗信息服务语义描述标准，统一标注各医疗机构提供的服务，使其具有丰富的语义；第四，根据用户的个性化需求，利用统一的语义描述标准，基于服务聚合理论与协同机制，实现跨机构、跨域的服务流程聚合。（3） 研究条件良好，研究力量较强本项目依托嵌入式系统与服务计算教育部重点实验室与高性能计算国家工程分中心，有多个与本项目有关的国家和省部重点实验室参加本项目研究，具备项目研究所需的试验设备条件。研究队伍以国家杰出青年基金获得者、教育部跨（新）世纪人才等中青年为主，是一支年龄结构合理、专业知识互相匹配的精干队伍，可保证本项目研究的顺利开展。项目各参加单位和参加人员已经进行了大量与本项目有关的研究工作，承担过与本项目有关的国家973、国家自然科学重点基金和国家863项目，具有研究工作基础。与此同时，课题组可以充分利用国际合作，加强本项目的研究基础和技术支撑。通过国际间的合作研究，提高研究水平，并创造出自己的特色。（4） 组织方式与协调机制上的保障本项目采用目标责任制，并分四个层面开展：首席科学家全面负责项目总体安排；学术指导专家组协助首席科学家进行项目的总体把握和监督检查；项目协调组根据首席科学家的部署负责各课题间的交流与协作；课题负责人负责本课题的具体研究工作。建立有效的学术交流和项目监督机制，在发挥各自专长的同时将定期组织学术交流，避免分散、孤立和重复研究；将与国际同行加强交流、保持密切的学术联系，保证研究工作的前沿性。3、创新点（1） 创新点一：从信息服务开发、设计和实施的关键科学问题出发，提出和构建信息服务的过程范式理论信息服务的过程范式理论不仅为信息服务提供了坚实的理论基础，而且为两个关键科学问题的解决提供了理论支撑。第一，过程范式理论为服务需求的建模和获取提供了参照，有助于解决如何分解需求、定义服务流程、确定服务粒度等基本问题，因此过程范式指导下获得的需求模型有助于后继的开发、设计和实施；服务的过程范式理论使得服务的设计有据可依，网进程的代数理论及其上发展的统一描述语言，将为服务流程的构造、服务的组合提供完备的操作集，过程范式指导下的流程设计确保了服务流程的正确性；第二，过程范式理论对服务的交互能力进行了规范，为流程和环境的适配提供了理论依据。同时过程范式也为服务聚合和协同提供全面的支撑，服务的规范化理论对服务及组件的粒度选择、依赖关系进行了明确的界定，从而较大程度上提高了服务的可重用性。因此过程范式理论的提出，不仅是对现有工作的补充和完善，更是从新的角度和视野重新审视信息服务所面临的科学问题，必将推动信息服务的发展。（2） 创新点二：依据信息服务的过程范式理论，提供一套行之有效的信息服务设计方法学如何应对不确定和多样化的服务需求，从服务流程和信息内容等角度准确地表达和设计信息服务，是为用户提供正确、准确、敏捷的信息服务的关键。本项目在过程范式理论指导下，从需求入手，创建网络时代用户主导的软件需求动态获取和演化建模的理论与方法，通过易于理解、图形化的业务视图模型完整、准确刻画用户需求。进而借助网进程模型及其代数理论，构建信息服务流程的设计、分析和验证的形式化理论，提出服务流程的规范化设计方法，实现服务设计有据可依。最后，从服务的功能、接口、行为、执行策略及信息内容等多个维度，研究信息服务的多维语义表达及推理方法，为服务的有效使用提供支持。（3） 创新点三：面向融合网络，建立信息服务对环境的可适配和自适应理论在融合网络下，信息服务所面临的是一个更加复杂、异构、开放、多变的环境，每个信息服务的部署、运行都依赖于一定的网络、资源等环境要素。因此，环境对信息服务影响重大，是实现信息服务正常运行及最优化运行的关键。为研究及解决环境对信息服务的影响，本项目创新性地提出了服务的可适配理论，建立适配的数学模型和机理，研究一个业务在当前环境下是否可以部署、执行。进而在可适配的基础上，本项目提出了环境敏感的主动服务理论，系统可以智能感知环境变化并主动提供适应当前环境的服务，从而始终保持业务的最优/次优运行状态，实现了服务自我更新、调整和组织的能力。4、课题设置课题1、信息服务的过程范式理论预期目标：探索信息服务的内在规律和本质属性，综合、集成和发展现有并发模型，构建适于刻画和表达信息服务行为的网进程模型。在此基础上，建立网进程的代数理论，提供复杂信息服务行为的建模与分析方法。建立信息服务的过程范式，为信息服务的规范化设计和开发提供理论支撑。研究内容：（1） 信息服务行为的网进程模型及其分析方法网络环境下的信息服务是一类典型的具有过程语义的并发系统。然而以Petri网、进程代数、时序逻辑为代表的并发系统模型在拥有各自优势的同时，也存在着一定的局限性。Petri网不容易合成，进程代数无法直观表达系统的异步特征。因此本项目在集成和综合Petri网、进程代数和时序逻辑基础上，构建并发系统的网进程模型。在此基础之上，建立信息服务的系统行为与网进程模型之间的映射关系，构建信息服务行为的网进程模型，并研究网进程模型的分析方法。（2） 网进程的代数理论构建网进程的代数理论，提供顺序、并发、选择、连接等标准算子，在此基础之上研究网进程的组合化和精良化技术，并对信息服务行为的网进程模型进行分析，开展信息服务合成过程中的行为一致性和相关性研究，建立信息服务的行为理论。（3） 信息服务的过程范式体系基于信息服务的行为理论，研究信息服务业务过程的本质规律，挖掘服务粒度、服务流程、服务交互及服务执行对信息服务最终实现的影响，研究各种可能存在的关系及特点。研究信息服务的规范化条件，定义信息服务的过程范式，研究过程范式间的关系，进而构建过程范式体系，实现信息服务的规范分类，使得信息服务的设计和实施有可依据的标准。（4） 信息服务的规范化方法研究信息服务范式的判定算法，对已有的信息服务，判定其是否符合过程范式规范，并依据信息服务规范化条件，研究信息服务可规范的层次，探索一套信息服务的规范化方法。使得信息服务遵循统一过程范式体系，进而可以对信息服务进行规范分析与验证 。经费比例：24%承担单位：同济大学、山东科技大学课题负责人：蒋昌俊学术骨干：杜玉越、李向阳、丁志军、吴哲辉、孙杳如课题2、信息服务的需求获取与建模预期目标：建立适于描述网络环境下业务要求的需求模型，提供用户主导、面向领域的业务视图动态获取及演化理论。研究需求模型的验证和确认技术，确保需求的正确性、完整性、一致性和极小冗余性，进而提供有效支持多用户群体的需求协同技术和需求规格逐步优化的策略与方法。研究内容：（1） 服务需求的业务视图模型网络环境下信息服务的需求种类多样，综合需求的领域特征及用户的个性化要求，研究信息服务的需求分类及描述方法，建立信息服务需求的非形式化业务视图模型。在此基础之上，研究服务需求的形式化业务视图模型，为需求的验证与确认奠定基础。（2） 业务视图的获取及演化理论信息服务的需求获取是一个复杂的系统工程，研究业务视图的获取方法，即如何将用户需求映射成业务视图模型，将抽象的需求关系，转化成具体的业务对象，创建服务需求的业务视图模型。网络环境下对信息服务的需求频繁多变，探索服务需求变化的本质特性与演化机理，研究业务视图的动态演化理论与方法，以动态及时地反映需求变化。（3） 业务视图的验证和确认技术信息服务的业务视图模型应忠实地表达用户的需求，为保证需求的正确性、完整性、一致性等，需要研究业务视图模型的确认原理和方法，包括模型的测试原理和方法、模型的仿真原理和方法、模型的验证原理和方法。（4） 需求协同与优化理论融合网络环境下用户群体多样，对信息服务的需求是多目标的，在需求获取与协商交互过程中研究用户群体的特征，探索用户群体分类及识别机制，建立有效的支持多用户群体的需求协同技术，确保需求的一致和完整。在此基础之上，根据模型验证与确认的结果，研究信息服务需求逐步优化的方法，得到正确、用户满意的信息服务需求。经费比例：13%承担单位：西安电子科技大学课题负责人：段振华学术骨干：刘少英、刘西洋、裴庆祺、杨利英课题3、信息服务的构造与验证预期目标：提出信息服务的统一描述语言，支持服务的动态发现、聚合和集成。进一步研究该服务描述语言的语义表示、分析与确认等理论与方法，对所开发的服务能够从语义上进行分析与验证。研究如何规范化地设计信息服务，建立基于过程范式理论的信息服务构造方法。在此基础之上，研究基于过程范式的信息服务验证和确认技术，提供验证所开发服务是否满足过程范式规范的方法。研究内容：（1） 信息服务的统一描述语言以网进程模型作为理论基础，借鉴和吸收已有服务过程描述语言WSFL、BPEL4WS、OWL-S等的优点，定义信息服务的统一描述语言。在有效刻画服务流程核心元素及元素之间静态关系的同时，强调描述服务的业务语义核心概念，如服务提供者、资源、时间空间和数量约束、服务类别、服务需求、特定领域本体等，支持信息服务的动态特性。（2） 信息服务的语义表示、分析与确认针对信息服务的统一描述语言，研究描述语言的操作语义，建立完整的语言语法和语义体系。在此基础之上，研究如何理解信息服务的语义，进而建立一套解析信息服务语义的理论和方法，进一步研究从语义上验证和确认所设计的服务是否满足用户的服务需求。（3） 基于过程范式的信息服务的构造理论与方法研究基于过程范式的服务设计方法。一方面是自底向上的服务构造方法，对于给定的服务需求，研究如何抽象出服务对应的各种元素集合，以及元素间的关联，构造出满足需求且符合过程范式规范的信息服务。另一方面研究自顶向下的服务构造方法，研究基于业务视图的业务功能拆分理论与方法，探索功能分解的最终粒度，得到满足用户需求及过程范式规范的信息服务构件。（4） 信息服务的验证与确认技术探索信息服务的本质特点和规律，提出一套行之有效的组合化验证方法。对于已有的信息服务，研究如何验证和确认该服务满足用户的需求及范式规范的要求，并提供高效的验证与确认算法。对不符合范式规范的信息服务，给出与范式规范相违背的根源，为信息服务的规范化提供指导。经费比例：14%承担单位：北京大学课题负责人：苏开乐学术骨干：王捍贫、刘田、叶峰、袁崇义课题4、信息服务的聚合与协同预期目标：建立环境的描述模型及服务与环境适配的数学模型，研究信息服务的适配性理论，研究其运行机理及判定方法。面向融合网络环境，建立信息服务的按需聚合理论，建立基于业务视图的信息服务的智能协同机制。针对信息服务环境的多样性，研究环境敏感的主动服务理论，建立自适应的服务发现机制。提升信息服务主动应对需求、流程和环境变化的能力，从而实现增值信息服务。研究内容：（1） 环境建模、表示与推理面向融合网络环境，探索影响信息服务运行的关键环境因素，研究信息服务环境的多维上下文管理模型，包括环境上下文的建模、获取及推理方法，为建立环境适配模型、实现基于上下文感知的服务自适应机制提供支持。（2） 环境适配模型、机理及方法信息服务与环境之间存在各种适配问题，探索建立信息服务与环境适配的数学模型。对于给定的信息服务及其环境，能够判定其是否适配，即信息服务在当前环境下是否可部署、执行。研究适配模型的运行机理和是否适配的判定准则及方法，研究信息服务与环境的适配理论。（3） 信息服务的聚合理论与智能协同机制研究融合网络环境下信息服务的按需聚合理论，揭示服务的交互机理，突破服务聚合的关键技术。基于业务视图，研究信息服务的交互机制，建立服务间的通信原语模型和交互协议，提出基于信任评估和合作博弈的智能协同方法；基于上下文信息，研究高效的服务匹配和选择算法，提出基于遗传规划的服务匹配算法和基于多目标粒子群的动态服务选择算法，建立应对苛刻需求的服务多属性协商机制。（4） 环境敏感的主动服务理论研究信息服务外在环境变化的特征及其对服务质量和性能的影响规律，建立上下文敏感的主动服务理论，感知环境变化并主动提供适应当前环境的服务，始终保持业务的最优/次优运行状态。研究基于环境的服务状态感知与异常检测机制，提出主动的服务选择与替换算法，提升服务主动应对网络环境和自身状态变化的能力，解决环境变化导致服务质量降低的问题。经费比例：15%承担单位：东南大学、中国工程物理研究院课题负责人：罗军舟学术骨干：李幼平、何建敏、曹玖新、宋爱波课题5、信息服务的服务质量控制与度量预期目标：研究信息服务的基本属性和特征，提出较为明确和完整的信息服务质量定义及其形式化描述；建立较为完备的信息服务质量度量指标体系和模型方法；在此基础上，给出有效的信息服务质量控制模型和保障机制；研究可用于信息服务质量控制和保障机制的分析和验证技术。为项目和其他服务模式中服务质量的度量和控制提供参考和理论支撑。研究内容：（1） 信息服务质量的度量指标体系和形式化描述针对信息服务的多变性、复杂性以及服务网络平台的多样性，建立科学合理的度量指标体系，奠定信息服务质量评估、控制和保障的理论基础，是服务质量研究的基本问题。因此需要重点研究信息服务质量的形式化描述，科学定义服务质量的元数据，建立合理的服务质量度量指标体系，重点研究信息服务质量主要包括的服务性能、服务可信赖性和安全性等指标，建立多尺度、多维度的度量指标方法和形式化描述。（2） 信息服务质量的控制流程建模理论及方法利用统一建模理论及方法，建立信息服务质量的基础模型是解决信息服务质量评估、控制和保障的核心步骤和主要研究内容。研究的重点是将信息服务的形式化描述、服务质量评价方法和流程控制机制统一在静态描述和动态刻画中，利用随机Petri网、进程代数等形式化建模方法，建立能够描述信息服务质量的图形模型及代数语言，对信息服务质量控制流程进行建模，并进一步发展相应的验证理论和评价支撑工具。（3） 信息服务质量的控制模型分析及求解信息服务质量的模型分析与求解是解决信息服务质量评估、控制和保障的关键技术。研究的重点是分析模型的完备性、可满足性、可计算性、复杂性等基本问题，寻找合适的模型求解和化简方法，解决复杂模型的状态爆炸问题和随机模型中非经典时间分布近似求解问题，进一步建立信息服务质量控制流程的验证及评价理论。（4） 信息服务质量的动态保障机制信息服务的动态质量保障机制是解决信息服务质量评估、控制和保障问题的主要方法。研究的重点是服务质量的感知预测理论，信息服务质量的自适应管理，服务系统整体质量控制的闭环反馈机制及管理机制的优化理论，增强信息服务适应环境的能力，提高信息服务质量。经费比例：18%承担单位：清华大学课题负责人：林闯学术骨干：庞善臣、田立勤、王元卓、宋佳兴课题6、信息服务的运行支撑平台及在交通、医疗信息服务中的实证研究预期目标：研究信息服务运行支撑平台的体系结构及实现模型，对运行平台的关键技术进行研究，最后建立智能信息服务的运行支撑平台。面向智能交通和数字医疗，融合项目得到的理论、技术、方法及运行支撑平台，集成开发基于融合网络的交通、医疗服务应用示范。研究内容：（1） 运行支撑平台的体系结构及实现模型研究网络环境下智能信息服务运行支撑平台的体系结构及各层次之间的协议标准和接口规范。针对网络融合的发展趋势，研究网络环境下服务质量导向的体系结构动态可演化机制，在此基础之上研究该运行支撑平台的实现模型，为融合网络环境下的信息服务的开发、部署和运行提供有力支持。（2） 运行支撑平台的开发研制基于信息服务的过程范式理论及其基础模型，融合项目其他课题得到的关键技术和方法，开发研制适于智能服务的可扩展、可伸缩的运行支撑平台。重点研究基于分布式融合网络环境下高可靠的海量服务数据的存储技术、检索技术、查询技术、安全存取技术、动态演化支撑技术、服务交互技术、以及服务评测技术等。提供可靠的、可用的、可插拔、可扩展的信息服务接口，允许用户在系统提供的基本服务的基础上，实现增值服务。（3） 交通信息服务应用验证研究基于建立在过程范式理论之上的信息服务设计方法学，对现有的信息服务进行规范与优化，对新增加的信息服务，将进行规范化的设计；针对大型集会等产生的路况急剧变化，研究交通信息服务的自适应调整，优先、集中处理相应的服务需求。研究融合网络环境下交通信息服务的无缝切换技术，研究环境变化下交通信息服务的替换与迁移。（4） 医疗信息服务应用验证研究面向医疗信息服务，分析目前医疗服务的应用现状，融合项目得到的理论、技术、方法及运行支撑平台，集成开发一个基于融合网络的医疗服务应用。研究面向广域用户的个性化需求分析及建模、基于过程范式理论的医疗信息服务的设计与开发，优化医疗信息服务流程，实现不同卫生机构间医疗信息服务的聚合与协同，促进建立“社区卫生服务中心二级医院三级医院”三级模式的梯级分诊制度，推动新医改方案中“城市医院与社区卫生服务机构的分工协作机制”的实现。经费比例：16%承担单位：同济大学、华东师范大学课题负责人：张晨曦学术骨干：王晓玲、梅炯、蔡家楣、金澈清、王长波、何良华各课题间相互关系围绕信息服务的两个关键科学问题，本项目将研究共性基础理论、关键理论方法和平台应用三类共六个课题。课题一作为共性基础理论支撑其他课题的研究，主要研究信息服务的行为建模和分析等内容，建立信息服务的基础模型及其理论体系，构建信息服务的过程范式体系。针对“服务的表达性”科学问题，设置课题二和课题三，其中课题二围绕信息服务需求的分析、建模和演化，探索面向领域、用户主导的信息服务需求反映机制，建立基于业务视图的服务需求模型及其演化理论。课题三围绕信息服务的设计和表达，提供过程范式指导下的规范化设计方法，并提供相应的分析和验证方法。在此基础上，对服务提供的内容、接口等进行语义描述和表达，实现服务的精确定位和使用。针对“服务的适配性”科学问题，设置课题四和课题五，其中课题四侧重从流程和环境的交互出发，研究服务的可适配性，进而提供服务聚合、协同和自适应的关键技术，实现服务的动态调整和组织。课题五从服务质量入手，提供信息服务的质量保证和控制方法。上述四个课题在课题一的指导下，分工协作，解决纵贯信息服务全生命周期各个阶段的科学问题，形成信息服务的关键理论方法。基于上述理论成果，课题六研制适于信息服务的、可伸缩、可扩展的运行支撑平台，并开展在交通、医疗信息服务中的应用验证研究，验证理论成果，为其他课题提供验证环境和应用反馈。课题设置思路及课题间相互关系如图3所示。就理论成果研究目标而言，课题一面向揭示信息服务的内在规律和本质属性，建立基于网进程的信息服务行为模型及其分析理论及探明服务粒度、流程和环境对服务性能、共享和重用的影响规律，构建指导和规范信息服务设计和实施的过程范式理论这两个预期目标；课题二和课题三共同致力于探索多目标下的信息服务模式，提供范式指导下的信息服务设计方法学的研究目标；课题四针对揭示服务和环境的相互作用和交互机理，建立服务的适配性理论的预期目标；课题四和课题五共同解决揭示服务外在环境变化的特征及其对服务质量和性能的影响规律，建立上下文敏感的主动服务理论这个研究目标。就技术创新和应用成果预期目标而言，服务需求模型的获取与演化技术的研究目标由课题二解决；基于过程范式理论的服务设计方法的目标由课题二和课题三共同解决；融合网络环境下的服务发现、聚合和协同技术的研究目标由课