Web 服務組合研究綜述

石文博, 孫婧鑫

(西安石油大學 計算機學院, 西安710065)

0 引 言

隨著互聯網技術的迅猛發展,軟件的開發過程越來越傾向于提高軟件的集成性和可擴展性。 在此基礎之上,一種SOA(Service Oriented Architecture)面向服務的體系結構以其高度靈活、松散耦合以及擴展性高等特性逐漸出現在商業軟件的開發領域中。 Web服務是實現SOA 體系結構的主流技術,它是基于網絡的、分布式的、自描述的、模塊化的組件。 不同的Web 服務執行特定的任務,執行一定的技術規范,并且實現在Internet 上的統一注冊、發現、綁定和集成機制。 這種機制逐漸受到工業界和學術界的廣泛認可。

1 SOA 基本概念

SOA (Service Oriented Architecture)面向服務的體系結構是一種組件模型［1］,它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)進行拆分,并通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來,從而有效控制系統和軟件代理交互時的人為依賴性。

SOA 最初的概念由Gartner 在20 世紀90 年代末提出,將其定義為C／S 結構的設計理念。 SOA 的應用程序由服務請求方和服務的相應方組成,SOA 對各組件之間的松散耦合性要求更高,從而使它使用的接口更加獨立分散,這也是SOA 系統的主要優勢［2］。

2 Web 服務組合框架結構

Web 服務組合框架結構由服務供應商、服務消費者和服務注冊中心三種角色,發布、發現、綁定和調用三種基本操作組成［3］。 對于Web 服務組合其框架結構如圖1 所示。

圖1 Web 服務組合框架結構Fig. 1 Web services composition framework structure

(1)服務供應商。 一個可通過互聯網查找到的實體,實現接收和執行來自使用者的請求。 除此之外,還把自身所包含的服務和接口契約發布到服務注冊中心,以便服務使用者發現和訪問該服務。

(2)服務消費者。 一個功能模塊或需要服務的軟件系統。 它發起對注冊中心中服務的查詢,通過傳輸綁定服務,執行服務功能,服務使用者根據接口契約來執行服務。

(3)服務注冊中心。 實現服務消費者和服務供應商之間的中轉代理,包含一個可用服務的存儲庫,并允許相關服務使用者查找服務提供者接口。

(4)服務協議。 服務的發布、請求、調用以及響應進行標準化,使服務消費者和服務供應商之間的交互變得規范化,為彼此間的通信奠定基礎。

Web 服務組合的執行流程如下：

(1)首先由服務供應商提供服務,將服務信息發布到服務注冊中心完成注冊。

(2)服務消費者要使用服務,需要向服務注冊中心發送請求。

(3)服務注冊中心根據服務消費者提交的服務描述,在服務注冊中心庫中查找相對應的服務。

(4)服務注冊中心將查找到的服務相關信息(主要是接口描述信息等)反饋回服務消費者,服務消費者根據信息完成對服務供應商的綁定和執行。

在服務組合框架結構中的每個實體都分別充當服務消費者、提供商和注冊中心的一種或多種角色,每種角色依照相應的協議規范,完成特定的操作任務。

3 Web 服務組合方法

當前,對Web 服務組合學術界和工業界已經提出了多種方法,總的來說,Web 服務組合方法從組合方案生成方式來分有靜態組合和動態組合兩大類。 靜態組合意味著請求者應在組合計劃實施前創建一個抽象的過程模型,抽象的過程模型包括任務的集合以及任務間的數據依賴關系,每個任務包含一個查詢的子句,用來查找完成任務的真正的Web服務。 而動態組合不僅自動地選擇、綁定Web 服務,同時更重要的是自動地創建過程模型。 這里,重點討論基于BPEL4WS、語義驅動以及模型驅動的Web 服務組合方法［4］。

3.1 基于BPEL4WS 的Web 服務組合

BPEL4WS(Business Process Execution Language for WebServices,Web 服務的商業流程執行語言)是專為整合Web 服務而制定的一項規范標準［5］。BPEL4WS 的作用是將一組現有的服務整合起來,從而定義一個新的Web 服務。 它基于業務流程與參與者的交互來定義流程的描述規范,以此來實現業務流程的建模。 BPEL4WS 基于Web 服務標準,更加側重于業務流程本身,詳細描述了一組關于無狀態服務的流程編排與調用方式,即將現有的服務重新組合起來,從而定義一個新的服務。

通過對Web 服務的編排和組合,BPEL4WS 可以自上而下地構建面向服務的體系結構。 但是BPEL4WS 語言本身并不能單獨地去完成業務流程的實例化,以及具體Web 服務的調用和業務流程管理等功能,它主要完成了業務流程的定義和描述。而流程實例的驅動、執行以及具體服務的調用等都是由BPEL 引擎來完成的,可以說BPEL4WS 引擎為BPEL4WS 流程的執行提供了必要的運行環境。

總而言之,BPEL4WS 流程是一個流程圖,用來表達特定業務的處理邏輯和算法,流程的每一步稱為一個活動。

BPEL4WS 主要利用WSDL 完成對服務的動態綁定功能,但它缺乏提供具體方式來選取動態綁定時需要調用的服務,并且BPEL4WS 不支持在應用運行時的流程模型的調整。

3.2 語義驅動的Web 服務組合方法

面向語義的Web 服務組合通過在Web 服務中添加語義信息,使機器能夠自動理解并進行需要的操作,最終生成Web 服務過程。 目前基于語義的Web 服務組合的主要成果是OWL-S(OntologyWeb Language for Services,Web 服務的本體語言) 和WSDL(Web Services Description Language,Web 服務描述語言)。

WSDL 是用來描述網絡(Network)服務或終端(End-point)的一種XML 語言,它用于定義Web 服務以及如何調用服務［6］。 WSDL 文檔可用于動態發布Web 服務、查找已發布的Web 服務以及綁定Web 服務。

OWL-S 建 模 的 服 務 本 體 有3 個 部 分［7］,ServiceProfile 提供服務及服務提供者的高層描述,包括服務概述、功能屬性、服務性能屬性,表達了該服務“能做什么”； ServiceModel 表達了該服務是怎樣工作的,其子類ProeessControlModel 用來支持服務的執行和監測； ServicesGrounding 表達了怎樣使用這個Web 服務,是從抽象的服務描述元素到具體的服務描述元素規范的映射。

3.3 模型驅動的Web 服務組合

在用特定語言定義組合服務的基礎上,提出用模型驅動的方法來開發、管理動態服務組合,模型驅動方法將軟件開發方法學應用到服務組合中。 該方法是使用統一建模語言(UML)定義服務模型和業務流程模型,定義模型和相對應服務和業務流程的轉換規則,完成服務和業務流程的自動生成［8］,該組合定義隨后可自動地映射到特定的規范,如：BPEL4WS 上,業務流程所需要的Web 服務可以實現動態地綁定。

基于模型驅動的Web 服務組合方法的分為3個主要步驟：

(1)建模。 根據業務需求使用UML 服務模型和UML 業務流程模型對Web 服務和業務流程建模。

(2)轉換。 從UML 服務模型中轉化得到Web服務的WSDL 和代碼框架,以及服務語義描述。 從UML 業務流程模型中轉換得到抽象流模板和流程伙伴契約。

(3)綁定。 通過契約和服務描述基于本體語義的匹配,確定業務流程需要綁定的Web 服務,并將流程模板轉換為可執行的BPEL4WS 流程上。

4 結束語

面向服務的體系結構是技術和架構的自然進化。 軟件系統開發的集成性、封裝性和簡便性是開發大型系統的必然要求和發展趨勢。 本文通過對SOA 體系結構介紹,分析論證Web 服務組合實現原理及其框架結構,總結了當前主流的Web 服務組合方法,并對方法的實現原理和優缺點進行闡述。

Web 服務的主要思想是處在服務組合體系中的每個實體都是服務,這些服務通過網絡發布一個可調用的API 接口,方便其他服務的調用。 而Web服務組合則是將服務按照一定的規則有次序調用執行。 因此,如何準確發現和描述Web 服務,如何使服務組合描述過程更加清晰簡潔,以及如何對Web服務組合過程模型構建領域都有待深入研究。