专利名称：一种基于抽象业务逻辑的交互式语义Web服务动态组合方法
技术领域：
本发明涉及一种基于抽象业务逻辑的交互式语义Web服务动态组合方法，即在基 于抽象业务流程的语义Web服务组合框架下，人机协同动态创建业务流程以实现信息系统 集成与资源共享。该发明属于分布式制造系统信息集成技术领域。
背景技术：
近年来面对知识经济和制造全球化的挑战，面向服务的网络化制造成为了企业重 要的发展战略。中国工程院李伯虎院士等在2010年1月提出了一种基于云计算服务模式 的网络化制造新模式——云制造(Cloud manufacturing,CMfg) 0云制造主要面向制造业， 把企业产品制造所需的制造资源整合成云制造服务中心，用户可以根据需要随时获取安全 可靠、高质量、低成本的各类资源服务。而在面向服务的产品协同设计制造过程中，各个部门将其核心业务通过Internet 上的Web服务来实现。为了提高Web服务的可重用性，基本的服务不可能很复杂。实际当 中单个的Web服务结构简单、功能单一，往往无法满足实际的应用需求，因此常常需要组合 多个基本的Web服务以完成一个较复杂的任务。未来企业产品设计制造过程中业务环境将 更加动态多变，如何有效组合分布于网络中由不同组织开发的各种功能服务，实现服务之 间的无缝集成，形成功能强大的业务流程服务以实现信息系统集成与资源共享，已经成为 制造业信息化领域的一个重要问题。在服务合成框架和策略上，目前工业界倾向于采用工作流建模服务流程。而学术 界则倾向于为Web服务添加语义信息，提出了基于AI (Artificial Intelligence)规划的 服务组合方法，目的是实现服务自动组合。当前基于工作流的服务组合方法主要是静态组 合，如BPEL。BPEL是当前Web服务组合的工业界主流描述语言，直接采用BPEL进行Web服 务组合是一种完全的人工组合方法，即抽象业务流程的描述与具体Web服务实现是预先绑 定的，流程中的基本服务信息和执行结果都是预先可知的。该方法缺少自动性和动态性，不 灵活而且难以维护，无法适应松散藕合的系统应用。目前基于AI的Web服务自动组合方法 均基于某种形式化方法或者推理系统，在组合之前，需要对服务进行预处理和形式化转换。 这类方法的复杂度会随着规划空间的变大而显著提高，目前还处于理论研究阶段。实际当 中要建立AI规划和Web服务组合两者之间的映射，还有很多问题尚待解决，完全由计算机 实现Web服务自动组合在目前还不成熟。因此，现阶段实现Web服务自动组合还必须由用户提供组合服务的过程模型描 述。在企业产品设计制造过程中，业务流程中的任务节点相对清晰明确，客观上使得服务 合成系统能够分解组合服务，获取其子服务的组合方式。同时在实际当中产品开发过程涉 及众多的专业学科和不同功能的团队，专业人员的经验和知识全部转换为计算机可理解的 形式化描述是不可能的，完成功能强大的协同设计流程服务离不开人的智慧。因此，在语义 Web服务组合框架下，以抽象业务流程为基础，通过引入语义使得服务智能化，从而以人机
4协同的方式组合服务，可以满足用户个性化需求，提高服务组合的成功率和效率，是目前最 为实际的一种服务组合方法。
发明内容
(1)目的本发明涉及一种基于抽象业务逻辑的交互式语义Web服务动态组合方 法，即在基于抽象业务流程的语义Web服务组合框架下，通过将计算机的智能性与专业人 员的经验知识相结合，人机协同完成组合流程的创建，以解决AI规划中存在的不确定性和 复杂性问题以及静态工作流适应性差的问题，从而提高服务组合的成功率和效率。(2)技术方案服务组合过程中所涉及的关键技术包括业务流程建模、语义Web服 务注册中心、业务流程匹配、服务语义匹配、服务查找策略和服务动态绑定。业务流程建模就是以手工方式通过图形化的形式来描述业务活动之间的时序关 系和控制关系。用户可以根据实际需要创建一个当前不存在的、具有新功能的抽象业务流 程。模型验证通过之后即可生成模型自身的描述文件。建立的抽象业务流程可以提供基于 Web服务的功能组合模板，从而提高服务组合的动态性。语义Web服务注册中心是服务发现的支持者。服务注册时将服务信息写入注册表 中，与此同时利用OWL-S对Web服务进行语义标注，以支持细化、泛化、平级扩展等语义查询 操作，提高服务的查全率和查准率。注册的服务可以是简单服务，也可以是封装了跨部门的 复杂业务流程的组合服务。通过流程建模生成的抽象业务流程是基于XML的形式化描述。利用OWL-S封装服 务需求与业务流程数据库中流程信息的进行匹配，包括流程名称匹配、数据接口匹配和约 束条件匹配。如不存在需求的流程模板，用户可手动建立并将其导入流程库。服务语义匹配是服务发现的基础，在人机协同的服务组合过程中，服务的语义匹 配要求更加灵活，用户可根据实际情况及自己的偏好定制匹配，如设定匹配满意度、匹配项 及各匹配项的权值。组合服务引擎在解析流程、组合服务过程中，每次发现满意的服务后将其整合进 业务流程。用户可定制服务的查找策略，包括局部最优查找和全局最优查找。局部最优查找 是指从流程起点或两端开始，每次都寻找和现有流程最为匹配的服务。全局最优查找，即按 照抽象业务逻辑，给每个节点找到一个或一组合适的服务，计算相邻节点间服务的关联度， 最后在生成的状态空间中采用动态规划算法找出全局最优解。采用OWL-S作为语义Web服务组合框架，利用领域本体提供语义支持，实现抽象流 程与实际服务的自动绑定、流程中前趋服务和后继服务接口的自动绑定，以及接口之间的 数据转化和传递，如数据量纲的变换。最后完成组合服务的自动监控与执行，并对流程的运 行数据进行实时采集存储。(3)优点及功效1、本发明提出了在基于抽象业务流程的语义Web服务组合框架下，通过引入语义 使得服务智能化，进而以人机协同的方式完成组合流程的创建。这一方法有效解决了当前 AI规划中存在的不确定性和复杂性问题以及静态工作流适应性差的问题，从而提高服务组 合的成功率和效率。2、本发明给出了利用本体(OWL)及中文分词技术进行Web服务的智能搜索和匹配的方法，有效解决了领域本体的不完整性对服务语义匹配的制约。3、本发明给出了支持语义查询的Web服务注册中心，用户可以对所需查询的目标 进行准确描述，可以使用细化、泛化、平级扩展等语义操作进行查询并能够度量候选者和查 询目标间的符合程度，服务的查全率和查准率都会有很大提高。4、本发明给出了交互式服务语义匹配方法，即人机共同决策选择服务，使得服务 查找更为精确，也更容易找到功能互补且接口匹配的基本服务，从而获得最优级的匹配结 果，提高服务组合的效率。5、本发明完成了业务流程的图形化建模及服务组合引擎的设计开发，并且利用 FLEX/AS/JSP/JAVA开发了基于抽象业务逻辑的交互式服务组合系统。
图1是服务组合流程框架图；图2是三层服务映射模型图；图3是服务请求定制界面图；图4是抽象业务流程查看界面图；图5是抽象业务流程图形化建模界面图；图6是语义Web服务匹配绑定界面图；图7是业务流程节点服务匹配选取界面图。
具体实施例方式本发明包括一种基于抽象业务逻辑的交互式语义Web服务动态组合方法，该方法 主要是在语义Web服务组合框架下，以产品制造过程中的抽象业务逻辑为基础，将抽象业 务描述与具体的Web服务实例相分离，并结合语义Web服务技术来提高服务组合的效率，人 机协同动态创建业务流程。图1给出了服务组合流程框架，所包括的关键技术有业务流程 建模、语义Web服务注册中心、业务流程匹配、服务语义匹配、服务查找策略和服务动态绑 定。如图2所示，本发明的服务组合架构从逻辑上可分为三层。最上层的抽象业务逻 辑层利用流程建模工具宏观上构建了服务组合结构，描述了各个节点之间的时序关系和控 制关系。这一层次不需要考虑该流程是否涉及不同部门不同平台，只关注如何有效组织资 源服务以形成功能强大的协同设计流程，而且流程的变更与具体的服务实现无关，因而可 以实现业务流程的灵活定制来满足用户个性化需求。位于第二层的服务注册库提供了一个 服务注册和查找的平台，利用OWL-S对Web服务进行统一的语义描述，屏蔽了不同部门不同 平台之间服务实现的差异，降低了抽象业务描述与具体服务实现之间的藕合度。所描述的 服务可以是简单服务，也可以是封装了跨部门的复杂业务流程的组合服务。最底层的具体 服务实现是业务流程模型中活动的最终执行者，它们与服务注册库中的OWL-S服务描述实 现静态绑定。下面结合附图对本发明服务组合过程及其关键技术作进一步详细描述。第一步，建立语义Web服务注册中心，完成服务的语义标注，添加服务QoS信息，最 后生成了利用OWL-S描述的服务本体。用户通过提交WSDL服务描述文件来进行服务注册。 注册过程中用户可对服务名称、服务描述、输入和输出进行修改，还要能够添加服务的联系人信息，比如姓名、单位、职称、电话、传真和Email等，最后在服务本体库中生成利用OWL-S 描述的服务本体文件，并将其URL地址写入服务注册表。第二步，用户根据自己的偏好制定服务请求方案。将服务请求进行封装生成利用 OffL-S描述的服务请求本体，并与服务本体库中的服务进行语义匹配。首先，如图3所示，用户可根据实际情况为某些节点灵活确定匹配项，如服务名， 分类，输入输出参数，QoS等。此外还可根据需要动态分配各匹配项的权值。当存在多个功 能相似的候选服务时，需借助服务的QoS值进行服务的过滤。QoS致力于服务合成的可操作 性而不是服务合成的功能。同样QoS各项指标的权值也可以动态制定。其次，如果服务库中找不到满足用户需求的服务，则将用户请求与业务流程库中 的组合流程做匹配。业务流程库中的抽象业务描述与服务请求对象Profile匹配后按匹配 度排序给出系统推荐的抽象业务流程，用户则选择相应的流程进行服务组合。第三步，如图4所示用户点击相应流程可查看流程的图形化显示及流程的描述信 息，包括流程名称、所属领域、创建单位及创建时间等。点击流程图中的节点还可查看节点 的描述信息，如果该流程满足需要则启动服务组合。如当前流程无法满足实际需要，则可利用流程建模工具对该流程进行编辑。如图5 所示，用户可对流程描述信息及节点信息进行编辑，还可对节点的端口信息进行编辑，其中 端口信息包括端口名称和数据类型。流程图编辑的同时，系统生成流程的XML源码。第四步，服务的语义匹配是服务发现及组合的基础，概念匹配度计算则是服务语 义匹配的关键技术。首先，利用领域本体建立概念分层，并采用语义距离的思想来计算概念之间的匹 配度，概念语义匹配度的计算公式如下
权利要求
1.一种基于抽象业务逻辑的交互式语义Web服务动态组合方法，该方法包括以下步骤步骤1)解析用户制定的服务请求方案，构建请求本体，并与服务注册中心的服务进行 匹配，如果没有满足需求的服务则系统自动匹配组合流程库，给出可行的组合流程模板；步骤2)如果步骤1所得到的流程模板不满足用户需求，则用户通过图形化界面对所述 流程模板进行编辑或根据需要新建组合流程；步骤3)系统根据流程的描述信息进行服务搜索与匹配，或者用户根据自己的偏好适 时调整相应节点的服务匹配；步骤4)根据步骤3的匹配结果将服务与抽象业务流程进行动态绑定，生成组合流程；步骤5)执行步骤4生成的组合流程，监控流程节点执行情况，并对运行产生的数据进 行实时采集存储。
2.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤1中所说服务请求方案包括服务名 称、服务分类、注册者、输入参数、输出参数及服务质量(QoS)信息。
3.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤1中所说的请求本体是利用基于本 体的OWL-S对服务请求进行封装，将其Profile对象与注册服务进行匹配。
4.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤1中的服务注册中心包含服务基本 信息索引表、注册用户表和服务分类表。
5.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤1中的组合流程匹配是将流程数据 库利用Hibernate进行持久化封装并与服务请求对象进行匹配计算。
6.根据权利要求2所说的方法，其特征在于步骤1中服务请求方案中的服务质量信 息包括初始时延、执行时延、耗费、可用性和可靠性。
7.根据权利要求3所说的方法，其特征在于步骤1中Profile对象描述了服务的轮 廓信息，与注册服务进行匹配时，只需获取待匹配服务的URL地址，然后计算与服务请求的 匹配度。
8.根据权利要求4所说的方法，其特征在于步骤1中服务注册中心的服务基本信息 索引表包括服务名称、服务描述、服务分类、服务注册人、服务注册时间和服务URL地址。服 务分类和服务注册人在服务匹配时用于对待匹配服务进行筛选。
9.根据权利要求5所说的方法，其特征在于步骤1中的抽象组合流程与服务请求对 象的匹配计算包括流程名称匹配、数据接口匹配和约束条件匹配。
10.根据权利要求1所说的方法，其特征在于对于步骤2中的对所述流程模板进行编 辑或根据需要新建组合流程是通过Flex技术开发一个图形化的建模工具，通过手工方式 绘制出流程中的节点及其时序关系与控制关系，并生成计算机可以理解的形式化描述。
11.根据权利要求10所说的方法，其特征在于步骤2中的流程节点需要添加或编辑 的基本信息包括节点名称、节点类型、所属领域、节点描述、输入端口和输出端口。
12.根据权利要求10所说的方法，其特征在于步骤2中流程模型形式化描述是指在 流程正确性得到检验之后生成流程自身的XML描述文件。
13.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤3中流程描述信息包括名称、发布 单位、发布时间、所属单位、输入输出；步骤3进一步包括为若干节点灵活确定匹配项、约束 条件，并动态分配各匹配项的权值。
14.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤4中所述绑定是将抽象业务流程进 行解析得出流程的逻辑拓扑结构，每一个节点都绑定一个或一组服务，分别计算相邻节点 间服务的关联度，在生成的状态空间中求取最优路径，以所述最优路径为基础将各原子服 务进行连接；组合引擎自动绑定服务，生成满足用户所需的全部或部分组合流程，用户在此 基础上根据自己的偏好反复调整，直至流程中每个节点都找到合适的服务。
15.根据权利要求14所说的方法，其特征在于步骤4中的服务连接是根据KM算法求 出前趋服务与后继服务的最大匹配，进而完成服务数据接口的自动对接。
16.根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤5中的组合流程的执行过程可以实 时监控，用户设置监控级别对不同粒度的服务进行监控。
17.根据权利要求16所说的方法，其特征在于步骤5中监控不同粒度的服务是对于 流程中所包含的组合服务，只监控外层服务数据或者监控其内部所包含原子服务。
全文摘要
一种基于抽象业务逻辑的交互式语义Web服务动态组合方法，通过建立资源服务映射模型将抽象业务描述与具体的语义Web服务实例相分离，利用OWL-S对Web服务进行统一的语义描述并与底层的服务实现静态绑定，为服务组合提供了统一的接口。通过组合服务流程建模对组合流程进行抽象描述并提供了组合模板；在领域本体与及专业词库的支持下，结合中文分词技术及基于本体的概念匹配算法，完成了服务的智能搜索及匹配。在此基础上解析组合流程中各节点的时序关系与控制关系实现了服务的动态绑定与执行，最终完成了服务组合引擎的构建。
文档编号G06F17/30GK102004767SQ20101054009
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者张霖, 王保录, 陶飞 申请人:北京航空航天大学