劉紹華，馬鐵軍，景興建

（1.北京郵電大學(xué)國際開放實驗室 北京100876；2.英國帝國理工學(xué)院計算機(jī)系 英國倫敦；3.香港理工大學(xué)機(jī)械工程系 中國香港）

1 引言

21世紀(jì)仍然是信息技術(shù)的世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)（Internet）讓人們足不出戶就可以縱覽天下大事，萬維網(wǎng)（WWW）的出現(xiàn)已將世界原有的有形界限全然打破，而電子商務(wù)（e-Business）也潛移默化地改變了我們的生活。今天的我們更進(jìn)一步，已邁入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（web service）的大門，業(yè)界正在經(jīng)歷一場稱為“云計算”的新運動，將業(yè)務(wù)軟件以服務(wù)的形式（software as a service，SaaS）擴(kuò)展到互聯(lián)網(wǎng)上，借助云端網(wǎng)絡(luò)的虛擬化軟件技術(shù)提供全天候、個性化、零距離的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，并使這些服務(wù)能夠在組織內(nèi)或者組織間動態(tài)地相互協(xié)作[1]。

目前，面向服務(wù)計算（service oriented computing，SOC）和面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu) (service oriented architecture，SOA)已被業(yè)界廣泛接受，成為構(gòu)造下一代分布式應(yīng)用的計算范型和體系結(jié)構(gòu)。在基于SOA的分布式應(yīng)用中，服務(wù)是基本構(gòu)造單元，應(yīng)用由服務(wù)和服務(wù)之間的交互構(gòu)成，實現(xiàn)面向服務(wù)復(fù)雜應(yīng)用的關(guān)鍵就是服務(wù)之間的交互協(xié)作。服務(wù)在交互協(xié)作的粘合之下形成復(fù)雜服務(wù)。軟件服務(wù)技術(shù)近年來已從服務(wù)計算最初的基本服務(wù)“描述、發(fā)現(xiàn)、調(diào)用”架構(gòu)以及云計算初期的“軟件即服務(wù)”概念向新的階段——服務(wù)協(xié)作技術(shù)方向發(fā)展。

然而，由于服務(wù)協(xié)作是一項復(fù)雜的任務(wù)，往往超出了人工處理的能力。因此，為了達(dá)到業(yè)務(wù)目標(biāo)，服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)必須是面向需求(共同的目標(biāo)和達(dá)成的約束)動態(tài)且自動地構(gòu)造出來，而不是在設(shè)計時預(yù)制好；并且服務(wù)協(xié)作應(yīng)該能夠隨著需求而變，隨計算環(huán)境而變，并允許動態(tài)重構(gòu)。因此，服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造技術(shù)一直是近年來的研究熱點。

2 服務(wù)協(xié)作及其動態(tài)構(gòu)造問題分析

2.1 服務(wù)協(xié)作技術(shù)的產(chǎn)生背景

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)應(yīng)用的普及，促使人們從過去的單機(jī)應(yīng)用和簡單數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的水平，大規(guī)模地走進(jìn)全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用階段。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化已成為當(dāng)今計算機(jī)應(yīng)用和軟件工程的主流[2]。Internet是當(dāng)前多種類型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的互聯(lián)集合，堪稱當(dāng)今最大的分布式系統(tǒng)，它使得世界各地的用戶能享受諸如電子郵件收發(fā)、文件傳輸、網(wǎng)絡(luò)瀏覽和服務(wù)訪問等信息時代的最新成果。

20世紀(jì)七八十年代，E-mail（電子郵件）、FTP（file transfer protocol，文件傳輸協(xié)議）和Telnet（遠(yuǎn)程登錄）是 Internet上較早出現(xiàn)的重要工具，特別是電子郵件系統(tǒng)，至今仍然是Internet上主要的應(yīng)用形式之一。早期Internet的主要作用是為人與人之間以消息的形式進(jìn)行溝通提供一座橋梁。

時至20世紀(jì)90年代，WWW （world wide web，萬維網(wǎng)，也簡稱 Web）迅速風(fēng)行，基于 HTTP（hypertext transfer protocol，超文本傳輸協(xié)議）和HTML（hypertext markup language，超文本標(biāo)注語言）的Web訪問成為人們利用Internet獲取各種信息資源的最主要形式，此時，Internet的角色已經(jīng)從人與人之間的溝通橋梁過渡為人與分布式應(yīng)用之間的交互渠道。

進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著Web Service（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，又譯為Web服務(wù)）技術(shù)的出現(xiàn)并日趨成熟，分布式、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以借助綁定在SMTP（simple message transfer protocol，簡單郵件傳輸協(xié)議）或者HTTP等之上的SOAP（simple object access protocol，簡單對象訪問協(xié)議）[3]消息，跨越整個Internet實現(xiàn)互操作。因此，一個大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，可以由分布在網(wǎng)絡(luò)上不同地方的軟件協(xié)同工作去完成。隨后，語義網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)格計算和云計算技術(shù)也在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展、完善起來。不難看出，當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)正在逐漸演變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間基于服務(wù)實現(xiàn)協(xié)同工作的平臺，隨著當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)向未來物聯(lián)網(wǎng)方向的演進(jìn)，服務(wù)協(xié)同也將成為未來物聯(lián)網(wǎng)上支持智能物件之間 （machine to machine，M2M）通信的一種重要手段。

相應(yīng)的，軟件技術(shù)也正在經(jīng)歷著一次轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)上，軟件開發(fā)人員通過組合本地系統(tǒng)運算處理能力的方式開發(fā)應(yīng)用程序，開發(fā)人員有權(quán)使用豐富的系統(tǒng)資源，精確地控制應(yīng)用程序的功能和性能；如今，新一代的軟件開發(fā)人員正致力于構(gòu)建面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，基于SaaS技術(shù)將分布于網(wǎng)絡(luò)各處的眾多應(yīng)用程序資源封裝、虛擬化并相互連接起來，通過這些服務(wù)的協(xié)同工作實現(xiàn)更大范圍、更復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理。于是，軟件技術(shù)從研究如何開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品向如何在云端提供虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和動態(tài)構(gòu)造服務(wù)協(xié)作遷移。

2.2 服務(wù)協(xié)作的概念定義

目前，服務(wù)協(xié)作這個概念還沒有一個統(tǒng)一的定義。有的將服務(wù)之間的交互和關(guān)聯(lián)稱為服務(wù)聚集(service aggregation)[4]，更多的稱為服務(wù)復(fù)合(service composition)。

Web服務(wù)使軟件協(xié)同工作進(jìn)入了新的境界，它可以實現(xiàn)許多過去無法達(dá)到的目標(biāo)，例如，任何兩個異構(gòu)的軟件系統(tǒng)都可以只借助輕量級的基礎(chǔ)設(shè)施，在整個互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)跨越不同的平臺，安全地通過防火墻，自由選擇同步或者異構(gòu)的通信方式進(jìn)行交互、互操作和協(xié)作。面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)非常適合于統(tǒng)一協(xié)調(diào)分布式服務(wù)，以便構(gòu)建由多個服務(wù)參與的復(fù)雜業(yè)務(wù)流程，因為由基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建的應(yīng)用軟件可以按需要拆散和重新組裝。

本文將基于服務(wù)的軟件協(xié)同工作簡稱為服務(wù)協(xié)作。服務(wù)協(xié)作是在面向服務(wù)的分布式環(huán)境下，借助云計算平臺，將來自不同提供商的分離的服務(wù)和諧地整合在一起，基于動態(tài)發(fā)現(xiàn)、延遲綁定、即興復(fù)合、虛擬組織等機(jī)制，使得這些服務(wù)能夠相互協(xié)作執(zhí)行某些任務(wù)，進(jìn)而實現(xiàn)預(yù)定的業(yè)務(wù)目標(biāo)。

服務(wù)是由一方（提供者）提供給另一方（接收者）的功能系統(tǒng)，并以服務(wù)描述的形式構(gòu)成兩者之間的一種契約關(guān)系，其中提供者承諾提供，而接收者同意接收。協(xié)作則被定義為“互相配合，共同完成某項任務(wù)”，是“人或企業(yè)為了共同的通常是經(jīng)濟(jì)上的利益聯(lián)合起來”[5]。

服務(wù)協(xié)作，事實上是為了共同目的而相互合作的若干服務(wù)提供商提供的一些業(yè)務(wù)服務(wù)的組合，如圖1所示。根據(jù)內(nèi)部復(fù)雜度的大小，業(yè)務(wù)服務(wù)大致分為兩類，即基本服務(wù)和復(fù)合服務(wù)。基本服務(wù)提供基本的功能，包含低層次的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，幾乎不涉及復(fù)雜的算法和流程。舉例來說，簡單的天氣播報服務(wù)就屬于基本服務(wù)。與之相反，復(fù)合服務(wù)也被稱為業(yè)務(wù)流程，能提供高層次的服務(wù)，可以包含多個層次的數(shù)據(jù)訪問和轉(zhuǎn)換。復(fù)合服務(wù)可以通過若干個基本服務(wù)的協(xié)作來實現(xiàn)，當(dāng)然，復(fù)合服務(wù)也可以與基本服務(wù)或者其他復(fù)合服務(wù)協(xié)作，并構(gòu)成更高層次的復(fù)合服務(wù)。例如，涉及預(yù)訂系統(tǒng)、配送系統(tǒng)和電子支付系統(tǒng)在內(nèi)的網(wǎng)上購物流程就是一種復(fù)合服務(wù)，網(wǎng)上商店、物流中心和電子銀行通過服務(wù)協(xié)作的形式共同賺取商業(yè)利益。

本質(zhì)上，服務(wù)協(xié)作是協(xié)調(diào)若干服務(wù)共同工作，服務(wù)協(xié)作可以從以下幾個層次體現(xiàn)出來：

·單個服務(wù)與服務(wù)之間服務(wù)級別的交互(Interaction)，是基本服務(wù)協(xié)作形式，體現(xiàn)了服務(wù)之間多個操作的交互協(xié)議；

·多個服務(wù)通過控制流與數(shù)據(jù)流編排(Orchestration)組成復(fù)雜、多步驟的復(fù)合服務(wù)，服務(wù)之間的交互和協(xié)作通過兩種流（Flow）來體現(xiàn)；

·基于服務(wù)，跨組織域的業(yè)務(wù)流程配合(Choreography)。

2.3 服務(wù)協(xié)作的相關(guān)工作

每個服務(wù)都在服務(wù)協(xié)作業(yè)務(wù)流程中扮演著特定的角色。作為服務(wù)協(xié)作的一部分所交換的特定消息會觸發(fā)業(yè)務(wù)流程中定義的事件，并推動服務(wù)協(xié)作流程繼續(xù)向后執(zhí)行。因此，業(yè)務(wù)流程與服務(wù)協(xié)作的關(guān)系非常密切，而且業(yè)界往往把業(yè)務(wù)服務(wù)描述和業(yè)務(wù)流程協(xié)作的具體技術(shù)融合在一起，例如 ebXML的 BPSS（business process specification schema）[6]、RosettaNet的 PIP（partner interface process）[7]等。

工業(yè)界和學(xué)術(shù)界已經(jīng)為服務(wù)之間的協(xié)作提供了很多很好的思路。

W3C 提出了 WSCL[8]、WSCI[9]和WS-CDL 的建議，并正致力于OWL-S（從DAML-S的基礎(chǔ)發(fā)展起來，主要基于OWL語言）和服務(wù)協(xié)作語義方面的標(biāo)準(zhǔn)化[10]，OASIS給出了業(yè)務(wù)事務(wù)協(xié)議（business transaction protocol，BTP），IBM、微軟和BEA等公司在早期WSFL和XLANG語言的基礎(chǔ)上提出了面向Web服務(wù)的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言（BPEL4WS）和相關(guān)的Web服務(wù)協(xié)調(diào) （WS-coordination）[11]、Web服務(wù)事務(wù)（WS-transaction）[12]標(biāo)準(zhǔn)之后，進(jìn)一步推出了Web服務(wù)策略框架（WS-policyFramework）[13]；Sun公司提出了 Web服務(wù)復(fù)合應(yīng)用框架 WS-CAF（webservicecompositeapplicationframework），綜合考慮了協(xié)調(diào)（Coordination）、事務(wù)（Transaction）與上下文（Context）等問題[14]?？偟膩碚f，目前服務(wù)協(xié)作的相關(guān)規(guī)范處于服務(wù)協(xié)議棧的較高層次，如圖2所示。

在學(xué)術(shù)界，Zhang L J等人探索了Web服務(wù)解決方案的生命周期[15]，Sheng Q S等人研究了自調(diào)整、自協(xié)調(diào)服務(wù)[16]，Henrique P等人則提出了自適應(yīng) Web服務(wù)[17]，Michael N H[18]和Mercedes A[19]等人則致力于服務(wù)的主動化和智能體（Agent）化。

然而，目前這種百家爭鳴的局面說明對服務(wù)協(xié)作的研究方興未艾，還沒有一致認(rèn)可的理論方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工具支持，服務(wù)協(xié)作的許多問題還有待于進(jìn)一步的探討和解決，而如何動態(tài)構(gòu)造服務(wù)協(xié)作正在引起越來越廣泛的關(guān)注。

2.4 服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造問題的提出及其現(xiàn)實意義

服務(wù)協(xié)作是一項復(fù)雜的任務(wù)，往往超出了人工處理的能力，其中復(fù)雜性根源于如下一些因素：

·近年來Internet上可用的Web服務(wù)急劇增加；

·Web服務(wù)可以由不同組織開發(fā)，使用不同模型描述服務(wù)；

·Web服務(wù)可能不斷創(chuàng)建和更新，甚至在運行時發(fā)生。

因而，為了達(dá)到業(yè)務(wù)目的，服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)必須是面向需求(共同的目標(biāo)和達(dá)成的約束)自動構(gòu)造出來的，而不是在設(shè)計時預(yù)制好的，并且服務(wù)協(xié)作能隨著需求而變，隨計算環(huán)境而變，能夠動態(tài)重新構(gòu)造。

服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造的意義在于以下3個方面：

·有利于節(jié)約信息資源，因為動態(tài)構(gòu)造服務(wù)協(xié)作將提升分布、異構(gòu)資源的集成度、單機(jī)虛擬映像和互操作性，保護(hù)已有投資，同時加強(qiáng)跨部門、跨組織的業(yè)務(wù)協(xié)同，促進(jìn)信息資源的合理配置，提高資源利用率，減少浪費和重復(fù)建設(shè)，并改善應(yīng)用開發(fā)、管理、運行和維護(hù)的效率，節(jié)約成本；

·有利于提高服務(wù)質(zhì)量，因為加強(qiáng)動態(tài)構(gòu)造技術(shù)的研究將提高服務(wù)的靈活性、可用性，由此帶給用戶更滿意的服務(wù)體驗，進(jìn)而增進(jìn)服務(wù)與服務(wù)之間以及組織與組織之間的互相信任，以便減少矛盾、促進(jìn)合作，最終保障共同業(yè)務(wù)目標(biāo)的實現(xiàn)；

·有利于可持續(xù)發(fā)展，通過研究服務(wù)協(xié)作的動態(tài)構(gòu)造

技術(shù)，可以幫助服務(wù)提供者保持迅速的客戶響應(yīng)能力，增強(qiáng)對動蕩的市場和不穩(wěn)定的底層環(huán)境的適應(yīng)能力，具備更強(qiáng)的競爭力，從而在未來的戰(zhàn)略中占據(jù)

優(yōu)勢，以便能夠滿足敏捷制造和持續(xù)改進(jìn)的要求。因此，服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造技術(shù)成為近年來的研究熱點。

3 服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造方法綜述

服務(wù)協(xié)作體現(xiàn)了服務(wù)之間的交互協(xié)作關(guān)系，因此，作為其關(guān)鍵技術(shù)問題之一的服務(wù)協(xié)作關(guān)系構(gòu)造引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣，并提出了各種各樣的方法。

3.1 服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造的國內(nèi)研究基礎(chǔ)

特別值得一提的是，近幾年來，國內(nèi)學(xué)者圍繞服務(wù)協(xié)作的動態(tài)構(gòu)造進(jìn)行了大量研究，并取得了一系列重要成果。

例如，中科院軟件所馮玉琳教授領(lǐng)導(dǎo)的服務(wù)計算研究組提出了服務(wù)協(xié)作中間件模型，探討了其內(nèi)部機(jī)理與協(xié)作流程元模型的形式化[20～23]，還針對B2B環(huán)境下的跨企業(yè)服務(wù)流程協(xié)作進(jìn)行了研究，提出基于數(shù)據(jù)流建立服務(wù)協(xié)調(diào)模型，實現(xiàn)面向B2B的服務(wù)組合與協(xié)作方法[24，25]。

北京航空航天大學(xué)懷進(jìn)鵬教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在動態(tài)的Web服務(wù)復(fù)合方面已經(jīng)取得了很好的研究成果，他們實現(xiàn)了一個基于Web服務(wù)的工作流引擎平臺WSWF，該平臺的特點在于采用基于棧式的方法執(zhí)行實例活動，并提供運行時的監(jiān)控管理、事務(wù)保障等特性[26]。

中科院計算所韓燕波研究員等人探討了業(yè)務(wù)層面需求描述模型、用戶語境建模及應(yīng)用機(jī)制等問題，提出了VINCA語言，它從業(yè)務(wù)過程、業(yè)務(wù)服務(wù)、用戶上下文和交互方式4個側(cè)面為在業(yè)務(wù)層面構(gòu)造面向服務(wù)的應(yīng)用提供了支持，并構(gòu)造了VINCA支撐平臺，并對其中的核心技術(shù)進(jìn)行了研究，如基于Context的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)動態(tài)連接、服務(wù)虛擬化、語義服務(wù)、應(yīng)用的動態(tài)調(diào)整等[27]。

南京大學(xué)呂建教授的研究組提出了一種基于運行時體系結(jié)構(gòu)的動態(tài)協(xié)同架構(gòu)，通過為組合服務(wù)引入一個運行時的體系結(jié)構(gòu)對象來解耦與成員網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間的綁定關(guān)系，從而能夠根據(jù)體系結(jié)構(gòu)的當(dāng)前配置解釋組合服務(wù)與其成員之間的交互行為[28]。

中國人民大學(xué)王珊教授的研究組提出了基于領(lǐng)域本體的服務(wù)動態(tài)復(fù)合方法DOSCM，采用本體語言來描述選取模型中的概念及其關(guān)系，通過領(lǐng)域?qū)＜叶ㄖ撇煌I(lǐng)域的評價因子，根據(jù)服務(wù)運行過程中產(chǎn)生的知識，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動計算評價因子的權(quán)重分布，并結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜医o出的先驗知識，提出人機(jī)交互的權(quán)重優(yōu)化方法[29]。

電子科技大學(xué)劉錦德教授的課題組提出基于π演算的服務(wù)復(fù)合的描述和驗證，通過π演算與服務(wù)協(xié)議棧的對應(yīng)關(guān)系，建立服務(wù)復(fù)合模型的規(guī)則并建立一個實際的模型[30]，驗證服務(wù)復(fù)合的正確性以實現(xiàn)服務(wù)增值。

以上只是舉了幾個例子，國內(nèi)還有更多的相關(guān)研究成果，但限于篇幅就不再展開介紹。

3.2 服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造的主要方法及其研究進(jìn)展

（1）人工型構(gòu)造方法難以適應(yīng)新的需求

迄今為止，國內(nèi)外研究工作者為服務(wù)協(xié)作的動態(tài)構(gòu)造提出了數(shù)十種方法，大致可歸類為人工型和自動型，下面首先介紹幾種具有代表性的人工型方法。

HP實驗室開發(fā)的e-Flow系統(tǒng)提供一個集成平臺以支持服務(wù)協(xié)作的定義、運行與監(jiān)控。服務(wù)協(xié)作通過原子服務(wù)和其他組合服務(wù)組成的流程結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行定義。e-Flow通過提供動態(tài)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、多服務(wù)節(jié)點、動態(tài)服務(wù)節(jié)點創(chuàng)建和基于流程范式的動態(tài)修改來實現(xiàn)服務(wù)的動態(tài)組合[31，32]。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)開發(fā)的Self-Serv系統(tǒng)將服務(wù)協(xié)作建模為活動圖，提供了動態(tài)構(gòu)造服務(wù)協(xié)作的平臺，并支持以非集中的方式、借助協(xié)調(diào)器、基于路由信息表、通過P2P（peer-to-peer，對等）交互方式來執(zhí)行所構(gòu)造的服務(wù)協(xié)作[16，33]。

荷蘭蒂爾堡大學(xué)的Orriens等人給出了基于模型驅(qū)動的服務(wù)組合方法，使用UML進(jìn)行高層次的抽象，能直接映射到其他標(biāo)準(zhǔn)，如 BPEL4WS。使用 OCL（object constraint language，對象約束語言）來表達(dá)業(yè)務(wù)規(guī)則和流程，并利用業(yè)務(wù)規(guī)則實現(xiàn)動態(tài)地構(gòu)造服務(wù)組合，進(jìn)行服務(wù)的選擇和綁定[34～36]。

e-Flow和Self-Serv方法是基于工作流定義服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)的，Orriens等人基于模型驅(qū)動的方法則是依據(jù)規(guī)則生成服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)的。這些方法都能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜流程的協(xié)作結(jié)構(gòu)，但是它們存在的共同問題是：只考慮了服務(wù)組件的接口模型，沒有考慮單個服務(wù)內(nèi)部的流程邏輯，而且在建立協(xié)作結(jié)構(gòu)方面的動態(tài)性不足，只是研究了服務(wù)組件的動態(tài)選擇與替換。總的來說，人工型方法已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前服務(wù)協(xié)作需求的復(fù)雜性和構(gòu)造的動態(tài)性。

（2）自動型構(gòu)造方法日益受到重視

與人工型方法相比，自動構(gòu)造方法被認(rèn)為是具有更好前途的技術(shù)。自動構(gòu)造方法能將發(fā)布的服務(wù)自動組合起來，建立新的業(yè)務(wù)合作關(guān)系，提供新的功能，極大減少了開發(fā)基于Web和面向服務(wù)應(yīng)用的時間和精力，并且，自動構(gòu)造能減少人為設(shè)計行為引起的出錯，增強(qiáng)可信性。

現(xiàn)有很多工作圍繞服務(wù)協(xié)作自動構(gòu)造展開研究[37]。其中一些是在服務(wù)操作功能層次進(jìn)行服務(wù)組合[38，39]，而更多的是在流程層次針對服務(wù)之間的交互協(xié)作進(jìn)行自動構(gòu)造方法研究。

朗訊貝爾實驗室的Hull和加州大學(xué)的Su合作的研究組[40]使用異步消息通信的Mealy自動機(jī)刻畫服務(wù)行為，針對預(yù)先確定參與協(xié)作的服務(wù)和線性時序邏輯刻畫的全局目標(biāo)/約束，自動構(gòu)造出刻畫服務(wù)協(xié)作行為的Mealy自動機(jī)。

羅馬大學(xué)的Berardi等人以活動標(biāo)記的自動機(jī)模型來描述面向用戶交互的服務(wù)行為，通過構(gòu)造一個代理自動機(jī)來代表服務(wù)協(xié)作，滿足面向用戶的各種交互需求[41]。這種基于自動機(jī)模型的方法都是面向服務(wù)的交互行為，有助于研究交互行為復(fù)合自動化。

美國南加利福尼亞大學(xué)的Knoblock領(lǐng)導(dǎo)的研究組則另辟蹊徑，應(yīng)用數(shù)據(jù)集成方法來解決服務(wù)動態(tài)組合問題[42]。服務(wù)組合的輸入包括：可用服務(wù)組件建模為數(shù)據(jù)源，客戶需求建模為用戶查詢。通過一個實現(xiàn)用戶查詢的集成規(guī)劃，即一系列的數(shù)據(jù)查詢來自動地實現(xiàn)服務(wù)的組合。

Hull等人的方法適用于從會話的角度分析服務(wù)協(xié)作構(gòu)造，但是他們并沒有給出詳細(xì)的構(gòu)造過程和具體操作步驟；Berardi等人的方法在一定程度上考慮了服務(wù)組件內(nèi)部的處理過程，但卻必須預(yù)先定義期望的業(yè)務(wù)邏輯，以此為指導(dǎo)生成服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)，而且服務(wù)選擇時沒有考慮在服務(wù)組件失配時如何進(jìn)行適配的協(xié)調(diào)方法。Knoblock等人的數(shù)據(jù)集成方法不論在描述服務(wù)組件還是協(xié)作需求方面，都顯得不夠直觀。

（3）基于智能規(guī)劃的方法成為主流趨勢

學(xué)術(shù)界現(xiàn)在廣泛認(rèn)識到自動構(gòu)造服務(wù)協(xié)作的關(guān)鍵問題之一是語義：精確的服務(wù)能力和服務(wù)流程描述[4，43]，而基于語義進(jìn)行自動服務(wù)協(xié)作構(gòu)造的代表性方法是智能規(guī)劃技術(shù)(AI planning)。

基于智能規(guī)劃技術(shù)的服務(wù)協(xié)作自動構(gòu)造方法，關(guān)注以流程為中心的服務(wù)描述，將服務(wù)操作建模為動作，狀態(tài)轉(zhuǎn)換基于動作前條件定義，一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致狀態(tài)轉(zhuǎn)移，動作效果即是轉(zhuǎn)換狀態(tài)。規(guī)劃技術(shù)就是在給定初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和一組可能狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況下，合成復(fù)雜的狀態(tài)變遷行為。該技術(shù)的本質(zhì)是建立一個規(guī)劃(plan)的語義模型，針對該語義模型的狀態(tài)空間開發(fā)搜索算法。這種根據(jù)業(yè)務(wù)協(xié)作目標(biāo)建立服務(wù)協(xié)作關(guān)系的方法具有很好的靈活性和動態(tài)性。

現(xiàn)有不同的規(guī)劃方法被提出來應(yīng)用于動態(tài)服務(wù)協(xié)作構(gòu)造，例如基于情景演算(situation calculus)和Golog面向OWL-S語言的研究方法[44]；美國馬里蘭大學(xué)D.Wu等人的基于HTN(hierarchical task network，層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行任務(wù)分解的規(guī)劃方法[45]；耶魯大學(xué)MCDermott等人擴(kuò)展PDDL形成規(guī)劃表示語言并基于回歸規(guī)劃的研究方法[46]；使用基于規(guī)則專家系統(tǒng)自動構(gòu)建Web服務(wù)復(fù)合的研究工作[47]；基于語義說明性描述，使用可組合規(guī)則，考慮Web服務(wù)語法和語義性質(zhì)，定義規(guī)劃如何自動生成的方法[48]；基于程序合成，使用SSP方法進(jìn)行規(guī)劃自動生成的研究方法[49]；把規(guī)劃和模型檢查技術(shù)結(jié)合，將規(guī)劃作為模型檢查問題的研究方法[50]等?；谀Ｐ蜋z查技術(shù)的規(guī)劃方法，能面對規(guī)劃域中的非確定性信息，構(gòu)造具有復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)的規(guī)劃。這種方法適合于Web服務(wù)領(lǐng)域，值得借鑒和利用。

基于智能規(guī)劃的方法可以依據(jù)用戶的需求實現(xiàn)協(xié)作結(jié)構(gòu)的自動建立，在服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方面有很高的動態(tài)性。但是美中不足的是：服務(wù)組件只能建模為簡單的操作，而大多只能產(chǎn)生順序的動作序列，不支持服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)，如循環(huán)、選擇等，因此對服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)的支持度不夠。規(guī)劃方法通常將需求建模為目標(biāo)狀態(tài)，而通常的服務(wù)流程描繪的是離散的服務(wù)處理，業(yè)務(wù)目標(biāo)通常體現(xiàn)在過程狀態(tài)而不僅僅是最終狀態(tài)中。

4 討論

對于前文所述的國內(nèi)外研究進(jìn)展，我們通過對比分析，認(rèn)為人工預(yù)定義流程構(gòu)造服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)的方法有較大局限性，如費時費力，而且正確性難以保證；而基于服務(wù)的語義信息，使用智能規(guī)劃方法能自動構(gòu)造出滿足需求的服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)，能改善人工構(gòu)造方法中的問題。但是這類方法在面對服務(wù)協(xié)作問題時也有局限性，主要是模型復(fù)雜度和規(guī)?？蓴U(kuò)展方面的問題，具體包括以下幾個方面：

·傳統(tǒng)規(guī)劃方法面對的是簡單動作，大多只能產(chǎn)生順序的動作序列，然而，服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)中需要包含復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)，包括循環(huán)、（非確定性）選擇等；

·服務(wù)協(xié)作中交換的“對象”是類型化消息，可包含任意復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)規(guī)劃方法只能應(yīng)對有限域的“簡單對象”；

·在多方交互的服務(wù)協(xié)作中，規(guī)劃難以在原始動作層次進(jìn)行，如WS-BPEL中的receive和invoke活動映射為規(guī)劃動作，需要引用操作的輸入/輸出消息，甚至BPEL流程的內(nèi)部狀態(tài)，顯式地刻畫操作的前、后置條件，而這些信息對多方交互形式的服務(wù)協(xié)作而言是隱藏不見的，傳統(tǒng)規(guī)劃方法不能解決好不可見(Unobservable)信息問題；

·顯式而復(fù)雜的目標(biāo)不易獲得，傳統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)都是把可達(dá)的最終狀態(tài)作為規(guī)劃目標(biāo)，而服務(wù)流程模型描繪的是離散的服務(wù)處理，真正的業(yè)務(wù)目標(biāo)經(jīng)常隱含在過程狀態(tài)中，而不是表現(xiàn)在最終狀態(tài)。

因此，如何在基于智能規(guī)劃的服務(wù)協(xié)作動態(tài)自動構(gòu)造過程中解決以上這些問題是當(dāng)前值得深入研究的。

為了解決當(dāng)前研究中存在的問題，本文認(rèn)為可以針對服務(wù)協(xié)作的復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)，選擇能有效解決該類問題的基于模型檢查的智能規(guī)劃技術(shù)作為模型自動構(gòu)造方法，例如可以采用基于知識的數(shù)據(jù)抽象方法來化減規(guī)劃域的狀態(tài)空間；此外可以使用同態(tài)映射方法，完備地將部分可觀察規(guī)劃域模型轉(zhuǎn)化全部可觀察規(guī)劃域模型。這些技術(shù)能使基于模型檢查的規(guī)劃方法滿足服務(wù)協(xié)作結(jié)構(gòu)的自動構(gòu)造需求，可有效地克服已有方法的缺陷。

5 結(jié)束語

服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)的相互滲透，促進(jìn)了軟件產(chǎn)業(yè)迅速的發(fā)展，同時也給軟件技術(shù)帶來前所未有的困難。以著名計算機(jī)科學(xué)家Grady Booch為首的100位軟件界權(quán)威人士曾經(jīng)共同預(yù)言：軟件將變得越來越復(fù)雜；新經(jīng)濟(jì)要求軟件能夠持續(xù)更新；軟件會不斷演進(jìn)下去，同時，各種挑戰(zhàn)也將伴隨著不斷出現(xiàn)[51]。

從技術(shù)發(fā)展趨勢上可以看出，在最近十幾年中，業(yè)界都在積極定義和改良分布式計算技術(shù)[52]，使得可以實時地查找組件、在運行時發(fā)現(xiàn)組件的接口、在某種特定基礎(chǔ)上由組件組裝應(yīng)用程序[53]。我們正是沿著前人的足跡走向了服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造，開始嘗試動態(tài)復(fù)合分布在多臺不同主機(jī)上的許多基本的Web服務(wù)來實現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程[54]，而不必費盡心思在大型計算機(jī)上預(yù)先建立巨型的應(yīng)用程序[55]。

在應(yīng)用市場需求方面，社會的全球化趨勢使服務(wù)協(xié)作面臨快速變化的市場、新的政策法規(guī)、靈活的業(yè)務(wù)協(xié)作關(guān)系和更大的競爭壓力，這一切都要求服務(wù)協(xié)作能夠快速地響應(yīng)變化以適應(yīng)新的業(yè)務(wù)模式和需求。面對變化的需求，服務(wù)協(xié)作必須以動態(tài)構(gòu)造和靈活重構(gòu)作為應(yīng)對策略。

雖然，服務(wù)協(xié)作所基于的Web服務(wù)技術(shù)為動態(tài)構(gòu)造奠定了體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。服務(wù)是位置透明的，借助UDDI[56]注冊和動態(tài)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，用戶可以不知道響應(yīng)自己需求的服務(wù)的位置，這樣有利于針對和適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化；服務(wù)便于封裝和重用，通過WSDL[57]可以快速將軟件資源封裝為可重用的服務(wù)，能夠隱藏底層實現(xiàn)的復(fù)雜性，并屏蔽服務(wù)的自治更新；服務(wù)是協(xié)議獨立的，SOAP通信機(jī)制使得服務(wù)的互操作更加靈活；服務(wù)是松散耦合的，允許動態(tài)發(fā)現(xiàn)和延遲綁定，有利于臨時組裝出復(fù)雜的系統(tǒng)，提供更為快速和優(yōu)質(zhì)的需求響應(yīng)。然而，動態(tài)構(gòu)造不應(yīng)僅體現(xiàn)于軟件的體系結(jié)構(gòu)上，還應(yīng)同時體現(xiàn)在服務(wù)協(xié)作的構(gòu)造方法中。

正是因為意識到服務(wù)協(xié)作動態(tài)構(gòu)造的重要性，對相關(guān)技術(shù)方法的探索將繼續(xù)成為今后一段時期內(nèi)云計算的研究焦點。

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