Web服务自动组合与形式化验证的研究

面向服务的计算(Service-Oriented Computing，SOC)与面向服务的体系架构(Service-Oriented Architecture，SOA)代表了分布式计算和软件开发的最新发展方向，它们的成熟与发展将引领软件行业的新一轮发展浪潮，并将无可争议的带来软件产业的又一次重大革命。 SOC&SOA的核心思想是以服务为基本单位，通过服务重用和快速组合构建随需应变的松耦合分布式应用系统。而Web服务技术的不断成熟和发展为实施和部署SOC&SOA提供了最佳支撑技术。其中，Web服务的组合技术已被视为SOC&SOA的核心技术，它将是促使SOC&SOA从概念走向应用、实施和部署的关键所在。 Web服务组合的研究涉及了众多的热点问题，如Web服务发现、Web服务自动组合、Web服务组合验证、Web服务组合执行等，这些问题共同构成了Web服务组合的研究框架。根据Web服务组合的生命周期，这些问题可被划分为Web服务组合建立时问题与Web服务组合运行时问题。由于Web服务组合的建立作为Web服务生命周期的起源而凸显重要，因而本文围绕建立时的三大问题：Web服务发现、Web服务自动组合与Web服务组合验证展开研究，主要工作与贡献包括如下四个方面： 1)研究了Web服务发现问题，提出了基于语义的二阶段Web服务发现方法。快速准确的Web服务发现方法是实现Web服务重用的关键，也是实施Web服务组合的重要前提。该方法将Web服务发现过程分为基于操作匹配的服务发现和基于操作组合匹配的服务发现两个阶段，充分考虑了服务语义、服务操作内部的接口依赖关系和操作之间的接口赋值关系，通过挖掘操作中的局部依赖输出和操作组合提高服务发现效果。实验结果表明，该方法具有较好的召回率、准确率和可扩展性。 2)研究了Web服务自动组合问题，提出了基于生成树的Web服务自动组合方法。Web服务的自动组合能实现服务的快速组装，是推动SOC与SOA的关键技术。本文提出的基于生成树的Web服务自动组合方法采用了分步分治的思想。它首先为用户期望的每一个目标即时生成完备生成树，然后选取最优的有效生成路径，最后将生成路径合成为大粒度流程式组合服务。该方法具有搜索空间小、复杂度低和速度快的特点，既能处理单目标用户请求，也能处理多目标的用户请求。实验结果表明，该方法能在较短时间内实现服务的自动组合，能较好的满足用户需求。 3)研究了Web服务组合验证问题，提出了基于Pi演算的Web服务组合验证方法。Web服务组合验证能提前发现Web服务组合中存在的缺陷，是提高Web服务组合执行的成功率和增强用户满意度的关键。本文采用Pi演算将Web服务行为和Web服务之间的交互行为进行建模。通过Pi演算的操作语义、自动推演等理论判断Web服务之间交互的兼容性，并且进行定量计算服务之间的兼容度。该方法还能判断出服务在何种情况下能正常交互，在何种情况下无法进行交互，这对服务组合的正确运行和监控具有重要意义。 4)提出了Web服务组合的系统框架，设计并实现了Web服务组合的原型系统。Web服务组合的系统框架从抽象层面刻画了Web服务组合系统的主要组件、功能和过程，这对于设计和实现Web服务组合系统具有重要指导作用。本文提出了Web服务组合的系统框架WSCF，它既支持业务流程驱动的Web服务组合，也支持即时任务求解的Web服务组合。基于WSCF，设计和开发了Web服务组合原型系统JTangFlow-S，在JTangFlow-S中，我们实现了本文提出的Web服务发现、Web服务组合和Web服务组合验证方法。