[硕士论文精品]web服务组合中业务流程的研究及应用

南京航空航天大学硕士学位论文I摘要随着信息技术和WEB应用的快速发展，WEB服务组合技术逐渐成为企业信息集成的主流技术。从面向过程的角度看，服务组合就是根据业务需求来设计业务流程，为业务流程选择一系列符合一定规则的单个WEB服务组成满足总需求的服务流程。因此，对服务组合中业务流程的研究成为WEB服务组合研究中的关键问题之一。现有的业务流程模型缺乏语义信息，构建业务流程时无法很好的控制业务活动的颗粒度，实例化业务流程时对服务质量考虑不足。针对这些问题，本文开展了如下几个方面的工作首先，介绍了WEB服务组合和业务流程相关概念，分析了该领域国内外研究现状，归纳了现有研究中存在的不足，并论证了利用环境本体表达功能语义以及将层次化分析方法应用于业务流程构建中的可行性。其次，给出了一个基于环境本体的业务流程模型，即业务流程本体系统，包含相互关联的多个不同类型的本体，支持业务流程的语义信息描述。然后，把层次化分析方法应用到基于上述本体系统的业务流程构建中，控制了流程中业务活动的颗粒度。通过对WEB服务质量的值进行标准化处理，实现了为业务流程选择最佳的服务实例。最后，设计了一个业务流程系统原型，对前文提出的模型和方法加以实现，并以电子商务中的网上购物流程对系统的各个模块加以说明。关键词WEB服务组合，业务流程，层次化分析方法，环境本体，服务质量WEB服务组合中业务流程的研究及应用IIABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFINFORMATIONTECHNOLOGYANDWEBAPPLICATIONS,WEBSERVICESCOMPOSITIONISBECOMINGTHEMAINTECHNOLOGYFORTHEINTEGRATIONOFENTERPRISESINFORMATIONFROMTHEVIEWOFPROCESS,WEBSERVICESCOMPOSITIONISTHEPROCESSTHATPREOPLEDESIGNBUSINESSPROCESSACCORDWITHBUSINESSREQUIREMENT,CHOOSEASERIESOFSINGLEWEBSERVICESACCORDWITHSOMERULESFORTHEBUSINESSPROCESSTOFORMTHESERVICESPROCESSWHICHCANMEETTHETOTALREQUIREMENTTHEREFORE,THERESEARCHOFBUSINESSPROCESSINWEBSERVICESCOMPOSITIONISONEOFTHEKEYPROBLEMSINWEBSERVICESCOMPOSITIONBUTTHEMODELOFBUSINESSPROCESSBEINGISLACKOFSEMANTICINFORMATION,CANNTCONTROLTHEGRANULARITYOFBUSINESSACTIVITY,ANDISSHORTOFCONSIDERINGSERVICEQUALITYWHENINSTANCEDTOPARTICULARSERVICESPROCESSTOSOLVETHESEPROBLEMS,THEMAINRESEARCHWORKSAREASFOLLOWSFIRSTLY,THEBACKGROUNDOFWEBSERVICESCOMPOSITIONANDBUSINESSPROCESSISRESEARCHEDINTHISDISSERTATIONACCORDINGTOTHEANALYSISOFDOMESTICANDFOREIGNRESEARCHESINTHISFIELD,THEWEAKNESSESOFCURRENTRESEARCHESARESUMMARIZEDTHENTHEFEASIBILITYOFUSINGENVIRONMENTONTOLOGYTOEXPRESSFUNCTIONSEMANTICANDUSINGHIERARCHICALANALYZINGMETHODTOCONSTRUCTBUSINESSPROCESSISDEMONSTRATEDSECONDLY,ABUSINESSPROCESSMODELBASEDONENVIRONMENTONTOLOGYISGIVENINTHISDISSERTATIONTHATISBUSINESSPROCESSONTOLOGYSYSTEMITCONTAINSSEVERALDIFFERENTTYPESONTOLOGIESASSOCIATEDWITHEACHOTHER,SUPPORTSTHEDESCRIPTIONOFSEMANTICINFORMATIONTHIRDLY,HIERACHICALANALYZINGMETHODISUSEDTOCONTROLTHEGRANULARITYOFBUSINESSAVTIVITYINTHECONSTRUCTIONOFBUSINESSPROCESSBASEONTHEONTOLOGYSYSTEMGIVENABOVE,ANDWEBSERVICEINSTANCEISCHOSENFOREACHSERVICECLASSINBUSINESSPROCESSTHROUGHTHESTANDARDIZATIONOFTHEVALUEOFTHEQUALITYOFWEBSERVICELASTLY,ABUSINESSPROCESSSYSTEMISDESIGNEDTOPRACTICETHEMODELANDMETHODGIVENABOVE,ANDTHEEXAMPLESHOPPINGONLINEINEBUSINESSISUSEDTODEMONSTRATEEACHMODULEOFTHISSYSTEMKEYWORDSWEBSERVICESCOMPOSITION,BUSINESSPROCESS,HIERARCHICALANALYZINGMETHOD,ENVIRONMENTONTOLOGY,QUALITYOFSEVICE南京航空航天大学硕士学位论文V图、表清单图11论文组织结构5图21WEB服务组合6图22WEB服务组合模型7图23活动的运行模型8图24网上购物流程9图25网上购物环境本体14图26业务目标分解图16图31本体系统18图32电子商务领域本体19图33四种基本的原子结构22图34树形综合指标体系27图41业务活动树示例31图42由业务活动树生成的多个业务活动序列31图43业务流程构建过程XML示例33图44业务流程构建过程示例34图51系统体系结构40图52本体管理操作界面43图53环境实体数据44图54环境实体状态迁移数据44图55领域数据44图56业务活动数据45图57分解方法数据45图58服务类数据45图59服务实例数据46图510质量评价因子数据46图511业务流程生成47图512业务流程实例化48表41“CREATEORDER”待选服务实例质量信息36表42“CREATEORDER”待选服务实例三角模糊数表示36表43“CREATEORDER”待选服务实例三角模糊数去模糊后的表示36WEB服务组合中业务流程的研究及应用VI注释表RMI（REMOTEMETHODINVOKATION）远程方法调用，JAVA中远程对象调用的解决方案。DCOM（DISTRIBUTEDCOMPONENTOBJECTMODEL）分布式组件对象模型，是一种基于分布式环境下的COM。COBER（COMMONOBJECTREQUESTBROKERARCHITECTURE）公用对象请求代理体系结构，由OMG定义的最早的组件体结构。WEB服务（WEBSERVICES）部署在WEB上的可以通过SOAP协议进行交互的平台无关组件。URI（UNIVERSALRESOURCEIDENTIFICATION）通用资源标记符。XML（EXTENSIBLEMARKUPLANGUAGE）可扩展标记语言。UDDI（UNIVERSALDESCRIPTION,DISCOVERYANDINTEGRATION）统一描述、发现和集成，是为解决WEB服务的发布和发现问题制定的技术标准。WSDL（WEBSERVICEDEFINITIONLANGUAGE）WEB服务描述语言，一种基于XML的WEB接口定义语言。SOAP（SIMPLEOBJECTACCESSPROTOCOL）简单对象访问协议，一种基于XML的分布式计算协议，支持分布式系统中的消息传送和远程过程调用。BPEL（BUSINESSPROCESSEXECUTIONLANGUAGE）业务流程执行语言，一种使用XML编写的编程语言。BPEL4WS（BUSINESSPROCESSEXECUTIONLANGUAGEFORWEBSERVICE）WEB服务业务流程执行语言。RDF（RESOURCEDESCRIPTIONFRAMEWORK）一种用于描述WEB资源的标记语言。OWL（ONTOLOGYWEBLANGUAGE）W3C网络本体工作组设计的一种网络本体语言，包含一个高层的抽象语法，现在已经成为语义WEB的标准语言。OWLS（OWLBASEDWEBSERVICEONTOLOGY）基于OWL的WEB服务本体，采用OWL来描述WEB服务的属性和能力。QOS（QUALITYOFSERVICE）服务质量。SOA（SERVICEORIENTATEDARCHITECTURE）面向服务的体系结构。淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城承诺书本人声明所呈交的硕士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。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将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承诺书）作者签名日期淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文1第一章绪论11课题研究背景随着INTERNET的迅速发展，现代企业的信息系统越来越表现出自治、异构、分布的特点，分布式网络计算已经逐渐成为网络应用的主流。传统的分布式对象技术1（如RMI、DCOM、CORBA）能够在异地之间传递数据对象，具有面向对象的各种优点，但是缺乏统一的数据表示规范和传输协议，彼此互操作性差且组件之间耦合紧密。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。WEB服务以其松散耦合、语言中立、平台无关性有效解决了上述问题。根据W3C的定义“WEB服务是一种通过URI标识的软件应用，其接口及绑定形式可以通过XML标准定义、描述和检索，并能通过XML消息及互联网协议完成与其他应用的直接交互”2。WEB服务技术使用一系列协议，如UDDI3、WSDL4、SOAP5，方便有效地实现跨平台的软件的交互，WEB服务的解决方案不必依赖于某个特定的实现提供商，对运行环境的要求也比较宽松。在系统开发方面，WEB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，而是通过搜索现有WEB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，一些有实力的公司已经将自己的服务作为WEB服务发布。如搜索公司GOOGLE已经对外发布了名为GOOGLESEARCH的搜索WEB服务，用户可以通过调用其API，将搜索功能集成到自己的系统中来；微软也发布了股票报价WEB服务，对外实时提供股票价格变化服务；其它WEB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。WEB服务有很多优点，但在实际应用中，为了提高服务的可重用性，分散和简化逻辑，单个WEB服务一般仅提供某些单一功能，要实现具体的复杂应用，必须实现多个服务的交互协作，即WEB服务组合。WEB服务组合的受益者不仅仅是增值服务的提供商他们可以利用已有的一些服务组合出新的定制服务；服务的消费者同时也会得到相应的收益不仅可以得到按需定制的服务，在未找到合适服务的场合，也可以利用WEB服务组合系统对现有服务组合，充分利用这些已有功能，满足自己特殊的要求。在WEB服务组合中，建立业务流程是WEB服务组合的关键操作，也是衡量WEB服务组合技术是否成熟的标志之一。尽管在工作流的研究领域提出了很多业务流程模型，但是由于采用业务组件的不同以及应用环境的不同，工作流模型不能充分满足WEB服务组合中业务流程的要淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用2求。因此针对WEB服务组合领域研究业务流程是非常有意义的。12研究现状及选题依据121研究现状由于研究目标不同，目前有多种面向服务组合的业务流程模型。其中基于工作流的模型一般采用状态图或活动图来描述业务流程的执行顺序。这些模型来源于成熟的工作流模型，往往包含完整的流程执行描述，提供例外处理机制和补偿机制，并引入事务管理和安全性管理。它们可用于构建可执行的服务流程，但是由于缺乏对语义的支持，它们在应用需求表示以及业务流程复用等方面存在不足。例如，BPEL6模型是基于工作流的业务流程模型，它的实现语言BPEL4WS6已经被OASISORGANIZATIONFORTHEADVANCEMENTOFSTRUCTUREDINFORMATIONSTANDARDS组织采纳为业务流程表示标准。在BPEL模型中，业务流程由多个业务活动按照一定的逻辑结构组成，每个业务活动连接到WSDL文件上，通过XPATH语法提供消息处理，生成的BPEL文档可以在BPEL引擎上执行。BPEL模型提供了业务流程完整地执行描述，但是不涉及业务活动的需求描述和业务流程的功能描述，不能支持服务发现和流程推荐等操作，生成的业务流程难以被复用。基于语义的模型通过本体语言来描述业务流程，它们关注服务需求的语义表示以及如何实现服务发现、选取和组合的自动化，但是在如何执行业务流程及如何实现服务之间的消息通信方面还存在不足。例如OWLS7的服务模型SERVICEMODEL部分提供了业务流程的语义描述。在OWLS语言中，概念包含和两个子类，分别表示原子服务和组合服务，其中由原子服务或其它组合服务构成，描述一个业务流程。尽管OWLS语言的GROUNDING部分提供了服务信息到WSDL的映射，但是在GROUNDING部分不涉及参与服务的执行语义以及服务消息的处理机制。因此OWLS更多的是用语义描述来表示业务之间的逻辑关系，可执行性较差。另外还有一些表示模型利用其它研究领域的成熟模型来表示业务流程。例如，WEB组件模型8把组合逻辑相关的信息封装在类的定义中，支持重用、特化SPECIALIZATION和扩展等软件开发的原则，并提供兼容性和一致性验证；进程代数模型910把WEB服务建模为移动的进程，易于实现对安全性、活动等属性的校验和资源的管理。PETRI网模型1112利用PETRI网表示WEB服务，PETRI网是具有图形化特征的形式化工具，是基于状态的描述工具，而且具有丰富的分析技术，在PETRI网模型下可以研究组合服务能否正确终止。这些模型利用形式化的方法去推导业务流程的正确性和合理性，具有严格的描述规范和推理机制，但这也使其在现实的企业环境中难以被推广应用，因此一般作为业务流程建模的有益的补充。淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文3122选题依据业务流程是为了完成某一目标或需求而进行的一系列逻辑相关业务活动的有序集合，因此只有在确定业务需求之后，才能围绕它展开各种活动。业务活动是业务流程的基本要素，业务流程中的每一个业务活动都完成定义的一个或多个目标。企业的战略目标是由一系列的业务活动来完成。对应目标的业务活动并不是孤立的，它们之间相互关联、相互协调，最终完成企业的战略目标。虽然业务流程应用研究已经取得了一系列成果，但结合对目前国内外研究现状的分析发现还存在以下问题和不足第一，业务流程语义描述信息不足。现有的模型主要对服务的操作接口建模，缺乏语义描述信息。业务流程的语义描述信息包括业务流程的功能描述信息，非功能描述信息和执行描述信息。功能和非功能描述信息和用于生成业务流程以及发现和选取WEB服务，如果缺乏这些信息，当遇到相似的业务需求时很难修改已有的业务流程来达到复用的目的；执行描述信息是描述业务流程如何被执行即其包含的业务活动之间的时序关系和逻辑关系，用于控制业务流程的执行，如果缺乏这些信息，业务流程不能被正确执行。第二，业务流程构建过程中没有提供控制业务功能粒度的机制，业务流程实例化时对服务质量考虑不足。随着WEB服务数量的增加，同样的组合需求可以由不同业务功能粒度的业务流程实现，如何选择不同功能粒度的业务流程对应用实现有很大的影响。上述模型中还没有提供在设计业务流程时很好的控制业务功能粒度的机制。业务流程业务流程被看成是不可分割的整体，只能作为整体推荐，即使新的业务需求是已有的业务流程的功能子集，局部子流程也不能被独立推荐，影响业务流程的复用程度。第三，在现有的业务流程模型下，缺乏集成系统及实现技术对业务流程进行管理。目前需要有一个独立于不同企业应用的系统，实现对企业各管理层面各种业务流程统一、连贯的管理，可以在绝大多数企业中都能方便的成功部署，提高业务流程系统的适应性。环境本体1利用软件实体所处的环境以及环境可能的状态变化是可以准确描述，将需求问题和功能语义用统一的形式描述，为上述语义描述信息不足的问题提供了解决方法。层次化分析方法2是一种基于分治思想和自上而下分解思想的设计模式，可以用在业务流程构建过程中实现对业务功能粒度的控制。本文基于此对服务组合中业务流程模型及构建过程进行研究，旨在将环境本体和层次化分析方法运用到业务流程研究中，克服现有研究中存在的不足，进而为服务组合提供可复用的设计基础和有益的参考。1关于环境本体更详细的介绍，将在第二章中给出2关于层次化分析方法更详细的介绍，将在第二章中给出淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用413论文内容组织结构131论文工作目标本文从业务需求出发，对实现目标需要执行的业务活动、业务活动之间的关系、实现业务活动对应的WEB服务以及WEB服务实例选取时服务质量的考虑等方面对服务组合中业务流程进行研究。主要工作目标包括以下几个方面（1）在对WEB服务组合和业务流程分析的基础上，利用环境本体刻画业务需求和功能描述，将两者用统一框架描述，进而给出业务流程本体系统，对WEB服务组合中业务流程所涉及到的概念及概念之间的关系进行语义描述。（2）把层次化分析方法应用到基于环境本体的业务流程构建中，对业务需求进行自上而下的分解，得到不同功能粒度的业务活动与连接这些业务活动结点的方法，避免业务活动的重复设计，实现WEB服务组合中业务流程的共享和重用。在业务流程实例化过程中着重考虑服务质量对服务实例选取的影响。（3）设计一个WEB服务组合中的业务流程系统原型，对给出的本体系统、业务流程构建及实例化过程加以实现，并以网上购书流程为实例对系统的各个部分加以说明。132论文结构如图11所示，本文主要内容分为六章，各章节的内容概括如下第一章绪论本章首先阐述了课题的研究背景；然后对WEB服务组合中业务流程的研究现状进行了描述；最后总结了当前研究中存在的不足之处，给出了本课题的选题依据和工作目标。第二章服务组合中业务流程关键技术研究本章首先介绍了WEB服务组合及业务流程的相关概念；然后介绍了本文研究的两个基础环境本体和层次化分析方法。第三章业务流程本体系统本章首先概要介绍了业务流程本体系统的构成；然后详细阐述了本体系统中的领域本体、流程本体、服务本体和质量本体涉及到的定义和概念，并以实例加以说明。第四章业务流程的构建及实例化本章首先对应WEB服务组合过程分为功能流程的构建和执行流程的构建将对业务流程的操作分为业务流程的构建和实例化两步，然后介绍这两步的具体过程。其中业务流程构建主要考虑业务流程中业务活动、业务活动分解方法和服务类3（功能相同的一类WEB服务）的复用；业务流程实例化主要考虑服务质量约束下如何为业务流程中的各个服务类选择合适的WEB服务实例生成最终的执行流程。3关于服务类更详细的介绍，将在第三章中给出淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文5第五章业务流程系统原型本章介绍了基于本体系统的业务流程系统的设计，内容包括系统体系结构设计、数据库设计及各个模块的详细设计，并以网上购物应用为实例加以说明。第六章总结与未来工作对本文的研究工作进行了总结，归纳了研究中存在的不足之处并提出进一步的研究内容。图11论文组织结构第一章绪论第二章服务组合中业务流程关键技术研究第三章业务流程本体系统第四章业务流程的构建及实例化第五章业务流程系统原型第六章总结与未来工作淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用6第二章服务组合中业务流程关键技术研究上一章概要的介绍了课题的研究背景、研究现状及预定工作目标，本章首先将对WEB服务组合和组合中的业务流程做一个详细介绍，然后对应前文提出的研究中的不足，给出解决方法的基础即环境本体和层次化分析方法。21WEB服务组合相关概念211WEB服务组合严格的讲，服务组合的概念向上可以追溯到软件工程领域的软件重用。在文献13中，服务组合被定义为使用当前存在的服务创建一个定制服务的过程，该过程按照一个计划的次序来动态发现、集成和调用执行这些服务以满足用户需求。例如比较有代表意义的安全流服务SECSTREAM系统14，其实质就是一个服务组合系统，只是在该系统中研究的服务的粒度或者说是接口不同（主要以CORBA接口的形式存在）。该系统主要组合了流服务、安全服务、数据安全服务，由于在组合方面缺乏相关的标准或规范，系统采用了一种封闭的、固化的硬性程序编码方式来构建复合服务。该系统比较鲜明地反映了这类服务组合系统普遍存在的一些问题在标准化、开放性等方面支持不足。这严重制约着这些服务组合系统的应用范围，它们可以应用在环境相对简单、易于控制的企业网内部，却不适用于更广阔的INTERNET环境，而以WEB服务为基础的服务组合则可以天然的克服这些弊端。图21WEB服务组合每个WEB服务是一个独立的软件模块，WEB服务组合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”，这个新服务的组成成员不仅仅可以相互通信，更为重要的是，它们是按照某种逻辑组合起来的。如图21所示（WSI代表WEB服务），WS1和WS2组合成为一个更大粒度的服务WS6，WS3、WS4和WS5组合成为WS7，WS6和WS7最终又组合成WS8WS6WS7WS1WS2WS3WS4WS5淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文7为粒度更大的WEB服务WS8。这种通过相互协作将小粒度的WEB服务进行组合形成更大粒度的WEB服务的过程就是WEB服务组合。因此，我们对WEB服务组合提出一个更为通用和完整的定义定义21（WEB服务组合）利用INTERNET上分布的现有WEB服务，根据用户（最终用户或增值服务开发商）总的应用需求（包括功能和非功能的要求），在服务组合支撑平台的支持下，制定相应的业务流程并为业务流程中各个业务活动自动地选择一系列符合一定规则的单个WEB服务，组成满足总需求的服务流程，通过流程中各个服务的协作来最终完成用户的服务请求。流程逻辑层功能逻辑层功能实现层抽象业务流程描述WEB服务描述WEB服务资源空间业务活动服务实现组合服务服务类服务引用实例绑定图22WEB服务组合模型如图22所示，逻辑上可以把WEB服务组合成分为三层。最上层是抽象业务流程层，着眼于业务流程的逻辑表示，描述业务活动以及业务活动之间的时序关系和控制关系。中间层提供了功能逻辑单元描述，在WEB服务环境中，就是定义各种WEB服务类。功能逻辑单元可以是简单服务，也可能是封装了跨部门、跨企业的复杂业务流程的组合服务。最下层是WEB服务资源空间，包含了实现所有功能逻辑的WEB服务实例，这些服务一起工作，共同提供业务流程所请求的各项功能，是业务流程模型中活动的最终执行者。同一类型的功能逻辑可能有多种实现，不同的实现可能位于不同的部门或者企业，所以服务的实现可能是单一应用，也可能是横跨部淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用8门或者企业的集成应用。位于最上层的业务活动通过对中间层功能逻辑单元的引用来定义相应的功能逻辑，而位于中间层的功能逻辑又被绑定到位于WEB服务资源空间中的功能逻辑的具体实现中。212WEB服务组合中的业务流程业务流程是完成某一目标或任务而进行的一系列逻辑相关活动的有序集合，因此只有在确定业务目标之后，才能围绕它展开各种活动。业务流程是对企业内部资源交互以及企业之间的业务合作的有效描述，业务流程的模型直接影响到内容资源和业务过程的重用。好的业务流程模型可以实现资源的充分利用，加快应用的开发过程，降低开发成本，实现资源的有效整合15。业务流程的基本术语包括目标GOAL、业务活动ACTIVITY、角色ROLE、资源RESOURCE、规则RULE、策略STRATEGY、产品PRODUCT等。目标（也即需求）表示企业在流程中要实现什么功能，表述了一种功能性的状态。即流程试图达到的一种状态或状态集合。业务活动业务流程是由一系列彼此紧密联系的业务活动构成的，实现流程目标的具体事务工作也就是流程活动。任何一个业务流程都有确定的价值目标，但这一价值目标最终能否有效地达成，完全取决于业务活动的效率和效果。图23活动的运行模型业务活动是业务流程的基本要素，业务流程中的每一个业务活动都完成定义的一个或多个目标。企业目标是由一系列的业务活动来完成。对应目标的业务活动并不是孤立的，它们之间相互关联、相互协调，最终完成企业目标。业务活动的运行模型如图23，业务活动在一定的环境中执行，它包括下列各项（1）资源在流程活动执行过程中使用、消耗或产生的实体。资源按能动性可以分为主动资源和被动资源；按生产经营中资源数量的变化情况可分为可消耗资源和非可消耗资源；也可以分为人力资源、财物资源和时间资源。（2）角色它是一个抽象的概念，是对企业中具有某些技能的执行一定活动的机构的总称。角色可以是流程中执行每个活动的人员或信息系统，是对活动执行者资格要求的描述。（3）规则描述业务流程的逻辑，从业务目标出发，对企业应该如何运作和组织进行明确淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文9表示，它定义业务活动执行的约束条件，包括业务活动的输入、执行条件等。（4）产品业务流程执行时产生的与业务活动相关的信息。上面介绍了业务流程相关知识，在WEB服务组合中每个WEB服务是一个独立的软件模块，其所涉及到的资源、角色、规则和产品都包括在每个WEB服务内以功能属性和非功能属性表现出来，最终得到的组合服务是由有序的WEB服务集表示。因此本文对应WEB服务组合这个应用领域，将业务流程定义为完成应用需求的一系列逻辑相关的服务类的有序集合，其实例为一系列逻辑相关的WEB服务实例的有序集合。图24给出了网上购物的一个业务流程实例用户登陆系统LOGINTOSYSTEM，通过系统浏览所有的货物BROWSEPRODUCT，将选中的货物添加入购物篮中ADDPRODUCTTOCART，确定提交订单PROCESSORDER，付款给商家PAYONLINE然后决定是通过快递取货MAILPRODUCT还是直接上门提货FETCHPRODUCT。LOGINTOSYSTEMPAYONLINEPROCESSORDERADDPRODUCTTOCARTBROWSEPRODUCTFETCHPRODUCTMAILPRODUCTCHOICE服务类图24网上购物流程22WEB服务环境本体221本体相关定义及构建原则（1）本体的定义本体ONTOLOGY）最早是一个哲学上的概念，一直仅存在于哲学研究领域，直到现代科技革命的出现，本体论才独立出来作为形而上学理论的一个分支，专指对世界存在的研究。在人工智能界，最早给出本体定义的是NECHES等人，他们将本体定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。1993年，美国斯坦福大学的知识系统实验室的学者TOMGRUBER给出了本体的一个最为流行的定义，即“本体是概念模型的明确的规范说明”。后来，BORST在此基础上，给出了本体的另外一种定义“本体是共享概念模型的形式化规范说明”。STUDER等对上述两个定义进行了深入的研究，认为本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明。淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用10在STUDER的本体定义中包含了四层含义17概念模型CERPTUALIZATION通过抽象出客观世界中一些现象PHENOMENON的相关概念而得到的模型，其表示的含义独立于具体的环境状态。明确化EXPLICIT所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。形式化FORMAL本体是计算机能够识别的（即能够被计算机所处理）。共享性SHARE本体体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集，它所针对的是团体而不是个体。从这个定义可以看出，本体的目标是捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同认识和理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇（或称术语）和词汇之间相互关系的明确定义。（2）本体的模型原语和构建准则PEREZ等人用分类法组织了本体，归纳出5个基本的建模原语18概念CONCEPT概念被用于一个广义的理解。它可以指任何事务，如任务、方法、行为、策略和推理过程。关系RELATION关系表达了在领域中概念之间的交互作用，形式上定义为N维笛卡儿积的子集RC1C2CN。在语义上关系对应于对象元组的集合。函数FUNCTION函数是一类特殊的关系。该关系的前N1个元素可以唯一决定第N个元素。形式化的定义为FC1C2CN1CN。公理AXIOM公理代表永真断言，比如概念乙属于概念甲的范围。实例INSTANCE实例代表概念所包含的元素。出于对各自问题域和具体工程的考虑，构造本体的过程也是各不相同的。目前没有一个标准的本体构造方法，最有影响的是GRUBER在1995年提出的5条规则19。本体的构建应遵循下述准则清晰CLARITY本体必须有效的说明所定义术语的意思。定义应该是客观的，与背景独立的。当定义可以用逻辑公理表达时，它应该是形式化的。定义应该尽可能的完整。所有定义应该用自然语言加以说明。一致性COHERENCE本体应该是一致的，也就是说，它应该支持与其定义相一致的推理。它所定义的公理以及用自然语言进行说明的文档都应该具有一致性。可扩展性EXTENDIBILITY本体应该为可预料到的任务提供概念基础。它应该可以支持在已有概念基础上定义新的术语，以满足特殊的需求，而无须修改已有的概念定义。编码偏好程度最小MINIMALENCODINGBIAS概念的描述不应该依赖于某一种特殊的符号层的表示方法。因为实际的系统可能采用不同的知识表示方法。淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文11本体约定最小MINIMALONTOLOGICALCOMMITMENT本体约定应该最小，只要能够满足特定的知识共享需求即可。这可以通过定义约束最弱的公理以及只定义通讯所需的词汇来保证。作为知识表示方法应用于知识工程和知识管理等，本体统一了领域中的术语和概念，从而使知识共享和重用成为可能。本体加上本体实例构成本体知识库，简称本体库。在业务客户、软件系统用户和开发人员之间建立一个共享的本体库可以为实现服务组合带来许多便利和优点。首先，建立领域本体库可以为服务需求的描述以及服务功能描述提供统一的概念体系，为实现服务发现和流程检索时的语义匹配和语义推理提供语义环境；其次，基于本体的系统适合于WEB服务这样的分布式系统；另外，本体库也为进一步实现WEB服务自动组合提供了依据。222环境本体的引入需求问题所处的环境以及环境可能的状态变化是可以准确描述的，环境在软件实体的语义刻画中有其重要的位置。这个观点来源于需求的客观含义。需求的客观含义将体现在它对环境的作用上，即未来的软件将如何改变将与之交互的环境。实际上在软件工程早期20，PANNAS提出著名的四变量模型方法就隐含了基于环境建模的思想，但局限于当时的软件技术，所能表达的问题比较简单，软件所作用的环境只能落实到简单的输入/输出变量上，需求的表现也就比较简单。90年代中期，JACKSON和ZAVE给出了著名的涉及环境的需求蕴涵式，明确指明了需求和软件规格说明是含义完全不同的两个概念，就此而引出需求工程中经典的所谓“WHATHOW”这两个不同关注点，环境在需求和软件规格说明之间的关系上占有至关重要的位置。随着软件技术的发展，软件已经渗透到物理世界（如嵌入式软件等），社会系统（如信息系统，ERP，INTERNET使能系统等）等各个方面，软件能控制/所交互的环境越来越复杂，使得关于环境的知识成为研究和理解需求不可缺少的前提条件，针对现实世界环境进行需求抽取和建模的思想也越来越受到人们的重视。需求工程中的一个经典关系式就说明了环境的重要性21。这个关系式的基本含义是已知未来软件实体将处于的环境，和希望未来软件实体要满足的约束R，需求工程过程是构造未来软件的规格说明S，使得,SR成立，即需求的语义应落实到未来软件所处的环境上，是未来软件对其环境所发生的作用。从这一点出发，我们可以这么说，未来软件实体的语义体现在它可能处于之中的环境，以及它可能引起环境发生的变化上。这是软件实体的功能性语义。需求工程中，需求是描述现有的环境在软件的作用下或者与软件的交互后，期望所呈现的新状态。我们认为，需求描述应该包含任务所处的环境的初始状态和期望达到的终止状态，软件的作用就是建立从初始状态到终止状态的变迁路径。WEB服务组合是通过一种组合机制，将各个成员WEB服务对环境状态改变淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用12的能力进行组合，拼接出需求所要求的环境从初始状态到终止状态的变迁路径。WEB服务组合软件的需求分解就是分析出从初始状态到终止状态可能经过的变迁路径，当所有这种变迁路径分解到可以由某一个或某些WEB服务实现时，就完成了需求分析。对WEB服务来说，描述是组合的前提和关键。INTERNET环境下，网络上分布的WEB服务是由不同的供应商由不同的理解，不同的目标而设计开发的，他们对WEB服务的描述性理解可能会采用不同的方式，使用不同的术语。为了让组合的WEB服务间可以互相理解以便准确高效地发现组合，在组合前必须使用统一的描述规范对所有WEB服务进行描述。WEB服务是一种软件实体，软件实体的环境概念完全可以延伸到WEB服务，而且这个概念对WEB服务具有更重要的意义22首先，WEB服务的行为直接体现WEB服务的功能。任何一个WEB服务都处于通过INTERNET互联的环境实体之中，WEB服务的行为直接或间接地会导致这些环境实体的状态发生变化。环境实体的状态变化是WEB服务行为的直接体现22。反过来说，通过INTERNET互联的环境实体的变化将依赖于WEB服务行为，而这样的WEB服务行为将体现为WEB服务功能。描述WEB服务语义的一个重要方面是要定义WEB服务的功能。其次，目前针对WEB服务重用，大部分的做法是通过阅读WEB服务的文本描述，来理解WEB服务和判断其是否可以重用。这种手段一般只能供人使用。如果要进行机器自动识别也只能采用名字检索和名字匹配手段，如果对WEB服务名字没有固定的约束的话，这是一种比较危险的做法，危险性体现在不同功能WEB服务可能取了相同的名字，而相同功能的WEB服务可能会取不同的名字，从而带来WEB服务检索遗漏和错误匹配。要让由不同的人员发布的WEB服务可以相互理解，提供一个共同的描述指称域是一个可行的方法。WEB服务将共同作用之上的环境实体就是一种这样的指称域。第三，不同来源的WEB服务的组合遇到的是和WEB服务理解同样的问题，名调用显然不是一个可行的手段，而用特定的组合语言（如BPEL4WS）构型的组合逻辑也只能人工规划并书写。但如果有了环境实体的描述，WEB服务具备的功能和交互都能映射到这些公共环境实体上，则有可能实现WEB服务组合的自动规划，从而实现自动组合。223环境本体相关定义服务组合中的业务流程最终是由一系列有序地WEB服务实例构成，因此环境本体对我们研究WEB服务组合中的业务流程有非常重要的意义，我们不仅可以用环境本体刻画应用需求，而且可以利用环境本体对业务流程和WEB服务进行功能语义刻画。下面简单介绍环境本体所包含的一些重要概念2324。定义22（环境本体）环境本体定义为三元组，记作ENVO，其中EOCENTSOSMO是环境本体概念集。ENT表示环境实体；SO表示实体的状态；SMO淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城南京航空航天大学硕士学位论文13表示实体的状态机。其中，实体的状态机用状态和状态变迁表达外界可对实体实施的操作及操作的效果。R是环境实体、状态、状态机概念间关系的集合。RELREOCEOC是一个映射，对C1,C2EOC，RR，如果有RELRC1,C2，则RC1,C2成立，或记为C1RC2。定义23（环境实体）环境实体定义为一个四元组，记作ENT。其中ID是环境实体名。TYPE是环境实体类型，包括自治型A、因果型C、符号型S25等。ATTRA1,A2,AN是它的静态属性集。STATETS是它的状态变迁图，用层次状态机刻画，描述环境实体的状态以及在外部事件触发下产生的状态变化。定义24（状态）状态定义为一个二元组，记作S。其中NAME是状态的名字。BELENT是状态所属实体的名字。定义25（状态机）环境实体E的一个状态机定义为四元组，记作SM。其中S是环境实体E的有限个状态的集合。TSS是状态变迁的集合，状态变迁的集合构成一个状态图。S0S是初始状态。FS是终止状态。使用树状偏序关系，我们可以定义一个环境实体的状态间的树状层次关系26。XPY表示状态X是状态Y的后代状态，XY表示状态X与状态Y相等。引入环境实体的状态间的树状层次关系后，可以对状态进行不同粒度的描述。定义26（子状态）对状态X，Y，Z，如果XPY且ZXPZPY，则状态X是状态Y的子状态（Y是X的父状态），表示为CHILDX,Y或XCHILDY。子状态关联是一种状态后代状态关联。操作符DIRPARSTATE求出一个状态的父状态，如果XCHILDY，则DIRPARSTATEXY。定义27（状态变迁）一个环境实体EENT的状态变迁T记为21SSEOP，OP是引起状态变迁的操作。定义28（状态变迁路径）一个环境实体EENT的状态变迁路径TPATH记为KOPOPOPSSSEK12121L。以图24所示的网上购物流程为例，涉及到的环境实体包括客户CUSTOMER、产品PRODUCT、订单ORDER，其状态变迁如图25所示（环境实体用方框表示，使用方框内部的状态变迁图表淘宝网购物HTTP/WWW521TAOBAOCOM/淘宝网购物商城WEB服务组合中业务流程的研究及应用14示环境实体的状态变化）。INSTOCKBYPICKOUTBINGSOLDPRODUCTNAME，PRICE）CUSTOMERNAME，ADDRESS，CONTACT，CIDOFFLINEONLINENULLANONYMOUSMEMBERSTARTCHOOSINGCOMFIRMORDERFINISHSELECTINPAYINGORDEROID，CID，PRODUCT，TOTALPRICE）NULLCREATINGCONFIRMED图25网上购物环境本体23层次化分析方法231层次化分析方法概述层次化分析方法是一种基于分治思想和自上而下分解思想的设计模式，广泛用于软件工程和决策理论等领域。层次化分析方法的主要思路可归纳为一个复杂的问题可以首先分解为若干较为简单的子问题，解决了子问题也就完成了复杂问题的求解；同时子问题可以作为一个完南京航空航天大学硕士学位论文15整的问题继续分解，直到子问题可以解决或者不能再分解为止。问题之间具有包含关系，它们共同构成了一个层次化的拓扑结构。层次化分析方法来源于软件工程中的结构化分析方法。在软件工程中结构化分析方法是在面向数据流进行需求分析的方法，是20世纪70年代末由YOURDONE等人提出和发展，适合于数据处理类型软件的需求分析方法16。结构化分析方法是按照功能分解的原则，按照软件内部数据传递、变换的关系，自顶向下逐层分解，直到找到满足功能要求的所有可实现的软件为止。在面向对象的软件开发中，用户需求是对系统功能的整体描述，设计人员可以借助于UML工具把用户需求分解为多个功能独立的模块，每个模块可以继续分解为更细的子模块，直到需求可以完全由对象以及对象之间的通信来实现。整个过程自上而下分解，每一层组件的功能粒度逐渐细化。层次化分析方法有很多的优点，首先，它通过分治思想把复杂的问题逐步简化，是一种有效的问题解决思路；其次，分解过程可以得到不同粒度的节点，局部子树也具有完整的语义；最后，分解结果是一棵完整的层次树，保留了整个分解过程的细节。232层次化分析方法在业务流程中的应用业务流程功能即描述领域中需要完成的工作或任务。业务流程中所有的业务活动都不是漫无目地进行的，业务流程所要实现的业务需求是其最终根源，确定业务需求之后，围绕它开始展开各种活动。实现业务流程的有效管理以及选择最优的生产活动需要对需求有充分理解，而且对需求的明确表示能够帮助充分理解企业组织的变化，并支持业务流程的不断改进和优化。按照系统论的观点，业务流程是一个目标驱动的系统，它是由多个相互独立的活动为了完成共同的目标，协同工作的过程。目标的复杂性往往超越了单一活动的有限功能，所以需要把目标逐层分解为多层的目标树，以便实施目标管理。企业首先制定出战略层业务经营目标，通过“为什么WHY”以及“如何HOW”等问题对业务目标逐步分解成相关联的子目标，依次细分，直至每个子目标都由对应的活动实现为止。在每个细化层上说明为实现目标要做什么WHAT，相对于其上层目标而言，它说明如何做HOW，相对于其下层目标而言，说明它为什么要做WHY。所有目标构成一个层次结构，下层的目标是上层目标的子目标，子目标是上一层目标在内涵上的细化和分解，如图26所示。WEB服务组合中业务流程的研究及应用16图26业务目标分解图本文中，对应WEB服务组合将目标和子目标统一定义为业务活