一種基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)組合演化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及一種基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)組合演化方法。首先基于Web服務(wù) 接口間依賴關(guān)系建立原子服務(wù)全局依賴Petri網(wǎng)模型與Web服務(wù)組合控制結(jié)構(gòu)Petri網(wǎng)模 型；其次，給出了 Web服務(wù)演化需求的形式化描述方法，將演化需求轉(zhuǎn)換為對Web服務(wù)間接 口的演化操作；再次，在演化操作進行沖突分析和消解后，對演化點執(zhí)行演化操作，并更新 原子服務(wù)全局依賴Petri網(wǎng)模型；最后，從各演化點開始執(zhí)行正向與反向演化推理，生成最 終的Web服務(wù)組合演化結(jié)果。
【背景技術(shù)】
[0002] 在使用Web服務(wù)組合構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)時，這些應(yīng)用系統(tǒng)難以對外部環(huán)境的變化作出 快速反應(yīng)，僅依靠實例層面的自適應(yīng)并無法滿足要求。服務(wù)組合的演化旨在當外部環(huán)境和 用戶需求發(fā)生變化時，開發(fā)人員能夠?qū)Ψ?wù)組合進行適應(yīng)性變更、并保持服務(wù)與相關(guān)應(yīng)用 有效性的過程。
[0003] Web服務(wù)組合作為服務(wù)組合演化的基礎(chǔ)，對于Web服務(wù)組合演化的研究有著非常 關(guān)鍵的作用。國內(nèi)外許多學者和研究機構(gòu)對Web服務(wù)組合的方法進行了研究。Schinz等 人（Proceedings of the 2nd International Conference on Software Engineering and Formal Methods，2004)采用Pi-演算對Web服務(wù)組合進行分析和驗證，并討論了 Pi-演算 與Web服務(wù)協(xié)議棧的對應(yīng)關(guān)系，建立了 Web服務(wù)組合的建模規(guī)則。倪悅（清華大學學報， 2010)提出一種語義Web服務(wù)組合模型到著色Petri網(wǎng)組合模型的轉(zhuǎn)換方法，不僅能清晰表 示服務(wù)組合中各子過程之間的邏輯關(guān)系，而且能用著色Petri網(wǎng)的形式化方法進行服務(wù)組 合正確性驗證。何豐（東華大學，2008)提出了一種基于接口匹配的Web服務(wù)組合方法，先 根據(jù)服務(wù)間的接口依賴得到Web服務(wù)關(guān)系依賴圖，然后使用兩階段推理算法得到Web服務(wù) 組合演化結(jié)果。而關(guān)于軟件演化以及Web服務(wù)組合演化的研究，Plessers等人（ISWC，2005) 使用多版本技術(shù)來進行變化偵測，提出了一個五階段的本體演化方法，將一些不必要的本 體變化回溯，從而能夠更好地反映開發(fā)人員的本體改進意圖。鮑愛華（清華大學，2009)以 機器輔助處理為目標，進一步提出了一種語義Web環(huán)境下組合服務(wù)演化方法EM4CS，將組合 服務(wù)演化分為6大步驟，從根據(jù)開發(fā)人員提供的演化需求生成基于演化本體的維護請求腳 本開始，經(jīng)過語法和語義一致性維護工作后生成演化結(jié)果，最后將其進行發(fā)布與傳播。陳洪 龍等人（小型微型計算機系統(tǒng)，2010)使用擴展Bigraph這種基于圖形的形式化語言來描述 面向方面的體系結(jié)構(gòu)模型，使用Bigraph反應(yīng)系統(tǒng)來描述模型的動態(tài)演化，對軟件演化中 的特性進行研究。另外，還有一些學者通過面向服務(wù)編排（燕山大學，2014)和使用Pi-演 算建立相應(yīng)的服務(wù)組合演化技術(shù)框架或模型。
[0004] Web服務(wù)組合演化的目標是在已有Web服務(wù)組合的基礎(chǔ)上進行演化，以適應(yīng)用戶 多樣性需求以及適應(yīng)復(fù)雜多變的運行環(huán)境，希望以此降低Web服務(wù)組合成本。分析已有的 文獻可知，目前的服務(wù)組合演化方法在演化需求的形式化描述上過于復(fù)雜，并且使用的語 義本體單一，使得其對演化操作的預(yù)處理效率較低且讓之后的校驗工作十分繁瑣，對其運 行的環(huán)境要求比較高。因此，降低演化成本以及提高演化效率是Web服務(wù)組合演化的關(guān)鍵 技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，提供一種預(yù)處理效率高且之后的校驗工作簡 便、對運行環(huán)境要求低的Web服務(wù)組合演化方法。
[0006] 本發(fā)明專利在原子Web服務(wù)全局依賴Petri網(wǎng)模型與Web服務(wù)組合控制結(jié)構(gòu) Petri網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)演化需求對Web服務(wù)組合執(zhí)行演化操作，再從各演化點出發(fā)執(zhí) 行正向演化推理與反向演化推理，生成最終的Web服務(wù)組合演化結(jié)果。
[0007] -種基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)組合演化方法，包括以下步驟：
[0008] (1)構(gòu)建Web服務(wù)Petri網(wǎng)模型及其關(guān)系矩陣。
[0009] (I. 1)建立原子Web服務(wù)庫。
[0010] 建立不可再分的Web服務(wù)，簡稱原子服務(wù)，將原子服務(wù)的集合稱為原子服務(wù)庫，它 是本發(fā)明專利中Web服務(wù)組合演化的基本構(gòu)成單元。
[0011] (1. 2)建立原子服務(wù)全局依賴Petri網(wǎng)模型。
[0012] Web服務(wù)間接口依賴關(guān)系是指若存在兩個原子服務(wù)WSg WS j，若WS1的輸出包含 了吧郝輸入，則稱WS為WS、的前驅(qū)服務(wù)，WS $ WS、的后繼服務(wù)。根據(jù)Web服務(wù)間的接口 依賴關(guān)系，針對所有的原子服務(wù)建立Petri網(wǎng)模型，稱為原子服務(wù)全局依賴Petri網(wǎng)模型。
[0013] (1. 3)建立Web服務(wù)組合控制結(jié)構(gòu)Petri網(wǎng)模型。
[0014] Web服務(wù)組合中的過程控制結(jié)構(gòu)主要包括順序結(jié)構(gòu)、并發(fā)結(jié)構(gòu)、同步結(jié)構(gòu)、選擇結(jié) 構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。依據(jù)這五種控制結(jié)構(gòu)，對于任意一個Web服務(wù)組合，建立與其相對應(yīng)的Web 服務(wù)組合控制結(jié)構(gòu)Petri網(wǎng)模型。
[0015] (1. 4)分別將全局依賴Petri網(wǎng)模型和控制結(jié)構(gòu)Petri網(wǎng)模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系矩陣。
[0016] 根據(jù)以下轉(zhuǎn)換方法，將全局依賴Petri網(wǎng)模型和控制結(jié)構(gòu)Petri網(wǎng)模型分別轉(zhuǎn)換 為關(guān)系矩陣。
[0017] 關(guān)系矩陣轉(zhuǎn)換方法：設(shè)ai j為關(guān)系矩陣中第i行第j列的元素，分別將Petri網(wǎng)模 型中的庫所與變迀設(shè)為P與T，以P1-P "為行，T1-Tn為列；a yi彡i Sm, 1彡j彡η)值 由以下規(guī)則確定：若P1S T i的輸入庫所，a ^為1 ;若P T i的輸出庫所，a ^為-1 ;其他則 為〇 ;
[0018] 對于控制結(jié)構(gòu)Petri網(wǎng)模型，需要將其表示在全局環(huán)境中，因此將其關(guān)系矩陣中 的P與T與全局依賴Petri網(wǎng)關(guān)系矩陣中的P與T作相同設(shè)置。
[0019] (2) Web服務(wù)組合演化需求的形式化表示與預(yù)處理。
[0020] (2. 1)將Web服務(wù)組合中的復(fù)合服務(wù)分解為原子服務(wù)。
[0021] -個Web服務(wù)組合結(jié)果即可能包含原子服務(wù)，也可能包含復(fù)合服務(wù)。在演化之前， 需要將組合結(jié)果中的復(fù)合服務(wù)分解為原子服務(wù)，使Web服務(wù)組合完全由原子服務(wù)構(gòu)成。將 復(fù)合服務(wù)分解為原子服務(wù)的算法如下：
[0022] 輸入：設(shè)Web服務(wù)組合關(guān)系矩陣為A = La1^nixn，其中m和η分別為矩陣A的行數(shù) 與列數(shù)，％i (1彡i彡m，1彡j彡η)是矩陣A中的元素，復(fù)合服務(wù)P的關(guān)系矩陣為B = [bxy] sXt，其中s和t分別為矩陣B的行數(shù)與列數(shù)，bxy (1彡X彡s，1彡y彡t)是矩陣B中的元 素。若Web服務(wù)組合中存在復(fù)合服務(wù)P，其輸入庫所為P1，輸出庫所為P。；
[0023] 輸出：完全由原子服務(wù)構(gòu)成的Web服務(wù)組合關(guān)系矩陣。
[0024] 算法步驟：
[0025] 步驟2. I. 1 :對于矩陣A，先移除P所在行{&11，al2，…，ai J。
[0026] 步驟2. I. 2 :將矩陣B插入到A中。A中新增B中相應(yīng)的行列數(shù)量，其中 i^m+ln+lJ ^m+ln+2J J ^ m+ln+t }中的值與{bn，b12，…，blt}對應(yīng)，依此類推，
[0027] {am + s n + 1，am+s n+2，…，a …n + t}中的值與{bsl，bs2,…，bst}， a^i e [l，m]，j e [n+l，n+t]) =OdijQ e [m+l，m+s], j e [l，n])除了組合服務(wù)的輸入 庫所與輸出變迀的值為-1和輸出庫所與輸入變迀的值為1，其余值都為〇。
[0028] 步驟2. 1. 3 :若Web服務(wù)組合中仍舊含有復(fù)合服務(wù)，返回步驟1 ;否則，算法結(jié)束。
[0029] (2. 2)服務(wù)組合演化需求的形式化表示。
[0030] 服務(wù)組合演化需求可表示為一個二元組ER = <P0S，N0S>，其中，POS表示正向操作 集合（Positive Operation Set)，代表演化需求希望對相應(yīng)原子服務(wù)做出變化的演化操作 集合；N0S(Negative Operation Set)表示反向操作集合，代表演化過程中需要避免實現(xiàn)的 演化操作集合；POS與NOS都由一系列演化操作集合{〇Pl， 〇p2，…，opn}組成。
[0031] 根據(jù)演化操作對原子服務(wù)接口的影響，可以將演化的基本操作分為三大類：增性 操作、減性操作、內(nèi)部操作；其基本操作可以表示為一個四元組OPT = <WS，0P，I，0>;其中， WS是指演化點；OP是指基本操作類型；I是指演化點需要變化的輸入集合；0是指演化點需 要變化的輸出集合；
[0032] (2. 3)演化操作的沖突檢測處理。
[0033] 在定義了服務(wù)組合演化需求并得到其相應(yīng)的演化操作集合之后，需要對其進行沖 突檢測處理，包括互逆、相似、覆蓋、觸發(fā)四種沖突關(guān)系，一旦檢測到?jīng)_突，需要進一步執(zhí)行 消解操作；以正向操作集合POS為例，給出以下演化操作沖突檢測與消解算法：
[0034] 輸入：設(shè)存在于POS中的任意兩個演化操作EOx= <WS u 0PX, Ix,0X>與EOy = 〈WSj，0Py，Iy，0y>，其中演化操作EOx中各參數(shù)的含義為：WS 1表示需要執(zhí)行操作的演化點， OPx表示基本操作類型，I ,與(^表示執(zhí)行EOx操作中需要變化的輸入與輸出的集合；演化 操作EOy中的參數(shù)與EO x中的參數(shù)含義相同。設(shè)消解集合CS的初始值為Φ，沖突判定參數(shù) hasConflict 為 0〇
[0035] 輸出：消解后的演化操作；
[0036] 算法步驟：
[0037] 步驟2. 3. 1 :對