何為服務(wù)組合

1、服務(wù)組合綜述近年來(lái)，隨著 Web 服務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)完善和支持 Web 服務(wù)的企業(yè)級(jí)軟件平臺(tái)的不 斷成熟，越來(lái)越多的穩(wěn)定易用 Web服務(wù)共享在網(wǎng)絡(luò)上。 然而單個(gè) Web服務(wù)的功能有限，難以 滿足實(shí)際應(yīng)用中的多種多樣的需求，因此為了更加充分地利用共享的Web服務(wù)，有必要將共享的Web服務(wù)組合起來(lái)，提供功能更為強(qiáng)大的服務(wù)。Web服務(wù)組合的研究正是在這種背景下被提出來(lái)，并吸引了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。1. 基本概念1.1 Web 服務(wù)Web 服務(wù)是基于網(wǎng)絡(luò)的、 分布式的、 自描述的、 模塊化的組件 , 它執(zhí)行特定的任務(wù) , 遵 循一定的技術(shù)規(guī)范 , 提供了面向 Internet 應(yīng)用的統(tǒng)一服務(wù)發(fā)布

2、、發(fā)現(xiàn)、調(diào)用和合成機(jī)制?，F(xiàn) 在它已經(jīng)成為廣域環(huán)境下實(shí)現(xiàn)互操作的一種主要機(jī)制 , 得到產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可。1.2 Web 服務(wù)組合由于目前尚未有統(tǒng)一的定義，不同的研究人員從不同的角度對(duì)Web 服務(wù)組合問(wèn)題進(jìn)行定義。我們對(duì) Web 服務(wù)組合提出一個(gè)更為通用和完整的定義：利用Internet 上分布的現(xiàn)有Web服務(wù)，根據(jù)用戶的應(yīng)用需求，把相對(duì)簡(jiǎn)單的服務(wù)按照一定的邏輯方式組合起來(lái)，從而組 合成更強(qiáng)大、更完整的服務(wù)的過(guò)程。Web服務(wù)組合可以利用較小的、較簡(jiǎn)單的、且易于執(zhí)行的輕量級(jí)服務(wù)來(lái)創(chuàng)建功能更為豐富、更易于用戶定制的復(fù)雜服務(wù)，從而能夠?qū)⑺缮Ⅰ詈系摹?分散在In ternet上的各類(lèi)相關(guān) Web服

3、務(wù)有機(jī)地組織成一個(gè)更為可用的系統(tǒng)，支持企業(yè)內(nèi)、 外部的企業(yè)應(yīng)用集成和電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Web 服務(wù)組合方法從組合方案生成方式來(lái)分有兩大類(lèi)：靜態(tài)組合和動(dòng)態(tài)組合。靜態(tài)組 合意味著請(qǐng)求者應(yīng)在組合計(jì)劃實(shí)施前就創(chuàng)建一個(gè)抽象的過(guò)程模型。抽象的過(guò)程模型包括任務(wù)的集合以及任務(wù)間的數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系 , 每個(gè)任務(wù)包含一個(gè)查詢的子句 , 用來(lái)查找完成任務(wù)的真 正的 Web 服務(wù)。而動(dòng)態(tài)組合不僅自動(dòng)地選擇、綁定 Web 服務(wù) , 同時(shí)更重要的是自動(dòng)地創(chuàng)建 過(guò)程模型。2. Web服務(wù)相關(guān)技術(shù)Wei服務(wù)的主要思想，就是未來(lái)的應(yīng)用將由一組應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)組合而成，只要求兩 個(gè)等同的服務(wù)使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和方法描述自己；Web服務(wù)另

4、外一個(gè)重要的思想就是：所有東西都是服務(wù)，這些服務(wù)發(fā)布一個(gè)API(applicati onprogrammi ng in terface)供網(wǎng)絡(luò)中的其它服務(wù)使用，并且封裝了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。Web服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。Service bind X Servicerequester Jprovider j從上圖看出，在Wet服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中共有3種角色：(1) Service provider:服務(wù)提供者，負(fù)責(zé)向服務(wù)代理發(fā)布自己提供的We服務(wù)，并且對(duì)使用自身服務(wù)的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，它是Wet服務(wù)的實(shí)際執(zhí)行者；Service broker :服務(wù)代理，負(fù)責(zé) Web服務(wù)的注冊(cè)和對(duì)外發(fā)布功能，并對(duì)已注冊(cè)的服 務(wù)

5、進(jìn)行分類(lèi)和查找；(3)Service requester :服務(wù)請(qǐng)求者，利用 Service broker提供的服務(wù)查找功能，得到 所需的服務(wù)信息，然后調(diào)用Service provider 提供的服務(wù)。在這些角色之間進(jìn)行的操作有：publish :使Service provider 可以向Service broker 注冊(cè)自己提供的 Wei服務(wù)的功 能描述信息及訪問(wèn)接口；(2) find :使Service requester 可以通過(guò)Service broker 查找滿足要求的服務(wù)；(3) bind :使 Service requester能夠真正調(diào)用 Serviceprovider 提供的

6、服務(wù)。為支持上述3種操作，首先需要對(duì)服務(wù)進(jìn)行一定的描述。Web服務(wù)描述語(yǔ)言WSDL(webservice description Ian guage)就是用人和機(jī)器能閱讀的方式提供的一種描述語(yǔ)言，用于描述We服務(wù)的功能，地址信息，以及函數(shù)，參數(shù)和返回值。UDDI(universal description， discovery and integration)可以支持對(duì)服務(wù)的組織和查找，它是一套基于 Wet的、分布式的、為 Web艮務(wù)提供的信息注冊(cè)中心的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。SOAP(SimpIe Object Access Protocol)提供了標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程調(diào)用來(lái)訪問(wèn)Web服務(wù)，它完全繼承了 XM的

7、開(kāi)放性和描述的可擴(kuò)展性。總之Wei服務(wù)體系中使用了一系列標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。使用WSD來(lái)描述服務(wù)，使用UDD來(lái)發(fā)布、查找服務(wù)，使用SOA來(lái)調(diào)用服務(wù)。3. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Web服務(wù)組合就是把相對(duì)簡(jiǎn)單的服務(wù)按照一定的邏輯方式組合起來(lái)，從而組合成更強(qiáng)大、更完整的服務(wù)的過(guò)程。當(dāng)今主要的 Web服務(wù)組合方法有：基于流程的 Web服務(wù)組合，基 于 AI 規(guī)劃的 Web 服務(wù)組合，基于形式化方法的 Web 服務(wù)組合等。3. 1基于流程的Web服務(wù)組合基于流程的Web服務(wù)組合主要是從功能執(zhí)行和數(shù)據(jù)控制的角度來(lái)進(jìn)行組合，它有兩種方式：編制和編排。編制需要一個(gè)總過(guò)程來(lái)控制所涉及到的Web艮務(wù)，并協(xié)

8、調(diào)Wet服務(wù)不同操作的執(zhí)行。所涉及到的 Web艮務(wù)并不知道它們是組合服務(wù)過(guò)程的一部分，只有中央的控制過(guò)程 知道它們是如何組織和協(xié)調(diào)。 相比之下編排并不依賴(lài)中央的總控制過(guò)程， 其中涉及到的每個(gè) b服務(wù)都知道何時(shí)執(zhí)行自己的操作，以及與誰(shuí)交互。編排方式集中在消息的交換，所有的編 排參與者都需要知道業(yè)務(wù)流程，要執(zhí)行的操作，要交互的消息以及交換消息的時(shí)機(jī)。其中 BPEL4WS（Business Process Execution Language for Web Services ,Web 服務(wù)的商業(yè)流程執(zhí)行語(yǔ)言）是專(zhuān)為組合Wet服務(wù)而制定的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的流程語(yǔ)言。BPEL4W的作用是將一組現(xiàn)有的服務(wù)組合起

9、來(lái),從而定義一個(gè)新的 Web艮務(wù)。它能夠?qū)?Wet服務(wù)調(diào)用、操作數(shù)據(jù)、拋 出故障或終止一個(gè)流程等不同的活動(dòng)連接起來(lái) , 從而創(chuàng)造出復(fù)雜的流程 , 這些活動(dòng)可以嵌套 到結(jié)構(gòu)化活動(dòng)中 , 結(jié)構(gòu)化活動(dòng)定義了活動(dòng)的運(yùn)行方式和控制流程。3. 2基于AI規(guī)劃的Web服務(wù)組合OWL-S的出現(xiàn)為基于AI規(guī)劃的組合方法提供了可能，將Web服務(wù)看成AI中的動(dòng)作，通過(guò)輸入輸出參數(shù)、前提和結(jié)果等來(lái)描述Web服務(wù)。并且只要將 Web服務(wù)的這些描述映射為動(dòng)作形式化描述，在Web服務(wù)空間中以構(gòu)造 Web服務(wù)組合為目標(biāo)，根據(jù)形式化驗(yàn)證后的模型，動(dòng) 態(tài)的選擇服務(wù)。基于 AI 的規(guī)劃方法包括情景演算規(guī)劃法、層次任務(wù)網(wǎng)規(guī)劃法和基于

10、規(guī)則的 規(guī)劃法。3.2.1 情景演算情景演算是一種用一階謂詞邏輯描述變化的世界的方法， 是描述狀態(tài)變化和動(dòng)態(tài)推理的 形式化方法，其目的是提供一種邏輯語(yǔ)言為活動(dòng)建模。它假定世界的變化都是由動(dòng)作產(chǎn)生， 在一個(gè)情景執(zhí)行特定的動(dòng)作將達(dá)到另外一個(gè)情景。McIlraith 于2002年提出了一個(gè)形式化的方法，將服務(wù)組合問(wèn)題轉(zhuǎn)換為一個(gè)滿足目標(biāo)屬性要求的程序執(zhí)行問(wèn)題， 通過(guò)提供高層次的通用進(jìn)程和自定義的用戶約束來(lái)說(shuō)明Web服務(wù)組合問(wèn)題，使用Golog來(lái)表示和推理。Golog是一種建立在情景演算基礎(chǔ)之上的邏輯編程語(yǔ)言,適用于機(jī)器人和工業(yè)過(guò)程的高級(jí)控制，智能軟件 Agent 編程和任務(wù)規(guī)劃。它利用情景演算的推 理

11、機(jī)制將復(fù)雜行為分解為一組可執(zhí)行的原子動(dòng)作序列， 然后通過(guò)外部執(zhí)行器逐步該動(dòng)作序列 中的各原子動(dòng)作序列。3. 2. 2 層次任務(wù)網(wǎng)規(guī)劃法Hierarchical Task Network（HTN） Planning利用 OWL-S 作為 Web服務(wù)的描述語(yǔ)言,通過(guò)任 務(wù)分解的方法來(lái)組建組合服務(wù)。 與其他規(guī)劃方法不同的是 , HTN 的核心不是狀態(tài) , 而是任務(wù)。 一個(gè)基于 HTN 的規(guī)劃系統(tǒng)將目標(biāo)任務(wù)分解為子任務(wù)的集合 , 這些子任務(wù)再分解成更小的子 任務(wù)，一直循環(huán)這個(gè)過(guò)，直到所有的子任務(wù)僅包含原子Web服務(wù)，即現(xiàn)有的 Web服務(wù)。在每一輪任務(wù)的分解過(guò)程中 , 都會(huì)檢驗(yàn)是否違反給定的條件（如子任

12、務(wù)數(shù)不能超過(guò)一定數(shù)目） 。如果目標(biāo)任務(wù)在不違反任何給定的條件下 , 能夠被成功分解成原子任務(wù)集 , 則規(guī)劃問(wèn)題成功求 解。3. 2. 3 Rule-based 規(guī)劃Medjahed提出了一種從高層次聲明描述產(chǎn)生組合服務(wù)的技術(shù)，這一方法使用組合規(guī)則來(lái)決定兩個(gè)服務(wù)是否可以組合。Sword就是利用基于規(guī)則服務(wù)組合方法的一個(gè)組合服務(wù)的開(kāi)發(fā)工具集。它不依賴(lài)于服務(wù)描述標(biāo)準(zhǔn)如WSDL SOAP UDD和DAML-S它使用ER圖對(duì)We服務(wù)建模。它將一個(gè)Wet服務(wù)表示成一個(gè)Hon規(guī)則，代表如果前提為真，結(jié)果可以達(dá)到。創(chuàng)建組合服務(wù)時(shí)，請(qǐng)求者只需要指定組合服務(wù)的初始和最終狀態(tài)， 就可以通過(guò)一個(gè)基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)，

13、來(lái)判斷使用現(xiàn)有的服務(wù)是否能夠?qū)崿F(xiàn)所需的服務(wù)組合，并產(chǎn)生相應(yīng)的組合方案， 經(jīng)確認(rèn)后形成執(zhí)行的組合服務(wù)表示。3. 3基于形式化方法的Web服務(wù)組合形式化方法提供了以系統(tǒng)的方式， 描述、開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)， 能夠幫助發(fā)現(xiàn)系 統(tǒng)描述的不一致， 不明確或不完整， 因此成為了提高軟件系統(tǒng)的安全性與可靠性的重要手段。 在服務(wù)組合領(lǐng)域， 對(duì)形式化方法研究的主要目標(biāo)是在服務(wù)組合的規(guī)劃階段， 對(duì)組合的方案進(jìn) 行檢查， 解決對(duì)服務(wù)目標(biāo)的可達(dá)性驗(yàn)證、 調(diào)用過(guò)程中的死鎖檢查、 流程的正確性檢驗(yàn)等問(wèn)題。 在Web服務(wù)組合的應(yīng)用中，利用不同的形式化方法，可以得到不同的解決方案。比較有代表 的形式化方法是Petri網(wǎng)方

14、法。Petri網(wǎng)具有異步、并發(fā)的特點(diǎn)，在執(zhí)行、分析和檢驗(yàn)服務(wù)組合 方面，是目前研究者使用較多的工具。具體說(shuō)來(lái)，基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)建模研究集中于：服務(wù)組合的形式化表述 （庫(kù)所表達(dá)服務(wù)狀態(tài)， 變遷表示服務(wù)活動(dòng)） ，服務(wù)組合的邏輯關(guān)系 （如 順序、并行、選擇、循環(huán)、合并、分支等） ，服務(wù)組合建立和執(zhí)行的算法，可表示組合服務(wù)分析工具，如可達(dá)圖、標(biāo)識(shí)樹(shù)、不變量等，對(duì)建立好模型的面向服務(wù)軟件系統(tǒng)仿真、分析和 驗(yàn)證。4. 總結(jié)和展望Wei服務(wù)組合是 Wet服務(wù)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要的研究分支，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。利用與平臺(tái)無(wú)關(guān)的 Wet服務(wù)應(yīng)用能夠?qū)⑸虡I(yè)智能功能整合到企業(yè)應(yīng)用程序當(dāng)中，在海 量的組合方案中， 能快速靈活地為用戶選擇出滿足用戶需求的服務(wù)組合方案。Wei 服務(wù)的一個(gè)主