论文摘要：面向协议的服务组合技术研究与实践

　　随着互联网应用与Web技术的发展，服务计算SC（Services Computing）作为一种新的计算模式成为解决分布、动态、异构网络环境下，数据、应用和系统的集成的有效方法。由于网络应用的多样性、动态性和应用环境的变化，需要通过组合已有服务产生新的应用，以有效地降低软件开发成本，提高软件设计开发效率，而服务计算可以将软件系统以标准Web服务的方式发布，为网络化软件的开发和运行维护提供了一种有效的方法。目前，围绕服务计算的服务建模、组合、发现、验证等技术已经引起了学术界和工业界的广泛关注，但是，相对于传统软件的静态和封闭的自治域环境，网络软件面对分布、自治、动态的开放环境，因此如何在这种环境下解决网络化软件开发与运维则自然成为重要的研究问题。　　目前，服务计算的研究对象逐步从简单的、无状态的、仅限于企业内部使用的Web服务，向复杂的、有状态的、跨多组织的Web服务发展。这一趋势推动了对服务计算的继续深入探索，同时也为服务计算的研究带来新问题。按需服务的特性要求服务软件符合用户的需求，这不仅体现在服务软件的表述、功能、服务模块和模块间的结构等静态信息上，更体现在服务软件的活动、消息、状态变迁、流程等动态行为上。服务软件其外部可观察的行为通常可以描述为服务的会话或协议，基于协议或会话的方式研究服务软件正逐步引起研究者的关注。目前这类方法已经取得一定的进展，但仍存在一些问题。　　首先，涉及多方参与的服务软件生产，其协同开发过程具有沟通代价大，生产成本高的特点，因此需要参与各方以协议的形式提供服务的行为描述，并以类似契约方式限制各方对服务的使用。如何利用服务协议在提高服务软件生产效率的同时又不损害使用服务的灵活性为服务计算的研究带来新的挑战。其次，目前互联网环境下发布的服务通常只提供以WSDL为主的语法约束，以及一些供开发人员使用的文字描述，这些信息无法支撑以服务自动组合为主要方法的服务软件生成过程。依靠服务提供者自身以手工方式提供服务的协议描述，费时费力且易出错。因此，需要研究一种发现服务协议的自动化方法。第三，资料显示目前开放网络环境中正式发布可供使用和集成的服务数目只有数千个，其中可用于组合以获得组合服务的只有数百个，这与通过服务组合进行软件生产的需求相差甚远。同时，目前企业内部存在大量遗留信息系统，一方面随着技术和需求的发展，这些信息系统需要不断更新升级，另一方面企业也希望将这些信息系统发布成服务，从而可以和其它信息系统集成，达到使企业信息系统增值甚至创造新应用的目的。因此，需要研究一种方法自动化的实现遗留信息系统服务化的转变。　　针对上述问题，本文以开放网络环境下的资源共享和协同为背景，针对现有服务组合研究中的若干不足，围绕Web服务协议层面进行研究，在服务软件的协议模型和面向协议的服务软件生产方法，基于协议的服务组合技术，基于日志的服务协议挖掘，遗留系统服务化切分和封装等方面展开研究工作，主要贡献如下：1.提出了一种服务协议模型和面向协议的服务软件生产方法。针对多方参与的服务软件开发过程具有沟通代价大，生产成本高的特点，在服务的协议层面研究服务组合问题。在扩展Petri网的基础上提出了一个服务协议的理论模型——BPN模型，并提供了和业务流程描述语言BPMN之间的映射机制。该模型支持多方协同场景中的并发语义，并综合了服务软件的控制流和数据流约束。将服务协议作用于服务的发现、组合、运维等阶段，降低协同成本并保证了服务的正确使用，从而有效的提高服务软件的生产效率和质量。2.设计了一种基于协议的服务组合机制。通过协议组合的方式研究服务组合问题，针对多方参与的服务软件封闭编排和开放编排的应用场景，分别就静态服务组合和动态服务组合的两种方式进行研究。对于静态服务组合，通过将业务流程切分为协议组件，并通过协议的组合机制使得服务软件在运行期具有可配置性，在一定程度上解决了“软件按需服务”问题。对于动态服务组合，在BPN模型的基础上给出组合服务存在性的判定依据，并提出了一个组合协议的计算方法，最后证明了这一方法的正确性。3.针对开放网络环境下缺乏精确有效的方法发现服务协议，提出了一种基于日志的服务协议发现技术。在BPN模型基础上提出了一种自动化方法，从Web服务的调用日志中自动挖掘服务协议，克服了已有方法只关注服务协议控制流的缺陷，综合考虑了服务的数据流和控制流。仿真试验结果表明本文提出的挖掘算法是正确有效的。4.针对目前可用的服务资源匮乏，同时大量企业信息系统需要借助服务计算技术重组优化的现状，提出了一种遗留系统服务化迁移技术。在综合静态类结构模型和动态对象调用模型的基础上，提出了一个通用的遗留系统表示模型，设计了一种自动识别和切分服务模块的有效方法，并利用Java语言执行码重写技术实现了一个针对Java语言遗留系统的自动化服务封装工具，克服了人工方式效率低下且难以保证质量的问题。最终通过实际的应用案例验证了该技术的有效性。5.基于上述研究工作，研制了面向协议的服务软件生产原型系统SOArWare。结合基于协议的服务组合、协议发现、服务切分和封装技术，设计并实现了服务资源库，业务流程集成开发环境，Java遗留系统服务迁移工具，服务软件测试工具，服务容器和执行引擎等，最后展示了一个服务软件实例及其开发过程。

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