Web服務(wù)組合國內(nèi)外研究進(jìn)展分析研究 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

2004年以來，Web服務(wù)作為跨組織應(yīng)用集成的支持技術(shù)得到業(yè)界的廣泛支持，面向服務(wù)架構(gòu)(ServiceOrientedArchitecture,SOA)成為信息技術(shù)的新熱點(diǎn)。SOA的一個重要理念是將“單獨(dú)、獨(dú)立、封裝”的服務(wù)組合成為更大型的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)軟件重用、發(fā)揮服務(wù)的潛力。因此，Web服務(wù)組合受到學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的極大關(guān)注，涌現(xiàn)出大量的WSC研究。WSC源于軟件重用，其基本思想是使用系統(tǒng)中已有的Web服務(wù)，通過它們一定順序的組合或組合順序的改變，創(chuàng)建出新的或更高質(zhì)量的服務(wù)滿足用戶需求。目前對WSC尚無統(tǒng)一定義，研究者從不同角度和側(cè)重點(diǎn)做了不同的定義?？偟膩碚f，其定義可歸納為兩個：(1)基于過程模型：從WSC內(nèi)在因素的角度，將其定義為一個依賴于特定控制流和數(shù)據(jù)流結(jié)合起來的、能夠完成一定任務(wù)的Web服務(wù)集合，如AgFlow[1]。(2)基于構(gòu)件單元：從構(gòu)件的角度，將WSC定義為一個由自治且能相互協(xié)作的自描述單元所組成的系統(tǒng)[2]。上述定義分別強(qiáng)調(diào)了WSC兩個不同的研究角度。近年來Web服務(wù)的理論和技術(shù)取得了長足的發(fā)展,其保證互操作性的協(xié)議棧下層在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已基本達(dá)成一致.作為新一代的開放系統(tǒng)技術(shù),Web服務(wù)與CORBA、Java等技術(shù)相比,在保證互操作上更為成功。從技術(shù)上說,Web服務(wù)的價值在于服務(wù)重用,而重用的目的則是使服務(wù)增值。至于保證服務(wù)通信和重用的基礎(chǔ)則是互操作協(xié)議棧的下層一致性.除了服務(wù)本身的重用外,組合不同的Web服務(wù)以產(chǎn)生不同于各個單一Web服務(wù)的功能,也是研究的重點(diǎn)之一。但是,如何使得Web服務(wù)真正進(jìn)入實(shí)用的階段,使得Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)跨組織、跨管理域的系統(tǒng)集成和自動交互,還面臨著諸多的問題;其中一些問題是在傳統(tǒng)的中間件應(yīng)用中已經(jīng)解決了的,而另外一些則是新問題[3],比如Web服務(wù)如何組合、能否自動組合以及組合的正確性驗(yàn)證,即是否與期望中的服務(wù)等價等問題。為了解決服務(wù)組合的這些問題,學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了多種方法;總體來說,其思路可以分為兩類:一類是用流程組合服務(wù)的思想,比如BPEL4WS,這類方法的建模和驗(yàn)證常使用Petri網(wǎng)和進(jìn)程代數(shù)[4]等形式化方法;另一類是借助人工智能的思想,如語義Web[5],?；跁r序邏輯等方法。大體從語義服務(wù)組合方向主要可以分為三類：1)基于人工智能領(lǐng)域的服務(wù)組合，2）形式化推導(dǎo)方法和自動推理，3）基于邏輯描述（非功能性描述）方法，其分為動態(tài)邏輯和靜態(tài)邏輯描述。從服務(wù)評價方式可分為兩類：a）偏向服務(wù)組合權(quán)重的服務(wù)質(zhì)量（QoS）相關(guān)的方法，b)采用具有語義的評價因子的方法。國內(nèi)外對于服務(wù)的研究已經(jīng)延伸到復(fù)雜的系統(tǒng)過程，包括服務(wù)科學(xué)，服務(wù)管理（預(yù)測服務(wù)需求、規(guī)劃服務(wù)），支持服務(wù)系統(tǒng)的IT系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建及服務(wù)執(zhí)行等[6]。面向服務(wù)架構(gòu)（Service-OrientedArchitecture，SOA）有利于軟件復(fù)用和系統(tǒng)集成。Web服務(wù)作為SOA，通常但非唯一采用的實(shí)現(xiàn)方式，研究覆蓋到服務(wù)封裝、提供、管理、使用、建模、仿真及控制等環(huán)節(jié)，包括靜態(tài)、動態(tài)組合及基于分級評價的服務(wù)發(fā)現(xiàn)[7-10]。將多個松散耦合的簡單Web服務(wù)按照服務(wù)描述、約束及可用資源等進(jìn)行組合，可重用并增值服務(wù)。開放的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用和“軟件作為服務(wù)”的理念必將導(dǎo)致基于Internet環(huán)境下軟件系統(tǒng)的主要形態(tài)、運(yùn)行方式、生產(chǎn)方式和使用方式發(fā)生巨大的變化.未來網(wǎng)絡(luò)軟件的一種趨勢表現(xiàn)為構(gòu)造若干Web服務(wù)動態(tài)組合(composition)、漸趨穩(wěn)定的軟件應(yīng)用系統(tǒng)[3].Web服務(wù)是一種新型的Web應(yīng)用程序,具有自包含、自描述、模塊化和松耦合等特點(diǎn),可以通過Web發(fā)布、查找和調(diào)用.簡單地說,Web服務(wù)是“一次發(fā)布,到處可用”的新型Internet組件,支持服務(wù)復(fù)用和組合,對提高網(wǎng)絡(luò)軟件生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。在動態(tài)、多樣的Internet服務(wù)市場中,發(fā)現(xiàn)合適的服務(wù)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)共享、復(fù)用的重要前提.Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效果直接關(guān)系服務(wù)復(fù)用的質(zhì)量,影響到服務(wù)組合的相容性(compatibility)和可替換性(substitutability),關(guān)系到能否真正實(shí)現(xiàn)服務(wù)的“即插即用”。因此,Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)作為面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分,倍受工業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注,并以查準(zhǔn)率、查全率和匹配效率作為評價其效能的主要指標(biāo)。，。[12]常見的服務(wù)描述有：(1)OWL-S：由描述服務(wù)能力、服務(wù)工作過程和服務(wù)訪問細(xì)節(jié)的ServiceProfile,ServiceModel和ServiceGrounding3部分組成。ServiceProfile涵蓋了以及服務(wù)QoS語義，滿足計(jì)算機(jī)推理需求；ServiceModel則定義了WSC的內(nèi)部流程。因此被當(dāng)前的絕大部分的WSC研究所使用。(2)WSDL：描述服務(wù)URL和命名空間、服務(wù)類型、有效函數(shù)、函數(shù)參數(shù)、參數(shù)類型以及函數(shù)返回值和返回值類型等Web服務(wù)的通信和調(diào)用方法的XML文件。它是Web服務(wù)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但它僅通過“端口”規(guī)約了服務(wù)的功能特性，必須擴(kuò)充增加{}和QoS語義才能支持WSC。(3)自定義語義：為實(shí)現(xiàn)WSC推理而定義的非標(biāo)準(zhǔn)簡單描述語言。如Sword[11]中基于規(guī)則的服務(wù)描述——將服務(wù)描述成在特定輸入下產(chǎn)生特定輸出的“規(guī)則”。隨著OWL-S的發(fā)展，這種服務(wù)描述已逐漸淡出。OWL-S即網(wǎng)絡(luò)本體服務(wù)語言，由DAML-S發(fā)展而來，是OWL的應(yīng)用。OWL-S主要包括4個任務(wù)：自動Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)，觸發(fā)，組合和互操作，執(zhí)行監(jiān)控。為達(dá)到此類目標(biāo)，OWL-S通過一組規(guī)范的知識本體來描述服務(wù)，并將該本體劃分為3個組成部分：服務(wù)輪廓，即服務(wù)能提供什么；服務(wù)模型，即服務(wù)如何工作；服務(wù)基點(diǎn)，即服務(wù)如何被訪問。在OWL-S的服務(wù)模型中，定義一個過程模型，包括2個部分：(1)過程，從服務(wù)的組成過程(如輸入、輸出、前提和效果等)來描述服務(wù)，使服務(wù)能夠進(jìn)行規(guī)劃、動態(tài)組合以及交互操作；(2)過程控制模型，實(shí)現(xiàn)智能主體對一個服務(wù)請求的執(zhí)行控制。通常把這2個部分稱為過程本體和控制本體，通過過程本體可以定制廣泛服務(wù)，通過控制本體可以監(jiān)控服務(wù)執(zhí)行。在控制本體結(jié)構(gòu)中，原子過程是能夠直接被調(diào)用的Web服務(wù)，不可分割且可以單步執(zhí)行。與之相比，簡單過程也是單步執(zhí)行，但它既不能被調(diào)用，也不需要與服務(wù)基點(diǎn)相結(jié)合。組合過程是由原子過程或組合過程通過控制結(jié)構(gòu)連接起來的。WSMO是一個規(guī)范化描述語義Web服務(wù)的本體框架。其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是弱耦合和強(qiáng)仲裁,自治組件之間依靠中間層完成互操作,主要通過定義4類關(guān)鍵組件本體來描述服務(wù):①目標(biāo)組件,描述了用戶通過一個語義Web服務(wù)希望達(dá)到的目標(biāo)類型。②Web服務(wù)組件,描述已發(fā)布Web服務(wù)的語義層的功能性屬性描述,并且描述語義Web服務(wù)間如何通訊和組合。③中間層組件,描述WSMO各組件本體間的映射關(guān)系、連接組件,并處理異質(zhì)和不匹配性的問題。④本體集,提供其它組件中使用信息的規(guī)范化定義和描述。WSMO的研究可謂自成體系,ESSI組織完全拋棄了W3C推薦的OWL(Web本體語言標(biāo)準(zhǔn)),重新定義了WSML語言(Web服務(wù)模型語言)和WSMX體系結(jié)構(gòu)(Web服務(wù)執(zhí)行環(huán)境)作為對WSMO的支撐。目前WSMO工具集的研究,主要包括2005年6月推出的基于WSMO的語義Web服務(wù)編輯器WSMOStudio;2005年6月推出的根據(jù)WSMO建立語義Web服務(wù)應(yīng)用API和實(shí)現(xiàn)參考的WSMO4J;2005年11月推出的關(guān)于WSML語言的一系列工具,如WSML推理工具WSMLDLReasoner和WSML語言校驗(yàn)工具WSMLValidator。OWL-S是Darpa組織繼DAML-S后推出的新一代語義Web服務(wù)描述框架。OWL-S框架使用W3C組織推薦的Web本體語言O(shè)WL為其語言基礎(chǔ),目前版本OWL-S1.1,2004年11月已被提交到W3C組織審議。作為第一個提交到W3C審議的語義Web服務(wù)領(lǐng)域的規(guī)范,OWL-S得到了W3C的一致好評。OWL-S的推出旨在支持語義Web服務(wù)的自動組合和調(diào)用,幫助用戶和代理查詢、發(fā)現(xiàn)、調(diào)用、組合和監(jiān)控語義Web服務(wù)。OWL-S將OWL提高到了支持基于性能的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)的層次。但是,OWL-S的推出并不是為了替代現(xiàn)有的Web服務(wù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn),只是在其上擴(kuò)展出一層語義層。事實(shí)上,OWL-S根據(jù)WSDL來調(diào)用服務(wù)并且擴(kuò)展UDDI實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)。OWL-S的工具集的研究主要包括Mindswap組織推出的系列OWL-S工具,包括OWL-SAPI,OWL-S校驗(yàn)工具和OWL-S翻譯器。OWL-SAPI提供應(yīng)用于Java編程接口的OWL-SAPI,完成讀、寫和處理基于OWL-S的服務(wù)描述,目前該OWL-SAPI可以支持多個版本的OWL-S框架創(chuàng)作的服務(wù)描述的讀操作(主要包括OWL-S1.0,OWL-S0.9和DAML-S0.7)。OWL-S校驗(yàn)工具用來進(jìn)行OWL-S本體語法和結(jié)構(gòu)正確性的驗(yàn)證,保證基本的錯誤可以被避免。OWL-S翻譯器可以在不同版本的OWL-S語言間進(jìn)行翻譯,主要是把OWL-S的較低的版本0.7,0.9和1.0轉(zhuǎn)換成OWL的0.9或1.0的版本。Malta大學(xué)也推出了基于J2SE(1.4及以上版本)的OWL-S編輯器。OWL-S是一種被當(dāng)前的絕大部分的WSC研究所使用的服務(wù)描述方法，它由描述服務(wù)能力、服務(wù)工作過程和服務(wù)訪問細(xì)節(jié)的ServiceProfile，ServiceModel和ServiceGrounding三部分組成。ServiceProfile涵蓋了以及服務(wù)QoS語義，滿足計(jì)算機(jī)推理需求；ServiceModel則定義了WSC的內(nèi)部流程。WSDL是一種描述服務(wù)URL和命名空間、服務(wù)類型、有效函數(shù)、函數(shù)參數(shù)、參數(shù)類型以及函數(shù)返回值和返回值類型等Web服務(wù)的通信和調(diào)用方法的XML文件。它是Web服務(wù)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但它僅通過“端口”規(guī)約了服務(wù)的功能特性，必須擴(kuò)充增加{P,E}和QoS語義才能支持WSC。圖2OWL-S的頂層服務(wù)本體[1]ZengLZ,BenatallahB,NguA,etal.QoS-awareMiddlewareforWebServicesComposition.IEEETrans.onSoftwareEngineering,2004,30(5):311～327.[2]HamadiR,BenatallahB.APetriNet-basedModelforWebServiceComposition.Proceedingsofthe14thAustralasianDatabaseConferenceonDatabaseTechnologies.Adelaide:ACMPress,2003.[3]AntonioJ,SilvaC.QualityofServiceandSemanticCompositionWorkflows[Ph.D.Dissertation].DepartmentofComputerScience,UniversityofGeorgia,GA,2002.[4]MassimoP,TakahiroK,TerryP,etal.ImportingtheSemanticWebinUDDI.In:Proceed2ingsofWebServices,E-businessandSemanticWebWorkshop(CAiSEWorkshop),Toronto,Canada,2002,225～236.[5]SivashanmugamK,VermaK,MulyeR,etal.Speed2R:SemanticP2PEnvironmentforDiverseWebServicesRegistries.FinalPresentation,CSCI:8350,EnterpriseIntegration,DepartmentofComputerScience,UniversityofGeorgia,GA,2002.[6]徐曉飛,王忠杰,莫同.服務(wù)工程方法體系.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2007,13(8):1457～1464.[7]CanforaG,FasolinoA,FrattolilloG,etal.AWrappingApproachforMigratingLegacySystemInteractiveFunctionalitiestoServiceOrientedArchitectures.JournalofSystemsandSoftware,2008,81(4):463～480.[8]HervV,FRP.AFormalFrameworkforBuilding,CheckingandEvolvingServiceOrientedArchitectures.FifthEuropeanConferenceonWebServices,Halle(Saale),Germany.2007,245～254.[9]IvanJ，HaneF，YoussefA，etal.DynamicWebservicecompositionwithinaService-OrientedArchitecture.IEEEInternat