本文選題：軟件適配　切入點：服務適配　出處：《國防科學技術大學》2015年博士論文

【摘要】：面向服務是目前軟件工程領域重要的發(fā)展趨勢之一。以Web服務為基礎的分布式計算模式“面向服務的計算”是面向服務的軟件應用的最重要標志。該計算模式提出以服務作為構建軟件的基本單元,希望通過統(tǒng)一的技術規(guī)范來達到網(wǎng)絡軟件資源的充分利用和共享。然而,現(xiàn)有Web服務往往由眾多不同的軟件開發(fā)機構提供,這導致Web服務在接口描述語言、功能實現(xiàn)、運行行為上存在廣泛的異構性,實際可復用性較差,嚴重阻礙了面向服務的計算技術的推廣和應用。雖然Web服務描述語言標準化在一定程度上降低了Web服務的異構性,但是仍無法徹底消除這種異構性。如何克服Web服務資源的異構性,提高Web服務間協(xié)同的正確性和可靠性成為實施面向服務的軟件應用的關鍵問題。Web服務適配為解決上述問題提供了可行的方法,成為推動和實施面向服務的軟件應用的關鍵技術。Web服務適配的概念源于軟件適配,是對軟件適配技術的繼承和發(fā)展。在Web服務適配提出之前,軟件適配主要為小范圍小規(guī)模的軟件復用問題提供解決方案;之后,軟件適配主要是指Web服務適配,為大范圍大規(guī)模的網(wǎng)絡軟件資源的企業(yè)業(yè)務集成提供協(xié)同正確性和可靠性解決方案�；诜植�、異構的Web服務,如何通過適配來構筑新的業(yè)務應用已成為軟件工程領域的一個新的熱點問題。本文以上述需求為背景,展開Web服務適配關鍵技術研究,主要工作和創(chuàng)新點包括:(1)Web服務形式化模型Web服務的描述信息可劃分為標簽層、行為層、語義層和質量層四個層次。本文在分析現(xiàn)有Web服務形式化模型的基礎上,提出了層次擴展Web服務模型HESM(Hierarchical and Extensible Service Model)。HESM模型包括標簽層和行為層描述信息,標簽層刻畫Web服務接口的基本信息,主要包括消息、消息類型和動作(操作)。行為層可以選擇使用標記遷移系統(tǒng)、服務流網(wǎng)或PI演算刻畫Web服務的交互行為。標記遷移系統(tǒng)可以刻畫Web服務的交互行為,提供直觀的狀態(tài)集和狀態(tài)遷移關系,服務流網(wǎng)可以刻畫Web服務動作之間的控制依賴和消息之間的數(shù)據(jù)依賴關系,PI演算可以刻畫通信結構動態(tài)變化的Web服務。而且,服務流網(wǎng)和PI演算都具有遷移系統(tǒng)語義,可以實現(xiàn)它們到標記遷移系統(tǒng)的等價轉換。對HESM模型進行擴展,通過添加本體描述可以刻畫Web服務的接口語義,通過添加安全屬性也可以刻畫Web服務的接口安全需求。HESM模型在對Web服務建模時,全面考慮了影響Web服務交互的各種因素,其通過分層描述、擴展描述和綜合的行為描述支持精確的Web服務刻畫和分析,為Web服務適配關鍵技術問題的順利解決提供了堅實的形式化基礎。(2)web服務可適配性分析方法web服務適配并不能保證解決所有失配(mismatches)問題,因此,web服務適配總會面臨失敗的風險。本文針對該問題,系統(tǒng)地提出了web服務可適配性的概念和分析方法�？蛇m配性是指一組web服務是否可通過適配器調解實現(xiàn)正確的交互,可適配性分析則是一種用來檢測web服務可適配性的技術。在服務規(guī)模較大時,基于組合服務流網(wǎng)可達圖的行為可適配性分析方法容易引起狀態(tài)空間爆炸。針對該問題,本文提出了一種基于組件服務流網(wǎng)可達圖的行為可適配性分析方法。該方法基于組件服務流網(wǎng)間的通信,生成每個組件服務流網(wǎng)的可達圖,通過分析組件服務流網(wǎng)可達圖的狀態(tài)結點確定交互服務的行為可適配性。通過算法分析以及實例分析表明,采用組件服務流網(wǎng)可達圖可以大大節(jié)省空間開銷,有效避免狀態(tài)空間爆炸問題的發(fā)生。(3)基于本體的web服務動作映射生成方法動作映射作為一種簡單且普遍使用的適配器規(guī)約,在web服務適配中占有重要地位。目前動作映射主要依靠人工生成,工作量大、容易出錯,基于類型的web服務動作映射生成方法準確性低,會產(chǎn)生大量的錯誤動作映射。同時,目前針對生成的動作映射缺乏有效的正確性驗證手段。針對上述問題,本文通過對hesm模型擴展本體描述,提出了基于本體的web服務動作映射生成方法。該方法不僅實現(xiàn)了web服務動作映射的自動生成,而且準確性高。在此基礎上,本文提出通過檢查通信數(shù)據(jù)依賴性以及分析服務行為可適配性等方式來驗證生成的動作映射的正確性。這些方法對自動化web服務適配技術的發(fā)展具有重要意義。(4)基于標記遷移系統(tǒng)乘積的web服務行為適配方法針對web服務行為失配問題,本文提出了基于標記遷移系統(tǒng)模擬廣播乘積的行為適配器生成方法和基于標記遷移系統(tǒng)交互乘積的行為適配器正確性驗證方法,并結合實例說明了上述方法的有效性。該方法基于標記遷移系統(tǒng)乘積獲取并驗證交互服務的行為適配器,是一個完全自動化的推導過程。該方法的最重要特征是將每個動作映射轉換為一個對應的標記遷移系統(tǒng)表示,使用標記遷移系統(tǒng)的狀態(tài)遷移表示動作間的通信數(shù)據(jù)依賴關系。同時,該方法支持多web服務適配,可為交互服務生成唯一的適配器。因此,該方法對研究基于形式化模型的web服務自動化適配以及大規(guī)模web服務適配具有重要價值。(5)動態(tài)web服務適配靜態(tài)web服務適配方法難以支持web服務的動態(tài)演化或更新,本文針對該問題提出了一種動態(tài)web服務適配方法。該方法基于標記遷移系統(tǒng)對適配器實例行為建模,通過控制適配器實例的運行實現(xiàn)web服務行為適配。與靜態(tài)web服務適配方法相比,該方法僅針對交互服務部分行為適配,適配的開銷以及適配失敗的風險都顯著降低。由于動態(tài)Web服務適配仍存在適配失敗的風險,本文提出了一種面向動態(tài)Web服務適配的行為可適配性分析方法,該方法通過深度優(yōu)先遍歷交互服務后續(xù)行為的狀態(tài)空間是否可終止來判定交互服務當前狀態(tài)下的行為可適配性。結合該方法,本文探討了兩種改進的適配器實例運行控制算法,一種改進算法可在服務適配失敗前提前返回,這對強實時性Web服務系統(tǒng)的錯誤恢復具有一定價值;另一種改進算法通過限制交互服務的可執(zhí)行動作集,可以有效避免動態(tài)Web服務適配失敗。(6)Web服務安全適配Web服務安全適配是指適配器能夠對接收到的數(shù)據(jù)進行解密和安全驗證,同時能夠對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行加密和簽名。本文針對Web服務安全失配問題進行了初步探討,提出了擴展安全屬性的HESM模型,該擴展模型將Web服務安全基礎規(guī)范中的密鑰、時戳、加密、簽名等要素分別抽象為模型中的安全屬性和安全函數(shù)。在此基礎上,本文提出了一種安全適配器規(guī)約自動生成方法和一種安全適配器規(guī)約驗證方法,實現(xiàn)了安全適配器規(guī)約的自動生成和驗證。安全適配器規(guī)約自動生成方法將擴展安全屬性的HESM模型簡化為HESM模型,然后借助Web服務動作映射生成方法生成動作映射,進而生成安全適配器規(guī)約。安全適配器規(guī)約驗證方法對生成的安全適配器規(guī)約進行消息解析和消息創(chuàng)建,然后返回適配器的默認數(shù)據(jù)集,通過分析該數(shù)據(jù)集來判定生成的安全適配器規(guī)約的正確性。此外,安全適配器規(guī)約還可以輔助實施Web服務交互的安全驗證。綜上所述,本文針對目前Web服務適配技術中亟待解決的幾個關鍵問題提出了有效的解決方案,對于進一步推動Web服務適配技術的理論研究和實用化具有重要意義。
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【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.09
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本文編號：1705313