基于工作流的Web服务组合多视图模型

第１６卷第１期

２

０

计算机集成制造系统

ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ

Ｖ０１．１６Ｎｏ．１

１

０年１月

ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ

Ｊａｎ．２０１０

文章编号：１００６—５９１１（２０１０）０１—００３０—０７

基于工作流的Ｗｅｂ服务组合多视图模型

苑迎春，王克俭，韩宪忠，吴超

（河北农业大学信息科学与技术学院，河北保定０７１００１）

摘要：基于工作流建模技术，提出一种包含个性化服务质量需求且具有多视图特性的服务组合模型，包括过程模型、资源模型、需求模型和服务组合相关数据。过程模型建立在活动网络图基础上，扩展了其表述能力，具有较好的可读性；资源模型考虑服务的功能和非功能特性，有很好的扩展性；需求模型采用定性和定量描述相结合的方式，来体现个性化的全局服务质量需求。基于该模璎给出了一个服务组合建模的原型系统，初步验证了模型的可用性。

关键词：工作流；Ｗｅｂ服务；多视图；服务质量；模型中图分类号：ＴＰ３９３

文献标识码：Ａ

ｏｎ

Ｍｕｌｔｉ’ｖｉｅｗｍｏｄｅｌｆｏｒＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｂａｓｅｄ

ＹＵＡＮ

（Ｆａｃｕｌｔｙ

ｗｏｒｋｆｌｏｗ

Ｙｉｎｇ—ｃｈｕｎ，ＷＡＮＧＫｅ－ｊｉａｎ，ＨＡＮＸＪａｎ—ｚｈｏｎｇ，ＷＵＣｈａｏ

ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＨｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００１，Ｃｈｉｎａ）

ｏｎ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ

ｔｈｅｗｏｒｋｆｌｏｗｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｍｕｌｔｉ—ｖｉｅｗｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌｎａｍｅｄＰＲＲＤｗｉｔｈ

ＱｕａｌｉｃｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ（ＱｏＳ）ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｅｘｈｉｂｉｔｅｄｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓ，ｉ．ｅ．ｐｒｏｃｅｓｓ

ｒｅｓｏｕｒｃｅ

ｍｏｄｅｌ（Ｐ），ｓｅｒｖｉｃｅＴｈｅ

ｐｒｏｃｅｓｓ

ｍｏｄｅｌ（Ｒ），ｕｓｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ（Ｒ）ａｎｄｒｅｌｅｖａｎｔｄａｔａｏｆｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ（Ｄ）．

ｄｉａｇｒａｍｗｉｔｈｔｈｅｂｅｓｔｒｅａｄａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ

ｍｏｄｅｌｅｘｔｅｎｄｅｄｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆａｃｔｉｖｉｔｙｎｅｔｗｏｒｋ

ｔＯ

ｒｅｓｏｕｒｃｅ

ｍｏｄｅｌｈａｄｂｅｔｔｅｒｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙｄｕｅｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｎｏｎ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅｄｅｍａｎｄ

ｔＯ

ｍｏｄｅｌｕｓｅｄｂｏｔｈｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ

ｉｚｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｒｅｆｌｅｃｔｏｖｅｒａｌｌｓｅｒｖｉｃｅｑｕａｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈｐｅｒｓｏｎａｌ—

ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ

ｔｈｅＰＲＲＤｍｏｄｅｌ，ａ

ｓｙｓｔｅｍｆｏｒ

Ｗｅｂ

Ｓｅｒｖｉｃｅｓ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ

ｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ，ａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｗｏｒｋｆｌｏｗ；ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅｓ；ｍｕｌｔｉ－ｖｉｅｗ；ｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｅｒｖｉｃｅ；ｍｏｄｅｌｓ

０

引言

近年来，以Ｗｅｂ服务为基础的面向服务架构

务），以满足不同用户的复杂应用需求［２］。Ｗｅｂ服务组合研究涉及的方面包括服务合成、服务编排以及服务质量（Ｑｕａｌｉｔｙ

ｏｆ

Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＱｏＳ）等［３］，而服务

（Ｓｅｒｖｉｃｅ—Ｏｒｉｅｎｔｅｄ

Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳＯＡ）成为基于合成研究的一个关键问题就是服务组合建模，该问题通常与采用的服务组合方法相关。工作流作为一种面向过程建模和管理的核心技术，在实现面向流程的应用集成方面表现出了强大的应用能力。利用工作流来组织相关服务，并对服务进行协同控制，实现一定的业务功能，已成为一种有效利用众多服务

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ构造跨组织分布式应用的标准框架…。ｗｅｂ服务组合随之成为服务计算领域的一个重要问题，其主要思想是利用ｗｅｂ服务的高度可集成能力和松耦合特性，将现存的多个Ｗｅｂ服务（即基本服务）快速、灵活地组合出各种新增服务（即组合服

收稿日期：２００９－０２—２０；修订日期：２００９—０４—２８。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ

２０Ｆｅｂ．２００９；ａｃｃｅｐｔｅｄ２８

Ａｐｒ．２００９．

基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０８７３２３６）；河北省自然科学基金资助项目（Ｆ２００９０００６５３）；河北省科技厅计划资助项目（０７２１３５１２６）。

Ｆｍｍｄａｔｉｏｎ

ｉｔｅｍｓ：ＰｒｏｊｅｃｔｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌ

ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ

Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ。Ｃｈｉｈａ（Ｎｏ．６０８７３２３６），ｔｈｅＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＨｅ—

Ｈｅｂｅｉ

ｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．Ｆ２００９０００６５３），ａｎｄｔｈｅＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆ

Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．０７２１３５１２６）．

作者简介：苑迎春（１９７０－－），女，河北清苑人，河北农业大学信息科学与技术学院副教授，博士，主要从事服务组合、工作流技术、企业信息集成

等的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｄ—ｈｄ—ｙｙｃ＠１６３．ｅｏｍ。

万方数据

第１期苑迎春等：基于工作流的Ｗｅｂ服务组合多视网模型

３１

的可行方式［４巧］。因此，基于工作流的服务组合方法是目前比较通用、可行的服务组合方法¨瑁］。

在基于工作流的服务组合方法中，服务组合建模已取得一些研究成果。如ＨＰ实验室开发的ｅＦｌｏｗ服务组合平台［６］，采用有向图描述组合流程，支持自适应的动态服务组合，但没考虑服务资源的ＱｏＳ特征。ＳＥＬＦ—Ｓｅｒｖ［７１采用状态图（ｓｔａｔｅ

ｃｈａｒｔｓ）

对组合服务逻辑进行描述，引入服务社区（ｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙ）组织服务资源，并定义了包括价格、时间、可靠性、可用性和声誉的ＱｏＳ模型，是一个较完整的组合模型，但其用状态图描述服务逻辑相对比较复杂，且ＱｏＳ需求采用线性加权方法描述，没有考虑ＱｏＳ个性特征。金海等［８１采用有向无环图

（ＤｉｒｅｃｔｅｄＡｃｙｃｌｉｃ

Ｇｒａｐｈ，ＤＡＧ）描述服务组合模

型，也考虑了价格、时间、可靠性、可用性和声誉等ＱｏＳ属性，但ＤＡＧ比较简单，仅能描述服务组合的串、并逻辑。文献［９］提出一个可视化服务组合建模平台，提供可视建模界面、脚本转换工具及工作流质量度量功能，但没有考虑ＱｏＳ需求。Ｐｅｔｒｉ网作为一种图形化的数学建模工具，也被引入到服务组合建模研究中。文献Ｄｏ］和文献［１１］都利用Ｐｅｔｒｉ网（或其变种）丰富的表达能力和分析能力描述服务组合过程，并利用Ｐｅｔｒｉ网特性对其进行正确性分析和验证。但Ｐｅｔｒｉ网在建模时引入了较多的模型元素，缺乏简单、直观、易于被用户使用的特点。

１

多视图Ｗｅｂ服务组合模型

服务组合建模的目的是以一种形式化方法，对

服务组合流程进行直观的描述和形式化表达，为服务组合流程的结构和性能分析提供技术基础。同时，服务组合的目标是快速、灵活地创建各种增值服务，以满足不同用户的复杂应用需求，即用户需求也是服务组合在建模时应考虑的一个重要方面。用户需求包括功能需求和ＱｏＳ需求，功能需求确定组合服务的基本服务组成及其逻辑和时序关系，而ＱｏＳ需求描述用户对组合服务的目标和偏好。但现有的服务组合建模多考虑服务组合的过程模型和资源模型，并没有将需求模型作为模型的主要方面显式地加入到服务组合模型中㈨１‘。即使组合模型中考虑了用户的需求，一般也只针对节点的局部ＱｏＳ需求【ｌ引，用户的全局ＱｏＳ需求通常作为服务选择的优化目标［７｛］。本文在已有的基于工作流的服务组合建模基础上，结合服务组合的自身特点，提出一个

万方数据

比较完整的、具有多视图特性的服务组合模型ＰＲＲＤ，包括过程模型Ｐ（ｐｒｏｃｅｓｓｍｏｄｅｌ）、资源模型

Ｒ（ｒｅｓｏｕｒｃｅ

ｍｏｄｅｌ）、需求模型Ｒ（ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ

ｍｏｄ—

ｅ１），以及服务组合相关数据Ｄ（ｓｅｒｖｉｃｅ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｒｅｌｅｖａｎｔ

ｄａｔａ），模型的组成结构和内部各模型之间

的关系如图１所示。

过柙模型

服务组合相芙数据

图１

ＰＲＲＤ服务组合模型的组成结构

过程模型主要用来定义和描述服务组合的流程逻辑，包括组成组合服务的基本服务及基本服务之间的依赖关系。资源模型用来定义服务组合过程中所需的资源，在服务组合过程中最主要的资源是ｗｅｂ服务。ｗｅｂ服务是一个能够完成某个特定功能的资源（软件或硬件资源），它同时还具有非功能属性（服务质量，如执行时间、费用等）。资源模型除描述服务的功能和非功能特征之外，还要考虑服务的组织结构，以方便组织和查找。需求模型对用户需求进行定义，包括功能需求和服务ＱｏＳ需求。服务组合相关数据用来定义组合服务执行过程中用到的数据，包括简单数据类型和复杂数据对象，重要属性包括数据名称、路径、数据类型等。流程相关数据主要用于各种条件的判断以及实现不同活动的选择性路由，为服务组合执行提供信息支持。下面依次对各子模型进行形式化定义和详细说明。

２

ＰＲＲＤ的过程模型

过程模型是整个服务组合模型的基础和核心，

下面给出服务组合的过程模型定义。

定义１

服务组合过程模型ＳＣＰＭ表示为一个

五元组，ＳＣＰＭ一（ＩＤ，Ｎ，Ｄ，Ｖ，Ｒ），其中：ＩＤ是模型标识，Ｎ是模型名称，Ｄ是模型描述，Ｖ表示模型包含的节点集合，Ｒ表示节点间的依赖关系。

可以看出，过程模型中的节点集合Ｖ和关系Ｒ是过程模型中的主要元素。如前所述，服务组合流程在设计时多基于面向过程的工作流技术，采用状态图、ＤＡＧ、Ｐｅｔｒｉ网等图形描述方式。对普通用户

计算机集成制造系统第１６卷

而言，活动网络图（ａｃｔｉｖｉｔｙｎｅｔｗｏｒｋｄｉａｇｒａｍ）是一种最直观、最自然的过程表达方式，具有最好的可读性［１引。因此，本文选用活动网络图描述服务组合的过程模型，并遵循工作流管理联盟（ＷｏｒｋｆｌｏｗＭａｎ—

ａｇｅｍｅｎｔ

Ｃｏａｌｉｔｉｏｎ，ＷｆＭＣ）定义的四种工作流基本

模型。由于活动网络图在描述能力和逻辑性上还存在一些不足，这里通过对其扩展来描述服务组合的过程模型。

２．１过程模型的构成元素

过程模型的基本元素由节点、连接弧、条件和状态构成。

节点代表服务组合流程中的一个活动，即功能逻辑。按功能分为标志节点、路由节点和服务节点三种。标志节点仅标志流程的入口和出口，不做任何实际操作，默认每个流程有唯一起点和唯一终点；路由节点主要处理复杂的逻辑关系，实现活动问的分支、组合等，它也不做实际操作；服务节点是构成组合流程的基本逻辑单元，表示服务组合流程中实际需要完成的活动或任务，但不代表具体服务；服务节点包括原子级节点和非原子级“过程”。原子级节点不可再分解，由单个服务实现，过程节点实质是一个子流程，其功能可由多个原子级服务协同实现。

连接弧是连接节点间的有向线段，它从前驱指向后继，体现过程的控制逻辑和节点间的时序关系，分为有条件转移和无条件转移。

状态分为活动状态和流程状态。活动状态是指活动在运行过程中经历的状态，有初始、就绪、运行、挂起、终止、执行后、完成几个状态；流程状态指流程在运行过程中经历的状态，有初始、就绪、运行、挂起和结束几个状态。

条件是定义在服务组合相关数据上的表达式，用于决定过程中的节点在不同情况下所要进行的不同处理方式。模型中设置开始、结束和转移三类条件。开始条件和结束条件作为活动的一个属性定义

在活动内部，在活动开始前和结束前检查，如满足条件，则活动进入运行和结束状态；转移条件定义在控制连接弧上，条件满足则转移通过。

以上四个元素构成了服务组合模型中的过程模型，其中节点和连接弧以图形方式给出，而状态和条件以属性设置方式出现。２．２过程模型的基本模型

利用上述基本元素可定义过程模型的基本流程，基本模型包括串行、并行、条件选择、循环等控制

万方数据

流程［ｉ３３。在所有控制模式中，分支模式是最难刻画的一种控制模式。图２给出了四种分支控制模式，分别为与连接（ＡｎｄＪｏｉｎ）、与分支（ＡｎｄＳｐｌｉｔ）、异或连接（ＸｏｒＪｏｉｎ）和异或分支（ＸｏｒＳｐｌｉｔ）。ＡｎｄＪｏｉｎ（图２ａ）表示节点Ａ的所有前趋活动都执行完毕才能被执行；ＡｎｄＳｐｌｉｔ（图２ｂ）表示节点Ｂ执行完毕后，才可激活所有后继活动；ＸｏｒＪｏｉｎ（图２ｃ）只要前趋活动集中任何一个节点执行完毕，节点Ｃ就可开始执行；ＸｏｒＳｐｌｉｔ（图２ｄ）表示节点Ｄ执行完后，沿满足输出弧条件的那条弧的后继节点才可以执行。

翌

翟

图２过程模型的四种分支控制模式

在上述四种分支控制模式上，可以定义串行（图３ａ）、循环（图３ｂ）、并行（图３ｃ）、条件选择（图３ｄ）四种基本模型。为保证模型控制模式表达的简洁性，在基本模型基础上引入嵌套模型（图３ｅ），用双线矩形表示过程节点，嵌套模式中的过程节点可由上述四种基本结构作为子流程替换和表示。对另外一些较复杂的分支合并情况，用路由节点辅助，图３ｆ是一个通过异或路由节点来完成的复杂分支实例。

＿＋匝卫一＋匹工卜Ⅱ工卜＋红卫砂ｃ皿

ｒＣ

ａ串行

ｂ循环

ｃ并行

ｄ条件选择

ｆ复杂分支

ｅ嵌套模犟

图３过程模型的基本结构

过程模型包含串联、并联、循环和选择模型四种基本模型。通过重复利用各种基本模型，可对各种复杂的服务组合流程逻辑进行有效的表达，满足服务组合流程建模需求。另外，引入的路由节点增强了复杂控制结构的表达能力，增加的嵌套模型丰富了组合流程的表达能力。因此，该模型能更好地满

第１期

苑迎春等：基于工作流的Ｗｅｂ服务组合多视图模型

３３

足复杂服务组合流程建模的表达需求。

３

ＰＲＲＤ的资源模型

资源模型就是对服务组合执行所需的资源进行

描述。服务组合中最重要的资源是ｗｅｂ服务，因此这里的资源主要指ｗｅｂ服务资源。因为网络上存在大量功能相同、非功能属性不同的ｗｅｂ服务，所以不仅需要对这些资源进行有效的描述，还需要对它们进行合理的组织。

３．１

Ｗｅｂ服务描述

ｗｅｂ服务描述是对ｗｅｂ服务的定义和表达。

随着Ｗｅｂ服务的广泛部署与应用，ＱｏＳ越来越受到用户的关注。ＱｏＳ不仅是企业与企业、企业与消费者等各类交易中的一个重要条件，同时也是服务组合中服务动态选择和绑定、服务组合流程执行和监控的重要依据。因此，完整的Ｗｅｂ服务描述包含功能定义和非功能属性描述，下面给出完整的Ｗｅｂ服务描述模型的定义。

定义２

Ｗｅｂ服务描述模型ＳＤＭ。一个完整

的Ｗｅｂ服务描述用二元组ＳＤＭ＝（ＦＭ，ＱＭ）表示，其中ＦＭ（ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌ）是功能模型，ＱＭ（ＱｏＳ

ｍｏｄｅｌ）是ＱｏＳ模型。

目前对Ｗｅｂ服务功能描述的研究大多遵循Ｗｅｂ服务本体语言（ＯｎｔｏｌｏｇｙＷｅｂ

Ｌａｎｇｕａｇｅｆｏｒ

Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，ＯＷＬ—Ｓ）标准［１４｜。这里沿用本体语言给出服务功能模型的定义。

定义３

Ｗｅｂ服务功能模型是描述有关功能信

息的属性集合，包括服务名称、服务描述、服务输入、服务输出以及前提和结果等参数。记作ＦＭ＝（Ｓｎ，

Ｓｄ，Ｓｉｎ，Ｓｏｕｔ，Ｓｐ，Ｓｒ）。

ＦＭ各功能参数的含义如下：（１）服务名称Ｓｎ（ｓｅｒｖｉｃｅｎａｍｅ）

Ｗｅｂ服务只

能有一个名字，发布时指定。

（２）服务描述Ｓｄ（ｓｅｒｖｉｃｅ

ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）文字性

功能描述，是Ｗｅｂ服务的重要属性。

（３）服务输入Ｓｉｎ（ｓｅｒｖｉｃｅｉｎｐｕｔ）

对服务输入

参数有关信息的描述，包括参数名称、参数类型、关

联的领域本体等信息。

（４）服务输出Ｓｏｕｔ（ｓｅｒｖｉｃｅ

ｏｕｔｐｕｔ）对服务输

出参数有关信息的描述，包括参数名称、参数类型、关联的领域本体等信息。

（５）执行前提Ｓｐ（ｓｅｒｖｉｃｅ

ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）

使用

该服务之前必须满足的一些条件，是服务执行的前

万方数据

提条件，包括条件类型、条件表达、关联的领域本体等信息。

（６）执行结果Ｓｒ（ｓｅｒｖｉｃｅ

ｒｅｓｕｌｔ）

描述了该功

能执行后产生的一些结果，包括结果名称、结果类型、关联的领域本体等信息。

ＱｏＳ模型用于描述服务的非功能属性，主要包括性能、可靠性、可用性、正确性、完整性、费用和安全等。根据应用领域的不同，具体的ＱｏＳ参数也有多种，目前采用比较普遍的是执行价格、执行期限、声誉、可靠性和可用性等五个ＱｏＳ参数，它们从不同方面对Ｗｅｂ服务进行评价，并为服务组合提供基础支持，其定义和度量方法参见文献［７３和文献［８－１。为使ＱｏＳ具有很好的灵活性和扩展性，这里给出ｗｅｂＯｏＳ模型的定义。

定义４

Ｗｅｂ服务ＱｏＳ模型ＱＭ定义为描述

ｗｅｂ服务非功能信息的相关属性集合，设Ｑ，表示服务的一个非功能属性，则ＱＭ＝ＵＱ。

ＱＩ用参数集Ｑｉ＝（Ｑｉｄ，Ｑｖ，Ｑｕ，Ｑｔ，Ｑｅ）表示，其中：

（１）属性名称Ｑｉｄ（ＯｏＳｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）具有唯

一性，如服务的响应时间、衡量服务性能的ＱｏＳ

属性。

（２）属性取值Ｑｖ（ＱｏＳｖａｌｕｅ）

如服务价格是

２０元。

（３）度量单位Ｑｕ（ＱｏＳ

ｕｎｉｔ）

给出ＱｏＳ属性

取值的度量单位，如响应时间是ｈ。

（４）属性类型Ｑｔ（ＱｏＳｔｙｐｅ）

代表ＱｏＳ属性

的度量标准，服务组合时的计算类型，如累加、级乘，或者最大最小等。

（５）期望度量Ｑｅ（ＱｏＳｅｘｐｅｃｔｉｏｎ）

指定该

ＱｏＳ属性的取值范围（如大于、小于、等于、区问）及

在满足范围内的期望方向（如价格不大于１０元）。

这里对Ｗｅｂ服务ＱＯＳ模型的定义遵循通用性原则，同时又具有相当的灵活性，以支持具体实现时的各种扩展。上述各种ＱｏＳ参数都能引入到ＱｏＳ模型中。

根据定义２～定义４，完整的Ｗｅｂ服务描述模型如图４所示。

３．２

Ｗｅｂ服务组织结构

对Ｗｅｂ服务市场中分布的各种服务，可根据其

功能、服务质量、地域等标准进行不同的分类组织，即存在多种服务分类和组织方法。目前，基于功能的分类被不同团体广泛采纳，成为一种有效的服务组织方式，如ＳＥＬＦ—ＳＥＲＶＣ７］提出服务社区（ｓｅｒｖｉｃｅ

３４

计算机集成制造系统

第１６卷

服务描述模犁ＳＤＭ

功能捕述模犁ＦＭＩ

ｌ服务质晕描述模犁ＱＭ

｜｜Ｉ蓁Ｓｄ｜ＩＳ霎ｉｎｌＩ。｜。Ｉ｜ｌ｜ｌｌ荤ｌＩ霎Ｉｌ…ＩＩ蓁

量ＩＩ｜Ｉｌ姜ｌＩ萎ＩＩ茎

图４

Ｗｅｂ服务描述模型

ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ）的概念，ＩＢＭ提出服务域（ｓｅｒｖｉｃｅ

ｄｏ－

ｍａｉｎ）［１５］的概念，都是基于功能特征对Ｗｅｂ服务分类。因此，本文也以功能分类组织Ｗｅｂ服务。下面引入服务实例和服务池两个概念。

定义５服务实例（ＳｅｒｖｉｃｅＩｎｓｔａｎｃｅ，ＳＩ）。服务实例是一个具体的、可运行的Ｗｅｂ服务个体。

定义６服务池（ＳｅｒｖｉｃｅＰｏｏｌ，ＳＰ）。服务池是由不同服务提供者提供的、具有相同调用接口、能够实现相同功能的一组服务实例。

可见，服务池是一组功能相同、ＱｏＳ属性不同的Ｗｅｂ服务实例集合。服务资源按服务池方式组织，可使组合应用建立在服务池之上而不是建立在可直接访问的具体Ｗｅｂ服务实例上。这样，便于查找功能相同的候选服务集，使服务组合流程在实例化时可通过一定的服务选择策略从中选择最优的服务来满足具体的组合应用需求；同时，服务池的组织和管理方式既实现了服务实例访问的透明性，又能提高面向服务网络应用的容错能力和负载均衡能力，从而解决服务的动态变化问题，满足服务动态组合的应用特点。

４

ＰＲＲＤ的需求模型

需求模型对用户需求进行定义，包括功能需求

和ＱｏＳ需求。功能需求是组合服务应用得以创建的前提和基础，是服务组合流程建模中的一个重要因素；ＱｏＳ需求影响服务组合中具体服务实例的选择、组合方案的评价优化、流程执行的监控等方面，是服务组合成功的关键因素。

４．１需求模型定义

对用户的功能需求而言，因为服务组合的结果仍是一个ｗｅｂ服务，所以对功能需求的描述可完全

万方数据

借鉴ｗｅｂ服务的功能描述模型。对用户的ＱｏＳ需求来说，其描述方式比较复杂。这是因为不同用户

对组合服务有不同的目标和偏好，难以形成统一的ＱｏＳ需求表达方式。从目前的ＱｏＳ需求表达方式看，主要采用定量描述的目标优化函数和约束表达两种方式。目标优化函数普遍采用线性加权求和的方法［８’１６。１引，而约束表达即用户对某个ＱｏＳ参数限定上限或下限¨引，如服务组合限定最晚完成时间（即截止期，ｄｅａｄｌｉｎｅ）或者总费用（成本，ｂｕｄｇｅｔ）不超过最大取值；也有用户需求是上述两种方式的混合［８’１争２０］。为比较全面、直观地处理用户的不同偏好和需求，本文给出需求模型的形式化定义。

定义７用户需求模型ＵＲＭ。一个完整的用户需求应由功能需求、约束需求和优化目标三部分组成，即ＵＲＭ一（ＦＲ，ＣＲ，ＯＦ），其中：ＦＲ（ｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）表示功能需求，ＣＲ（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｒｅ—

ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）表示约束需求，ＯＦ（ｏｂｊｅｃｔｆｕｎｃｔｉｏｎ）表

示优化目标需求。

上述需求模型中，功能需求是服务组合形成新服务所具有的功能，是服务组合在功能上必须达到的一个硬条件，即服务组合的结果必须满足用户的功能需求。功能需求描述可采用Ｗｅｂ服务功能描述模型（参见３．１节定义３）。

约束需求是在组合过程中对单个节点或整个组合服务提出的局部约束或全局约束，它是服务组合实例必须满足的ＱｏＳ需求，称为硬约束。约束需求

定义如下：

定义８约束需求ＣＲ定义为三元组ＣＲ一

（ＩＤ，Ｔ，ＱＣ）。其中：ＩＤ是约束标识；Ｔ表示该约束适用的节点集合（若ＣＲ表示整个服务组合流程的ＱｏＳ约束，则Ｔ取值为空）；ＱＣ一（Ｃ。，Ｃｚ，…，Ｃ。），Ｃｉ一（ＣＮ∞Ｃｖ），ＣＮ表示ＱｏＳ约束名称（如服务执行时间、执行费用等），Ｃｖ表示约束取值，（３０表示约束关系，基本约束关系有“≤”，“≥”，“一”。

优化目标需求通常是得到某个ＱｏＳ参数的最大或最小值，一般分为单目标或多目标优化，它是用户需求模型中的软条件。优化目标可对某一ＱｏＳ参数进行优化，也可以是模型中部分或所有ＱｏＳ参数的任意组合。因此优化目标定义如下：

定义９

目标函数ＯＦ定义为一个二元组，ＯＦ

＝（ＩＤ，ＱＯ），其中：ＩＤ表示优化标识，Ｑ０一（０。，０２，…，Ｑ），Ｏｉ＝（０Ｎ，ｏＴ），ＯＮ表示优化参数的名称（ｉｎ服务执行时间、执行费用等），ｏＴ表示优化类型。

第１期苑迎春等：基于工作流的Ｗｅｂ服务组合多视图模型

优化类型通常有Ｍａｘｉｍｕｍ和Ｍｉｎｉｍｕｍ两种。由于ＱｏＳ参数具有不同度量特征，目标函数需求也可采用定性描述方式，以方便用户直观、简洁地表达，如可靠性需求定义可采用“高”、“中”、“低”描述方式。４．２服务质量全局需求模型举例

目前ＱｏＳ描述普遍采用执行期限（完工时间）、执行费用（总费用）、声誉、可靠性和可用性五个参数。这里仅考虑全局ＱｏＳ需求，分析上述五个ＱｏＳ参数可知，时间和费用采用定量描述易于被用户理解和接受，而可靠性、可用性和声誉采用定性描述容易被用户接受，具体需求如下：

（１）时间和费用的定量描述

分为约束和目标函数两种描述方法：

１）约束表达是ＱｏＳ需求的硬条件，遵循定义８的设置方法，如所需费用最大不超过５００元，运行时间最晚为１０ｈ等。

２）优化函数是ＱｏＳ需求的软条件，遵循定义９的设置方法，如期望组合服务完工时间或所需费

用最小。

（２）可靠性、可用性和声誉的定性描述

定性描述遵循等级设定方法，用户定性刻画其需求，服务组合系统在定性刻画和定量数值之间建立映射，即把用户的定性要求映射为一个简单的定量数值，三个属性的定性度量设置和映射函数如下：

１）可靠性描述令ｆＧ（埘）表示全局可靠性需求，可靠性属性需求按等级分为四类，映射函数为

厂Ｇ

ｃ圮，＝｛；茎三茎低。

ｃ，，

ａｖ一低

ｇＧ（ａｖ）＝

伽一？低。删＝中

。

（２，一７

ａ＇ｏ＝高

３）声誉描述将用户对声誉属性的需求按信誉等级分为五类，即ｒｅｐ∈｛很差，差，一般，好，很好｝。令ｈＧ（ｒｅｐ）表示全局声誉需求，则映射函数为

ｒ１ｒｅｐ一很差２

ｒｅｐ＝差ｈＧ（ｒｅｐ）一．』３

ｒｅｐ＝一般。（３）

｛４

ｒｅｐ＝好５

ｒｅｐ＝很好

万方数据

ＱｏＳ全局需求模型采用定性和定量两种方式建立，目的是便于用户接受、理解和使用。用户可根据自己的目标和偏好选取所需的ＱｏＳ参数并设置相应需求。通过这些参数的任意组合，就能设计和表达出对组合服务的各种ＱｏＳ需求，最大程度地体现用户的个性化需求特征。

５

系统实现

基于上述模型构建思想，运用Ｗｅｂ服务资源框

架（Ｗｅｂ

ＳｅｒｖｉｃｅＲｅｓｏｕｒｃｅ

Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ＷＳＲＦ）的核心工具包（Ｇｌｏｂｕｓ

ｔｏｏｌｋｉｔ

ｃｏｒｅ），搭建了ＳＯＡ的

服务组合建模平台，实现了文中提出的服务组合过程模型、资源模型及需求模型的部分功能，如图５所示。其中图５ａ为过程模型的流程建模实例，图５ｂ为服务资源的属性设置实例，图５ｃ为ＱｏＳ全局需求模型设置实例。

ａ过秤模型建模界面

ｂ服务资源属性设置界面

ｃ

００ｓ全局需求模型设置界面图５

Ｗｅｂ服务描述模型

３６

计算机集成制造系统

第１６卷

在过程视图中，用户可借助工具栏中过程建模的图形元素，创建可视化的服务组合应用。建模元素包括过程模型所描述的起点、终点、四种分支节点、过程节点，以及条件弧和非条件弧，采用拖动方式创建服务组合应用，同时可对流程中的各个节点进行修改，并增加所需的功能描述信息和局部ＯｏＳ需求信息。最后生成的应用实例采用可扩展标记语言（ｅＸｔｅｎｓｉ－

ｂｌｅＭａｒｋｕｐ

Ｌａｎｇｕａｇｅ，ＸＭＬ）文件形式保存。ＸＭＬ

是一种标准的通用标记语言，也是当前处理结构化文档信息的有力工具，采用它来对模型进行定义，便于存储、读取和传递，具有通用性。资源模型类似统一描述、发现和集成（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ

Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，

ａｎｄ

Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ＵＤＤＩ）管理模式，用户可注册增加新

的服务实例，为服务设置各种功能属性和ＱｏＳ属性，资源模型会根据功能特性将其添加到相应服务池中管理；同时资源模型还借助Ｗｅｂ服务描述语言（Ｗｅｂ

Ｓｅｒｖｉｃｅｓ

ＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ，ＷＳＤＬ）文档，提供基

于功能的服务实例查找，以匹配过程模型中抽象的服务节点。需求模型设置用户的全局ＱｏＳ需求，同样采用ＸＭＬ文件存储。

６

结束语

综上所述，ＰＲＲＤ模型具有如下特点：

（１）面向普通用户，具有简单、直观、易于被用户

理解和接受的特点。服务组合模型的过程模型建立在扩展的活动网络图基础上，对普通用户而言，活动网络图是可读性最好的一种，是最直观、最自然的过程表达方式。

（２）体现了个性化需求特征。将需求模型显式地引入到组合服务模型的描述中，采用定性和定量相结合的方式描述，能很好地体现用户的个性化ＱｏＳ需求特征。

（３）过程描述能力强。过程模型是在活动网络图基础上，通过引入路由节点和各类条件来扩展其逻辑表达能力，能够定义可能发生的各种过程逻辑；过程节点的引入增强了模型表达的简洁性，实现了流程模型的层次化建模，并支持自顶向下的建模过程；路由节点的引入增强了复杂控制结构的表达能力。同时，在建模阶段明确定义了活动状态和流程状态，使整个模型的结构较为清晰，监控相对容易。

（４）正确性易于分析和验证。根据过程模型中的基本元素和基本结构，能够很容易地得出过程模型的一些性质，利用这些性质可对模型的正确性进行分析和验证。

万方数据

（５）多角度描述服务组合模型。在过程模型基础上引入服务资源模型和需求模型，从多个角度刻画了服务组合建模的各个方面，模型比较完整，并具有多视图特性。

（６）实现了服务组合建模和具体服务的分离，服务可被动态替换，流程实现更加灵活，用户可动态选择服务资源和所需的ＱｏＳ。

下一步的工作就是根据原型系统生成的这些ＸＭＬ文件创建基于ＱｏＳ的服务组合实例，并借助工作流引擎来执行和监控组合服务实例的执行。通过逐步完善系统的整体功能，得到一个较完整、实用的建模系统。

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（下转第００４６页）

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