CN102135998B - 基于前后置条件的Web服务交互式组合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于前后置条件的Web服务交互式组合方法，包括下列步骤：1、用户需求规则库建立模块将用户的输入、输出和约束条件表达成用户需求规则，建立用户需求规则库；2、服务规则库建立模块生成所有服务对应的服务规则，建立服务规则库；3、服务自动组合模块利用用户需求规则库和服务规则库为用户请求的每一个目标输出对象构建其对应的生成树，并使用用户需求规则库中的约束规则，组合这些生成树，得到复合服务的流程。本发明的方法，能够适应Internet的变化性、开放性和动态性，充分整合利用Internet上的Web服务资源，用于各种数据的比较、获取及运算，提高计算机系统Web服务组合的可扩展性和自动化程度。

Description

基于前后置条件的Web服务交互式组合方法

技术领域

本发明涉及Web服务组合技术，尤其是一种基于前后置条件的Web服务交互式组合方法。 

背景技术

Web服务组合是指当计算机系统在执行单个Web服务（本发明下文所称的服务，同样是指Web服务）无法满足用户需求的情况下，将若干Web服务进行组合，以形成大粒度的具有内部流程逻辑的组合服务，并通过执行组合服务以使计算机系统能够满足用户需求的过程。 

服务组合的类别根据不同的分类标准，可以有多种不同的解释。根据服务组合自动化程度的不同，可以分为：1.手动组合方式，此种方式需要全程的人为参与；2.半自动组合方式，这种组合方式的前提是服务的发现和组合流程需要部分的人为的参与；3.全自动的组合方式，主要是通过服务的语义描述以及功能接口进行自动化的服务适配和流程组合。 

根据web服务组装方法主要分为两类：基于本体论和语义组装方案，和基于工业标准的组装方案。1.第一类基于本体论和语义组装方案，主要是利用预定义的ontology术语，按照RDF(resource description framework)格式对Web Services的功能和语义进行描述，并为Web Services的所有操作定义了前置条件和后置条件。这类组装方法的前提是假设每个业务流程都有一组明确的、无二义的业务目标定义，并假设Web Services的每个操作都有精确的语义约束。2.第二类基于工业标准的组装方案，web服务被视为业务流程的一种标准的抽象接口，服务的组装以及服务之间交换消息的流程通过web服务流程语言BPEL4WS来描述。BPEL4WS为每个参与流程的服务指定相应的角色，并基于此给出消息交换的逻辑流程。基于BPEL4WS的组装方案已经在实际系统中得到了应用，但其不足为：其通常认为整个组装流程是预定义好的。如果运行时刻某个指定的服务变得不可用，往往会导致整个流程的中断。并且对流程中某一部分做出修改后，需要重启整个流程。 

OWL-S是一种用于描述web服务的能力和属性的本体论语言，在此基础上对服务的查找、选择、匹配、验证等组装相关问题的研究已受到了广泛的关注。在语义web服务的基础上，已出现了一些基于人工智能规划系统的web服务自动组装方案。这些方案通过给出一个初始状态和一个明确的目标定义以及所有可能的状态转移，并在某种推演算法的指导下自动选择一组Web Services完成组装。现有技术的上述服务组合存在两方面的缺陷：一是他们的规划往往是在静态封闭的环境下进行的，无法与Internet的变化性、开放性和动态性相适应；二是当组装过程涉及到大量的web服务时，或者存在大量可供选择的web服务时，其规模可扩性不足。 

基于以上原因，目前很多研究关注于语义web服务的自动组合。较常用的是AI planning技术。然而该方案具有较明显的不足：规划往往是在静态封闭的环境下进行的，无法与Internet的变化性、开放性和动态性相适应；组合和执行不够自动化，并且可扩展性差。因此，在组合的过程中利用用户的需求和服务的语义进行服务的组合，根据用户的需求，实时组装服务，可以提高服务组合的自动化和可扩展性。 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于前后置条件的Web服务交互式组合方法，能够与Internet的变化性、开放性和动态性相适应，并根据用户的需求，实时组装服务，提高计算机系统Web服务组合的可扩展性和自动化程度，充分整合利用Internet上的Web服务资源。 

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案： 

本发明一种基于前后置条件的Web服务交互式组合方法，该方法包括用户需求规则库建立模块、服务规则库建立模块和服务自动组合模块，该方法包括下列步骤：

步骤一：所述用户需求规则库建立模块将用户的输入、输出和约束条件表达成用户需求规则，建立用户需求规则库

计算机系统的用户需求规则库建立模块根据用户选择的领域得到领域本体，协助用户录入复合服务的输入、输出，以及一些约束条件，并将约束条件表达成规则，得到用户请求约束 

，

包括选择、并行和循环条件；用户需求规则库建立模块将输入存储于UserInputTable中、将输出存储于UserOutputTable中、将约束条件规则存储于用户需求规则库中；

步骤二：服务规则库建立模块生成所有服务对应的服务规则，建立服务规则库

给定服务S={I,O},则该服务的产生式规则为：

，给定对象集合

，通过服务S的p操作的处理产生输出对象o，其中 o为输入集合中的某一个输出，i为输入集合中的某一个输入，I表示服务的输入集合，O表示服务的输出集合；

依据服务之间的语义标注得到接口赋值规则，即建立服务之间接口赋值关系，给定两个服务S₁=(I,O)、S₂=(I,O)，若S₁的一个输出o与S₂的一个输入i之间满足关系

，则该输出与输入之间存在一条接口赋值规则并记为

，表示给定对象o可以无条件得到对象i，

为两者之间的语义相似度；对所有参与组合的服务进行处理，得到每个服务的输入输出之间的产生式规则；

将服务的产生式规则和服务的接口赋值规则存入服务规则库中，用于在服务组合时使用；

当删除或新增Web服务时，对所述服务规则库进行更新；

步骤三：服务自动组合模块利用用户需求规则库和服务规则库，为用户请求的每一个目标输出对象构建其对应的生成树，并使用用户需求规则库中的约束规则，组合这些生成树，最后得到复合服务的流程；

计算机系统的服务自动组合模块利用服务规则库中的规则，对用户请求的每一个目标、包括用户需求约束中涉及到的目标，进行后向链推导而得到对象转换之间的生成树，在生成树中，将除根节点之外的任意一个节点的标识对象集合均通过该节点与根节点的路径逐步转化成根节点代表的输出对象，每一步转化均采用路径上的边所关联的规则；当为用户请求的每一个目标生成其完备生成树时，得到几棵互不相连的子树，子树即为小粒度的服务；服务自动组合模块将每棵子树的输出显示在用户界面上，用户为这些输出标记输入约束，服务自动组合模块将这些约束转化成用户约束规则，存入用户需求规则库中；将用户的约束规则作为每个子树的前后置条件，使用用户需求规则库中的约束规则，查看子树之间的前后置条件是否相符，依据查看结果对这些子树进行组合，在使用约束规则的地方插入对应的BPEL元素，从而得到一个完整的复合服务，完成服务的自动组合；计算机系统执行BPEL引擎，得到结果，反馈给用户。

本发明的有益效果是：通过将用户的输入、输出和约束条件表达成用户需求规则，建立服务规则库，利用用户需求规则库和服务规则库，为用户请求的每一个目标输出对象构建其对应的生成树，并使用用户需求规则库中的约束规则，组合这些生成树，最后得到复合服务的流程，采用这种方法，能够与Internet的变化性、开放性和动态性相适应，并根据用户的需求，实时组装服务，充分整合利用Internet上的Web服务资源，用于各种数据（图形、文字、基因序列）的比较、获取及运算，提高计算机系统Web服务组合的可扩展性和自动化程度。 

附图说明

图1是本发明的体系架构示意图； 

图2是本发明具体实施方式的Web服务的输入输出关系示意图；

图3是本发明具体实施方式的Web服务组合逻辑结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于前后置条件的Web服务交互式组合方法，该方法包括用户需求规则库建立模块、服务规则库建立模块和服务自动组合模块，其组合方法包括下列步骤： 

步骤一：所述用户需求规则库建立模块将用户的输入、输出和约束条件表达成用户需求规则，建立用户需求规则库

计算机系统的用户需求规则库建立模块辅助用户进行用户需求的录入，根据用户选择的领域得到领域本体，并将用户需要提供复合服务的输入、和想要的输出、以及输入输出的约束条件形成输入输出规则

，该规则可以表示服务的选择、并行和循环，并将约束条件表达成规则，得到用户请求约束

，包括选择和循环条件；用户需求规则库建立模块将输入存储于UserInputTable中、将输出存储于UserOutputTable中、将约束条件规则存储于用户需求规则库中。

例如，如果用户输入的约束规则如下：如果天气晴，就订飞机票，否则，订火车票。这种约束表达就可以表示成一个选择约束规则：

约束规则的形式表示如下：

规则名称	规则形式	说明
			选择		两条规则是一起的，在推理时，需要考虑两条规则。在生成BPEL文件时，该规则作为插入IF…THEN的条件
循环		在未达到条件时，需要循环执行
			并行	无	对于组合的中间过程生成的子树，当对它没有约束时，表示它们是并行执行

步骤二：服务规则库建立模块，根据服务OWL-S描述，生成所有服务对应的服务规则，建立服务规则库

给定服务S={I,O}的一个操作

和该操作的一个输出

，则输出o在操作p中的产生式规则为：

其意义为：给定对象集合

，通过服务S的p操作的处理可以产生输出对象o，其中 o为输入集合中的某一个输出，i为输入集合中的某一个输入，I表示服务的输入集合，O表示服务的输出集合；

依据服务之间的语义标注得到接口赋值规则，即建立服务之间接口赋值关系，给定两个服务S₁=(I,O)、S₂=(I,O)，若S₁的一个输出o与S₂的一个输入i之间满足关系

，则该输出与输入之间存在一条接口赋值规则并记为

，表示给定对象o可以无条件得到对象i，

为两者之间的语义相似度；对所有参与组合的服务进行处理，得到每个服务的输入输出之间的产生式规则；

将服务的产生式规则和服务的接口赋值规则存入服务规则库中，用于在服务组合时使用；

当删除或新增Web服务时，对所述服务规则库进行更新。

图2为火车票订票（查询）服务以及服务中的输入输出之间的关系示意图。该服务有三个输入项，分别为出发时间(Date)、出发城市(DCity)和到达城市(ACity)。四个输出项，分别为火车班次(TNum)、火车出发时间(TDtime)、火车到达时间(TAtime)和火车票价(TPrice)。该服务的产生式规则如下：

;

; 

;

。同时，不同服务的输入和输出之间具有接口赋值规则。通过对这些规则进行推理，可以得到服务之间的连接关系，从而可以对每个用户输出得到其生成树。

步骤三：服务自动组合模块利用用户需求规则库和服务规则库，为用户请求的每一个目标输出对象构建其对应的生成树，并使用用户需求规则库中的约束规则，组合这些生成树，最后得到复合服务的流程 

计算机系统的服务自动组合模块利用服务规则库中的规则，对用户请求的每一个目标、包括用户需求约束中涉及到的目标，进行后向链推导而得到对象转换之间的生成树，在生成树中，将除根节点之外的任意一个节点的标识对象集合均通过该节点与根节点的路径逐步转化成根节点代表的输出对象，每一步转化均采用路径上的边所关联的规则；当为用户请求的每一个目标生成其完备生成树时，得到几棵互不相连的子树，子树即为小粒度的服务；服务自动组合模块将每棵子树的输出显示在用户界面上，用户为这些输出标记输入约束，服务自动组合模块将这些约束转化成用户约束规则，存入用户需求规则库中；将用户的约束规则作为每个子树的前后置条件，使用用户需求规则库中的约束规则，查看子树之间的前后置条件是否相符，依据查看结果对这些子树进行组合，在使用约束规则的地方插入对应的BPEL元素，从而得到一个完整的复合服务，完成服务的自动组合；计算机系统执行BPEL引擎，得到结果，反馈给用户。

图3是本发明具体实施方式的Web服务组合逻辑结构示意图。现用一个例子阐述这个结构的组合过程。假如John准备去城市B开会，会务有指定的旅店，但须自行预约。他希望能通过网络服务来帮助他解决他出行和住宿的问题，并希望如果天气有雾则乘坐火车，否则乘坐飞机。他可以提供如下信息：出发时间(Date)，目标城市(DCity)，到达城市(ACity)，信用卡卡号(CCnum)，信用卡CVS码(CVSnum)，他的姓名(CName)，身份证号(CID)，联系电话(PNum)及旅店名(HName)；他希望得到的输出为：票信息（TInfo）和旅店订房房间号(Rnum)。 

系统中有5个服务，地理信息服务(GIS)，火车票查询服务（TTS），飞机票查询服务（FTS），订票服务（OT），和旅馆服务（Hotel）。 

(1)     地理信息服务(GIS)可以为用户提供天气查询和出行方式服务。该服务的输入包括日期(Date)和城市(City)，输出包括该城市的天气情况(Weather)和出行方式(Way). 

(2)     火车票查询服务(TTS)，提供火车票信息查询服务。该服务的输入包括出发时间(Date)、出发城市(DCity)和到达城市(ACity)，输出包括火车班次(TNum)、火车出发时间(TDtime)、火车到达时间(TAtime)和火车票价(TPrice)。依赖于出发时间(Date)、出发城市(DCity)和到达城市(ACity)；而用户提供的信用卡消费前可用余额(Max)依赖于信用卡号(CCnum)和信用卡CVS码(CVSnum)；消费后信用卡可用余额(Avaiable)和火车订票信息(TInfo)依赖于火车班次(TNum)、信用卡号(CCnum)、信用卡CVS码(CVSnum)、火车票价(TPrice)、姓名(CName)。

(3)     飞机票查询服务(FTS)，提供飞机票信息查询服务。该服务的输入包括出发时间(Date)、出发城市(DCity)和到达城市(ACity)，输出包括飞机班次(FNum)、飞机出发时间(FDtime)、飞机到达时间(FAtime)和飞机票价(FPrice). 

(4)     订票服务（OT），该服务可以根据票的类型等详细信息，订相应的票。该服务的输入包括火车/飞机班次(TicNum)、火车/飞机出发时间(TicDtime)、火车/飞机到达时间(TicAtime)和火车/飞机票价(TicPrice)，信用卡号(CCnum)，信用卡CVS码(CVSnum)， 信用卡户名(CName)，信用卡密码（CPassword）。输出包括信用卡可用余额(Avaiable)和订票信息(TInfo)。

(5)     旅馆订房服务(Hotel)为旅客提供查询旅馆信息并预约房间功能。该服务的输入包括目的城市(HCity)，旅店名称(Hname)，到达时间（Atime），离开时间（Ltime），用户名（Cname）,电话号码（Pnum）。输出包括旅馆信息（HIfo）和房间号(Rnum)。 

服务规则如下： 

用户约束规则如下：

规则名称	规则形式
		服务产生式规则

根据服务规则与用户需求规则，利用后向链推导得到生成树，最后得到如图3所示的服务组合逻辑。该逻辑可以转化成BPEL流程，得到可执行的复合服务，用户可以利用该复合服务得到想要的输出。

上述具体实施方式，是以订票为例进行的描述，在实际应用中，本发明的方法，可以充分整合利用Internet上的Web服务资源，用于各种数据（图形、文字、基因序列）的比较、获取及运算，提高计算机系统Web服务组合的可扩展性和自动化程度。 

Claims (1)

1.一种基于前后置条件的Web服务交互式组合方法，该方法包括用户需求规则库建立模块、服务规则库建立模块和服务自动组合模块，其特征在于包括下列步骤：

步骤一：所述用户需求规则库建立模块将用户的输入、输出和约束条件表达成用户需求规则，建立用户需求规则库

计算机系统的用户需求规则库建立模块根据用户选择的领域得到领域本体，协助用户录入复合服务的输入、输出，以及一些约束条件，并将约束条件表达成规则，得到用户请求约束                                                

，

包括选择、并行和循环条件；用户需求规则库建立模块将输入存储于UserInputTable中、将输出存储于UserOutputTable中、将约束条件规则存储于用户需求规则库中；

步骤二：服务规则库建立模块生成所有服务对应的服务规则，建立服务规则库

给定服务S={I,O},则该服务的产生式规则为：

，给定对象集合

，通过服务S的p操作的处理产生输出对象o，其中 o为输入集合中的某一个输出，i为输入集合中的某一个输入，I表示服务的输入集合，O表示服务的输出集合；

依据服务之间的语义标注得到接口赋值规则，即建立服务之间接口赋值关系，给定两个服务S₁=(I,O)、S₂=(I,O)，若S₁的一个输出o与S₂的一个输入i之间满足关系

，则该输出与输入之间存在一条接口赋值规则并记为

，表示给定对象o可以无条件得到对象i，

为两者之间的语义相似度；对所有参与组合的服务进行处理，得到每个服务的输入输出之间的产生式规则；

将服务的产生式规则和服务的接口赋值规则存入服务规则库中，用于在服务组合时使用；

当删除或新增Web服务时，对所述服务规则库进行更新；

步骤三：服务自动组合模块利用用户需求规则库和服务规则库，为用户请求的每一个目标输出对象构建其对应的生成树，并使用用户需求规则库中的约束规则，组合这些生成树，最后得到复合服务的流程；

计算机系统的服务自动组合模块利用服务规则库中的规则，对用户请求的每一个目标、包括用户需求约束中涉及到的目标，进行后向链推导而得到对象转换之间的生成树，在生成树中，将除根节点之外的任意一个节点的标识对象集合均通过该节点与根节点的路径逐步转化成根节点代表的输出对象，每一步转化均采用路径上的边所关联的规则；当为用户请求的每一个目标生成其完备生成树时，得到几棵互不相连的子树，子树即为小粒度的服务；服务自动组合模块将每棵子树的输出显示在用户界面上，用户为这些输出标记输入约束，服务自动组合模块将这些约束转化成用户约束规则，存入用户需求规则库中；将用户的约束规则作为每个子树的前后置条件，使用用户需求规则库中的约束规则，查看子树之间的前后置条件是否相符，依据查看结果对这些子树进行组合，在使用约束规则的地方插入对应的BPEL元素，从而得到一个完整的复合服务，完成服务的自动组合；计算机系统执行BPEL引擎，得到结果，反馈给用户。

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