一種基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統的製作方法
2023-06-02 03:42:46 1
專利名稱：一種基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於計算機網絡技術領域，涉及一種利用計算機系統來快速提供複雜的、新的計算機網絡服務的生成方法，確切的說，涉及一種按照用戶對服務的功能屬性和QoS屬性要求，在運行時動態的組合現有的分布在計算機網絡中的各種Web服務，從而提供給用戶滿足用戶需求的Web服務組合的計算機系統。
背景技術：
隨著計算機網絡中新的體系結構-面向服務的體系結構(SOA)的出現，面向服務的分析和設計將取代現有的面向對象的分析和設計思想。目前SOA有許多的實現方式，但Web服務成為目前公認的SOA的最好實現方式。現有的Web服務的體系結構其中主要包含三個角色，Web服務用戶，服務提供商，和服務註冊中心。任何的應用程式都可以被包裝成Web服務，並將其發布到計算機網絡中的註冊中心。
面向服務的目標是為了整合網絡上的現有的各種服務資源，來滿足用戶的各種不可預料的需求，因此，當現有的分布在計算機網絡中的單個Web服務都不能完全滿足用戶的需求(功能需求或者QoS需求)時，動態組合多個計算機網絡中現有的多個Web服務來提供更複雜的增值服務就是一種解決方法。Web服務本質上也是一種軟體，所以Web服務組合具有軟體復用的一般特點，但是它又有如下的特性·服務組合專門處理計算機網絡業務，這些業務處在一個分布式，鬆耦合的網絡環境中，並且明確定義好一系列操作。
·Web服務組合是一種與具體位置無關的「即插即用」式的動態服務重用，從而為系統動態的適應需求的變化提供技術保證。
·Web服務組合不但可以重用服務提供者的服務處理能力，也可以透明的重用服務提供者的數據存儲結構和數據內容，從而提高了軟體開發和部署的效率。
下面我們通過一個在電子商務系統中使用動態服務組合的例子來更深入的理解動態Web服務組合帶來的好處1.對於一個電子商務系統S來說，它在設計的時候只能考慮怎麼應對現有的安全問題，對未來可能出現的安全問題並不能預料，這樣當新的安全問題X出現時，可以通過將問題X的解決方案封裝為Web服務W1並將W1發布到網絡的註冊中心，S通過查找註冊中心找到W1並將其合成到S中得到S』，其中S』就包含了問題X的解決方案，這樣就可以應對該系統在設計時沒有考慮到的安全問題，而不用重新開發S；2.對於電子商務S來說，它可以在多種客戶端設備上運行如行動電話，PDAs，數字尋呼機，個人計算機等。這些設備的處理能力，存儲能力，圖形能力，和網絡能力都有所不同。儘管電子商務S的處理流程相同，但在不同的客戶端上處理電子商務S，則需要不同的客戶端處理服務。將這些不同的客戶端處理服務作為單獨的Web發布，並使用動態的Web服務組合技術可以方便的使S運行在不同的基礎結構上。
由此可見，動態Web服務組合可以在不打斷原有計算機系統的操作的前提下，快速的使原有系統適應各種改變-動態抗失配性，這對於那些高效的，任務緊急的，不能打斷的實時系統來說是非常重要的。
但是對於Web服務組合裝置來說，如果只是考慮到用戶對服務的功能上的要求，而忽略了用戶的QoS(服務質量)要求就會導致提供的服務大都在運行時不能被用戶接受。例如，對於上面說到的電子商務系統S來說，如果在使用S的過程中不能保證該系統的可靠性和安全性(可靠性和安全性都屬於S的QoS屬性)，那麼就沒有用戶願意來使用這個系統。因此，對於Web服務組合裝置來說，如何保證用戶對服務運行時的QoS就成為一個迫切需要解決的問題。
要想按照用戶的QoS需求進行服務的組合，必需在發布的時候就能夠提供更多地服務的描述信息，而目前的Web服務的描述語言WSDL(WSDL WebService Description Language)主要關注的是服務的功能屬性，即做什麼，怎麼做，在那裡做。還不支持對Web服務的QoS屬性的描述，因此也就不支持按照用戶對服務的QoS要求來進行Web服務的組合。這樣要實現QoS驅動的Web服務組合，擴展現有的Web服務描述語言就是首先要解決的問題，現有的擴展Web服務描述語言-WSDL的方法可以分為語法和語義兩種。語法的方法就是通過對WSDL進行語法擴展即加入新的元素來描述更多的信息，語義的方法就是開發一種富語義的新語言來描述Web服務，如OWL-S(OntologyWeb Language-Web Service)。由於語義的方法過於複雜，目前還沒有支持對Web服務的QoS屬性的描述的語法和語義問世。
發明內容
本發明的目的在於，根據服務請求者對功能和QoS的要求，提供一種基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統，該計算機系統能夠儘可能的利用現有的計算機網絡中的Web服務資源，來快速滿足用戶不可預料的服務需求。
本發明通過對WSDL進行語法擴展的方法對Web服務QoS屬性進行描述。使得在組合時可以根據QoS需求找到合適的原子服務進行組合。
除了要對Web服務的QoS屬性進行描述之外，還要將多個原子服務按照QoS的要求組合成複雜的新服務，因此還必須提供組合服務和構成組合服務的原子服務之間的QoS度量。
實現上述發明目的的技術解決方案是，一種基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統，其特徵在於，該計算機系統至少包括一個組合管理裝置，用於管理服務的查找，服務QoS的組合和管理；通過對每一個組合方案的多目標決策得到滿足用戶QoS需求的組合方案；一個資料庫裝置，由用戶資料庫、主題資料庫、註冊資料庫、組合資料庫構成，其中·用戶資料庫，用於存放服務提供者，服務請求者和系統管理員這三種用戶的身份驗證信息；·主題資料庫，用於存放系統當前發布的主題的信息；·組合資料庫，用於存放組合管理裝置得到的具體組合方案；·註冊資料庫，用於存放的服務開發商註冊的信息；一個SCML2EP裝置，用於將SCML文件轉換成可執行流程，主要有下面的任務·生成可執行的流程，並將其交給可執行環境EE；·為流程中的每一個portType生成其stubs，用於在運行時綁定合適的原子服務；·將SCML文件中的PortType填入到主題資料庫中的Portype表；·將SCML的Operation信息填入到主題資料庫中的Operation表；·將順序信息(將流程保存成圖)填入到組合資料庫中的Sequence表。
一個註冊裝置，用於存儲那些註冊到本系統的Web服務的EWSDL文件；一個執行環境裝置(EE裝置)，用於執行組合服務流程，通過給stubs合適的portypeID來實現動態的服務組合；一個系統入口裝置，針對不同的用戶有三種類型的入口
·服務請求者入口，用於提供給服務請求者來查看系統發布的工作主題，通過本裝置進入系統，服務請求者可以選擇需要服務的主題，並和組合管理裝置就服務的QoS籤訂合同，組合成功或者在組合資料庫中找到合適服務後，給服務請求者返回組合服務的WSDL文件。
·服務提供商入口，用於服務提供商查找組合主題，並按照主題的要求來提供原子服務。通過這個入口進入系統，可以看到系統發布的SCML(Service Composition Management Language)語言描述的組合服務的流程，SCML語言中還包含了服務的功能描述和QoS描述。
·管理員入口，用於給系統管理員提供管理本系統的入口。
上述組合管理裝置分別與系統入口裝置、資料庫裝置、註冊裝置互連，系統入口裝置還分別和資料庫裝置、註冊裝置連接，SCML2EP裝置與資料庫裝置連接。
為了提高軟體的可重用程度，人們從基於過程的函數重用，面向對象的重用，面向組件的重用發展到目前的面向服務的重用。軟體的重用方式也從緊耦合的過程調用與對象的繼承等方式向鬆耦合的服務繼承方式發展。軟體的開發方式也從最早的基於代碼的開發向基於組件的開發過渡，並向未來的服務自動化合成和裝配的自動化軟體生產方式發展。本發明正是在這個背景下，利用計算機系統，按照用戶的需要組合計算機網絡上的現有Web服務，能夠滿足不同用戶的需求。尤其是對於那些高效的，任務緊急的，不能打斷的實時系統來說，提供了一個非常重要的途徑。
圖1是EWSDL中operationInst元素語法的圖形表示；圖2是SCML中tServiceProcess元素的語法圖；
圖3是SCML中tServiceConstraints元素的語法圖；圖4是本發明中的組合過程示意圖；圖5是本系統的結構和執行流程圖；圖6是本發明的組合管理裝置的流程圖；以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
為了更清楚的理解本發明，申請人首先給出下列定義及相關概念定義1原子服務和組合服務由多個Web服務按照一定的組合邏輯組合出的新的Web服務稱為組合服務，組合服務中包含的Web服務稱為這個組合服務的原子服務。在本發明中，原子服務和組合服務本質上都是Web服務，它們的區別僅僅在於粒度的大小。
定義2服務類令A是Web服務的集合，那麼按照功能把這些服務分成叫做服務類的多個非空子集，使得A中的每一個元素都至少屬於一個服務類，而同一個服務類中的服務的差異在於其QoS屬性。注意，這些服務類的全體構成的集合只是A的一個覆蓋，並不是一定是劃分。
定義3候選關係對於註冊到本系統得註冊裝置的兩個服務Servicea，Serviceb來說，如果，1)---i=1lfuntion(Se rvicea)i=1kfuntion(Se rviceb),]]>l，k∈N，l≥k，或2)---i=1kfuntion(Serviceb)i=1lfuntion(Servicea),]]>l，k∈N，k≥l，則Servicea，Serviceb是候選關係，記作Servicea^Serviceb]]>候選關係是一種傳遞的，自反的，和對稱的關係二元關係。因此候選關係是一種等價關係。
基於上述三個定義，本發明中的組合過程可以用圖4來表示。其中組合服務流程可以劃分為有限個服務類，而每一個服務類都有有限多個服務之間存在候選關係。
本發明的基本思想就是兼顧Web服務的功能信息和QoS信息，選擇需要組合的原子服務，使得組合服務的功能和QoS屬性能夠滿足用戶的需求。本發明首先擴展了現有的Web服務描述語言WSDL，得到了一種新的Web服務描述語言EWSDL，EWSDL在原有WSDL描述服務功能屬性的基礎上添加了描述服務QoS屬性的結構。服務的QoS屬性應該包括響應時間，可靠性，並發性，截至日期，價格，罰金，安全等級。將服務QoS屬性具體化為參數，是為更好的對服務QoS屬性進行度量。
按照上述技術方案，本發明提供了一種按照用戶的QoS要求組合現有的服務，得到更複雜的服務的方法。具體包含以下內容1.Web服務的描述模型SS＝(Func，QoS)，這個Web服務模型將Web服務S描述成二元組的形式，其中Func描述了服務的功能屬性的集合，QoS描述了服務的QoS屬性集合。現有的WSDL語言並不能描述服務的QoS屬性，為了按照這個Web服務模型描述服務，本發明擴展了現有的WSDL語言得到了一種增強的Web服務描述語言(EWSDL-Enhanced Web Service Description Language)，其中功能屬性可以由現有的Web服務描述語言(WSDL-Web Service DescriptionLanguage)中的portType元素表示，我們通過在WSDL中的tport元素中加入了toperationInst屬性來描述服務的QoS屬性。EWSDL的語法的圖形表示如圖1所示。使用EWSDL的這個結構後，需要什麼QoS只要需要都可以隨時加入進行擴展。
2.增強的Web服務描述語言EWSDLEWSDL和原有的WSDL相比增加了tOperationInst元素，通過這個元素，QoS屬性可以按照需要定義，本發明中的QoS屬性涉及如下內容第一，responseTime，表示原子服務的響應時間；通常，它和price之間不是獨立的，而是相關的，響應時間是一個分段函數，根據該服務的price而不同。
第二，availability，表示原子服務的可靠性，即服務可以被其服務請求者正確使用的概率；第三，concurrency，表示原子服務的並發性，即原子服務在運行時可以同時支持多少個並發事務；第四，expireTime，表示原子服務的截至日期，在這個日期之前，都可以保證服務的可靠性；第五，price，表示原子服務的價格，即服務使用者由於使用該服務而需向服務提供商提供的費用；第六，fine，表示服務商提供商和服務請求者之間由於其中一方的違約而按照合同支付給另一方的罰金，作為違約方的懲罰和損失方的補償。一般和價格成線性關係；第七，securityLevel，表示原子服務的安全等級。
下面給出一個用EWSDL語言中operationInst的例子(只給出在現有的WSDL上添加的內容)wsdl:operationInst
wsdl:constraintInst/
wsdl:constraintInst/
wsdl:constraintInstconstraint/
wsdl:constraintInst/
wsdl:constraintInstconstraint/
wsdl:constraintInstconstraint/
/wsdl:operationInst
3.計算組合服務中QoS參數的方法對一個由m個原子服務組成的組合服務A來說，其QoS參數的值可以按照下面的方式計算得到第一，ResponseTime，表示組合服務的響應時間。考慮到組合服務執行流程中包含並發執行的服務，因此，組合服務中的ResponseTime這個參數的值並不是所有的原子服務的responseTime之和，也就是說ResonseTimei=1mresponseTimei,]]>因此，必須把組合服務的流程按照圖的形式保存起來，並從中找到一條關鍵路徑，即執行中響應時間最長的那條路。CPA就是尋找關鍵路徑的一個算法，即ResponseTime(A)＝CPA(Service1，Service2，...，Servicem)；第二，Availability，表示組合服務的可靠性，對於組合服務來說，它的可靠性為每一個原子服務的可靠性之積；即Availability(A)=i=1mavalibilityi;]]>第三，Concurrency，表示組合服務的並發性，對於組合服務來說，它的並發性由那個並發性最小的原子服務決定；即Concurrency(A)＝min(concurrency1，concurrency2，...，concurrencym)，第四，ExpireTime，表示組合服務的截至日期，對於組合服務來說它的截至日期由那個最近截至的原子服務決定，即
ExpireTime(A)＝min(expireTime1，expireTime2，...，expireTimem)，第五，Price，表示組合服務的價格，組合服務的價格應給是所包含的所有原子服務的價格之和，即；Price(A)=i=1mpiricei;]]>第六，Fine，表示組合服務的罰金，一般價格越高罰金也越高，即Fine(A)＝C*Price(A)，其中C是由用戶和提供商進行協商後得到的；第七，SecurityLevel，表示組合服務的安全等級，它有那個安全等級最低的原子服務來決定，即SecurityLevel(A)＝min(securityLevel1，securityLevel2，...，securityLevelm)。
4.服務組合管理語言SCML(Service Composition ManagementLangugage)服務組合管理語言SCML不同於其他的Web服務流程描述語言(例BPEL4WS，BPEL4WS本質上是一種過程建模語言，支持將一組現有的服務整合成一個新的服務，缺點是服務組合運行時的靜態性)，在E-WsFrame中，SCML可以描述組合服務的各種需要的屬性。SCML的根元素tService由兩個子元素組成。一個是serviceProcess，描述了服務的流程，體現了服務的功能屬性；另一個是serviceConstraints，描述了對服務的約束，體現了服務的QoS屬性。而在我們常用的Web服務流程描述語言BPEL4WS中，僅僅只包含了SCML中的serviceProcess元素中的部分信息，這樣的流程就緊緊包含了功能方面的內容卻沒有涉及QoS的內容。SCML的tServiceProcess元素和tServiceConstraints元素的語法如圖2，3所示。
下面，申請人給出一個SCML中serviceConstraints元素的實例scml:serviceConstraints
scml:constraint
scml:descriptionResponseTime/scml:description
/scml:constraint
scml:constraint
scml:descriptionPrice/scml:description
/scml:constraint
scml:constraint
scml:descriptionSecurityLevel/scml:description
/scml:constraint
scml:constraint
scml:descriptionStability/scml:description
/scml:constraint
scml:constraint
scml:descriptionAvaliablity/scml:description
/scml:constraint
scml:constraint
scml:descriptionConcurrence/scml:description
/scml:constraint
5.按照QoS組合服務的計算機系統基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統，該計算機系統至少包括第一，組合管理裝置，它的功能是管理中心提供服務的註冊，查找UDDI，基於服務QoS的組合，管理的功能。
第二，資料庫裝置由用戶資料庫、主題資料庫、註冊資料庫、組合資料庫構成，其中
·用戶資料庫裡存放了三種用戶(服務提供者，服務請求者和本系統的管理員)的信息。
·主題資料庫裡存放的是系統當前運行的主題的信息。
·組合資料庫裡存放的是對一個主題的具體合成方案。
·註冊資料庫裡存放的是服務開發商註冊的信息。
第三，系統入口裝置，包含以下幾種入口·服務請求者入口，提供給服務請求者來查看系統發布的工作主題；進入後，服務請求者選擇需要的服務，並和組合管理裝置就QoS籤訂合同。組合成功後給服務請求者返回組合服務的WSDL文件。
·服務提供商入口，提供給服務提供商，用來按照發布的主題的要求來提供服務。通過這個界面進入，可以看到系統發布的組合服務的流程，SCML(Service Composition Management Language)語言描述。SCML語言中包含了服務的功能描述和QoS描述。
·管理員入口，提供給系統管理員來管理本系統.
第四，SCML2EP裝置，是將SCML文件轉換成可執行流程，主要有下面的任務·生成可執行的流程，(可以是BPEL4WS語言描述的流程，也可以是其它語言描述的流程)並將其交給可執行環境裝置(EE裝置)；·為流程中的每一個PortType生成其stubs，用於在運行時綁定合適的原子服務；·將SCML文件中的PortType填入到主題資料庫中的PortType表；·將SCML的Operation信息填入到主題資料庫中的Operation表；·將順序信息(將流程保存成圖)填入到組合資料庫中的Sequence表。
第五，執行環境裝置(EE裝置)。用於執行組合服務流程，通過對每一個組合方案的決策得到最滿足用戶QoS需求的組合方案，通過給stubs合適的portype ID來實現動態的服務組合。
圖5是發明人給出的本系統的主要流程。
參照圖5，它是本發明的結構和執行流程圖。其中在系統提供組合服務前需要的準備工作步驟如下首先，將組合服務主題的SCML文件發布到系統的入口裝置上，服務提供者可以按需(SCML描述)提供原子服務；其次，通過SCML2EP裝置將SCML文件轉換成可執行的流程，最後，生成該組合服務的WSDL文件(注意，此時WSDL還不能執行，只有在運行時才動態綁定原子服務)存儲到主題資料庫和組合資料庫中。
這時，服務請求者就可以使用服務請求入口裝置來使用組合服務，首先，在系統入口裝置上找到自己需要的主題，也找到了該主題的WSDL文件(這個WSDL是對組合服務流程的描述，執行的時候通過執行環境EE來進行)，可是該WSDL不是可以執行的。因為只有滿足用戶QoS要求的方案才可以用來提交給用戶執行；其次，按照SCML中提供的屬性，填寫用戶和組合管理裝置之間的合同；再次，組合管理裝置按照服務請求者和其之間籤訂的合同選擇合適的子服務，將用戶要求的服務的operation提交給stubs執行。最後，當收到用戶的請求時在EE執行這個可執行流程，並按照用戶的QoS需求綁定每一個原子服務。
對於服務提供者來說，他們通過服務提供者的系統入口裝置發現本系統提供的主題及其發布的SCML文件，可以將服務提供者提供的Web服務的EWSDL文件註冊到本系統的註冊裝置中；而本系統的管理員可以通過系統入口裝置的管理員入口進入，來管理本系統中的註冊裝置，資料庫裝置，和組合管理裝置。
參照圖6，其為本發明組合檢測的流程圖。
首先進行步驟101，確定組合服務選擇的服務類的個數初始化全局變量i，i表示組合服務流程中需要進行選擇的服務的數量，
接下來進行步驟102，從本系統的管理中心的註冊中心中查找服務類，然後進入步驟103，即檢查現有的服務類的功能是否滿足用戶對該功能的需要，如果可以找到滿足的服務類，則進入步驟104，否則進入步驟110。在步驟110輸出本系統中沒有足夠的原子服務。在步驟104，將循環的次數減少，並進入步驟106，如果這時循環仍未結束，則跳入步驟102。直到找到所有的業務類。
在步驟106要對服務的QoS屬性進行檢查，進入步驟107，如果組合服務的QoS符合用戶的要求則進入108，否則進入109。在步驟108，將組合的結果輸出，並結束組合。在步驟109，判斷是否對服務類中的候選服務的組合遍歷完全，如果沒有，則繼續進行步驟106，否則進入步驟110。在步驟110，輸出服務組合結果，並結束組合。
權利要求
1.一種基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統，其特徵在於，該計算機系統至少包括一個組合管理裝置，用於管理服務的查找、服務QoS的組合和管理；通過對每一個組合方案的決策得到最滿足用戶QoS需求的組合方案；一個資料庫裝置，由用戶資料庫、主題資料庫、註冊資料庫、組合資料庫構成，其中一個用戶資料庫，用於存放服務提供者，服務請求者和系統管理員這三種用戶的身份驗證信息；一個主題資料庫，用於存放系統當前發布的主題的信息；一個組合資料庫，用於存放組合管理裝置完成的一個主題的具體組合方案；一個註冊資料庫，用於存放的服務開發商註冊的信息；一個SCML2EP裝置，用於將SCML文件轉換成可執行流程，並將其交給執行環境裝置；一個註冊裝置，用於存儲那些註冊到本系統的Web服務的EWSDL文件；一個執行環境裝置，用於執行組合服務流程，通過給stubs合適的portypeID來實現動態的服務組合；一個系統入口裝置，該系統入口裝置針對不同的用戶分為三種類型的入口①服務請求者入口，用於提供給服務請求者來查看系統發布的工作主題，通過本裝置進入系統，服務請求者可以選擇需要服務的主題，並和組合管理裝置就服務的QoS籤訂合同，組合成功後或者在組合資料庫中找到合適服務後，給服務請求者返回組合服務的WSDL文件；②服務提供商入口，用於服務提供商查找組合主題，並按照主題的要求來提供原子服務，通過這個入口進入系統，可以看到系統發布的SCML語言描述的組合服務的流程，SCML語言中還包含了服務的功能描述和QoS描述；③管理員入口，用於給系統管理員提供管理本系統的入口；上述組合管理裝置分別與系統入口裝置、資料庫裝置、註冊裝置互連，系統入口裝置還分別和資料庫裝置、註冊裝置連接，SCML2EP裝置與資料庫裝置連接。
2.如權利要求1所述的計算機系統，其特徵在於，所述的將SCML文件轉換成可執行流程的主要任務是①生成可執行的流程；②為流程中的每一個PortType生成其stubs，用於在運行時綁定合適的原子服務；③將SCML文件中的PortType填入到主題資料庫中的PortType表；④將SCML的Operation信息填入到主題資料庫中的Operation表；⑤將順序信息或流程保存成圖，填入到組合資料庫中的Sequence表。
全文摘要
本發明公開了一種基於計算機網絡的QoS驅動的提供組合Web服務的計算機系統，它包括組合管理裝置、資料庫裝置、用戶資料庫、主題資料庫、組合資料庫、註冊資料庫、註冊裝置、執行環境裝置、系統入口裝置，該計算機系統能夠儘可能的利用現有的分布在計算機網絡中的Web服務資源，通過按照QoS需求進行服務組合的方式來滿足計算機用戶不可預料的對新服務的使用要求。該系統通過對現有的服務描述標準語言WSDL進行語法擴展得到新的服務描述語言EWSDL，使用EWSDL可以對Web服務QoS屬性進行描述，在組合時可以根據每個原子服務的EWSDL文件中的QoS參數信息按照用戶的需要計算機網絡上的現有Web服務找到合適的原子服務進行組合從而快速滿足不同用戶的對服務的功能和質量的需求。
文檔編號G06Q30/00GK1764183SQ20051009629
公開日2006年4月26日 申請日期2005年11月3日 優先權日2005年11月3日
發明者李增智, 陳彥萍, 晉勤學, 楊懷洲, 王創, 夏虹 申請人:西安交通大學