1000一9825/2004/15(03)0428@∞04
Joumal ofsoftware软件学报
Web服务核心支撑技术:研究综述
Underlying’Ibchniques fbr
SerVices:A Sunrey
ZHOU A0一Yi“g
(Dep a『tment
ofcornputer science
and Engineerin璺FudaIl
uniVersi时,sh卸gh酊200433,china)
+correspondiog”thor:P上lⅡ:+86―2l-65643503,E-mail:ku“y@mdan
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2003?07-1l;Acc印tcd
2003、11?1 8
AY.underlying technjqⅡes for web services:A
survey.知Ⅳ删甜矿鼢4,岛
2004,15(3):428 ̄442.
h±垃:丛受型型:l垒§:Q鳝£型!QQQ:!§2』』15缒2S:h堑n Abstract:WitlI
developmem of e-busi士less,web印plicanons based
developed from centralized
globalization,from
B2c(bllsiness-to-customer)to B2B(bus嫱ess―to-busilless),丹om
decentrallzed fashion
Web service i8
new application model for decen订“iZed coonputing,and it is“so on也e web.丁hus,web senice has becO脚e
e丘如nve mechanjsm for出o dala捌1d se九rjce imponant锄d necessary
e_busjness.It is
the research
tIle new arch“ecnlre of web services,on the
combinations wim othe。good
techniques,粕d
the integration of services.In tllis papeL
a娜rvey presents
v8rious aspects of the resea托h of web services
fmm tlle basic conc印ts
research problems and the
kchniques,including data integration in web services,web service composition,semantlc web service,
web service discovery,web service
web services in
tk P2P(Peer―to?Peer)computiⅡg
environment,and me g―d service,etc This paper aIso presents techniques,a discussion Key
summary of the
the如ture research topics,and the chall∞ges ofthe web
words:W曲service;service composidon;semantic Web;service
discovery;sec证ly;P2 P;gdd
摘要:随着电子商务的迅速崛起,基于w曲的应用模式迅速发展,w曲应用从局部化发展到全球化,从 B2c(busiⅡess―t0。customer)发展到B2B(business.to-business),从集中式发展到分布式,w曲服务成为电子商务的有效 解决方案w曲服务是一个崭新的分布式计算模型,是w曲上数据和信息集成的有效机制.web服务的新型构架,web 服务的高教执行方式,w曲服务与其他成熟技术的有机结合以及w曲服务的集成是解决现实应用问题的重要技术. 从w曲服务研究的不同侧面对其进行了综述,阐述了w曲服务的基本概念,分析了当前w曲服务的主要研究问题
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Research and Development
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No工002AAll6020(国家高技术研究发展计划(863)),the
TungEducat】on Foundacion
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81062(霍英东教育基金青年教师基金)
作者简介岳昆(1979一),男,云南曲靖_凡,主要研究领域为数据挖掘,xML数据管理。王晓玲(1975―1,女,博十,讲师,土要研究领
域为xML数据管理间傲荚(1965一)'男,博士。教授,博士生导师,主要研究领域为数据挖掘,xML数据管理.P2P对等计算
岳昆等:w曲服务核心支撑技术:研究综述
及其核心支撑技术,概括了w曲服务中的数据集成技术、w曲服务的组合、语义w曲服务、w曲服务发现.w曲 服务安全,P2P(Pe盯,to-Pee订新型计算环境下的web服务解决方案和网格服务等方面的研究内容.并对这些技术进 行了总结,结合已有的研究成果,展望了w曲服务未来的研究方向及其面临的挑战. 关键词:w曲服务翊良务组合;语义web;服务发现;安全性;P2 P;网格 中图法分类号:TP393
近年来,随着电子商务的迅速崛起,web应用从局部化发展到全球化,从B2c(business―to―customerl发展到 B2B(busiIles8.to-business),从集中式发展到分布式.w曲服务作为一种新必的web应用模式,是一个崭新的分布 式计算模型,是web上数据和信息集成的有效机制.从电子商务应用领域来看,复杂的应用连接和程序代码造成
了电子商务应用的高维护代价和更新代价.而w曲服务正好能够解决遮一问题威为目前应用环境中最为合理
34]:P2P环境中w曲服务的有效表示和执行阢361;网格计算与web服务的有机结合mq01等
本文首先概述w曲服务的基本架构及特征,然后从多种角度概括w曲服务的不同描述和定义,接着分析当 前web服务的主要研究问题及web服务的核心支撑技术,最后总结全文,指出web服务研究面临的挑战,井展 望未来的工作.
web服务的基本架构.该架构由3个参与者和 3个基本操作构成3个参与者分别是服务提 供者、服务请求者和服务代理,而3个基本操 作分别为发布(publish)、查找(fmd)和绑定 rb抽d).w曲服务基本架构如图l所示.服务提 供者将其服务发布到服务代理的一个目录 上:当服务请求者需要调用该服务时,他首先 利用服务代理提供的目录去搜索该服务,得 到如何调用该服务的信息:然后根据这些信 息去调用服务提供者发布的服务.当服务请求者从服务代理得到调用所需服务的信息之后,通信是在服务请求 者和提供者之问直接进行,而无须经过服务代理w曲服务体系使用一系列标准和协议实现相关的功能,例如:使 用wsDL(web
ofW曲services
language)来描述服务,使用uDDI(universal descfiption,discove阱in‘egration)
乃“M耐D,№,mdm软件学报2004,15(3)
来发布、查找服务,而soAP(simple obfec£acces8 profoc01)被用来执行服务调用I”J 在web服务架构的备模块间以及模块内部,消息以xML格式传递其原因在于,以xML格式表示的消息易 于阅读和理解,并且xML文档具有跨平台性和松散耦台的结构特点:从商务应用的角度看,从工作流到查询数 据库,直到同贸易伙伴交换信息,xML格式表示的消息封装了词汇表.可以同时在行业组织内部和外部使用;它 还有较好的弹性和可扩展性,允许使用附加的信息,并且xML标签提供了可访问的进程入口,从而可强化商业 规则,并且增强了互操作性(42】,为信息的自动处理提供了可能
web服务的不同描述 web服务具有广泛的适应性和应用背累,而且web服务的很多相关问题仍处在研究过程中,学术界从不问
的侧面对web服务有不同的描述,限于篇幅,我们概括了如下几种有代表性的web服务描述. 从功能的角度描述web服务,文献[3]认为web服务基于TcP,IPlHTTP,xML等规范而定义,具备如下功 能:web上链接文档的浏览、事务的自动调用、服务的动态发现和发布文献[41】从组成框架及实现目标的角度 描述了w曲服务,认为web服务作为一种嘲络操作,能够利用标准的web协议及接口进行应用问的交互.文 献【2l,22,26,43】从语义的角度描述了基于语义web的服务,认为web服务是语义web的~种应用.由于考虑了
语义信息的描述及表示,web服务能够更准确地被执行,服务组合(8州ice
composition)能够按所期望的目标进
行.文献【37]从嘲格计算(grid computing)的角度指出w曲服务能用于w曲上的资源发现、数据管理及网格计算 平台上异构系统的协同设计,提出了网格服务的新概念文献【44】从信息检索的角度提出了在包含了分布策略 和路由信息的电子文档之上进行分布式文档检索的w曲服务. 从另一方面看,针对不同的应用背景,web服务的应用对象也不同,目前被广泛应用的web服务可分为如下 4类…:面向企业应用(business.odented)的服务、面向消费者(consumer_onented)的服务、面向设备 (devjce.o五ented)的服务和而向系统(system-o一如tcd)的服务.尽管对w曲服务进行描述的出发点或应用类型不 同,但是它们均具有如下共同特征:(1)应用的分布式为适应网络应用中分布式的数据源和服务提供者,分布式 的服务响应、松散耦台是web服务必须具备的特征.在应用中,服务请求者不必关心服务提供者的数据源格式 是什么,某+服务请求需调用哪些服务,服务请求在web上怎样被执行等,即web服务对用户具有分布透明 性.(2)应用到应用的交互在分布式的环境中,若采用集中控制力式,服务器有较大的负荷,并且系统不具有健壮 性因此应用到应用的交互,使得wcb服务更具可伸缩性(3)平台无关性.w曲服务的界面、跨wcb服务的事务、
工作流、消息认证、安全机制均采用规范的协议和约定油于w曲服务采用简单、易理解的标准web协议作
web服务研究的主要问题及其核心支撑技术 与学术界的研究相比,工业界注重的是wcb服务规范和协议的标准化问题,例如:soAP协议,uDDI.wsDL
等.本文不详细介绍w3c制订的有关协议,我们着重从学术界的角度来探讨wcb服务研究的主要问题、相关的 解决方案和核心支撑技术 从wcb服务的技术层面看,为r满足建立在资源动态变化之上业务f=il益复杂的商务应用的需求,web服务 有效地利用现存的web数据集成f6叫“、数据过滤…一”、服务组台等技术,以进行web上分散资源的集成.并在
其中应用访问控制㈨4”、事务机制㈣“,”,“,4“,以保证服务响应的可靠性及服务组件的协同工作.从web服务的
contexO和服务组合(service composition)是一个重要的研究课题吼现实中的应用一般都非常复杂.
为了分散和简化应用逻辑,提高服务可重用性,单个w曲服务都不可能做得非常复杂,因此现实中复杂服务的应
岳昆等:web服务核心支撑技术:研究综述
用需要组合多个简单的web服务其次,web应用是基于不同方式的异构系统而建寺的,为了将松散耦合的、分 散的各类web服务有机地组织成一个可用的系统,其中服务的集成需要组合异构的服务相应地,服务组合描述 语青的设计也是一个重要的研究分支p”其二是充分利用现有的IT设备,并进行资源的按需配置的问题.如何 使县柯分布式结构的应用系统能够在开放式环境F提供较高质量的服务,缩短web服务的响应时间,提高系统 的健壮性,是直接影响商务应用的因素【1'3 20】针对这些问题,在P2P环境下实现wcb服务是一种有效的解决方 案,在这方面目前已经有很多的研究成果及相应原型系统1”o“同样,为r提高web服务协同1:作的效率,提高 网格计算能力,将w曲服务与网格计算进行有机的组合,构建网格服务也是一种理想的解决方案【38Ⅻ”. 在服务的组合和协调工作中,首先需要保证服务执行的质量和可靠性,其次需要保证服务执行中的安全性 前者是web服务的质量控制问题因为web服务的描述缺乏足够的语义信息,wcb搜索、web服务发现、web 服务的组合具有不确定性,为了能够根据用户提供的信息更加准确地描述并执行web服务,考虑更加丰富的语 义和上下文信息,在web挖掘中充分利用本体论(ontology)领域模型以提高web服务的质量成为另一个重要而 又富甜挑战性的研究热点口_5'2“.而后者则是w曲服务的访问控制问题.w曲服务的分布透明性要求web服务的 自动集成,这也是W曲服务研究的主要问题之 为了达到这一目的,不同的w曲服务提供者必须为其他模块或
组件提供可供信息存取的接口,并且基于分布式的环境实现开放,标准的商务逻辑,为了保证各服务提供者的数 据安全,必须进行安全控制,从而使“安全保证”成为web服务中一个自动完成的部分.然而目前web服务中普遍 采用的是Intemet和www的安全机制,现有的这些机制本身与wcb服务之间就存在较大的技术鸿沟,因此,适 台于web服务的涝问控制及其数据加密策略也成为web服务中有待进步研究的支撑技术之J捌J“圳
总之,利用这些支撑技术,Ⅵ柚服务的研究具有面向应用、高综合性和高集成度的特点,注重总体系统结构
web服务中的数据集成
广.以传统的信息集成技术作为基础,如数据格式的转化及统一、数据模式的动态调整【4…、索引刨建等,文献【8,9】 分别提出了w曲数据集成的新方案ARAIADNE和Infosleth,它们具有动态数据集成、基于代理技术进行查询 计划的协调和数据分发等特征首先,ARAIADNE和lnfosleth均通过构建信息代理(Agent)来进行web数据的 抽取,查询执行和信息集成,包括用户代理、任务执行代理和资源代理.其次,领域模型(domain model)或奉体论 font0109v)被用来描述数据和资源的特抵,获取数据的模式,从而为数据的集成提供统一的数据表 示ARAIADNE以层次的方式对w曲数据建模,并对其刨建索引,以解决web页面的定位问题,也基于此进行查 询的处理和优化:Infosleth提出了基于内容(contellt.based)的数据分发技术 箍于上述方法。文献【6,7,10]提出了通过动态web服务组合进行数据集成的技术,简化了ARAIADNE和 lnfosleth中代理的定义及实施策略,并对查询计划进行了规范化其中服务组合的E下文协同转换以及w曲资 源的选取策略均是有待进
步改进的方面本文第3节将对w曲服务组合技术作相应的概述
web服务中的数据过滤 web服务中的数据过滤包括web服务请求的过滤和web服务描述的过滤两方而,这些信息部是用xML
格式表示的闺此.xML文档的一些过滤技术…J2J可应用到web服务中.例如,文献【1l】提出了事件驱动的xML
如“MⅡ,o,№口Mm软件学报2004,15(3)
数据在线过滤技术,以xPath查询表达式作为过滤条件(如∥stoc“symboInext(j>15J),由此建立xTrie索引,过滤 的过程就是xML文档与xPalll索引树匹配的 过程将该技术应用到w曲服务请求的过滤中,
文献【13】提出了基于xTde进行soAP消息过
并将其发布到服务器上,其作用类似于防火墙 该方法将xML格式的s0AP消息请求表示为 树形结构,在系统设计时将相关的xPa山过滤
sosAP消息过滤系统架构
条件构建为xTrie索引树,soAP消息的过滤过程即xML与xTde树形结构数据的匹配过程此外,文献【13】也 提出了并行xTde,膳次xTrie,xTne聚类等sOAP消息过滤的优化策略
web服务中的事务处理 web服务提供的是相互独立的网络平台上应用的连接和信息的集成,在这样的分布式环境中,w曲应用需
要相互协同T作并保持一致,得到可靠的结果和输出.自然地,事务机制可解决这些问题,而web服务自身具有 不同于传统数据库的特征,w曲服务中的事务机制具有以下主要特点:(1)web事务比传统事务更松散,更灵活, 更复杂,并不严格地遵循传统事务AcID原则;(2)商务处理中有很多长事务,也存在可选的子事务;(3)事务涉 及到的实体是分布在网络中不同位置、不同平台上的服务参与者;(4)服务组合中需要事务机制来保证其协调 工作,(5)事务对于服务质量和计算的可靠性起着重要的作用 目前,web服务中的事务处理策略通常是扩展已存在的事务处理技术,仍然有待进一步研究,用于web服务 的事务模型主要有:Business Tr如s觚ti伽【50】,ws.TransactioⅡ㈣和Activ崎seⅣice【40,其中ws―Transaction建立在 s0AP,wsDL等web服务的标准之上.文献【1s]在满足传统事务AcID性质的基础之上引入协调器(coordinator), 扩展r现有的事务处理技术,提出了适用于web服务的协同工作框架及协议协调器实际上是用xML
定义的协调上下文,包括ID、上下文的有效期、协调类型等元素.该方法为web服务中的事务定义了共同的模 型,为服务所需创建的事务提供了必须遵循的模式.此外,文献『161针对服务组合,基于c0RBA和J2EE对象通信 模型,提¨{了对象事物(objecttransaction)的解决方案
由不蚓供应商提供的,服务的请求需要根据特定的应用背景和需求进行合理的服务组合:另一方面,服务组件 (service componenO或基本服务(elementary service)不可能报复杂,这也是服务可重用的必要条件之一.因此需要 按照一定的粒度进行w曲服务的组合.文献[3]提出了复杂web服务(complex web service)的解决方案:共享上 下文及web服务组合任何与特定应用主题相关的web服务之间总是具有某些直接或间接的联系,它们具有一 些共同的上下文及应用背景,这样的一系列元数据称为共享上下文例如,相同的本体论、词典fnlesauf{)及xML 信息交互格式等同样,上下文也可以是执行特定web服务应该具备的先决条件或系统中与该应用相关的状态 信息基于菇享上下文,服务组件及基本服务间的关联能对服务的组合进行指导和监督 总结上述方法,在共享上下文的环境中进行服务的组合需要解决以下几个主要问题:(1)对于与组合服务
相关的再胚务朝件和摹本暇务,怎样定义它们之间的逻辑及时序关系,蛆实现复杂wcb臃务执行舶自动化;f2)
岳昆等:w曲服务核心支撑技术:研究综述 3.2从web服务组件到组合web服务
文献[18,19】以动态w曲服务组台为出发点,独立于分布式的系统架构,基于分布透明性的基本要求,卣接针 对服务本身提出了web服务组合及管理的有效策略:运行时(runtime)服务的动态创建其中提到的基本服务,是
外部用户可以引用的晶小服务单位"撕】复杂w曲服务可以由服务组件和基本服务构成服务由服务组件构成.
文献【47]分析了目前web服务设计语言(如Java)及各种数据源之间存在的不匹配问题,以设计_乖}非过程
化,专门用于xML应用和web服务的描述性高级语言为目标,提出了以w曲服务的定义和组台为核心的xML 编程语言xL基于xML查询语言xQuery的表达方式,xL定义了赋值(assignment)、表达式(expression)、序列 (sequence)和并行(parallel)等web服务的组合模式,并且将每个web服务用一个xL程序来表示,xL程序之间 的调用和交互通过s0AP消息的传递来实现从而利用上述的web服务组合模式和xL定义的事务处理机制将 服务有机地组合起来.基于这样的描述语言和平台,文献[4 8】实现了用xL描述的wcb服务原型系统 此外,基于r作流的基本思想.文献[17】提出实现组合web服务的一种解决方案,并给出r保证组合w曲服 务正确调度的理论依据.该方法通过服务社区(servlce comⅡlunity)、组合服务、基本服务和异构服务提供者的 层次结构,有效地描述并解决了增量式的wcb服务笈布及注册问题该层次结构如图3所示 根据现实中商务应用的不同种类,将web服务电按其行业的相关性划分成不同的类别,即这里的服务社区 它是个虚拟的概念,是表示不同类别服务的视图.组合服务及一+部分基本服务被注册到服务社区.卜,使得基奉 服务发生的变化只影响到所属服务社医的注册信息,由此可实现web服务功能变化时注册信息的局部化更新 此外.服务的执行实际上是由基本服务的通信、协调和执行来完成的该方法通过状态定义和检测的方式有效 地解决了组台web服务执行中存在的如下问题:组合服务的执行需要调用哪些基本服务以及相关的基本服务 怎样按预期的顺序自动执行,具体而言,该方法预先定义了特定应用的服务(包括组台服务和基本服务)以及执 行它所需具备的系统初始状态(precondmons)和执行后的状态(postprocessings),这些状态与服务间的对应关系
构成了状态路由表(rou血gt8ble);通过当前状态检测查找状态路由表,以确定是否可以结束当前执行的服务、同
乃“M“。,龅mmM软件学报2004,15(3)
时应该启动哪些服务,基于并发策略实现了组合w曲服务执行过程中的合理调度
Hierarchical
ofcomposite w曲services
图3组合w曲服务层次结构 总而言之,web服务的组台为复杂的w曲应用提供了有效的解决方案.从现实应用来看,w曲服务的组合可 以实现虚拟社医中软硬件的共享:从w曲服务本身来看,wcb服务的组合实现了组合服务的动态生成,提高了服 务组件殛基本服务的可熏用性和利用率,减少了系统的开销.但是其中存在的诸如服务组合粒度、服务组件或 基本服务之问的通信方式及其优化、服务的聚类、服务的社区化分类管理、组合服务的有效性验证及安全等 问题。有待进一步的研究和探索
4基于语义的web服务
description丹锄ework,简称RDF)和元数据(m咖dala)对www上数
据的抽象表示№5”,是本体论领域模型的具体表示和应用实例【525”而本体论是一组概念及这些概念间关联描
岳昆等:w曲服务核心支撑技术:研究综述
在现实应用中,服务是否被执行需要通过对一系列条件的判断来确定,同时也要求web服务遵循预先定义 的语义而被执行,并需要判断服务执行的结果是否符台所期望的目标.基于文献[20】提出的w曲服务本体论描 述语言DAML-s的w曲服务描述能力,文献【22]用一阶逻辑语言定义了DAML.s相关子集的语义,提出了基于 推理规则自动执行组台w曲服务的解决方案即当任何服务组件或者基本服务被调用时,将相关的当前状态及 输入信息构成的初始条件用6‘阶谓词的形式表示为逻辑表达式,通过对该表达式真值的判断来确定该服务是 否可以被调用.例如,服务组件或基本服务n在系统环境s中执行的前提条件表示为以下逻辑表达式:z.n现n 逻辑表达式为真(true)时,口才可以被调用 利用上述方法,在服务设计阶段就可以根据实际应用中的语义信息定义各个服务组件或基本服务应该满 足的前提条件,并以逻辑表达式的形式表示.组台服务在执行过程中,对于当前状态和输入信息,通过判断该逻 辑表达式的真值来确定应该被调用的服务组件或基本服务显然,采用上述方法可以使服务组件或基本服务的 调用和执行能够按预期的目标被调度,原先定义的语义信息可得以保持.但是,这是一种静态的语义保持方法, 不利于语义信息的动态扩展及w曲服务的动态更新. 4.3语义web和web服务的结合 web上的本体论研究包括语义web的研究和web服务的研究,其共同目标都是通过利用w曲上人和机器 都能够存取的内容,创建智能自动服务及商务处理基础设施.考虑以上二者的结合,实现功能互补是一种自然的 选择口3’2“首先,用于描述w曲服务wsDL并不能很好地表达web服务的语义信息:并且所描述的是静态的w曲 服务,不包含任何有关服务执行过程的信息,而实际应用中要求服务的执行具有动态性,并且能够达到自动化. 其次,从语义w曲的角度看,一系列本体论构造算于(ontology constrIlct)能够通过Agent使web服务自动地被发 现、激活及执行,并且本体论为服务及服务问关系的描述提供了强有力的手段文献[23】提出了在wsDL中加入 以xPath语法形式表示的语义标注,从而对wsDL进行扩充其语义的表示完全基于xML规范,与原wsDL进 行了无缝结合,使w曲服务的描述能够体现“实际值”(actIlal value)条件限制,服务的执行更符台预期目标 总之,在web服务中有效利用本体论领域模型进行服务的概念建模。可以指导w曲服务应用的设计;在w曲 服务中有效利用语义信息,进行web服务和语义web的有机结合可提高web服务的质量:语义web服务是语 义web和w曲服务的结合,可为wcb服务的发现、执行、解释和组合的自动化提供有效的支持.其中,分布式 环境下进行语义的提取、语义的表示、探索适合web服务的知识推理方法等方面都是有待进一步研究的开放 课题.
‰^l印“f(卿,s)^‘印“f(见,s)^.^f印““‰,j),其中,巩(f∈[1,月】)为当前的状态信息,许仃∈【1,小])为输入信息,只有当该
杂程度不相同,例如面向软件(sof细are一0riented)的服务、面向硬件(h删warc,oriented)的服务、移动(mobile)服
如ⅢI口f。,№^Mm软件学报2004,15(3)
scⅣice discOvefy technOlogies
表l现有的服务发现技术比较
Average Average
大多数服务查找和发现技术都是表1中“基于框架”的方法,如uDDl.“演绎检索”方法是“基于框架”方法的
进一步改进所有的服务属性都以逻辑的形式表示;然而,服务的逻辑表示和服务的逻辑推理都具有很高的计算
程本体论川(process ontologies)的web服务发现
技术该技术将服务的功能作为过程模型啦l】
通过索引建立到本体论上(即用过程本体论表示 服务)过程查询语言PQL(process
用来定义查询,包括实体(entity)和联系 (relationship)两类字句.服务的查找和发现过程就 是过程模型中的过程本体论与者询中所用到的过 程本体论相匹配的过程.其功能架构如图4所示
Architecnlre of
seⅣice∞trieVal using process
图4利用过程本体论的服务检索架构
与前面3种技术相比,这种技术中的本体论,查询都阻xML格式定义,具有高查准率、高查全率和易实现的特点, 但服务的过程本体论的定义直接影响了服务发现的虽终结果. 此外,在特定应用背景下的服务发现技术方面,Dreggie[嚣】和GsD【29】是两种具有代表性的方法.现有的服务 发现技术不能有效地应用于移动自组网络(mobile
net’Ⅳork),Drc鹤ie用DAML表示服务的语义,并将其
作为一种推理语言,不同于以往基于严格句法匹配的服务发现方法,D弛ggie用基于语义的ProIog推理引擎进行 服务模糊匹配和不完全匹配它依次解析DAML查询请求、服务本体论、来自服务提供者的DAML服务轮廓 描述、DAML联系规则,并装载到知识库(KB)中,再进行匹配,从而实现w曲服务的发现GsD(group_based
pmtoc01)是一种用于P2P环境中的服务发现协议,在P2P环境下,每个Peer对其他
peer上的信息作缓存(caching),服务按照DAML中“类.子类”的层次关系进行分组,对于服务的请求,只需将它发 送到语义相关的服务分组幢roup)而无须发送到所有peer上该方法避免了广播风暴,能有效利用网络带宽,保证 ,移动自组网络中服务发现的高效性. 总之,web服务发现的研究目标是服务发现的高效率和自动化,在服务发现技术中,利用语义描述和服务本 体论是达到该目标的有效途径:而如何用DAML描述服务,如何将语义w曲、本体论和语义推理应用到w曲服 务的查找和匹配中是有待进一步研究的课题.从这个意义上说,w曲服务发现是语义w曲在w曲服务中的一种 应用.特定环境中的w曲服务发现技术是另一条研究线路,基于通用的方法,在新型网络环境(如移动通信,P2P) 中实现高效的服务旋现,需要将网络架构本身的机制及特点与web服务的语义信息、本体论进行有机结台
须为其他参与集成的模块或组件提供可进行信息存取的接口,并且基于分布式环境实现开放的、标准的商务逻 辑为了保证各服务提供者的数据安全,必须在服务提供者的层次进行安全控制或者信息加密,从而使“安全保 证”成为web服务中一个自动完成的部分 从共享上下文和w曲服务组台的角度,文献【3】指出在简单服务集成的同时也需要提供可配置的入口 (port“)以及可供服务组台的上下丈,但这些信息可能是企业或个人的隐私,需要采取相应的认证、加密等措施, 因此web服务的安全是一个重要的研究方向.目前,web服务安全采用的是已有的Intemet和www的一些安 全策略,例如数字签名(dignal sigIIa附e)【321、xML加密(enc‘yptioⅡ)技术和标准I”l、访问控制(access con们1)技
岳昆等:web服务核心支撑技术:研究综述
术m541等,然而这鹧都是静态的措施,并且其本身和web服务之间就存在技术上的鸿沟,因此,web服务的安全问
6.1访问控制技术 wcb应用的日益广泛使得web页面不仅作为用户信息浏览的媒介,也作为访问邮件、金融数据、统计信 息等多种个人机密信息的途径,访问控制技术的应用使得w曲上的这些数据仪对某些用户可见,从而保证数据 的安全性.就目前广泛应用的访问控制技术而言,包括如下两个基本组件【57】:①配置策略。用于定义哪些用户允
许访问给定的对蒙、哪些用户禁止访问给定的对象;②认证策略用于判断用户或主机在允许访问的实体集中
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表2现有的访问控制技术比较
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除了这3种较通用的方法之外,特定的应用背景中还有特定的访问控制方法如文献[34】提出了基于带有验 证授权(proofcan了i“g锄lhodzation,简称PcA)的访问控制方法它根据特定的应用逻辑,对表示为逻辑表达式的 访问请求信息进行验证,主要用于web页面的涛问控制,这种控制对用户透明.
web服务安全架构和服务加密 首先,为了提高web服务质量,缩短其响应时间,缓存和复本(r印lication)策略很自然地被应用到wcb服务
中ⅢI在这样的web服务体系结构中,服务提供者保存了本地数据及其他服务提供者的数据副本,不但存在副本 的一致更新问题,同时也存在由于服务提供者源数据在web上的分散副本而引发的数据安全问题.文献f20]提 出了一种新型的、veb服务中间件架构(如图5所示),每个服务提供者都包括安全子对象(secur“y sub.object)模 块,该模块检测提交的服务请求是否有效,是否被允许,并且以标准化的接口进行通信,保证了数据的安全 其次,从web服务安全本身来看,一方面,为了使包括安全模块在内的w曲服务能够实现服务的集成。w曲 服务的安全也需要标准化和规范化,不同的商务处理应该采用相同的xML安全标准;另一方面,网络环境中 web服务问需要进行消息的传递、信息的交互和数据的挺享,同时也需要信息保密,而w曲服务的分布式体系 结构使得数据的安全和加密问题更加复杂.从现有的web服务安全策略来看,基于特定的应用领域和服务架构, 利用成熟的数据分块和加密算法,将安全或认证信息加入到xML格式的消息文档中,可以实现web服务消息 的安全传输此外,用户提交的请求中可能包括了其隐私信息,因此服务请求者一方也需要采取相应的信任和保 密措施针对上述几方面的问题,目前w曲服务中采用的安全拄术主要有斟下几种【如.311:r1)在客户端建立用户 信任机制,执行服务时将相应的认证信息导入服务器;(2)在sOAP消息头中加入针对特定应用的安全表示 (token),则可从中提取认证、信任信息;(3)在某个特定的应用领域内,对服务提供者的内部敏感数据进行加密, 当其收到服务请求后直接在加密了的数据上进行相应的计算和处理,计算结果解密后返回给服务请求者;(4) 从服务请求者的角度看,请求者需要提交必要的输入数据考虑到客户信息的安全性,客户将需要提交的服务请 求信息进行分块,每次仪提交一个输入数据块,返回的结果对应于该请求,经过多次服务请求,在结果返回之后, 由服务请求者进行各次服务执行结果的集成,从一定程度上保证了客户信息的安全.
乃“州af矿黝M旭软件学报2004,15(3)
综上,web服务安全架构的策略对web服务系统的设计有较高的要求.并且,wcb服务的执行面临着w曲 服务基本模块与安全模块间的通信、安全模块中的服务信息随web服务的一致更新等问题.适用于较大规模 的web服务应用,具有高可靠性,但通用性较蔗;服务加密的方法则侧重对服务本身的管理,可以利用或改进现 有的数据加密算法,这种方法可应用到各种web服务系统中,具有较好的适用性和较低的复杂度,但其可靠性不 如前者此外,考虑到在分布式的环境(如P2P)下的w曲服务组合,各服务组件或基本服务之间需要有信息交互 和数据共享,以进行有效的调度.这些相对独立的服务组件或基本服务的安全仍然是具有现实意义的研究课题
P2P环境中的web服务
数据库服务器的新模式P2P具有如下的特征垆副:(1)结点之间通过直接的交互而实现资源共享:(2)资源分布 在各个结点中,而不是集中在一个服务器中管理;(3)节点具有动态性和即时性;(4)纯粹的P2P系统没有任何 集中控制机制,系统中各结点运行的P2P系统软件功能相同,各结点之间的交互对称从wcb服务提供者来看, 它们分布在松散耦台的网络结点上,某些服务提供者相对于另一些服务提供者而言也是服务的请求者口】,w曲 服务和P2P计算环境本身具有较多的相似之处和共同特征,所以,在P2P计算平台上建立web服务的是一种较 理想的w曲服务实现方案,可以有效利用P2P本身的优势高效地实现服务的集成及资源的自治. 原型系统AxML【7】是P2P平台上w曲服务应用的一个实例.它采用的是“轻量级”的P2P架构,也就是说, 系统的实现中对备Peer之间的交互作了大量的简化,井采用了相应的等价策略AxML中,一系列xML文档是 web服务的数据源:而作为分布在各Peer上的服务提供者,这些xML文档中嵌入了web服务的调用请求,这些 请求以特殊的xML标签标明,服务的请求中给出该服务的提供者的Peer标识;每个服务提供者对应一个Peer, 这些Peer之问通过xML格式的s0AP消息进行通信,实现了嵌入在xML文档中的w曲服务请求的执行 基于P2P计算环境,文献f17,36】提出了组合wcb服务的解决方案该方案有效利用了P2P计算平台的优点, 提出组台服务的执行、基本服务的台理调度、协调通信和消息传递机制以及动态w曲服务的增量式注册和发
布策略,并实现了原型系统sELF―sERv㈨其中,协调器组件(coordinator)、客器组件(wr8pper)及xML格式的状 态路由表(rou血g.table)在P2P平台上以圈6的方
co姗unic甜on ofweb seⅣi∞s
器组件,协调器组件实现了各服务问状态的通信, 容器实现了相应w曲服务的执行,“服务执行完成 消息”披送回协调器以判断该协调器组什对应的
Peer上的wcb服务通信
w曲服务是否还需等待其他web服务的执行.此外,文献[361提出了P2P环境下的一种web服务社区化管理的 基本框架. 总结上述几种解决方案,在P2P环境下实现web服务应该考虑如下几方面的问题:(1)定义在Peer上的服 务及Peer卜装载的服务数据源是什么;(2)Peer上的caching机制怎样充分发挥作用,如何对Peer上w曲服务 的备份信息进行一致更新;(3)如何在web服务中应用P2P相应的良好机制解决Peer间的通信和路由、服务
注册和查找等问题;(4)如何在P2P对等计算环境中进行wcb服务基本架构中3个参与者的功能划分及分类管
8.1网格和网捂计算 网格(grid)是一种集成的资源和服务的环境,包括计算能力、数据信息和知识、软件、人等各种相戈的资 源和服务网格的目的是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一台“虚拟的超级计算机”,实现训算 资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、存储资源、通信资源、知识资源、专家资源等的全嘶共
岳昆等:w曲服务核心支撑技术:研究综述
享.传统互联网实现了计算机硬件的连通,web实现了嘲页的连通,web服务实现了程序和程序之间的共享,而网 格试图实现互联蚓上所有资源的全面连通网格希望用户在使用网格时,就如同现在使用电力一样方便地使用 分布在网络上强大而丰富的各种资源口Ⅲ. 网格希望给最终用户提供与地理位置无关、与具体的设旋无关的通用解决问题的计算能力,可以把网椿认 为是整个社会发展的基础设施的。部分,网格计算(grid computing)就是基于网格的问题求解.其目标首先是充 分利用分布在网络上的IT设备,使IT设旌及其所具有的计算、存储和软件等资源能够接需应变,随需所用:其 次,要解决异构系统之间的集成问题,例如电子商务中各企业系统之间的动态信息交互问题.网格环境把网络上 现有的计算资源、存储资源能看成一台虚拟的“超级计算机”,用户就像使用本地机群一样使用和管理网格上的 各种资源.如同电力网中的电压、频率一样,网格环境也提供r一系列的标准来解决异构、异种平台系统之间 的集成问题.网格计算的基础是基于xML的消息传递它用xML格式来包装各种数据'消息在各个系统之间进 行信息交换【381 8.2网格服务
网格计算的特点使其能够建立在w曲服务的基础上,并利用web服务提高网格计算的能力.为满足分
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An open gdd service a亿王litecture
图7一个开放网格服务架构实例
可以在网格服务中得以利用:网格服务适当地扩展了现有技术,从而使得w曲服务的计算能力得以扩展.从f59格 服务的现实应用来看,首先,基于特定服务协议和商业规则的服务之间需要动态组合和配置,工作流技术可以被 有效地利用到服务的处理过程中,以进行服务的调度和服务间的协调其次,宽带技术的发展、分布式信息技术 的出现、服务器和存储器的虚拟化,使得IT设备作为公共设施成为可能,“实时计算模型(on―demand)”和“公用计 算(mili‘y
co唧uting)”也是刚格服务具有现实意义的研究方向.
庙“M口,0,№口w口m软件学报2004,15(3) 用实体的集合,我们认为,web服务是一个集应用逻辑、商务智能、网络技术、T作流管理、知识表示、逻辑 推理、安全保密和信息集成等技术为一体的新兴应用模式.工业界、学术界从不同的侧面对w曲服务进行研 究,从理论及实际应用的角度为其提m了一系列新兴的实施技术和改进策略本文从w曲服务的基本概念到 web服务的主要研究问题及其核心支撑技术,针对wcb服务中的信息集成、web服务组合、语义web服务、 w曲服务发现、w曲服务安全、P2P计算平台Fweb服务的实现方案、嘲格服务等核心支撑技术作了全面的 概述,既分析了存在的问题,也指出了研究的动机,既分析理论也结合现实应用,既概述实现技术和系统结构也 总结各个问题间的联系,也作了解决同一问题的不同方法之问的比较,同时也指出了w曲服务各支撑技术的研 发中应解决的关键问题和未来的研究方向. 就web服务核心支撑技术的研究而言,存在很多有待解决的开放问题例如,在组台web服务的实施方案 中.服务组件或基本服务的定位、协调、通信及调用策略,服务执行结果的评估和正确性验证,高效服务质量管 理策略的探索及服务质量代价模型的建立等;web服务组件间采用P2P计算平台进行通信和消息传递的新算 法,系统的整体布局及优化,适合web服务的加密算法放安全策略;wcb服务提供者异构数据源的管理和集成; 基于本体论的web服务概念建模和应用:有效利用语义w曲的描述功能及元数据提高web搜索【玛l及w由服 务发现的性能等;基于用户定制、决策支持和客户关系及商务智能的wcb服务管理;基于已有的P2P环境下关 系模式动态转换、模式视图问语义关联等的表示方法和实现技术,在web服务中进行服务的动态切换,船台服 务视图的构建和组合服务中语义保持、约束的实现:基于预先定义的DTD从关系数据库到xML文档的发 布.xML数据集成,xML文档间转换的中间件【57-5引实现w曲服务处理及相关xML文档的信息集成,web数据
的转换,基于w幽服务的中阃件,并研究其优化技术;此外,乖5用本体论描述服务的结构和类型语义,把已有的用
义web服务进行概念建模,使web服务语义表示模型化,统一化;利用数据挖掘中的聚类方法对Ⅵ铀服务进行
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