Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合關(guān)鍵方法研究

劉聰 楊懷洲

摘 ?要： Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合方式相較于靜態(tài)組合方式擁有更高的靈活性和實(shí)用性，動(dòng)態(tài)組合使服務(wù)在異常情況下可以被替換。文章通過(guò)對(duì)當(dāng)前Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合主要方法的實(shí)現(xiàn)原理與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜合分析，比較得出各類(lèi)方法的適用性及優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合的研究方向。

關(guān)鍵詞： Web服務(wù); 服務(wù)組合; 智能規(guī)劃; 工作流技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP301 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）08-21-03

Research on key methods of web service dynamic composition

Liu Cong， Yang Huaizhou

（Xi'an Shiyou University， Xi'an， Shaanxi 710065， China）

Abstract： Compared with static composition， dynamic composition of web services has higher flexibility and practicability. Dynamic composition enables services to be replaced in abnormal situations. Through the comprehensive analysis of the implementation principles and related key technologies of the current main methods of web services dynamic composition， the applicability， advantages and disadvantages of these methods are obtained by the comparisons， in this paper， and ?the research direction of Web services dynamic composition is proposed.

Key words： Web service; service composition; AI planning; workflow technology

1 Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合關(guān)鍵方法介紹

Web服務(wù)是面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)的一種典型實(shí)現(xiàn)方法，具有跨平臺(tái)、跨標(biāo)準(zhǔn)、跨語(yǔ)言等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于當(dāng)前單個(gè)Web服務(wù)功能有限，為了完成更加復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)需求，我們需要組合不同服務(wù)以獲得更大粒度的服務(wù)[1]。

靜態(tài)組合和動(dòng)態(tài)組合是Web服務(wù)的兩種組合方式[2]。靜態(tài)組合需要定義大量的模板且服務(wù)在運(yùn)行期間不可替換更改，針對(duì)上述缺陷，需要對(duì)服務(wù)動(dòng)態(tài)組合。

當(dāng)前關(guān)于Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合的研究主要主要分為兩個(gè)方向：一個(gè)是基于智能規(guī)劃，以斯坦福大學(xué)和卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)等機(jī)構(gòu)提出的Web服務(wù)本體語(yǔ)言（OWL-S）為代表;另一個(gè)是基于工作流技術(shù)，以IBM、微軟等提出的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語(yǔ)言（BPEL4WS）以及惠普公司提出的EFlow技術(shù)為代表[3]。

⑴ 基于語(yǔ)義的Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合方法

面向語(yǔ)義的Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合，其基本思想是利用本體來(lái)描述Web服務(wù)，通過(guò)帶有語(yǔ)義信息的Web服務(wù)使服務(wù)之間能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、組合和執(zhí)行。

目前，主要的語(yǔ)義Web服務(wù)描述語(yǔ)言有WSMO（Web service modeling ontology）、SAWSDL（semantic annotations for WSDL and XML schema）和OWL-S（Ontology Web Language for Services，Web服務(wù)的本體語(yǔ)言）等。

OWL-S是在語(yǔ)義網(wǎng)的OWL基礎(chǔ)架構(gòu)下，用來(lái)描述語(yǔ)義網(wǎng)服務(wù)，在 OWL-S頂層服務(wù)本體中有三種本體：Service Profile、Service Model和Service Grounding[4]。

Service Profile描述服務(wù)是什么，描述服務(wù)的功能、適用范圍以及服務(wù)的質(zhì)量;

Service Model描述服務(wù)如何工作，描述調(diào)用服務(wù)以及服務(wù)執(zhí)行期間的相關(guān)情況;

Service Grounding描述如何訪問(wèn)服務(wù)，描述訪問(wèn)一個(gè)服務(wù)的相關(guān)細(xì)節(jié)。

實(shí)現(xiàn)基于 AI 規(guī)劃的動(dòng)態(tài)服務(wù)組合方法，是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。目前，這一方法還處于理論探索階段，大多數(shù)Web 服務(wù)規(guī)范都是基于語(yǔ)法的[5]，其表達(dá)能力弱，無(wú)法支持服務(wù)組合過(guò)程中的智能推理，適用于事先知道服務(wù)功能和效果的系統(tǒng)。

⑵ 基于BPEL的Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合

BPEL是基于工作流方法中的典型代表，目前已經(jīng)成為 Web 服務(wù)組合工業(yè)上的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。BPEL（Business Process Execution Language）是目前應(yīng)用廣泛的一種用于自動(dòng)化業(yè)務(wù)流程的形式規(guī)約語(yǔ)言，BPEL結(jié)合并且替換了IBM的WSFL（Web Services Flow Language）和微軟公司的XLANG規(guī)范，它的作用是將一組現(xiàn)有的服務(wù)重新組合起來(lái)，形成一個(gè)新的Web服務(wù)，以此來(lái)完成一個(gè)新的業(yè)務(wù)需求[2]。

BPEL是基于XML的流程描述語(yǔ)言，支持相關(guān)的Web服務(wù)技術(shù)：WSDL、SOAP、UDDI。BPEL利用WSDL規(guī)范提供抽象定義與具體實(shí)現(xiàn)的分離機(jī)制，結(jié)合工作流的建模，流程執(zhí)行時(shí)在UDDI注冊(cè)中心動(dòng)態(tài)查詢，獲取該抽象定義可能的Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)，再根據(jù)QoS選擇最優(yōu)Web服務(wù)。

基于工作流技術(shù)的服務(wù)組合方法圖形建模界面直觀，自動(dòng)化程度較高，實(shí)用性高，得到很多開(kāi)源產(chǎn)品的支持。同時(shí)工作流的理論研究比較成熟，基于BPEL的規(guī)范得到IBM和ORACLE等主流廠家的支持，符合現(xiàn)實(shí)商業(yè)需求。

⑶ 通過(guò)服務(wù)的動(dòng)態(tài)綁定實(shí)現(xiàn)服務(wù)動(dòng)態(tài)組合

通過(guò)服務(wù)的動(dòng)態(tài)綁定實(shí)現(xiàn)服務(wù)動(dòng)態(tài)組合，通常在服務(wù)組合定義過(guò)程中不為活動(dòng)指定固定的服務(wù)提供者，將具體的綁定延遲到組合服務(wù)執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)完成，根據(jù)業(yè)務(wù)流程運(yùn)行時(shí)的輸入動(dòng)態(tài)調(diào)用Web服務(wù)[2]。即：設(shè)計(jì)階段使用抽象服務(wù)，執(zhí)行階段再進(jìn)行具體服務(wù)的綁定。

靜態(tài)綁定適用于高度定向的系統(tǒng)，服務(wù)的動(dòng)態(tài)綁定使服務(wù)在異常情況下可以被替換，增強(qiáng)了服務(wù)組合能力，使服務(wù)在運(yùn)行期間仍具有高度靈活性和實(shí)用性，適用于業(yè)務(wù)流程更加復(fù)雜的大型系統(tǒng)。

⑷ 基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合

基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合是較為常用的一種形式化的Web服務(wù)組合方法。由于Web服務(wù)的行為基本上是操作的一個(gè)偏序集，所以可以直接將Web服務(wù)映射到一個(gè)Petri網(wǎng)上，Petri網(wǎng)是將具體的服務(wù)組合描述語(yǔ)言與形式化模型進(jìn)行映射，實(shí)現(xiàn)流程描述到形式化模型的轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行驗(yàn)證[6]。

Petri網(wǎng)作為描述動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合的工具，方便直觀，但當(dāng)服務(wù)數(shù)量較多，服務(wù)之間交互復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)引起狀態(tài)空間爆炸，且這種方法對(duì)于流程描述語(yǔ)言會(huì)有要求，適用于環(huán)境較為理想的系統(tǒng)。

⑸ 基于知識(shí)復(fù)用進(jìn)行服務(wù)動(dòng)態(tài)組合

基于知識(shí)復(fù)用進(jìn)行服務(wù)動(dòng)態(tài)組合--Keen（AKnowledge Reuse Based Approach for Dynamic Services Composition） ，方法的核心思想是將領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)封裝成組合模板，透明地提供給用戶，使用戶可以在業(yè)務(wù)層面以一種大粒度的方式描述需求，建立業(yè)務(wù)應(yīng)用。

基于知識(shí)復(fù)用的服務(wù)動(dòng)態(tài)組合遵循“構(gòu)建與使用相剝離”的原則，它將面向服務(wù)的應(yīng)用構(gòu)造分為兩個(gè)層面，基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)造和應(yīng)用構(gòu)造，領(lǐng)域?qū)＜覍⑵渲R(shí)與經(jīng)驗(yàn)封裝成組合模板提供給相關(guān)業(yè)務(wù)用戶，業(yè)務(wù)用戶根據(jù)自身需求，在應(yīng)用層面以一種大粒度方式按需構(gòu)建應(yīng)用[7]。這種動(dòng)態(tài)服務(wù)組合方法提高了業(yè)務(wù)用戶主動(dòng)參與的能力，但對(duì)用戶計(jì)算機(jī)知識(shí)要求較高。

⑹ 通過(guò)增加Cache動(dòng)態(tài)調(diào)用模塊

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)CISR技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了一種SOA架構(gòu)下的動(dòng)態(tài)服務(wù)組合模型，通過(guò)增加一個(gè)Cache動(dòng)態(tài)調(diào)用模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)用?？蛻舳瞬渴鸷螅?wù)使用者首次成功調(diào)用服務(wù)時(shí)的信息將被保存在Cache模塊中，如果服務(wù)失效，則重新搜索并調(diào)用服務(wù)，并更新Cache中的內(nèi)容[8]。這種服務(wù)組合的效率和可執(zhí)行程度高。

2 主要?jiǎng)討B(tài)服務(wù)組合方法的比較

Web服務(wù)的應(yīng)用程序需要應(yīng)對(duì)開(kāi)放和不斷發(fā)展的環(huán)境，并需要在動(dòng)態(tài)環(huán)境下運(yùn)行（例如：用戶需求的變化、資源可用性的變化）[9]。表1對(duì)上述幾種動(dòng)態(tài)組合方法進(jìn)行了比較及總結(jié)。

3 結(jié)束語(yǔ)

Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合相較于靜態(tài)組合實(shí)用性更高且更加靈活。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前Web服務(wù)動(dòng)態(tài)組合主要方法的實(shí)現(xiàn)原理與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜合分析，進(jìn)而比較得出各類(lèi)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。Web服務(wù)組合將服務(wù)按照一定規(guī)則有序調(diào)用，而動(dòng)態(tài)組合在Web服務(wù)組合的基礎(chǔ)上根據(jù)QoS動(dòng)態(tài)替換獲得質(zhì)量更高的服務(wù)。因此，如何準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和描述Web服務(wù)、如何在服務(wù)組合的過(guò)程中選擇服務(wù)有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 丁志軍，周澤霞.Web服務(wù)組合測(cè)試綜述[J].軟件學(xué)報(bào)，2018.29（2）：299-319

[2] 任文娜.基于BPEL的Web服務(wù)組合可靠性分析研究[D].西安電子科技大學(xué)，2018.

[3] 李靜亞，寇志亮.AI規(guī)劃在Web服務(wù)組合中的應(yīng)用[J].信息化建設(shè)，2016.4：31

[4] 凌靜，江凌云.物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的語(yǔ)義化描述：一種WSDL到OWL-S的轉(zhuǎn)換方法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2019.46（4）：89-94

[5] Adel Boukhadra， Karima Benatchba， Amar Balla. Efficient distributed discovery and composition of OWL-S process model in P2P systems，2016.7（2）：187-203

[6] 鄧式陽(yáng).基于邏輯Petri網(wǎng)的Web服務(wù)組合與優(yōu)化方法研究[D].山東科技大學(xué)，2019.

[7] 劉穎，胡海濤.一種基于知識(shí)復(fù)用的動(dòng)態(tài)服務(wù)組合方法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011.38（3）：153-158

[8] 皇甫先鵬，陳洪輝，羅雪山.一種SOA架構(gòu)下的動(dòng)態(tài)服務(wù)組合模型[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009.4（5）：469-472，479

[9] Martina De Sanctis， Antonio Bucchiarone， Annapaola Marconi.Dynamic adaptation of service-based applications：a design for adaptation approach，2020.11（1）：70-73

收稿日期：2021-03-17

基金項(xiàng)目：廣州市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)發(fā)展“十三五”規(guī)劃2018年青年項(xiàng)目（2018GZQN43）; 廣東省教育廳青年創(chuàng)新人才（人文社科）項(xiàng)目（2016WQNCX095）

作者簡(jiǎn)介：錢(qián)志華（1982-），男，江西撫州人，碩士，算法工程師，主要研究方向：圖像工程，生物特征識(shí)別。