服務(wù)組合的Petri網(wǎng)建模和服務(wù)質(zhì)量分析的研究.pdf

1、Web服務(wù)是自包含、自描述、可由接口調(diào)用的模塊化應(yīng)用程序。Web服務(wù)作為一種新型的分布式構(gòu)件模型已經(jīng)在電子商務(wù)、企業(yè)應(yīng)用集成等領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色，特別是Web服務(wù)的組合技術(shù)，因其能實(shí)現(xiàn)服務(wù)的重用和增值而成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 服務(wù)組合是將服務(wù)看成構(gòu)件而進(jìn)行重用的技術(shù)，能在現(xiàn)有的服務(wù)中選取特定的服務(wù)，組合成新的服務(wù)來(lái)滿足用戶的需求。目前，服務(wù)組合協(xié)議正在趨向于統(tǒng)一，主要存在如下三種技術(shù)：XLANG和WSFL(

2、Web Services Flow Language)合并而成的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語(yǔ)言(Business Process Execution Language for WebServices，BPEL4WS/BPEL)；業(yè)務(wù)流程建模語(yǔ)言(Business Process ModelingLanguage，BPML)；W3C的Web服務(wù)編排定義語(yǔ)言(Web Services ChoreographyDefinition Language，WS-

3、CDL)。
　　 服務(wù)的分布性以及異構(gòu)、自治和動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)所引發(fā)的多種不確定因素，對(duì)其組合的可信性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。首先，參與業(yè)務(wù)流程的服務(wù)廣泛地分布于互聯(lián)網(wǎng)中，可能來(lái)源于不同的組織，運(yùn)行于不同的系統(tǒng)平臺(tái)之上，之間的協(xié)調(diào)、匹配和互操作涉及因素眾多，任何一個(gè)細(xì)節(jié)上問(wèn)題都可能破壞整體的穩(wěn)定性；同時(shí)，服務(wù)構(gòu)件個(gè)體的動(dòng)態(tài)發(fā)布、失效、刪除、調(diào)整和更新，會(huì)導(dǎo)致服務(wù)個(gè)體的質(zhì)量屬性隨時(shí)可能發(fā)生變化，也導(dǎo)致了組合服務(wù)的整體質(zhì)量難以預(yù)測(cè)；服務(wù)組合運(yùn)行所

4、依賴的軟硬件條件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，也可能出現(xiàn)實(shí)時(shí)的變化，導(dǎo)致整體質(zhì)量難以維持穩(wěn)定。
　　 因此，服務(wù)組合的可信性分析，成為進(jìn)一步推動(dòng)WEB服務(wù)技術(shù)發(fā)展的需求。學(xué)術(shù)界、工業(yè)界都迫切的需要建模、分析、評(píng)估、驗(yàn)證和優(yōu)化其可信度的方法和工具。根據(jù)軟件可信方面研究的權(quán)威定義，軟件可信度是軟件對(duì)功能性和非功能性需求(也就是服務(wù)質(zhì)量，Quality-of-service)的滿足程度。本研究主要關(guān)注上述兩個(gè)方面的后者，擬綜合運(yùn)用形式化方法、概率分析與

5、隨機(jī)過(guò)程、置信區(qū)間分析等理論和技術(shù)，定量的對(duì)服務(wù)組合的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行建模、分析和評(píng)估。本課題的研究可望在該領(lǐng)域提出有一定指導(dǎo)意義的分析方法和理論結(jié)果，對(duì)WEB服務(wù)技術(shù)的完善、發(fā)展具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。
　　 本文所述的具體工作包括：
　　 (1)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)從基于orchestration機(jī)制的WEB服務(wù)組合協(xié)議(WebServices Business Process Execution Language，WS-BP

6、EL)和基于choreography機(jī)制的WS-CDL到中間模型(隨機(jī)PETRI網(wǎng))的完整轉(zhuǎn)換，對(duì)服務(wù)組合的流程控制、互操作、進(jìn)程調(diào)用、消息交互、死路刪除、例外/補(bǔ)償/錯(cuò)誤處理等重要細(xì)節(jié)進(jìn)行完整的描述。上述轉(zhuǎn)換規(guī)則既能對(duì)服務(wù)組合程的正常執(zhí)行時(shí)的控制流進(jìn)行細(xì)粒度建模，也能描述意外情況(錯(cuò)誤/事件、補(bǔ)償/終止處理活動(dòng))對(duì)流程演化的影響，克服了現(xiàn)有研究描述建模粒度粗、轉(zhuǎn)換不完整等缺點(diǎn)；
　　 (2)以隨機(jī)Petri網(wǎng)的中間模型為出發(fā)點(diǎn)

7、，對(duì)服務(wù)組合的控制流演化進(jìn)行狀態(tài)分析，嵌入連續(xù)時(shí)間馬爾科夫鏈，取得其對(duì)應(yīng)的變遷強(qiáng)度矩陣。并設(shè)計(jì)一系列算法，在變遷強(qiáng)度矩陣上進(jìn)行一系列計(jì)算，對(duì)流程正常結(jié)束時(shí)間期望(ExpectedProcess Normal Completion Time，EPNCT)(性能)、流程正常結(jié)束概率(ProcessNormal Completion Probability，PNCP)(可靠性)和流程正常結(jié)束執(zhí)行代價(jià)期望(Expected Overhead o

8、f Normal Completion，EONC)(執(zhí)行代價(jià))這三個(gè)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算；
　　 (3)為了檢驗(yàn)理論結(jié)果的精確性和基于隨機(jī)Petri網(wǎng)的方法的正確性，我們運(yùn)用WS-CDL+/ACTIVE BPEL執(zhí)行引擎對(duì)WS-CDL/WS-BPEL的實(shí)例進(jìn)行了測(cè)試執(zhí)行，并從日志記錄文件中提取出跟三個(gè)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)。以上述數(shù)據(jù)為樣本，我們運(yùn)用置信區(qū)間分析的方法得出了三個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的95％置信區(qū)間。將置信區(qū)間與基于Petr

9、i網(wǎng)的方法獲得的理論結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)置信區(qū)間完全將理論分析結(jié)果覆蓋，從而驗(yàn)證了結(jié)果的精確性和分析方法的正確性。
　　 本論文涉及的工作，彌補(bǔ)了WEB服務(wù)組合理論研究中在服務(wù)質(zhì)量和定量分析上的不足，能為WEB服務(wù)可信性自動(dòng)化分析技術(shù)提供模型支撐和分析手段，有望在WEB服務(wù)量化分析這個(gè)薄弱領(lǐng)域取得突破，對(duì)建立我國(guó)面向服務(wù)計(jì)算技術(shù)的自主創(chuàng)新體系具有積極的意義。具體而言，其價(jià)值包括：
　　 (1)實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)主流的服務(wù)組合協(xié)議