面向服务的计算（SOC）中服务组合的研究 ——服务计算中一个关键问题的解决方案

论文摘要

随着开放分布式计算的快速发展，中间件技术已经从面向对象计算的阶段发展到了面向服务计算（Service-Oriented Computing）的阶段。SOC更加靠近应用层的业务逻辑，具有敏捷性、动态适应性等特性，可与模型驱动的体系结构（Model Driven Architecture）相结合，形成相当灵活的应用构造方式。SOC在其发展过程中，逐渐形成了较为完整的概念。面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture）作为SOC的特征之一，在服务计算方式的应用实现过程中发挥了巨大的作用。虽然三方模型并不是SOA的创新性贡献，但是SOA使依托服务的理念达到了和前所未有的程度。除此之外，SOC形成了自己独特的建模和开发语言。不同于面向对象的方法，这些建模和开发语言多数集中在与业务流程相关的工作流技术上。SOC也形成了自己的各种开发框架和环境，使其实现能够标准化、可视化地进行。SOC有很多新的问题需要解决，其中如何由小粒度的基本服务组合出完成业务逻辑的大粒度服务是最基本的问题之一。服务组合有很多方法，其中应用最广泛的是依靠与工作流技术有关的流程描述语言来完成。为了保证服务组合的正确性，有许多形式化和非形式化方法应用于服务组合的描述和验证中。基于流程的方法和基于语义Web的方法是最常见的两种途径。基于流程的方法可以使用许多形式化方法作为其基础，如Petri网和进程代数方法；而进程代数方法则由于其组合式的特性更加适合于描述服务组合。进程代数中的Pi演算是一种较好的形式化方法，专门用于描述移动并发系统，适用于建模动态变化的服务系统。本论文从理论研究和实践结合两个方面着手，探索服务组合的形式化建模和验证。作者在本论文中的主要工作如下：1．分析了服务组合的形式化基础，并选择Pi演算作为建模工具；2．研究了服务组合描述语言和Pi演算元素之间的对应关系，给出了建模服务组合的规则和步骤；3．在说明服务描述一致性概念的基础之上，使用Pi演算作为保证一致性的形式化基础，并说明了如何对一致性进行保证；4．研究了服务兼容性和可替换性的概念，并使用Pi演算来验证可替换性；5．提出了PiFF服务组合形式化框架，并基于UESTC-PLATFORM服务计算平台，提出了将PiFF融合进实用平台的方法；

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 开放分布式处理的发展--Web服务
• 1.1.2 转向服务计算
• 1.1.3 数理逻辑—系统建模与推理
• 1.2 服务计算与Web服务协议栈
• 1.2.1 如何理解Web服务
• 1.2.2 Web服务的技术架构
• 1.2.3 基础变化:XML—数据表示方式
• 1.2.4 传送协议:SOAP及其性能
• 1.2.5 WSDL:描述服务
• 1.2.6 UDDI:发布/发现Web服务
• 1.2.7 Web服务的上层设施
• 1.3 服务计算国内外研究现状
• 1.4 作者的主要工作
• 1.5 本章小结及本文的章节安排
• 第二章 面向服务的计算SOC
• 2.1 服务计算的概念
• 2.2 服务计算的体系结构
• 2.3 服务计算的建模和开发语言
• 2.3.1 OMG建模的四个层次
• 2.3.2 更多的层次
• 2.3.3 服务建模语言
• 2.4 服务计算的开发环境
• 2.4.1 XML Web服务和.NET框架
• 2.4.2 BizTalk框架
• 2.4.3 SUN Java Web服务
• 2.4.4 IBM开发环境WSAD
• 2.4.5 其它环境
• 2.5 服务计算的技术框架
• 2.6 小结
• 第三章 SOC中的服务组合及其形式化方法
• 3.1 服务组合的概念—工作流技术与服务组合
• 3.1.1 工作流技术
• 3.1.2 服务组合与工作流
• 3.2 服务组合的需求
• 3.3 服务组合的主要方法
• 3.3.1 BPEL
• 3.3.2 语义Web（OWL-S）
• 3.3.3 代数化的服务组合
• 3.3.4 Petri网
• 3.3.5 模型检查和有限状态自动机FSM
• 3.3.6 半形式化方法UML
• 3.4 服务组合方法的比较
• 3.4.1 连接性和非功能属性
• 3.4.2 组合正确性
• 3.4.3 自动组合
• 3.4.4 组合伸缩性
• 3.5 进程代数方法
• 3.5.1 进程代数的定义
• 3.5.2 描述并发语义
• 3.5.3 经典进程代数方法
• 3.5.4 进程代数的发展
• 3.6 服务计算对进程代数的挑战
• 3.6.1 松散耦合
• 3.6.2 通信延迟
• 3.6.3 开放式终端
• 3.6.4 无中心的服务编排
• 3.7 相关研究工作
• 3.8 小结
• 第四章 服务组合的正确性验证
• 4.1 服务组合中的形式化方法
• 4.2 服务组合的正确性及其验证方法-基于Pi演算
• 4.2.1 服务组合的正确性
• 4.2.2 正确性的验证方法
• 4.2.3 Pi演算
• 4.3 Pi演算与Web服务元素的对应关系
• 4.4 服务组合的正确性验证实例
• 4.4.1 机票预定服务的描述
• 4.3.2 描述服务的动态变化
• 4.3.3 利用Pi演算对系统进行推演和验证
• 4.5 相关研究工作
• 4.6 小结
• 第五章 服务组合的一致性验证
• 5.1 服务组合的一致性概念
• 5.1.1 业务流程执行语言WS BPEL
• 5.1.1.1 BPEL4WS语言的基本结构
• 5.1.1.2 最高级别的属性
• 5.1.1.3 活动
• 5.1.1.4 合作伙伴链接类型、合作伙伴链接和端点引用
• 5.1.1.5 变量
• 5.1.1.6 相关性
• 5.1.1.7 补偿处理和故障处理
• 5.1.2 Web服务编排描述语言WS CDL
• 5.1.3 WS CDL与WS BPEL的一致性
• 5.2 支持SOA设计的服务编排形式化框架
• 5.2.1 基于Pi演算的Web服务编排描述
• 5.2.2 基于Pi演算的WS CDL形式化验证框架
• 5.2.2.1 框架建立原则
• 5.2.2.2 推理规则和验证方法
• 5.2.2.3 异步消息交换
• 5.2.2.4 基于形式化框架建模和验证一个具体的服务编排
• 5.3 模型驱动的服务组合设计
• 5.4 服务组合的一致性验证
• 5.4.1 Pi演算模型到WS CDL的转换规则
• 5.4.2 WS CDL到WS BPEL的转换规则
• 5.4.3 实例说明
• 5.5 相关研究工作
• 5.6 小结
• 第六章 服务组合的可替换性验证
• 6.1 服务组合的兼容性概念
• 6.2 使用Pi演算作为形式化基础
• 6.3 服务组合的可替换性验证
• 6.3.1 Web服务可替换的充分条件
• 6.3.2 用Pi演算描述Web服务兼容性
• 6.3.3 弱互模拟满足可替换性条件的证明
• 6.3.4 异步Web服务可替换性
• 6.4 服务组合的可替换性实例
• 6.5 相关研究工作
• 6.6 小结
• 第七章 服务组合框架PIFF
• 7.1 模型驱动的服务组合（MDSC）
• 7.1.1 模型驱动体系结构（MDA）与面向服务体系结构（SOA）
• 7.2 服务组合中的模型方法
• 7.3 基于Pi演算的模型驱动服务组合设计框架PiFF
• 7.3.1 UESTC-PLATFORM:一个服务计算可视化平台
• 7.3.2 基于Pi演算的形式化框架PiFF
• 7.3.2.1 PiFF:一个基于Pi演算的形式化框架
• 7.3.2.2 WS CDL,WS BPEL和pi演算元素的对应关系
• 7.3.2.3 将高级结构映射到Pi演算
• 7.3.2.4 PiFF框架的验证方法
• 7.3.2.5 PiFF框架的验证工具
• 7.4 使用PiFF框架的实例
• 7.5 PiFF与UESTC-PLATFORM的融合研究
• 7.6 相关研究工作
• 7.7 小结
• 第八章 全文总结及进一步的工作
• 8.1 全文总结
• 8.2 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻博期间取得的研究成果
• 一.个人简历
• 二.科研成果
• 三.论文发表
• 四.获奖情况