艾丹祥，左 暉，楊 君

（1.廣東工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，廣東 廣州 510520；2.廣東工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，廣東 廣州 510520）

0 引 言

電子商務(wù)供應(yīng)鏈管理（E-Commerce Supply Chain Management，E-SCM）是利用電子商務(wù)技術(shù)保證企業(yè)間高效信息傳遞和業(yè)務(wù)合作，實現(xiàn)供需各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)行的供應(yīng)鏈管理模式，已作為企業(yè)提升競爭優(yōu)勢的有效途徑獲得廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)的電子商務(wù)技術(shù)如電子數(shù)據(jù)交換（Electronic Data Interchange，EDI）、企業(yè)應(yīng)用整合（Enterprise Application Integration，EAI）等均采用復(fù)雜連接、緊密耦合的開發(fā)模式，使E-SCM系統(tǒng)缺乏良好的集成性，難以快速響應(yīng)環(huán)境變化、及時擴(kuò)展新業(yè)務(wù)邏輯或修改電子商務(wù)對象與流程。因此需要研究和設(shè)計基于新技術(shù)架構(gòu)的輕量靈活的E-SCM系統(tǒng)解決方案[1]。

語義Web服務(wù)是以Web為平臺的商務(wù)智能應(yīng)用新技術(shù)。它克服了傳統(tǒng)技術(shù)模式的缺陷，采用接口簡單的可重用服務(wù)組件封裝電子商務(wù)業(yè)務(wù)，并為其提供精確語義，提高系統(tǒng)自動化操作程度[2]。將語義Web服務(wù)技術(shù)應(yīng)用于E-SCM系統(tǒng)中，不但能降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，而且使其具有動態(tài)集成能力，必將成為E-SCM系統(tǒng)開發(fā)的新方向。因此本文設(shè)計了一種基于語義Web服務(wù)的E-SCM系統(tǒng)框架，該框架運(yùn)用基于流程的管理思想，實現(xiàn)語義Web服務(wù)對企業(yè)內(nèi)外部不同層次工作流的表示與封裝，較好地解決了供應(yīng)鏈中跨企業(yè)的商務(wù)應(yīng)用集成問題。

1 語義Web服務(wù)描述規(guī)范

基本的Web服務(wù)實現(xiàn)以WSDL、UDDI和SOAP三個規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)[3]，但它們不支持基于語義的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和調(diào)用。而語義Web服務(wù)描述規(guī)范能為服務(wù)提供精確語義，通過形式化語言描述服務(wù)組件的接口、功能和行為，提高服務(wù)的自動化程度。目前業(yè)界還沒有統(tǒng)一的語義Web服務(wù)描述標(biāo)準(zhǔn)，但許多組織和研究機(jī)構(gòu)制定了各類滿足不同需求的描述規(guī)范。經(jīng)過比較，選擇DAML-S、BPEL4WS和WS-CDL三種規(guī)范用于E-SCM系統(tǒng)框架中的Web服務(wù)語義描述。

1.1 DAML-S

DAML-S是基于DAML+OIL語言開發(fā)的Web服務(wù)本體。它通過Service Profile、Process Model和Service Grounding三部分描述Web服務(wù)。Service Profile說明Web服務(wù)能做什么，它包括三組描述屬性：第一組為服務(wù)基本信息屬性，包括服務(wù)名稱、文本描述和服務(wù)提供者聯(lián)系信息；第二組為服務(wù)功能屬性，包括服務(wù)的輸入、輸出、前提條件和預(yù)期結(jié)果；第三組為服務(wù)附加信息屬性。Process Model是對Web服務(wù)內(nèi)部的詳細(xì)透視，說明Web服務(wù)如何工作，它詳細(xì)描述Web服務(wù)的子任務(wù)集合，規(guī)定其執(zhí)行條件和順序。Service Grounding說明如何使用Web服務(wù)，它規(guī)定調(diào)用Web服務(wù)所用的傳輸協(xié)議、消息格式及網(wǎng)絡(luò)尋址等規(guī)則[4]。

1.2 BPEL4WS

BPEL4WS是IBM提出的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言（Business Process Execution Language for Web Services），它包含一組流程控制元素，可描述Web服務(wù)間的交互行為，達(dá)到合成服務(wù)并構(gòu)建業(yè)務(wù)流程的目的，例如：通過invoke元素調(diào)用某Web服務(wù)上的操作，通過receive接收來自其他基本服務(wù)的消息，通過reply回復(fù)響應(yīng)消息等。BPEL4WS還支持復(fù)雜結(jié)構(gòu)化活動的定義，如通過sequence元素定義串行活動序列，通過switch定義條件分支活動，通過while定義循環(huán)活動等[5]。

1.3 WS-CDL

WS-CDL（Web Services Choreography Description Language，Web服務(wù)舞編描述語言）是W3C組織提出的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)合作模式控制規(guī)范。它包含一組行為描述元素，從全局觀點定義各方Web服務(wù)在業(yè)務(wù)合作中應(yīng)表現(xiàn)的共同或互補(bǔ)行為。其中一部分元素說明業(yè)務(wù)合作的基本信息，如ParticipantType說明合作的參與者，roleType說明參與者可代表的行為角色，relationship-Type說明兩行為角色間的合作關(guān)系等。另一部分元素描述多個參與者間的消息交換順序和交互行為模式，如活動編排（choreography）、交互（interact），操作（operation）、消息通道（onChannel）、消息發(fā)送者（fromRole）和接收者（toRole）等。WSCDL描述的內(nèi)容是合作各方共同認(rèn)可的行為規(guī)則，各方只需按照規(guī)則履行自身承擔(dān)的責(zé)任，便可實現(xiàn)共同的業(yè)務(wù)目標(biāo)[6]。

綜合運(yùn)用DAML-S、BPEL4WS和WS-CDL三種語義描述規(guī)范，可滿足E-SCM系統(tǒng)中不同層次與范圍的Web服務(wù)行為描述需求。其中DAML-S主要針對單個Web服務(wù)的行為和過程進(jìn)行描述，為服務(wù)提供計算機(jī)可理解的語義標(biāo)記，適合于定義ESCM中基本業(yè)務(wù)行為；BPEL4WS善于描述多個Web服務(wù)在同一業(yè)務(wù)流程中的協(xié)同關(guān)系，可用于構(gòu)建復(fù)合Web服務(wù)，適合于描述E-SCM中較為復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和工作流；WS-CDL主要從全局觀點描述交互各方的合作，不考慮各方實現(xiàn)自身行為邏輯所用平臺，具有較好的平臺獨立性，適合于描述E-SCM中跨組織、跨企業(yè)的業(yè)務(wù)合作。

2 基于語義Web服務(wù)的E-SCM系統(tǒng)框架

基于語義Web服務(wù)的E-SCM系統(tǒng)框架利用語義Web服務(wù)的智能性、良好封裝性、松散耦合性和平臺獨立性，實現(xiàn)業(yè)務(wù)組件和業(yè)務(wù)流程的語義匹配、動態(tài)構(gòu)建和自動執(zhí)行，以較低的成本集成和進(jìn)化供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，滿足全球化電子商務(wù)應(yīng)用的需要。

2.1 概念模型

在基于語義Web服務(wù)的E-SCM系統(tǒng)框架設(shè)計中，運(yùn)用了流程管理思想。即將業(yè)務(wù)問題定義為各種層次與級別的工作流，低層工作流描述具體、簡單的業(yè)務(wù)邏輯，而高層工作流描述抽象、復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。在執(zhí)行過程中，高層工作流被分解轉(zhuǎn)包為低層工作流，而低層工作流又可進(jìn)一步分解為更低層的流程元素。為實現(xiàn)這種流程分層與組配機(jī)制，需進(jìn)一步將語義Web服務(wù)技術(shù)與企業(yè)業(yè)務(wù)建模結(jié)合起來，以服務(wù)組件封裝工作流和流程元素，利用語義Web服務(wù)特有的智能、實時集成能力實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的組合與分解。

圖1顯示了基于語義Web服務(wù)的E-SCM系統(tǒng)框架的概念模型，該模型由三部分組成，分別負(fù)責(zé)執(zhí)行三個層次的業(yè)務(wù)邏輯。其中，跨企業(yè)的業(yè)務(wù)合作被定義為企業(yè)外部工作流，位于最高層；企業(yè)部門間的業(yè)務(wù)合作被定義為企業(yè)內(nèi)部工作流，位于中間層；而企業(yè)中的基本業(yè)務(wù)問題被定義為企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)，位于最低層。每部分又依據(jù)其作用和特點分別采用不同的語義Web服務(wù)描述規(guī)范。外部工作流由參與合作的各企業(yè)內(nèi)部工作流編排而成，采用WS-CDL描述，內(nèi)部工作流則由企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)組合而成，采用BPEL4WS描述，而企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)則用DAML-S描述。為降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)可重用性，對工作流采用模板定義機(jī)制，即抽取常用流程定義為服務(wù)模板，應(yīng)用時只需根據(jù)模板創(chuàng)建具體服務(wù)實例。由于不同級別的工作流受組織、資源、環(huán)境和規(guī)則的約束各不相同，因此其定義機(jī)制也各不相同。外部工作流受約束較小，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，采用靜態(tài)定義機(jī)制；而內(nèi)部工作流和基本W(wǎng)eb服務(wù)受約束較大，變化較多，采用靜態(tài)定義和動態(tài)創(chuàng)建相結(jié)合的機(jī)制[7]。

2.2 功能模塊

基于語義Web服務(wù)的E-SCM系統(tǒng)框架由企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)層、企業(yè)內(nèi)部工作流層和企業(yè)外部工作流層三個模塊組成。通過各模塊的聯(lián)合運(yùn)作，實現(xiàn)各層業(yè)務(wù)的動態(tài)組合，達(dá)到敏捷構(gòu)造供應(yīng)鏈商務(wù)應(yīng)用的目的。

2.2.1 企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)層

企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)層由DAML-S引擎、UDDI節(jié)點庫、DAML-S數(shù)據(jù)庫和DAML+OIL企業(yè)本體組成。該層將企業(yè)業(yè)務(wù)邏輯中的基本操作定義為Web服務(wù)模板，每個模板都包含一個WSDL文檔和一個DAML-S文檔。其中WSDL文檔提供Web服務(wù)接口的基本描述，并存儲于全球服務(wù)注冊中心的UDDI節(jié)點庫，使服務(wù)能通過Web靈活地定位和激活；DAML-S文檔則以DAML+OIL企業(yè)本體作為統(tǒng)一的語義參考，在WSDL的基礎(chǔ)上補(bǔ)充語義級描述，并存儲于DAML-S數(shù)據(jù)庫。

DAML-S引擎在UDDI節(jié)點庫和DAML-S數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上工作，實現(xiàn)基本W(wǎng)eb服務(wù)的匹配、合成與調(diào)用操作：

（1）語義匹配Web服務(wù)

DAML-S引擎通過語義推理，自動查找與服務(wù)請求相匹配的企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)。其基本過程為：首先訪問Web服務(wù)的WSDL文檔，與用戶請求進(jìn)行基于關(guān)鍵詞的精確匹配，如果匹配成功則返回服務(wù)接口信息并調(diào)用執(zhí)行；如果匹配失敗則繼續(xù)解析該服務(wù)的DAML-S文檔，進(jìn)行基于概念和語義約束的模糊匹配，直至找到合適的Web服務(wù)為止。

模糊匹配主要針對DAML-S的Service Profile部分進(jìn)行。首先，DAML-S引擎以企業(yè)本體為參考，采用DAML+OIL推理機(jī)對服務(wù)基本信息屬性進(jìn)行概念匹配，獲得滿足約束條件的Web服務(wù)初始集合。然后依據(jù)初始集合中服務(wù)的功能屬性做進(jìn)一步篩選，逐個檢查每個Web服務(wù)的輸入和輸出，如果輸入集合是請求者所要求輸入集合的子集，且輸出集合包含請求者所期望的輸出集合，則保留該服務(wù)。最后，根據(jù)每項約束條件的符合度綜合計算各Web服務(wù)的總相關(guān)度，總相關(guān)度最高的服務(wù)即為所選[8]。

（2）自動合成Web服務(wù)

DAML-S引擎對現(xiàn)有企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)進(jìn)行基于語義的組合，自動構(gòu)建新服務(wù)，以便在請求者所需服務(wù)不可用時作為替代方案。其基本過程為：根據(jù)請求者對所需服務(wù)的描述，運(yùn)用人工智能規(guī)劃（AI Planning）方法從DAML-S文檔庫中選擇一系列基本W(wǎng)eb服務(wù)，并確定其組合順序。

在運(yùn)用人工智能規(guī)劃方法時，首先要將服務(wù)合成問題表示為規(guī)劃問題。假設(shè)給定一組基本W(wǎng)eb服務(wù)｛sw1,sw2,…,swn｝，需構(gòu)建復(fù)合服務(wù)csw。則此問題可表示為五元組：

其中，S0和 G分別代表復(fù)合服務(wù)csw的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，A是活動集合，每個基本服務(wù)swi均被看作A中的一項活動，可改變csw的當(dāng)前狀態(tài)。規(guī)劃的任務(wù)就是通過在A中選擇并執(zhí)行活動，使csw由初始狀態(tài)S0轉(zhuǎn)換到目標(biāo)狀態(tài)G。每項活動的具體內(nèi)容在關(guān)系集合Γ中描述，Γ記錄活動的執(zhí)行前狀態(tài)和執(zhí)行后狀態(tài)，即每個基本服務(wù)swi的前提條件和預(yù)期結(jié)果，以反映swi對復(fù)合服務(wù)csw狀態(tài)的影響。在DAML-S中，Service Profile的相關(guān)屬性可被直接映射到Γ。五元組中的S是csw的所有可能狀態(tài)集合，包含S0、G以及每項活動執(zhí)行后csw的中間狀態(tài)[9]。將Web服務(wù)合成表示為規(guī)劃問題后，可應(yīng)用情景演算法、層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)法等求解最佳組合方案。

（3）自動調(diào)用Web服務(wù)

DAML-S引擎接受Web服務(wù)的調(diào)用請求，確定服務(wù)的可用性后，自動執(zhí)行服務(wù)并返回結(jié)果。其基本過程為：首先訪問被調(diào)用服務(wù)的DAML-S文檔，根據(jù)Service Profile內(nèi)容檢查服務(wù)的前提條件是否已滿足、輸入數(shù)據(jù)是否正確完整。然后按照Service Grounding定義的通信方式與服務(wù)提供者進(jìn)行交互，在確認(rèn)該服務(wù)可用后，發(fā)送調(diào)用請求、提交數(shù)據(jù)并等待執(zhí)行，如果Web服務(wù)器在規(guī)定時間內(nèi)返回執(zhí)行結(jié)果，則檢查結(jié)果和輸出的數(shù)據(jù)，并通知服務(wù)請求者執(zhí)行完成；如果Web服務(wù)器沒有按時響應(yīng)，則自動重發(fā)調(diào)用請求。在自動調(diào)用過程中，若發(fā)現(xiàn)服務(wù)不可用或已達(dá)到最大重試次數(shù)，則通知服務(wù)請求者執(zhí)行失敗。

2.2.2 企業(yè)內(nèi)部工作流層

企業(yè)內(nèi)部工作流由BPEL4WS引擎和BPEL4WS數(shù)據(jù)庫組成。內(nèi)部工作流定義企業(yè)內(nèi)各種實體間的復(fù)雜行為和關(guān)系，是由企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)組合而成的復(fù)合Web服務(wù)。每個企業(yè)內(nèi)部工作流模板都被定義為一個BPEL4WS文檔，并存儲于BPEL4WS數(shù)據(jù)庫。由于BPEL4WS文檔只是描述基本W(wǎng)eb服務(wù)合成的腳本，獨立于各服務(wù)的具體執(zhí)行，因此對內(nèi)部工作流的操作不會影響底層的企業(yè)基本W(wǎng)eb服務(wù)。

BEPL4WS引擎在BPEL4WS數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上工作，實現(xiàn)內(nèi)部工作流的查詢、構(gòu)建與執(zhí)行操作：

（1）查詢內(nèi)部工作流

BEPL4WS引擎接受對企業(yè)內(nèi)部工作流的查詢請求，在BPEL4WS數(shù)據(jù)庫中自動匹配符合請求的工作流，如果成功則返回其BPEL4WS文檔；如果失敗則返回錯誤信息。

（2）動態(tài)構(gòu)建內(nèi)部工作流

BEPL4WS引擎接受構(gòu)建新工作流的請求，將需求信息轉(zhuǎn)換為DAML-S引擎接受的格式（包括對輸入輸出數(shù)據(jù)、前提和結(jié)果等條件的描述），啟動DAML-S引擎的自動合成操作，獲取基本W(wǎng)eb服務(wù)序列及其組合方案，返回本層，最后由BPEL4WS引擎將服務(wù)序列轉(zhuǎn)換為BPEL4WS格式的工作流模板，存入文檔庫中。

（3）執(zhí)行內(nèi)部工作流

BEPL4WS引擎接受對企業(yè)內(nèi)部工作流的執(zhí)行請求，訪問其BPEL4WS文檔，創(chuàng)建工作流實例并執(zhí)行活動。如果在內(nèi)部工作流的執(zhí)行過程中需要調(diào)用底層基本W(wǎng)eb服務(wù)，則由BPEL4WS引擎啟動DAML-S引擎，執(zhí)行基本W(wǎng)eb服務(wù)的語義匹配和自動調(diào)用，并將結(jié)果返回本層。如果需要與本層其他內(nèi)部工作流交互，則由BPEL4WS引擎自動查詢該工作流的模板，創(chuàng)建實例并解釋執(zhí)行；如果找不到所需的工作流，則根據(jù)活動上下文初始化需求信息，動態(tài)構(gòu)建符合要求的工作流。

2.2.3 企業(yè)外部工作流層

企業(yè)外部工作流層由WS-CDL引擎和WS-CDL數(shù)據(jù)庫組成。企業(yè)外部工作流以企業(yè)聯(lián)盟的共同目標(biāo)為基礎(chǔ)，從全局角度定義企業(yè)合作中各實體的行為和關(guān)系，由各企業(yè)內(nèi)部工作流整合編排而成。每個企業(yè)外部工作流模板都被定義為一個WS-CDL文檔，并存儲于WS-CDL數(shù)據(jù)庫。由于WS-CDL文檔具有平臺獨立性，因此對外部工作流的操作不會對下層各企業(yè)內(nèi)部工作流產(chǎn)生影響。

WS-CDL引擎在WS-CDL數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上工作，實現(xiàn)外部工作流的查詢與執(zhí)行操作：

（1）查詢企業(yè)外部工作流

WS-CDL引擎接受對企業(yè)外部工作流的查詢請求，在WS-CDL數(shù)據(jù)庫中自動查找符合請求的工作流，如果成功則返回其WS-CDL文檔；如果失敗則返回錯誤信息。

（2）執(zhí)行企業(yè)外部工作流

WS-CDL引擎接受對企業(yè)外部工作流的執(zhí)行請求，調(diào)用其WS-CDL文檔，創(chuàng)建工作流實例并執(zhí)行。在執(zhí)行過程中如需調(diào)用企業(yè)內(nèi)部工作流，則由WS-CDL引擎啟動BPEL4WS引擎，查詢所需的內(nèi)部工作流并調(diào)用執(zhí)行，執(zhí)行后返回本層調(diào)用點；如果所需的內(nèi)部工作流不存在或不可用，則根據(jù)調(diào)用點的上下文初始化需求信息，由BPEL4WS引擎動態(tài)構(gòu)建該工作流。如果需要啟動其他外部工作流，則由WS-CDL引擎自動查詢該工作流的模板，創(chuàng)建其實例并執(zhí)行。

3 實例分析

下面以供應(yīng)鏈中的基本銷售采購過程為例分析此E-SCM系統(tǒng)框架的運(yùn)行機(jī)制。

在本例中，合作的參與方共有三個：（1）企業(yè)A，其角色為供應(yīng)商supplier；（2）企業(yè)B，其角色為客戶Customer；（3）金融機(jī)構(gòu)C，其角色為信用管理者CreditManager。三者間的合作被定義為企業(yè)外部工作流，由各方提供的內(nèi)部工作流構(gòu)成。圖2顯示了此外部工作流的內(nèi)視圖。

如圖2所示，Customer是此次外部工作流的發(fā)起者，它的兩個內(nèi)部工作流“采購議價流程”、“產(chǎn)品定購流程”與Supplier的兩個內(nèi)部工作流“銷售議價流程”、“產(chǎn)品銷售流程”進(jìn)行交互，實現(xiàn)產(chǎn)品的議價與定購；Supplier的“產(chǎn)品銷售流程”則與CreditManager的“信用信息管理流程”進(jìn)行交互，查詢Customer的信用度，以確認(rèn)是否同意定購。

可以看出，外部工作流中的角色須承擔(dān)各自的行為責(zé)任，如Supplier要負(fù)責(zé)議價和銷售，CreditManager要負(fù)責(zé)客戶信用管理等。這些行為責(zé)任的定義是從全局角度對工作流的角色進(jìn)行觀察得出的，與各企業(yè)類型和采用的系統(tǒng)平臺無關(guān)，因此外部工作流的定義獨立于企業(yè)，具有較強(qiáng)通用性。

被定義的外部工作流由WS-CDL引擎執(zhí)行，其中的內(nèi)部工作流由BPEL4WS引擎執(zhí)行。內(nèi)部工作流由多個基本W(wǎng)eb服務(wù)構(gòu)成，以Supplier的“產(chǎn)品銷售流程”為例，它包含“客戶訂單檢查”、“客戶信用評價”“訂單存儲”等基本W(wǎng)eb服務(wù)，基本服務(wù)由DAML-S引擎執(zhí)行。圖3是UML順序圖表示的“產(chǎn)品銷售流程”執(zhí)行過程。

4 結(jié)束語

從緊密耦合的單一系統(tǒng)發(fā)展為松散耦合的動態(tài)綁定組件系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)全球化對E-SCM系統(tǒng)的必然要求，本文的研究表明引入語義Web服務(wù)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑，可提高系統(tǒng)的智能性與靈活度，降低成本，增強(qiáng)B2B應(yīng)用。本文設(shè)計的E-SCM系統(tǒng)框架實現(xiàn)了語義Web服務(wù)、業(yè)務(wù)流程管理思想與E-SCM系統(tǒng)開發(fā)理論的有效結(jié)合。通過綜合應(yīng)用DAML-S、BPEL4WS和WS-CDL三種語義描述規(guī)范，將供應(yīng)鏈中的業(yè)務(wù)邏輯封裝為基本業(yè)務(wù)組件、內(nèi)部工作流和外部工作流，利用語義Web服務(wù)的松耦合性與平臺獨立性實現(xiàn)各層次業(yè)務(wù)的動態(tài)靈活組配。本文的研究為開發(fā)E-SCM系統(tǒng)提供了基于Web的、輕量靈活的技術(shù)框架，對實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、敏捷的全球商務(wù)應(yīng)用集成具有重要參考意義。

[1]林玲玲.供應(yīng)鏈管理[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

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