Web服務(wù)組合中相容性分析與適配方法研究.pdf

1、近年來，面向服務(wù)的計(jì)算(Service-Oriented Computing，SOC)和面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)作為新型的計(jì)算模式和軟件架構(gòu)，有效地解決了在分布、動(dòng)態(tài)、異構(gòu)環(huán)境下的應(yīng)用集成問題。隨著Web服務(wù)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，Web服務(wù)以其良好的封裝性、松耦合、自描述等特點(diǎn)，成為SOA的重要實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一，促使SOA從概念走向應(yīng)用。由于單個(gè) Web服務(wù)提供的功能有限，為了

2、滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，常常通過組合已有Web服務(wù)以構(gòu)建增值的、具有更大粒度的Web服務(wù)。因而，如何分析和保證 Web服務(wù)之間不同層次的互操作性以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的正確組合，成為當(dāng)前具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵問題之一。
　　Web服務(wù)技術(shù)所采用的一系列標(biāo)準(zhǔn)減少了服務(wù)之間的異構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了Web服務(wù)底層的互操作性。然而，Web服務(wù)在組合時(shí)仍然面臨高層的互操作性問題。由于參與組合的Web服務(wù)通常是由不同的第三方獨(dú)立地開發(fā)，這些開發(fā)者使用不同的方式來定義服務(wù)的接

3、口描述、交互協(xié)議、功能語義等。因此，在進(jìn)行服務(wù)組合之前，需要進(jìn)行相容性分析以判定服務(wù)之間是否能夠互操作。由于服務(wù)之間不相容而導(dǎo)致它們不能直接組合的現(xiàn)象常常發(fā)生，需要利用服務(wù)適配技術(shù)來消除服務(wù)之間的不相容而不改變服務(wù)的內(nèi)部代碼，從而保證服務(wù)之間的互操作性。
　　本文主要圍繞服務(wù)組合中的相容性分析和適配問題展開研究。重點(diǎn)研究了服務(wù)的接口、協(xié)議和語義建模，服務(wù)相容性判定和相容度計(jì)算，面向設(shè)計(jì)階段的適配器自動(dòng)構(gòu)造，面向運(yùn)行階段的適配器重配

4、置分析的關(guān)鍵問題。主要工作與貢獻(xiàn)如下：
　　(1)針對現(xiàn)有Web服務(wù)建模方法對服務(wù)接口、協(xié)議和語義的形式化描述的不足，提出了一種服務(wù)接口、協(xié)議和語義的形式化統(tǒng)一建模方法。通過對有限自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行接口、協(xié)議和語義擴(kuò)展，提出了IPSFA(interface，protocol and semantics extended finite automata)模型用于對服務(wù)進(jìn)行形式化描述；給出了IPSFA的組合模型的形式語義，并討論了如何將基

5、于XML的服務(wù)描述語言轉(zhuǎn)換為IPSFA模型的方法。該建模方法同時(shí)兼顧服務(wù)在接口層、協(xié)議層和語義層上的描述信息以及它們之間的約束關(guān)系，為服務(wù)相容性分析和適配研究提供了合適的理論模型。
　　(2)針對現(xiàn)有Web服務(wù)相容性分析方法通常僅關(guān)注服務(wù)的協(xié)議層信息，且缺乏對服務(wù)相容性進(jìn)行定量分析的問題，提出了一種支持接口、協(xié)議和語義的服務(wù)相容性判定和相容度計(jì)算方法。在分析現(xiàn)有的服務(wù)相容性標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，基于IPSFA模型給出了服務(wù)之間三種相容性的

6、形式化定義并給出了相應(yīng)的判定算法；針對服務(wù)實(shí)際執(zhí)行過程中的不確定性，通過引入執(zhí)行路徑概念并分析服務(wù)執(zhí)行路徑之間在接口、協(xié)議和語義層上的對偶關(guān)系來計(jì)算服務(wù)之間的相容度。該方法可以用于識(shí)別導(dǎo)致服務(wù)之間不相容的交互部分以反饋給開發(fā)者對服務(wù)進(jìn)行重新調(diào)整或設(shè)計(jì)，且其定量計(jì)算結(jié)果可以為服務(wù)選擇提供重要參考。
　?。?）針對現(xiàn)有設(shè)計(jì)時(shí)服務(wù)適配方法在支持不同層面的適配、適配器構(gòu)造的自動(dòng)化程度以及適配器BPEL代碼生成方面的不足，提出了一種面向設(shè)計(jì)

7、階段的適配器自動(dòng)構(gòu)造方法。利用服務(wù)的語義信息以及本體概念之間的語義包含關(guān)系自動(dòng)生成服務(wù)之間的消息映射；在此基礎(chǔ)上，利用“邊約簡邊生成”的思想提出了提高了適配器自動(dòng)構(gòu)造的效率，并給出了約簡后的適配器模型到BPEL代碼的生成方法。通過該方法既可以消除服務(wù)之間接口層和協(xié)議層上的不相容使得多個(gè)服務(wù)能夠進(jìn)行組合，又保證了基于適配器的服務(wù)組合在語義上的一致性。
　　（4）針對現(xiàn)有運(yùn)行時(shí)服務(wù)適配方法缺乏對適配器重配置分析的支持，提出了一種面向運(yùn)

8、行階段的適配器重配置分析方法。通過引入后向跡符合和前向跡符合的概念，以判定適配器實(shí)例的歷史執(zhí)行和將來可能的執(zhí)行在新適配器定義下的有效性。在此基礎(chǔ)上，提出了基于前/后向跡符合的適配器重配置分析算法，用于判定適配器實(shí)例的可遷移性以及確定重配置的目標(biāo)狀態(tài)。通過該方法使得適配器具有重配置的能力，以便應(yīng)對服務(wù)在運(yùn)行期間的演化問題。
　?。?）基于以上方法和理論，設(shè)計(jì)并部分實(shí)現(xiàn)了支持相容性分析和適配的服務(wù)組合原型工具，給出了該工具的系統(tǒng)架構(gòu)、