CN105512028A - 一种基于petri网的挖掘ws-cdl编排并行性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于服务计算范式下的Web服务组合技术领域且公开了一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法，1、基于PETRI网挖掘WS-CDL编排并行性的方法，按照以下步骤进行：步骤1，以WS-CDL编排作为输入文件，使用PETRI网对其进行描述，将其转换为基于PETRI网定义的编排。步骤2，从迹等价的角度，检验上述基于PETRI网定义的编排与WS-CDL编排间是否满足迹等价，若不满足，则视为步骤1的转换不成功，并返回步骤1对转换生成的PETRI网进行修改；若满足，则视为步骤1的转换成功，可进行步骤3；步骤3，对PETRI网定义的编排进行控制流关系和交互关系分析，计算依赖关系，构造依赖图，以寻找编排中可能的并行交互。

Description

一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法

技术领域

本发明是一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法，以WS-CDL编排中的交互为研究对象，通过尽量使WS-CDL编排中串行的交互变为并行的交互，来提高编排的效率。属于服务计算范式下的Web服务组合领域。

背景技术

随着云计算的快速兴起和发展，Web服务成为了目前实现服务计算最流行的一种实现形式。通常，单个Web服务通常无法满足用户的需求，因而需要将若干个Web服务组合起来协同工作以满足用户的需求。于是，如何将多个Web服务进行聚合以满足用户某一业务目标所需的功能，在服务计算领域受到了工业界和学术界越来越多的关注。

Web服务组合的方式有两种方法：编制(orchestration)和编排(choreography)。两者的主要区别在于：编制从局部视角，在单个端点控制下，关注单个角色内部的一系列活动及活动间的行为依赖关系，且这些活动将被组织内部的流程引擎所集中执行；而编排从全局视角，关注多个角色间的交互及交互间的行为依赖关系，不存在集中执行的流程引擎。目前，结构化信息标准促进组织(OrganizationfortheAdvancementofStructuredInformationStandards，简称OASIS)提出的Web服务业务过程执行语言(WebServiceBusinessProcessExecutionLanguage，简称BPEL)已成为了编制事实上的工业标准；而由W3C提出的Web服务编排描述语言(WebServicesChoreographyDescriptionLanguage，简称WS-CDL)也成为了编排事实上的工业标准。但是，作为一个基于XML的描述性规范语言，WS-CDL本身缺乏优化机制，无法确保WS-CDL编排中所描述交互的高效性，进而影响系统后期部署实现的效率。故而，如何对WS-CDL编排中交互的并行性进行挖掘，成为了服务计算范式下Web服务组合领域研究的热点。

虽然近年来已有文献对WS-CDL编排的进行了语义描述和分析，但尚未发现有关工作对WS-CDL编排中交互的并行性进行挖掘。目前，针对WS-CDL缺少形式语、存在二义性的问题，已有文献使用PETRI网或Pi演算或自动机形式定义WS-CDL的语义信息；针对WS-CDL缺少分析机制的问题，已有文献使用PETRI网或Pi演算或自动机的分析技术对编排进行行为分析。但是，上述这些工作要么关注WS-CDL的形式语义描述、要么关注WS-CDL的行为，并不关注WS-CDL编排的效率。为此，有必要研究提出一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法，1、基于PETRI网挖掘WS-CDL编排并行性的方法，按照以下步骤进行：步骤1，以WS-CDL编排作为输入文件，使用PETRI网对其进行描述，将其转换为基于PETRI网定义的编排。步骤2，从迹等价的角度，检验上述基于PETRI网定义的编排与WS-CDL编排间是否满足迹等价，若不满足，则视为步骤1的转换不成功，并返回步骤1对转换生成的PETRI网进行修改；若满足，则视为步骤1的转换成功，可进行步骤3；步骤3，对PETRI网定义的编排进行控制流关系和交互关系分析，计算依赖关系，构造依赖图，以寻找编排中可能的并行交互；步骤4，基于上述依赖图，重构PETRI网，使其串行的交互变为并行的交互，提高编排的效率。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中，由PETRI网构造器实现，包括分层转换和PETRI网的扁平化。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分层转换用于将WS-CDL编排对应的层次树状结构转换为具有层次结构的PETRI网，其过程如下：1)采用宽度优先算法对WS-CDL编排对应的层次树状结构进行扫描，将标记<sequence>、<choice>和<parallel>视为非叶子节点，并转换为PETRI网中的细化变迁，将标记<interaction>视为叶子节点，并转换为PETRI中的原子变迁；2)将树状结构顶层内部非叶子节点和叶子节点间从左至右的全序关系转换为PETRI网中细化变迁和原子变迁间的顺序关系；3)树状结构最顶层内部最左非叶子节点或叶子节点所对应的细化变迁或原子变迁前增加一个开始库所，使之与该细化变迁或原子变迁相连，最右非叶子节点或叶子节点所对应的细化变迁或原子变迁后增加一个结束库所，使之与该细化变迁或原子变迁相连；4)建立树状结构上下层(顶层和次顶层)间的映射关系，若上层非叶子节点为标记<sequence>或为标记<choice>或为标记<parallel>，则下层建立与之对应的顺序结构子网或选择结构子网或并发结构子网，并建立子网与细化变迁间的对应关系；5)递归调用上述步骤2)、3)和4)转换树状结构的每个层，直至该层只有叶子节点结束；6)在开始库所中添加1个托肯。

作为本发明的一种优选技术方案，所述PETRI网的扁平化用于将具有层次结构的PETRI网转换为平面(不具有层次结构)PETRI网，其过程如下：1)将上层细化变迁及其前集间的流关系，赋予给下层对应子网的开始变迁(细化变迁或原子变迁)；2)将上层细化变迁及其后集间的流关系，赋予给下层对应子网的结束变迁(细化变迁或原子变迁)；3)递归调用上述步骤1)和2)，直至具有层次结构的PETRI网中该层没有下层结构。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2中，由转换检验器实现，包括：生成消息序列和迹(trace)比较。

作为本发明的一种优选技术方案，所述生成消息序列用于从WS-CDL编排中按控制流关系提取消息的发送和接受序列，其过程如下：1)采用深度优先算法对WS-CDL编排对应的层次树状结构进行扫描，以标记<interaction>…</interaction>作为原子交互单元，从其内部的标记<send>和<receive>中提取消息的发送动作和接收动作；2)将标记<interaction>间从左至右间的控制流关系转换为消息动作间的前后关系。

作为本发明的一种优选技术方案，所述迹比较用于从将上述生成的消息序列同PETRI网点火生成的变迁序列进行比较，其过程如下：1)在点火规则的指导下，将步骤1中生成的PETRI网，记录其开始库所到结束库所间的所有变迁点火序列；2)若该变迁点火序列同上述消息序列相同，则视为满足迹等价，反之，则不满。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中，由依赖图构造器实现，包括：控制流关系及交互关性分析和生成依赖图。

作为本发明的一种优选技术方案，进一步的，所述步骤4中，由PETRI网重构器实现，用于将上述生成的依赖图转换为一个PETRI网，其过程如下：1)依赖图中相邻两个节点v1和v2，若的v1出度为1及v2的入度为1，则将v1和v2转换为PETRI网的变迁t1和t2，且t1和t2间满足顺序关系；2)依赖图中相邻三个节点v1、v2和v3，若的v1出度为2及v2和v3的入度为1，则将v1、v2和v3转换为PETRI网的变迁t1、t2和t3，且t1与t2间、t1与t3间满足顺序关系，t2和t3间满足选择关系；3)2)依赖图中相邻三个节点v1、v2和v3，若的v3入度为2及v1和v2的出度为1，则将v1、v2和v3转换为PETRI网的变迁t1、t2和t3，且t1与t3间、t2与t3间满足顺序关系，t1和t2间满足选择关系。

本发明所达到的有益效果是：区别于原有技术方法的主要不同点在于：

为了形式描述和分析WS-CDL，原有技术方法文献的措施是以有色PETRI网(ColoredPETRINets)作为形式化基础，将WS-CDL服务组合转换有色PETRI网，以形式定义其语义，并形式分析了WS-CDL的行为兼容性。本发明与之的区别表现在以下方面：1)本发明使用的形式化基础是PETRI网，而非有色PETRI网；2)文献的目的是分析WS-CDL的行为兼容性，而本发明使用PETRI网的目的是为了挖掘WS-CDL的并行性。

为了形式描述和分析WS-CDL，原有技术方法文献的措施是以Pi演算作为形式化基础，将WS-CDL转换为Pi演算的进程表达是，并推导系统的行为。本发明与之的区别表现在以下方面：1)本发明使用的形式化基础是PETRI网，而非Pi演算；2)文献的目的是分析WS-CDL的行为，而本发明使用PETRI网的目的是为了挖掘WS-CDL的并行性。

为了形式描述和分析WS-CDL，原有技术方法文献的措施是以时间自动机作为形式化基础，将WS-CDL转换为时间自动机，并使用UPPAAL工具来模拟和分析系统的行为。本发明与之的区别表现在以下方面：1)本发明使用的形式化基础是PETRI网，而非时间自动机；2)文献的目的是从时间角度模拟和分析WS-CDL的行为，而本发明使用PETRI网的目的是为了挖掘WS-CDL的并行性。

本发明技术将在跨组织业务过程的建模方面具有广阔的应用背景，对提高WS-CDL编排的效率尤为重要。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明方法的流程图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：本发明是一种使用PETRI网对WS-CDL编排中的交互并行性进行挖掘以提高编排效率的技术方法。

一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法，流程如图1所示。该方法包括PETRI网构造器、转换检验器、依赖图构造器、PETRI网重构器等步骤。这些步骤均代表软件模块，具体内容如下。

需要说明的是，本发明为一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法区别于原有技术方法的主要不同点在于：

为了形式描述和分析WS-CDL，原有技术方法文献的措施是以有色PETRI网(ColoredPETRINets)作为形式化基础，将WS-CDL服务组合转换有色PETRI网，以形式定义其语义，并形式分析了WS-CDL的行为兼容性。本发明与之的区别表现在以下方面：1)本发明使用的形式化基础是PETRI网，而非有色PETRI网；2)文献的目的是分析WS-CDL的行为兼容性，而本发明使用PETRI网的目的是为了挖掘WS-CDL的并行性。

为了形式描述和分析WS-CDL，原有技术方法文献的措施是以Pi演算作为形式化基础，将WS-CDL转换为Pi演算的进程表达是，并推导系统的行为。本发明与之的区别表现在以下方面：1)本发明使用的形式化基础是PETRI网，而非Pi演算；2)文献的目的是分析WS-CDL的行为，而本发明使用PETRI网的目的是为了挖掘WS-CDL的并行性。

为了形式描述和分析WS-CDL，原有技术方法文献的措施是以时间自动机作为形式化基础，将WS-CDL转换为时间自动机，并使用UPPAAL工具来模拟和分析系统的行为。本发明与之的区别表现在以下方面：1)本发明使用的形式化基础是PETRI网，而非时间自动机；2)文献的目的是从时间角度模拟和分析WS-CDL的行为，而本发明使用PETRI网的目的是为了挖掘WS-CDL的并行性。

本发明技术将在跨组织业务过程的建模方面具有广阔的应用背景，对提高WS-CDL编排的效率尤为重要。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于PETRI网的挖掘WS-CDL编排并行性的方法，其特征在于，基于PETRI网挖掘WS-CDL编排并行性的方法，按照以下步骤进行：

步骤1，以WS-CDL编排作为输入文件，使用PETRI网对其进行描述，将其转换为基于PETRI网定义的编排。

步骤2，从迹等价的角度，检验上述基于PETRI网定义的编排与WS-CDL编排间是否满足迹等价，若不满足，则视为步骤1的转换不成功，并返回步骤1对转换生成的PETRI网进行修改；若满足，则视为步骤1的转换成功，可进行步骤3；

步骤3，对PETRI网定义的编排进行控制流关系和交互关系分析，计算依赖关系，构造依赖图，以寻找编排中可能的并行交互；

步骤4，基于上述依赖图，重构PETRI网，使其串行的交互变为并行的交互，提高编排的效率。

进一步的，所述步骤1中，由PETRI网构造器实现，包括分层转换和PETRI网的扁平化。

进一步的，所述分层转换用于将WS-CDL编排对应的层次树状结构转换为具有层次结构的PETRI网，其过程如下：1)采用宽度优先算法对WS-CDL编排对应的层次树状结构进行扫描，将标记<sequence>、<choice>和<parallel>视为非叶子节点，并转换为PETRI网中的细化变迁，将标记<interaction>视为叶子节点，并转换为PETRI中的原子变迁；2)将树状结构顶层内部非叶子节点和叶子节点间从左至右的全序关系转换为PETRI网中细化变迁和原子变迁间的顺序关系；3)树状结构最顶层内部最左非叶子节点或叶子节点所对应的细化变迁或原子变迁前增加一个开始库所，使之与该细化变迁或原子变迁相连，最右非叶子节点或叶子节点所对应的细化变迁或原子变迁后增加一个结束库所，使之与该细化变迁或原子变迁相连；4)建立树状结构上下层(顶层和次顶层)间的映射关系，若上层非叶子节点为标记<sequence>或为标记<choice>或为标记<parallel>，则下层建立与之对应的顺序结构子网或选择结构子网或并发结构子网，并建立子网与细化变迁间的对应关系；5)递归调用上述步骤2)、3)和4)转换树状结构的每个层，直至该层只有叶子节点结束；6)在开始库所中添加1个托肯。

进一步的，所述PETRI网的扁平化用于将具有层次结构的PETRI网转换为平面(不具有层次结构)PETRI网，其过程如下：1)将上层细化变迁及其前集间的流关系，赋予给下层对应子网的开始变迁(细化变迁或原子变迁)；2)将上层细化变迁及其后集间的流关系，赋予给下层对应子网的结束变迁(细化变迁或原子变迁)；3)递归调用上述步骤1)和2)，直至具有层次结构的PETRI网中该层没有下层结构。

进一步的，所述步骤2中，由转换检验器实现，包括：生成消息序列和迹(trace)比较。

进一步的，所述生成消息序列用于从WS-CDL编排中按控制流关系提取消息的发送和接受序列，其过程如下：1)采用深度优先算法对WS-CDL编排对应的层次树状结构进行扫描，以标记<interaction>…</interaction>作为原子交互单元，从其内部的标记<send>和<receive>中提取消息的发送动作和接收动作；2)将标记<interaction>间从左至右间的控制流关系转换为消息动作间的前后关系。

进一步的，所述迹比较用于从将上述生成的消息序列同PETRI网点火生成的变迁序列进行比较，其过程如下：1)在点火规则的指导下，将步骤1中生成的PETRI网，记录其开始库所到结束库所间的所有变迁点火序列；2)若该变迁点火序列同上述消息序列相同，则视为满足迹等价，反之，则不满。

进一步的，所述步骤3中，由依赖图构造器实现，包括：控制流关系及交互关性分析和生成依赖图。

进一步的，所述控制流关系及交互关性分析用于对PETRI网变迁间的依赖关系进行分析，其过程如下：1)计算PETRI网变迁间的控制流关系，对任意两个变迁t1和t2，若满足：t1的后集与t2的前集的交不为空，则t1和t2视为控制流相关，反之，则不满足控制相关；2)计算PETRI网变迁间的交互关系，对任意两个具有控制相关的变迁t1和t2，若满足：t2的发送者是t1的发送者或接收者，则t1和t2视为交互相关，反之，则不满组交互相关；3)对任意两个变迁t1和t2，若满足：t1和t2间既满足控制流关系又满足交互依赖关系，则t1和t2视为依赖相关，反之，则不满足依赖相关；

进一步的，所述生成依赖图的目的是使用图直观表示PETRI网变迁间的依赖关系，其过程如下：基于上述的依赖关系，以变迁作为节点，以依赖关系中的元素为弧，生成依赖图。

进一步的，所述步骤4中，由PETRI网重构器实现，用于将上述生成的依赖图转换为一个PETRI网，其过程如下：1)依赖图中相邻两个节点v1和v2，若的v1出度为1及v2的入度为1，则将v1和v2转换为PETRI网的变迁t1和t2，且t1和t2间满足顺序关系；2)依赖图中相邻三个节点v1、v2和v3，若的v1出度为2及v2和v3的入度为1，则将v1、v2和v3转换为PETRI网的变迁t1、t2和t3，且t1与t2间、t1与t3间满足顺序关系，t2和t3间满足选择关系；3)2)依赖图中相邻三个节点v1、v2和v3，若的v3入度为2及v1和v2的出度为1，则将v1、v2和v3转换为PETRI网的变迁t1、t2和t3，且t1与t3间、t2与t3间满足顺序关系，t1和t2间满足选择关系。