Web服務(wù)適配關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、面向服務(wù)是目前軟件工程領(lǐng)域重要的發(fā)展趨勢之一。以Web服務(wù)為基礎(chǔ)的分布式計(jì)算模式“面向服務(wù)的計(jì)算”是面向服務(wù)的軟件應(yīng)用的最重要標(biāo)志。該計(jì)算模式提出以服務(wù)作為構(gòu)建軟件的基本單元，希望通過統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范來達(dá)到網(wǎng)絡(luò)軟件資源的充分利用和共享。然而，現(xiàn)有Web服務(wù)往往由眾多不同的軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)提供，這導(dǎo)致Web服務(wù)在接口描述語言、功能實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行行為上存在廣泛的異構(gòu)性，實(shí)際可復(fù)用性較差，嚴(yán)重阻礙了面向服務(wù)的計(jì)算技術(shù)的推廣和應(yīng)用。雖然Web服務(wù)描述語言

2、標(biāo)準(zhǔn)化在一定程度上降低了Web服務(wù)的異構(gòu)性，但是仍無法徹底消除這種異構(gòu)性。如何克服Web服務(wù)資源的異構(gòu)性，提高Web服務(wù)間協(xié)同的正確性和可靠性成為實(shí)施面向服務(wù)的軟件應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
　　Web服務(wù)適配為解決上述問題提供了可行的方法，成為推動(dòng)和實(shí)施面向服務(wù)的軟件應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。Web服務(wù)適配的概念源于軟件適配，是對(duì)軟件適配技術(shù)的繼承和發(fā)展。在Web服務(wù)適配提出之前，軟件適配主要為小范圍小規(guī)模的軟件復(fù)用問題提供解決方案；之后，軟件適配

3、主要是指Web服務(wù)適配，為大范圍大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)軟件資源的企業(yè)業(yè)務(wù)集成提供協(xié)同正確性和可靠性解決方案。
　　基于分布、異構(gòu)的Web服務(wù)，如何通過適配來構(gòu)筑新的業(yè)務(wù)應(yīng)用已成為軟件工程領(lǐng)域的一個(gè)新的熱點(diǎn)問題。本文以上述需求為背景，展開Web服務(wù)適配關(guān)鍵技術(shù)研究，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　?。?）Web服務(wù)形式化模型
　　Web服務(wù)的描述信息可劃分為標(biāo)簽層、行為層、語義層和質(zhì)量層四個(gè)層次。本文在分析現(xiàn)有Web服務(wù)形式化模型的基礎(chǔ)

4、上，提出了層次擴(kuò)展Web服務(wù)模型HESM（Hierarchical and Extensible Service Model）。HESM模型包括標(biāo)簽層和行為層描述信息，標(biāo)簽層刻畫Web服務(wù)接口的基本信息，主要包括消息、消息類型和動(dòng)作（操作）。行為層可以選擇使用標(biāo)記遷移系統(tǒng)、服務(wù)流網(wǎng)或PI演算刻畫Web服務(wù)的交互行為。標(biāo)記遷移系統(tǒng)可以刻畫Web服務(wù)的交互行為，提供直觀的狀態(tài)集和狀態(tài)遷移關(guān)系，服務(wù)流網(wǎng)可以刻畫Web服務(wù)動(dòng)作之間的控制依賴和消

5、息之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，PI演算可以刻畫通信結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的Web服務(wù)。而且，服務(wù)流網(wǎng)和PI演算都具有遷移系統(tǒng)語義，可以實(shí)現(xiàn)它們到標(biāo)記遷移系統(tǒng)的等價(jià)轉(zhuǎn)換。對(duì)HESM模型進(jìn)行擴(kuò)展，通過添加本體描述可以刻畫Web服務(wù)的接口語義，通過添加安全屬性也可以刻畫Web服務(wù)的接口安全需求。HESM模型在對(duì)Web服務(wù)建模時(shí)，全面考慮了影響Web服務(wù)交互的各種因素，其通過分層描述、擴(kuò)展描述和綜合的行為描述支持精確的Web服務(wù)刻畫和分析，為Web服務(wù)適配關(guān)鍵技

6、術(shù)問題的順利解決提供了堅(jiān)實(shí)的形式化基礎(chǔ)。
　?。?）Web服務(wù)可適配性分析方法
　　Web服務(wù)適配并不能保證解決所有失配（mismatches）問題，因此，Web服務(wù)適配總會(huì)面臨失敗的風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)該問題，系統(tǒng)地提出了Web服務(wù)可適配性的概念和分析方法?？蛇m配性是指一組Web服務(wù)是否可通過適配器調(diào)解實(shí)現(xiàn)正確的交互，可適配性分析則是一種用來檢測Web服務(wù)可適配性的技術(shù)。在服務(wù)規(guī)模較大時(shí)，基于組合服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)圖的行為可適配性分析

7、方法容易引起狀態(tài)空間爆炸。針對(duì)該問題，本文提出了一種基于組件服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)圖的行為可適配性分析方法。該方法基于組件服務(wù)流網(wǎng)間的通信，生成每個(gè)組件服務(wù)流網(wǎng)的可達(dá)圖，通過分析組件服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)圖的狀態(tài)結(jié)點(diǎn)確定交互服務(wù)的行為可適配性。通過算法分析以及實(shí)例分析表明，采用組件服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)圖可以大大節(jié)省空間開銷，有效避免狀態(tài)空間爆炸問題的發(fā)生。
　?。?）基于本體的Web服務(wù)動(dòng)作映射生成方法
　　動(dòng)作映射作為一種簡單且普遍使用的適配器規(guī)約，

8、在Web服務(wù)適配中占有重要地位。目前動(dòng)作映射主要依靠人工生成，工作量大、容易出錯(cuò)，基于類型的Web服務(wù)動(dòng)作映射生成方法準(zhǔn)確性低，會(huì)產(chǎn)生大量的錯(cuò)誤動(dòng)作映射。同時(shí)，目前針對(duì)生成的動(dòng)作映射缺乏有效的正確性驗(yàn)證手段。針對(duì)上述問題，本文通過對(duì)HESM模型擴(kuò)展本體描述，提出了基于本體的Web服務(wù)動(dòng)作映射生成方法。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了Web服務(wù)動(dòng)作映射的自動(dòng)生成，而且準(zhǔn)確性高。在此基礎(chǔ)上，本文提出通過檢查通信數(shù)據(jù)依賴性以及分析服務(wù)行為可適配性等方式來驗(yàn)證

9、生成的動(dòng)作映射的正確性。這些方法對(duì)自動(dòng)化Web服務(wù)適配技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
　?。?）基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)乘積的Web服務(wù)行為適配方法
　　針對(duì)Web服務(wù)行為失配問題，本文提出了基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)模擬廣播乘積的行為適配器生成方法和基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)交互乘積的行為適配器正確性驗(yàn)證方法，并結(jié)合實(shí)例說明了上述方法的有效性。該方法基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)乘積獲取并驗(yàn)證交互服務(wù)的行為適配器，是一個(gè)完全自動(dòng)化的推導(dǎo)過程。該方法的最重要特征是將每個(gè)動(dòng)

10、作映射轉(zhuǎn)換為一個(gè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)記遷移系統(tǒng)表示，使用標(biāo)記遷移系統(tǒng)的狀態(tài)遷移表示動(dòng)作間的通信數(shù)據(jù)依賴關(guān)系。同時(shí)，該方法支持多Web服務(wù)適配，可為交互服務(wù)生成唯一的適配器。因此，該方法對(duì)研究基于形式化模型的Web服務(wù)自動(dòng)化適配以及大規(guī)模Web服務(wù)適配具有重要價(jià)值。
　?。?）動(dòng)態(tài)Web服務(wù)適配
　　靜態(tài)Web服務(wù)適配方法難以支持Web服務(wù)的動(dòng)態(tài)演化或更新，本文針對(duì)該問題提出了一種動(dòng)態(tài)Web服務(wù)適配方法。該方法基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)對(duì)適配器實(shí)例

11、行為建模，通過控制適配器實(shí)例的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)行為適配。與靜態(tài)Web服務(wù)適配方法相比，該方法僅針對(duì)交互服務(wù)部分行為適配，適配的開銷以及適配失敗的風(fēng)險(xiǎn)都顯著降低。由于動(dòng)態(tài)Web服務(wù)適配仍存在適配失敗的風(fēng)險(xiǎn)，本文提出了一種面向動(dòng)態(tài)Web服務(wù)適配的行為可適配性分析方法，該方法通過深度優(yōu)先遍歷交互服務(wù)后續(xù)行為的狀態(tài)空間是否可終止來判定交互服務(wù)當(dāng)前狀態(tài)下的行為可適配性。結(jié)合該方法，本文探討了兩種改進(jìn)的適配器實(shí)例運(yùn)行控制算法，一種改進(jìn)算法可在服務(wù)

12、適配失敗前提前返回，這對(duì)強(qiáng)實(shí)時(shí)性Web服務(wù)系統(tǒng)的錯(cuò)誤恢復(fù)具有一定價(jià)值；另一種改進(jìn)算法通過限制交互服務(wù)的可執(zhí)行動(dòng)作集，可以有效避免動(dòng)態(tài)Web服務(wù)適配失敗。
　?。?）Web服務(wù)安全適配
　　Web服務(wù)安全適配是指適配器能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行解密和安全驗(yàn)證，同時(shí)能夠?qū)Πl(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和簽名。本文針對(duì)Web服務(wù)安全失配問題進(jìn)行了初步探討，提出了擴(kuò)展安全屬性的HESM模型，該擴(kuò)展模型將Web服務(wù)安全基礎(chǔ)規(guī)范中的密鑰、時(shí)戳、加密、簽

13、名等要素分別抽象為模型中的安全屬性和安全函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種安全適配器規(guī)約自動(dòng)生成方法和一種安全適配器規(guī)約驗(yàn)證方法，實(shí)現(xiàn)了安全適配器規(guī)約的自動(dòng)生成和驗(yàn)證。安全適配器規(guī)約自動(dòng)生成方法將擴(kuò)展安全屬性的HESM模型簡化為HESM模型，然后借助Web服務(wù)動(dòng)作映射生成方法生成動(dòng)作映射，進(jìn)而生成安全適配器規(guī)約。安全適配器規(guī)約驗(yàn)證方法對(duì)生成的安全適配器規(guī)約進(jìn)行消息解析和消息創(chuàng)建，然后返回適配器的默認(rèn)數(shù)據(jù)集，通過分析該數(shù)據(jù)集來判定生成的安全