CN101778110A - 业务协议挖掘方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种业务协议挖掘方法及装置，其中方法包括：对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列；将所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系；根据所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧；根据所述一致性约束关系、控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。本发明实施例能更好地支持自动化的服务组合。

Description

业务协议挖掘方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及协议挖掘领域，尤其涉及一种基于消息日志的网络(Web)服务接口的业务协议挖掘方法及装置。

背景技术

面向服务的体系结构(Service Oriented Architecture，简称：SOA)架构和服务计算技术用于实现企业信息系统的复用、重组和扩展，其核心思想是将企业信息系统的模块封装并发布成为Internet互联网上可访问的标准的Web服务，然后针对新的应用需求或环境变化通过自动化服务组合技术重新组合这些Web服，务使其形成新的应用软件，从而有效的降低软件的成本，提高了开发效率。

现有的自动化服务组合技术，都假定Web服务自身提供了充分的接口说明，如描述交互行为的自动机模型、描述功能的谓词逻辑模型或描述执行语义的本体等，这些接口说明刻画了Web服务的外部行为，称为Web服务接口的业务协议。对于一些有状态的服务来说，其内部用类似业务流程执行语言(Business Process Execution Language，简称：BPEL)的工作流语言进行描述，具有复杂的业务流程，其接口的业务协议说明更为重要。除了支持服务的自动化组合外，Web服务接口的业务协议对于服务的发现、验证、测试和服务可信保障，以及对于辅助开发人员理解服务的语义等方面，也都具有重要意义。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有Web服务接口的业务协议均非常有限。一方面，现有互联网环境中少有Web服务提供形式化的接口说明，即便提供也仅限于语法级别(如，网络服务描述语言(Web Services Description Language，简称：WSDL)和自然语言的功能描述，无法支持自动化的服务组合；另一方面，目前还没有较为成熟的模型、描述语言和相应技术用以支持服务开发者手动提取或编写Web接口说明，即便采用形式化工具加以辅助，手工方式依然费时费力且易出错，难以完成这一任务，因此，难以应用在实际场景中。

发明内容

本发明实施例提供一种业务协议挖掘方法及装置，以便更好地支持自动化的服务组合。

本发明实施例提供一种业务协议挖掘方法，其中包括：

对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列；

将所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系；

根据所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧；

根据所述一致性约束关系、控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。

本发明实施例提供一种业务协议挖掘装置，其中包括：

预处理模块，用于对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列；

约束关系获取模块，用于将预处理模块得到的所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系；

库所确定模块，用于根据预处理模块得到的所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧；

协议合成模块，用于根据约束关系获取模块获取的所述一致性约束关系和库所确定模块确定的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。

本发明实施例实现了业务协议挖掘，获得到了Web服务接口的业务协议，并且在获得的业务协议中，在原有控制库所的基础上引入数据库所，与现有的语法级别和自然语言的功能描述的协议相比，能够提供更多的流程信息和支路信息，以便更好地支持自动化的服务组合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述业务协议挖掘方法实施例的流程图；

图2为图1中所示步骤101的具体流程图；

图3显示了一个动态不变量检测工具(Daikon)处理过程的示例图；

图4为图1中所示步骤103的具体流程图；

图5显示了采用本发明实施例所述方法获得的业务协议网模型图；

图6为图1中所示步骤104的具体流程图；

图7显示了采用本发明实施例所述方法获得的银行贷款服务接口的业务协议模型图；

图8为本发明所述业务协议挖掘装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明所述业务协议挖掘方法实施例一的流程图；如图1所示，包括如下步骤：

步骤101，对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列；

步骤102，将所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具(Daikon)的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系；

步骤103，根据所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧；

步骤104，根据所述一致性约束关系、控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。

通过本实施例所述方法，实现了业务协议挖掘，获得到了Web服务接口的业务协议，并且在获得的业务协议中，在原有控制库所的基础上引入数据库所，与现有的语法级别和自然语言的功能描述的协议相比，能够提供更多的流程信息和支路信息，以便更好地支持自动化的服务组合；而且可以自动化提取Web服务的接口协议，无需手工输入，因此更适于在实际场景中应用，对推动目前服务计算研究的进展具有重要意义。。

图2为图1所示步骤101中对Web服务调用的消息日志进行预处理的步骤的具体流程图，该步骤包括：

步骤201，对所述消息日志中的所有调用消息根据Web服务的类型进行第一次分组，将同一类型的Web服务所对应的调用消息合并到同一组中。

通过上述分组，有利于后续针对同一类型的Web服务实现协议挖掘。

步骤202，根据Web服务的执行标识(ID)对同一类型的Web服务所对应的调用消息进行第二次分组，合并具有相同操作的调用消息。

步骤203，从进行两次分组后得到的消息序列中滤除出错或未完成的消息序列，保留完整的消息序列。

例如，假设经两次分组后得到三个消息序列，分别为：

序列1：A->B->D

序列2：B->D

序列3：A->C

其中，A、B、C和D均表示不同的变迁，已知所有完整的消息序列必须以A开始，D结束，据此可以得知序列1是完整的消息序列，序列2是出错的消息序列，序列3是未完成的消息序列。

以下，通过一个银行贷款的应用场景说明服务接口挖掘的问题。银行贷款的业务是一个复杂业务，由4方构成，包括用户、贷款服务中心、贷款审批中心、银行信用中心。其中贷款服务中心是一个有状态的复杂业务流程，它通过Web服务接口向其它参与方暴露了如下5个操作：

操作1：作为贷款的申请者，用户向银行提交贷款申请，表示为“loanReq”；

操作2：银行的贷款申请流程接收到用户的请求后首先判断贷款的额度，如果额度小于10000元，则调用本行及联盟银行信用中心提供的信用评估服务，获取贷款申请者的信用等级，表示为“creditAcc”

操作3：当信用等级为“高”时，则直接批准用户的贷款申请，表示为“loanAppr”；

操作4：如果用户的贷款额度大于10000元时，则需要将用户的身份信息发送给贷款审批流程；

操作5：银行信贷人员进行人工审查，并将服务结束前最终的审批结果将反馈给用户，表示为“loanAck”。

表1：四个贷款服务的调用消息记录示例

表2：前两条贷款服务的调用消息记录合并结果

	1	3	4
				操作(opr.)	loanReq	creditAcc	loanAck
参数(Msg.)	x＝8,000，u＝001x＝10,000，u＝002	u＝001，c＝lowu＝002，c＝high	a＝falsea＝true

本实施例所述方法在进行协议挖掘之前通过进行预处理，将出错或未完成的消息序列滤除，而只保留完整的消息序列，从而有利于后续协议挖掘过程的顺利进行及挖掘后得到的协议数据的准确性和有效性。

以下，对步骤102进行详细说明，在上一步基础上，本步骤从消息记录中分析获取了程序的一致性约束，即数据流和控制流之间的一致性约束关系，这些约束将主要体现为变迁的顺序和变迁中的条件。本步骤主要借鉴了Daikon系统中的程序不变量分析算法，具体通过Daikon系统分析数据流和控制流中的变量和相应变量取值之间的关系，自动生成数据流和控制流之间的一致性约束关系。Daikon处理数据的名值对<p，d>，并自动生成所有数据之间的约束关系。生成的约束关系将通过概率阀值进行过滤以避免偶然出现的约束关系。

令D表示数据值域的集合，C：D→boolean表示数据之间的约束关系。举例来说，若x为Web服务接口中的一个参数，c：0＜x＜5表示一条数据约束。Daikon一旦发现了一条数据之间的约束c∈C，则表示对于c中的相应数据在日志中的所有取值d∈D都有c(d)＝true。图3显示了一个Daikon处理过程的示例图。Daikon工具可以根据服务的消息调用日志计算出流程的分支条件。

经过Daikon的处理，可以在Web服务的调用消息日志的基础上得到带有条件信息的消息序列W，对于任意w∈W，有w＝(m₀，c₀)，(m₁，c₁)，…(m_n，c_n)。

以下，对步骤103进行详细说明。

在这一步骤中，实现了从Web服务调用的消息序列中合成Web服务接口的控制流约束，具体计算方法直接借用业务流程挖掘算法α算法，如图4所示，可以包括如下步骤：

步骤301，识别所述完整的消息序列中的活动建立业务流程佩特里(Petri)网模型中的变迁集合。

其中，Petri网模型是一种用于描述离散的、分布式系统的数学建模工具。

步骤302，在所述变迁集合中的任意两个变迁(例如：a，b)之间建立四种关系，即：后继关系、因果关系、无关关系和并发关系。

-后继关系：a＞_Wb，当且仅当存在一个序列，其中b紧跟在a后面出现；

-因果关系：a→_Wb，当且仅当a＞_Wb并且b≯_Wa；

-无关关系：a#_Wb，当且仅当a≯_Wb并且b≯_Wa；

-并发关系：a||_Wb，当且仅当a＞_Wb并且b＞_Wa；

步骤303，根据所述关系确定所述Petri网模型中的库所集合和相应的弧。

应用α算法挖掘Web服务的调用消息记录，可以获得Web服务接口协议中的业务流程部分，并将其输出映射为业务协议网(Business Protocol Net，简称：BPN)表示，即只含有控制库所和Web服务调用变迁的BPN模型。以此方法对银行贷款应用案例中的Web服务调用日志进行挖掘，获得的BPN模型如图5所示，为银行贷款服务调用消息日志利用α算法的计算结果。

以下，对步骤104进行详细说明

在完成以上步骤的基础上可以进一步合成Web服务接口的业务协议，其主要思想是在第三步获得的BPN模型的基础上，利用Web服务自身提供的数据信息和获得的数据约束对其进行扩展，从而获得完整的BPN模型。如图6所示，可以包括如下步骤：

步骤401，添加所述Web服务接口上的控制库所以及和变迁之间的弧；

步骤402，添加所述Web服务接口上的数据库所以及和变迁之间的弧；

步骤403，构造具有条件因果关系的变迁对的集合；

步骤404，为选择模式的分支路径插入条件判断变迁；

步骤405，为并发模式插入同步变迁。

以下举例说明：

令W＝{w₁，…，w_m}表示一组Web服务的调用消息记录，i＝1，…，m，w＝(m₀，c₀)，(m₁，c₁)，…，(m_n，c_n)，对于数据d，变迁a、b和条件c：D→boolean，可以依据消息记录定义如下关系：

-条件因果： $a{\stackrel{c}{\&RightArrow;}}_{W}b$ 当且仅当a→_Wb，且存在一个序列w_i中存在相继的条件消息(a，c_a)(b，c_b)使得条件c成立；

-输入：d＞_Wa当且仅当存在一个接收消息m_i∈w_j，0≤i，j≤n，其中d ∈m_i.msg，t＝m_i.op_i且m_i.io＝’i’；

-输出：a＞_Wd当且仅当存在一个发送消息m_i∈w_j，0≤i，j≤n，其中d ∈m_i.msg，t＝m_i.op_i且m_i.io＝’o’；

-条件参数： $d{\stackrel{c}{\&RightArrow;}}_{W}a$ 当且仅当m_i∈w_j，0≤i，j≤n，且d∈D(c)，有条件c成立；

条件因果是对α算法中因果关系的扩展，即在条件c成立的情况下变迁a和变迁b存在因果关系。条件c可以通过W计算获得，计算方法是w_i∈W，且w_i中有相继的条件消息(a，c_a)(b，c_b)，有c＝V_i(c_a∧c_b)。

在以上关系定义的基础上，给出合成Web服务接口的业务协议的算法，具体算法如下：

Web服务接口业务协议合成算法

输入：Web服务调用消息日志L，α(W)＝(P_W，T_W，F_W)，

Web服务对应的WSDL文档(name，OP，MSG，F_WSDL)

输出：Web服务接口的BPN模型N

//根据α算法的结果α(W)初始化N(W)的元素

1.P_CW＝P_W，

//添加接口上的控制库所以及和变迁之间的弧

2.for eachm_i∈w_i∧m_i.io＝′i′∧w_i∈W∧t(m_i.op)∈T_W do

3.I＝I∪{addCPlaceBefore(t(m_i.op))}；

4.for eachm_i∈w_i∧m_i.io＝′o ′∧w_i∈W∧t(m_i.op)∈T_Wdo

5.O＝O ∪{addCPlaceAfter(t(m_i.op))}；

//添加接口上的数据库所以及和变迁之间的弧

6.for each d∈m_i.msg∧m_i.io＝′i′∧m_i∈w_i∧w_i∈W∧t(m_i.op)∈T_W do

7.I＝I∪{addDPlaceBefore(t(op)，d)}；

8.for each d∈m_i.msg∧m_i.io＝′o′∧m_i∈w_i∧w_i∈W∧t(m_i.op)∈T_Wdo

9.O＝O ∪{addDPlaceAfter(t(op)，d)}；

//构造具有条件因果关系的变迁对的集合

10.

c＝∨_i(c_a∧c_b)}

//为选择模式的分支路径插入条件判断变迁

11.for eacha∈P_CW∧|a^·|＞1do

12.for eachb∈T_W∧b∈a^·∧r((a，b)，c)∈Z_Wdo

13.insertCondition(a，b，c)；

//为并发模式插入同步变迁

14.for eacha∈T_W∧|a^·|＞1do

15.insertSynchronizerAfter(a)；

16.for eacha∈T_W∧|^·a|＞1do

17.insertSynchronizerBefore(a)；

//构造并返回N(W)

18.Return N(W)＝(P_CW∪P_DW，T_W，F_W，I，O)；

其中，“addCPlaceBefore”和“addCPlaceAfter”表示在变迁前或后插入控制库所；“addDPlaceBefore”和“addDPlaceAfter”表示在变迁前或后插入数据库所；“insertCondition”表示在控制库所和其后继变迁之间插入一个控制库所和一个条件变迁，参数c表示该条件变迁的条件；“insertSynchronizerBefore”和“insertSynchronizerAfter”表示在变迁和其所有前趋或所有后继之间插入一个控制库所和一个同步变迁。

上述算法主要包含了三部分，根据调用日志挖掘数据约束，α算法和合成Web服务接口的业务协议。其中，Daikon工具本身算法和α算法的复杂度都是多项式时间的。算法最后的业务协议合成部分类似于α算法，由条件因果关系主导，而这一关系的计算是与Web服务调用消息记录的规模成线性关系，因此整个合成Web服务接口的业务协议过程的复杂度也是多项式时间的。

经过扩展α算法处理，可以从Web服务的调用消息日志中自动挖掘出Web服务接口的BPN模型。图7显示了采用本实施例所述方法获得的银行贷款服务接口的业务协议模型图。其中，圆形表示库所，方形表示变迁，箭头线表示弧。

采用本实施例所述业务协议挖掘方法得到的业务协议的数据结构可以采用BPN进行描述如下：

一个BPN是一个五元组(P，T，F，I，O)，其中：

P＝P_C∪P_D；

其中，P是库所的有限集合，P_C是控制库所集合，P_D是数据库所集合；令C表示P_C中元素值域的集合，对于任意p∈P_C，C_p是p的值域，表示p的所有可能取值，c_p∈C_p表示p的一个具体取值，记为p.c；令D表示P_D中元素值域的集合，对于任意p∈P_D，D_p是p的值域，表示p的所有可能取值，d_p∈D_p表示p的一个具体取值，记为p.d；

T＝T_C∪T_O∪T_S∪T_A；

其中，T是变迁的有限集合，T_C表示条件变迁集合，T_O表示Web服务操作的变迁集合，T_S表示同步变迁，T_A表示赋值变迁，C：D→布尔(boolean)表示条件集合，对于任意条件变迁t∈T_C，p∈P_D且p∈^·t，有c：D_p→boolean表示t上的条件，记为t.c；单点符号“^·”在字母前时表示“输入”，在字母后时表示“输出”。

是弧的集合；

是输入库所集合，对于任意p∈I有

是输出库所集合，对于任意p∈O有

在BPN模型中，为了同时兼顾Web服务的控制流约束和数据流约束，在原有控制库所的基础上引入了数据库所P_C。变迁分为几类不同的表示几种不同的活动，包括条件判断，服务操作调用，同步和赋值操作。除此之外，在传统Petri网的基础上引入了两个特殊集合，输入库所集I和输出库所集O，分别对应服务的输入接口和输出接口。

图8为本发明所述业务协议挖掘装置实施例的结构示意图，如图所示，该业务协议挖掘装置10包括：预处理模块11、约束关系获取模块12、库所确定模块13及协议合成模块14，其工作原理如下：

业务协议挖掘装置10中的预处理模块对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列。具体的预处理过程可参见图2所示流程及其相关说明，此处不再赘述。

约束关系获取模块12将预处理模块11得到的所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系。具体过程可参见前述方法实施中对步骤102的详细说明，此处不再赘述。

库所确定模块13根据预处理模块11得到的所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧。具体过程可参见图4所示流程及其相关说明，此处不再赘述。

协议合成模块14根据约束关系获取模块获取的所述一致性约束关系和库所确定模块确定的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。具体过程可参见图6所示流程及其相关说明，此处不再赘述。

通过本实施例所述装置，实现了业务协议挖掘，获得到了Web服务接口的业务协议，并且在获得的业务协议中，在原有控制库所的基础上引入数据库所，与现有的语法级别和自然语言的功能描述的协议相比，能够提供更多的流程信息和支路信息，以便更好地支持自动化的服务组合；而且可以自动化提取Web服务的接口协议，无需手工输入，因此更适于在实际场景中应用，对推动目前服务计算研究的进展具有重要意义。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种业务协议挖掘方法，其特征在于，包括：

对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列；

将所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系；

根据所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧；

根据所述一致性约束关系、控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述对Web服务调用的消息日志进行预处理包括：

对所述消息日志中的所有调用消息根据Web服务的类型进行第一次分组，将同一类型的Web服务所对应的调用消息合并到同一组中；

据Web服务的执行标识(ID)对同一类型的Web服务所对应的调用消息进行第二次分组，以合并具有相同操作的调用消息；

从进行两次分组后得到的消息序列中滤除出错或未完成的消息序列，保留完整的消息序列。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系包括：通过所述动态不变量检测工具分析数据流和控制流中的变量和相应变量取值之间的关系，自动生成数据流和控制流之间的一致性约束关系。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的库所集合和相应的弧包括：

识别所述完整的消息序列中的活动建立业务流程佩特里网模型中的变迁集合；

在所述变迁集合中的任意两个变迁之间建立四种关系，即：后继关系、因果关系、无关关系和并发关系；

根据所述关系确定所述佩特里网模型中的库所集合和相应的弧。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述一致性约束关系、控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议包括：

添加所述Web服务接口上的控制库所以及和变迁之间的弧；

添加所述Web服务接口上的数据库所以及和变迁之间的弧；

构造具有条件因果关系的变迁对的集合；

为选择模式的分支路径插入条件判断变迁；

为并发模式插入同步变迁。

6.一种业务协议挖掘装置，其特征在于，包括：

预处理模块，用于对Web服务调用的消息日志进行预处理，以滤除出错或未完成的消息序列并得到完整的消息序列；

约束关系获取模块，用于将预处理模块得到的所述完整的消息序列作为动态不变量检测工具的输入，获取所述完整的消息序列中数据流和控制流之间的一致性约束关系；

库所确定模块，用于根据预处理模块得到的所述完整的消息序列，使用α算法确定佩特里网模型中的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧；

协议合成模块，用于根据约束关系获取模块获取的所述一致性约束关系和库所确定模块确定的控制库所集合、数据库所集合、及相应的弧，合成Web服务接口的业务协议。

Images