(合肥職業(yè)技術學院,安徽 合肥 238000)

0 引 言

Web services可以對各種異構的應用系統(tǒng)進行整合，實現(xiàn)互操作。如將公司的客戶、商業(yè)伙伴以及供貨商的應用程序進行有效整合來完成特定的業(yè)務。Web Services的工作機制[1]如圖1所示，服務提供者通過網絡向UDDI服務器注冊網絡服務，UDDI服務器以WSDL文檔格式發(fā)布網絡服務的內容及網絡地址，并通過SOAP協(xié)議提供服務端程序，WSDL描述文件與服務端的程序所在的地址可由服務提供者決定。用戶可通過UDDI服務器查找所需的網絡服務，從UDDI服務器所指向的網絡地址中，取得描述網絡服務的WSDL文件以及服務接口信息，之后便可通過SOAP技術取得該網絡服務。

圖1 Web Services的工作機制

由于大部份網絡服務采用SOAP通信機制，而在SOAP通信中并沒有提供先后順序的信息。因此網絡服務執(zhí)行順序就必須利用工作流程來實現(xiàn)，而流程的構建也是在做網絡服務組合所必須考慮的。除此之外，在網絡服務組合過程中網絡服務彼此間需相互操作，服務之間溝通、傳遞信息都是影響流程運作是否順利完成的重要環(huán)節(jié)，由于不同的服務提供者所提供的服務存在異構型，會導致應用程序溝通或信息轉換不正確。此外，因為根據(jù)用戶需求轉換產生流程時，可能有多個流程產生，這些都是網絡服務組合機制要解決的問題。

1 網絡服務組合

1.1 概 述

網絡服務組合是指組合一些獨立存在的網絡服務去實現(xiàn)新功能性的服務。就目前而言，要求使用者查找最合適的服務、確認數(shù)據(jù)型態(tài)是否一致及請求每一個服務來組合成一工作流程或新功能是相當復雜的，需要一種自動化的方法來進行工作流程的組合[2]。

1.2 網絡服務組合規(guī)范

目前比較流行的網絡服務組合規(guī)范[2]如表1所示，主要針對流程建模是否支持語義、QoS及與WSDL的關系來做比較?？梢钥闯瞿壳熬W絡服務組合規(guī)范大部分都不支持QoS及語義描述。而QoS提供相關信息來表示網絡服務的質量，因此單以目前的標準語法無法了解這些非功能性的數(shù)據(jù)。需考慮如何將QoS信息記錄下來以達到較好的推薦效果。

表1 網絡服務組合規(guī)范比較表

1.3 網絡服務組合系統(tǒng)架構

網絡服務組合可分為手動組合、半自動組合、自動組合三種[3]。所謂的手動組合架構，指其用戶可以通過圖形化接口或文本編輯器產生工作流程描述，此描述已決定要執(zhí)行的服務，最后將產生的工作流程傳送到工作流執(zhí)行引擎執(zhí)行；半自動組合技術主要在服務選擇時提供語義建議，而使用者仍需從建議的服務列表中選擇最適合的服務，并根據(jù)自己業(yè)務需求，對服務進行編排；自動組合技術指利用人工智能規(guī)劃或類似技術，達到整個流程組合的自動化。表2匯集了目前相關網絡服務組合系統(tǒng)架構待解決的問題。針對這些缺陷，提出一種更實用、效率更好的網絡服務組合系統(tǒng)架構。

表2 常用網絡服務組合架構問題匯總表

2 系統(tǒng)架構模型

構建一種服務組合機制，將分布在不同地理位置的服務按照用戶需求進行組合。主要從三個方面進行探索，一是利用語義分類技術，當網絡服務提供者提供服務時，系統(tǒng)針對網絡服務描述作為分類基礎，將網絡服務依功能分屬多個類別，以利于查找服務時加速找到相似功能的服務。二是提供一個圖形化的接口供流程提供者構建工作流程，并且將工作流程轉換成法則形式存于數(shù)據(jù)庫中，以便于進行自動化網絡服務組合時，能以推論方式自動產生符合用戶需求的流程。最后建構一種自動化網絡服務組合架構，以尋找符合服務流程的網絡服務，并協(xié)助服務間的相互溝通，解決因網絡服務快速增加而導致服務查找選擇的問題，圖2所示。

為滿足用戶需求，結合服務流程，自動選擇合適服務提供給用戶，提高網絡服務重用性，設計一種架構模型如圖3所示。架構模型包含了三個角色，分別為流程需求者、服務提供者、流程構建者，其說明定義如下：

圖2 自動化網絡服務組合圖

(1)流程需求者：流程需求者依據(jù)其不同需求，直接通過以組件服務技術為基礎的平臺，得到動態(tài)組合的服務流程，以完成其需求目的。

(2)服務提供者：服務提供者將特定應用程序，利用WSDL加以描述，然后發(fā)布到UDDI服務器上，服務請求者可通過網絡查找到該服務。

(3)流程構建者：流程構建者針對特定領域，建構該領域的服務操作或計劃活動的執(zhí)行順序，以利于之后進行服務流程建構使用。

此外通過代理機制與數(shù)據(jù)庫、工作流程來與UDDI相互運作進而得到一種動態(tài)組合的流程服務，以完成用戶需求，此代理機制包含六個模塊[4]，分別定義及說明如下：

圖3 自動化網絡服務組合架構模型

(1)分類分析器：當服務提供者將特定應用程序發(fā)布到UDDI服務器時，分類分析器分析服務提供者所提供的網絡服務描述，消除不具信息價值的常用字詞，移除重復的字詞以取得服務功能的字詞，接著將取得的字詞采用詞干提取算法作詞性正規(guī)化，并利用WordNet擴張字義以取得功能性字詞，來將網絡服務加以分類，以利于在進行網絡服務查找時，過濾功能不相似的服務，加速查找效率及正確性。

(2)規(guī)則轉換器：流程構建者通過瀏覽器構建流程時，會提供圖形化接口，以便流程構建者建構流程且利用規(guī)則轉換器機制將流程轉換成法則結構，并利用網絡服務組合規(guī)范描述特定領域服務操作或計劃活動的執(zhí)行順序，以利于之后進行服務流程建構或執(zhí)行使用。

(3)請求轉換器：將經由瀏覽器接收到的服務功能需求轉置成WSDL描述格式。

(4)流程控制器：將請求轉換器所產生的WSDL描述轉換成網絡服務流程，用以表示網絡服務執(zhí)行次序的控制，其分為抽象web流程和具體web流程兩種，差異在于具體web流程明確指出所鏈接的網絡服務。

(5)流程選擇器：主要功能是從多個具有相同功能的具體web流程中選擇最合適的流程。

(6)執(zhí)行控制器：其包含兩部分，分別為執(zhí)行代碼及故障處理機制。執(zhí)行代碼主要將系統(tǒng)所產生的具體web流程轉置成網絡服務組合規(guī)范的文件，利用工作流程引擎直接解譯并執(zhí)行此文件，而故障處理機制主要在當應用程序溝通或信息轉換上的不正確而導致失敗或提供服務的鏈接無效時，提供一種容錯機制自動選擇合適的網絡服務替代。

接下來，從流程需求者的角度來描述其本架構模型如何執(zhí)行運作，如圖4所示。

圖4 自動化網絡服務組合運作架構

在系統(tǒng)運作部分，將代理機制中的請求轉換器、流程控制器、流程選擇器、執(zhí)行控制器等四個模塊劃分到后四個階段中。網絡服務組合生命周期五階段如下所示：

(1)規(guī)劃階段：用戶可通過瀏覽器選擇流程所需的服務操作以及相關信息數(shù)據(jù)。

(2)定義階段：利用請求轉換器功能模塊將流程需求者所決定的服務操作及提供的相關信息轉置成WSDL格式的需求規(guī)格。

(3)計劃階段：利用流程控制器將需求規(guī)格，經規(guī)則庫及抽象 web流程數(shù)據(jù)庫自動產生抽象服務組合流程，建構抽象服務組合流程如圖5所示，首先檢查是否有相同服務流程已建立，若有則直接重用該服務流程，否則以法則進行推論得到流程。但可能因法則庫中的法則建立不足，以致不能產生滿足用戶需求的服務流程，此時采用回溯算法，根據(jù)使用者提供的輸入及輸出結果構建服務流程。此方法可避免用戶設計無效的流程也可節(jié)省流程設計時間。無效工作流程包含設計上的錯誤，例如流程沒有終止點或死結等情況。

(4)構建階段：主要在產生一個具體且不含糊的服務組合流程，明確的指出所要鏈接的服務。此階段又細分為匹配階段和推薦階段兩階段如圖6，其說明如下：

匹配階段：主要在查找符合抽象服務組合流程中每一服務操作或計劃活動的服務。由于使用者對于服務的偏好如“使用服務費用”、“服務執(zhí)行響應時間”因人而異，所以將針對服務偏好相同且已有具體服務流程存在具體web流程數(shù)據(jù)庫中者直接重用該流程，其余則利用組合機制構建具體服務流程組合。

圖5 建構抽象服務組合流程

推薦階段：主要利用流程選擇器模塊提供一種機制，針對匹配階段所產生的可行的具體服務流程組合，選擇一種最合適的流程組合，進而供運行時間執(zhí)行。

圖6 自動化網絡服務組合運作架構─建構階段

(5)執(zhí)行階段：將具體服務流程組合轉置成網絡服務組合規(guī)范的文件，這里采用BPEL4WS規(guī)范描述流程并利用執(zhí)行控制器來執(zhí)行流程。

3 工作流程

工作流程是指企業(yè)流程自動化，根據(jù)程序規(guī)則，傳遞參與者之間的文件、信息及工作，使其順利完成。當工作流程系統(tǒng)要求執(zhí)行某一工作時，其須包含如工作名字、參數(shù)、相關數(shù)據(jù)及和執(zhí)行的應用程序，因為網絡服務也包含相同的信息，因此網絡流程可視為工作流程，而流程內的工作可以用網絡服務替代。這里描述的工作流程是由tasks、networks及transitions所組成的。tasks以圓形表示，其可視為一個網絡服務，為工作流程中的基本元素；networks以圓矩形表示，其表示一子工作流程；transitions以箭頭表示，決定下一個所要啟動的網絡服務，控制整個工作流程執(zhí)行順序[5]。

4 組合機制

組合機制主要以抽象服務組合流程為基礎，通過UDDI找尋符合的網絡服務并且將其串連起來，所以，此機制分成兩大部分，第一部分主要針對流程內的工作與網絡服務進行比對，而另一部分則根據(jù)網絡服務與網絡服務的可組合性來探討。

4.1 功能匹配

就網絡服務基礎架構而言，可采用多維方法來選擇網絡服務，利用句法、語義及網絡服務質量等三方面來比對流程內的工作與具有相同功能的服務相似度，以增加其正確性。

(1)句法相似度

即使描述相同網絡服務，用文字描述就可能產生多種結果，所以需要一種相似度準則計算句法相似度，主要采用q-grams來比對服務名稱與流程工作名稱的相似度，而不考慮語義相關信息。

(2)語義相似度

在語義相似度部份，開發(fā)一個機制能自動地計算網絡服務與流程工作的相似度，采用描述一般性字詞的通用知識本體，利用本體來描述網絡服務規(guī)格字詞的模糊，可解決服務提供者與服務使用者語義之間落差所引起查找效率不佳或精確度的問題。在語義相似度計算上，建立一比對方法。比對流程工作與網絡服務名稱、input、output、input constraints及output constraints以期達到最大的整合效果。

(3)網絡服務質量相似度

由于不同QoS屬性其值的高低影響整個QoS評估結果，所以針對不同性質的QoS采用不同計算方式。使用時間、成本、可靠性等QoS屬性作為評估項目并假設服務提供者及服務需求者皆提供相關QoS屬性值。在計算網絡服務質量相似度時只針對經過句法相似度及語義相似度計算后所得的相似功能的網絡服務來加以計算。

4.2 網絡服務組合

在定義一個合成服務時，分析該合成服務中部分服務是否可組合，即是否可將多個網絡服務進行組合產生新的服務功能。所以除了進行相似度評估，也考慮網絡服務彼此是否能互相溝通組合。網絡服務間的組合將比對網絡服務的相關參數(shù)以及服務連接。

5 結 論

針對目前網絡服務動態(tài)流程整合所面臨的問題，提出一種服務組合系統(tǒng)架構，使用匹配功能選取最合適的網絡服務并通過服務功能分類加速網絡服務查找的效率及正確性。這種自動化網絡服務組合系統(tǒng)將大大地強化網絡服務組合的管理，依據(jù)儲存的抽象化程度不同，對服務流程進行重用，可降低服務流程開發(fā)的時間，達到快速整合及自動整合的目的。