（计算机软件与理论专业论文）主动式个性化服务空间.pdf

内容摘要 本文针对面向服务计算环境下最终用户即时按需构造应用软件时面临的一 些挑战性问题，包括如何保障系统行为和业务约束的一致性、如何提供辅助编程 推荐，以及如何向最终用户提供个性化的服务集合等问题，提出了支持最终用户 编程的主动式个性化服务空间的概念，同时也定义和实现了相应的模型、技术和 原型系统。组成主动式个性化服务空间的核心模型和技术包括：用于定义主动式 服务空间的系统行为约束描述语言p r o p o l s ( p r o p e r t ys p e c i f i c a t i o np a t t e m o n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c ec o m p o s i t i o n ) 、基于主动式服务空间的系统行为一 致性验证技术、基于主动式服务空间的编程活动推荐技术、以及服务空间的个性 化定制技术 p r o p o l s 语言的基础是d w y l e r 等人提出的规范模式系统( s p e c i f i c a t i o n p a t t e r ns y s t e m ) ，该语言继承了规范模式系统直观易懂的特点，同时也具有严格 的形式语义p r o p o l s 语言可以被最终用户和领域专家理解并用于描述业务活 动( 之间) 的约束和依赖关系。同时，p r o p o l s 语言在规范模式系统的基础上 扩展了逻辑组合机制，具备更强的表达能力。另外，p r o p o l s 用w e b 本体语言 o w l 编码的，这使得用p r o p o l s 表示的约束语句可以成为形式领域知识的一 部分，从而更易于共享和复用。 基于主动式服务空间的系统行为验证技术以p r o p o l s 语言的自动机语义为 基础，采用模型检查技术检查并确保最终用户完成的服务组合程序和p r o p o l s 约束语句之间的一致性。 基于主动式服务空间的服务推荐技术在上述验证技术的基础上进一步在最 终用户进行服务组合编程时即时向用户推荐下一步活动( 如加入新服务、删除错 误服务等) ，从而支持探索式编程( e x p l o r a t o r yp r o g r a m m i n g ) ，为最终用户的编 程工作提供了方便。 服务空间的个性化定制技术则利用最终用户的偏好、语境等个性化信息和个 性化过滤规则把普通服务空间根据最终用户的实际倩况进行裁减和过滤，可以提 供给最终用户一个更易管理，更符合当前需要的个性化的服务空间。 本文除了详细介绍上述技术的原理、细节和实现，也讨论了上述技术在奥运 综合信息系统中的具体实例应用。 关键词：服务计算，最终用户编程，主动式个性化服务空间，模型检查，编程推 荐，个性化 2 a b s t r a c t t oe n a b l ee n d u s e r sc o n s t r u c ts e r v i c e o r i e n t e d a p p l i c a t i o n s i na i u s t - i n - t i m ea n do n d e m a n df a s h i o n , w ef a c et h ec h a l l e n g e sl i k e ：h o wt o e n s u r et h ec o n f o r m a n c eb e t w e e ns y s t e mb e h a v i o ra n du s e rr e q u i r e m e n t s ? h o wt op r o v i d ep r o a c t i v er e c o m m e n d a t i o n st ot h ee n d u s e r sw h e nt h e y a r ep r o g r a m m i n g ? h o wt oc u s t o m i z et h ec o l l e c t i o no fs e r v i e su s e db y e n d - u s e r sd u r i n gp r o g r a m m i n gt i m ea c c o r d i n gt oas p e c i f i ce n d u s e r s p e r s o n a l i s e dn e e d s t h i sr e p o r tp r o p o s e dan o v e lt e c h n o l o g yc a l l e da c t i v ep e r s o n a l i z e d s e r v i c es p a c e s ( p a s s ) a i m i n ga ts o l v i n gt h ea b o v e - m e n t i o n e dp r o b l e m s p a s si n c l u d e st h ef o l l o w i n gc o r et e c h n i q u e s ：p r o p o l s ( p r o p e r t y s p e c i f i c a t i o np a t t e r no n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c ec o m p o s i t i o n ) ，a h i 曲- l e v e ls y s t e mb e h a v i o rs p e c i f i c a t i o nl a n g u a g ef o rt h ed e f i n i t i o no f a n a c t i v es e r v i c es p a c e ；a na c t i v es e r v i c es p a c eb a s e dv e r i f i c a t i o n t e c h n i q u ec h e c k i n gt h e c o n f r l r m a n c eb e t w e e ns e r v i c e c o m p o s i t i o n s c h e m a sa n dp r o p o l ss t a t e m e n t s ；a na c t i v es e r v i c es p a c eb a s e d g u i d a n c et e c h n i q u ep r o v i d i n gd e s i g n - t i m er e c o m m e n d a t i o n st oe n d - u s e r d e v e l o p e r s ；a n d as e r v i c e s p a c ep e r s o n a l i s a t i o nt e c h n i q u e f o r c u s t o m i z i n gac o m m o ns e r v i c es p a c e p r o p o l ss p e c i f i c a t i o nl a n g u a g ed e r i v e sf r o ms p e c i f i c a t i o np a t t e r n s y s t e mp r o p o s e db yd w y l e re t c s o 。i t i n h e r i t e st h ef e a t u r eo f i n t u r i v e n e s sa n de a s yf o ru n d e r s t a n d i n gf r o ms p e c i f i c a t i o np a t t e r n s y s t e m y e ti th a sar i g o u r o u sf o r m a ls e m a n t i c s p r o p o l sc a nb eu s e d b ye n d u s e r sa n dd o m a i ne x p e r t st o d e s c r i b et h ec o n s t r a i n t sa n d d e p e n d e n c i e so f b e t w e e nb u s i n e s sa c t i v i t i e s p r o p o l sa l s oe x t e n d st h e s p e c i f i c a t i o np a t t e r ns y s t e mw i t ht h el o g i c a lc o m p o s i t i o nm e c h a n i s m , w h i c hm a k e si tam o r ee x p r e s s i v es p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e f u r t h e r m o r e ， p r o p o l si se n c o d e di nw e bo n t o l o g y1 a n g u a g e0 凡w h i c hf a c i l i t a t e s t h es h a r i n ga n dr e u s i n go fp r o p o l ss t a t e m e n t s t h ev e r i f i c a t i o nt e c h n i q u ec h e c k st h eb e h a v i o u r a lc o n f o r m a n c eb e t w e e n as e r v i c ec o m p o s i t i o ns c h e m ap r o g r a m m e db ya ne n d - u s e ra n dt h e p r o p o l sb u s i n e s ss p e c i f i c a t i o n sb a s e do nf i n i t e s t a t ea u t o m a t a s e m a n t i c s ，w h i c he n s u r e st h ec o m p l i a n c eb e t w e e nt h ec o m p o s i t i o n s c h e m a sa n dt h eb u s i n e s sr e q u i r e m e n t s t h eg u i d a n c et e c h n i q u ep r o v i d e sj u s t - i n - t i m er e c o m m e n d a t i o nt oa n e n d - u s e rp r o g r a m m e ro nh i sn e x ts t e pp r o g r a m m i n ga c t i o n s ( e g a d dn e w s e r v i c e s ，d e l e t ew r o n gs e r v i c e se t e ) b a s e do nt h er e s u l to fv e r i f i c a t i o n t h i st e c h n i q u es u p p o r t se x p l o r a t o r yp r o g r a m m i n ga n dc a nf a c i l i t a t et h e e n d 。u s e ri nc o m p o s i n gac o r r e c tp r o c e s sw h i c hi sc o m p l i a n tw i t ht h e p r o p o l ss p e c i f i c a t i o n s t h ep e r s o n a l i z a t i o nt e c h n i q u ef o rs e r v i c es p a c e su t i l i s e sa ne n d u s e r s p e r s o n a l i s a t i o ni n f o r m a t i o n , l i k eh i sp r e f e r e n c e a n dc o n t e x t , a n dh i s p e r s o n a l i s e df i l t e r i n gr u l e st of i l t e rt h ee n d - u s e r sc o m m o ns e r v i c es p a c e t h i sg i v e st h ee n d u s e ram o r em a n a g e a b l ea n dc u s t o m i z e ds e r v i c es p a c e e x c e p tf o ri n t r o d u c i n gt h ep r i n c i p l ea n dd e t a i l so f t h ea b o v e m e n t i o n e d t e c h n i q u e s ，t h i sr e p o r ta l s o d i s c u s s e st h e i ri m p l e m e n t a t i o n sa n dt h e i r a p p l i c a t i o n si nt h eo l y m p i ci n f o r m a t i o nm e d i a t i o ns y s t e m k e y w o r d s ： s e r v i c e s c o m p u t i n g ， p e r s o n a l i z e d s e r v i c e s p a c e s ， r e c o m m e n d a t i o n ，p e r s o n a l i s a t i o n 4 e n d - u s e r p r o g r a m m i n g ， a c t i v e m o d e l c h e c k i n g ，p r o g r a m m i n g 图表目录 图1 1s o a 概念模型 图1 2s o a 实现平台构成模型。 图1 3w e b 服务技术体系结构。 图1 4 图1 5 。1 0 。l l 。1 2 。1 4 。1 6 。1 7 1 8 。1 9 。1 9 2 2 “奥运综合信息服务”应用场景示意图 基于v i n c a 的最终用户服务组合原理 图1 6v i n c a 业务服务模型示意图 图1 7v i n c a 服务虚拟化机制 图1 8v i n c a 探索式服务组合原理 图1 9v i n c a 平台体系结构 图1 1 0 主动式个性化服务空间原理示意 图2 1 主动式服务空间基本原理示意。 图2 2 规范模式系统结构 图2 3p a t t e m 分类 图2 4 q l e a d s t o q g l o b a l l y 的自动机语义 图2 5 p e x i s t s g l o b a l l y 的自动机语义。 图2 6s p r e c e d e s pb e f o r e ，的自动机语义 2 7 2 8 2 9 图2 7p p r e c e d e sq g l o b a l l y 的自动机和全自动机语义 图2 8 全自动机的与组合示意 图2 9 全自动机的或组合示意 图2 1 0 全自动机的异或组合示意 图2 i 】状态机的异或组合示意 图2 1 2r d f 三元组的有向图表示 图2 1 3r d f 三元组的有向图表示 图2 1 4r d f s 中的类和子类 图2 1 5r d f s 中的属性 2 9 3 0 3 3 3 5 。3 7 。3 7 。3 9 3 9 图2 1 6p r o p o l s 本体 图2 1 8c o n s t r i a n t l i s t 类 3 9 4 0 。4 l 4 2 图2 1 9 复合规范模式类 图2 2 0l e a d s t o 在p r o t 9 6 中的视图 。4 2 4 3 图3 1 基于主动空间的一致性验证技术基本原理4 7 图3 2v i n c a 语言组成 4 7 图3 3v i n c a 过程的结构。4 8 图3 4 业务服务调用的自动机语义 7 图3 5 顺序结构的自动机语义 图3 6 并发结构的自动机语义 图3 7 选择结构的自动机语义 图3 8 循环结构的自动机语义 图3 9 展开规则示意 图3 9v i n c a 过程示意- - j o h n 过程 图3 1 1j o h n 过程的自动机语义 4 9 4 9 5 0 5 0 5 l 5 2 5 2 图3 1 2b o o k _ f l i g h t p r e c e d e sb o o k _ h o w lg l o b a l l y 的自动机语义5 2 图3 1 3b o o k _ f l i g h t p r e c e d e sb o o k _ h o 船lg l o b a l l y 的全自动机语义5 3 图3 1 5 删除b o o kf l i g h t 业务服务的j o h n 过程 图3 1 6 改造后的j o h n 过程和约束3 1 组合形成的自动机 图3 1 7v i n c a 过程验证原型系统实现 图3 1 8v i n c a 过程验证原型系统截图 图3 1 9v i n c a 自动机状态数量对时间的影响 图3 2 0v i n c a 自动机标记数量对时间的影响 图3 2 l 行为约束自动机状态数量对时间的影响 5 3 5 4 5 4 5 5 5 6 5 7 图4 1 基于行为约束的编程活动推荐的基本原理5 8 图4 2 出错路径示例1 5 9 图4 3 出错路径示例2 5 9 图4 4 后向插入自动推荐方案产生算法 图4 5 服务推荐原型系统主界面 图4 6 服务推荐原型系统服务推荐弹出窗口 6 2 6 2 6 3 图5 1 个性化服务空间原理6 4 图5 2 个性化描述框架结构 6 5 6 6 6 7 ，6 8 图5 3 个性化信息的x m l 编码示例 图5 4 主动式个性化服务空间原型系统示意。 图5 5 主动式个性化服务空间应用效果示意。 第1 章前言 i n t e m e t 和w e b 等网络技术的发展促进了组织之间的资源共享和交流协作， 网络软件和应用也从以往的客户一服务器风格向更开放、更灵活的面向服务风格 进化。面向服务的计算是标识分布式系统和软件集成领域技术进步的一个里程碑 f p a p a 0 3 ，k h a 0 3 ，通过基于x m l 的标准接口技术以及“发布- 查找一绑定”的间 接寻址，服务请求方和服务提供方之间以一种松祸合的模式展开灵活协作并完成 软件功能。面对这种新型网络计算环境，软件开发方法和技术面临新的挑战，如 何以最终用户为中心，按需即时构造网络应用成为关注热点 h a r t 0 3 ，o i n n 0 4 ， a k k i 0 4 。在电子商政务、网络化制造、科研协作、城市应急等领域都需要软件 应用能被动态、快速地构造和集成，以适应用户自发、多变的业务需求，实现现 代企业“敏捷业务”的战略指标。 本课题正是针对上述实际需求和技术现状，研究一种支持最终用户在服务计 算环境下自行开发应用的主动式个性化服务空间。该技术试图通过一致性验证、 主动编程推荐以及个性化服务空间呈现等机制辅助不具备良好编程知识的最终 用户完成满足业务需求的服务应用。 作为本报告研究工作的立论基础，本章首先介绍和分析面向服务的计算以及 服务环境下最终用户编程的现状。然后结合我们的一个在研项目中的实际场景， 讨论其面临的难题及其对主动式个性化服务空间的需求，明确本文关注的研究问 题。在此基础上，讨论主动式个性化服务空间的基本思路，并给出了相关工作、 本文的贡献以及全文的组织。 1 1 面向服务的计算 服务是一种大粒度、可发现、自包含的软件实体，服务之间以及服务和其他 应用之间以松耦合、同步或异步、基于消息的通信模式交_ 互 b r o w 0 2 ，m c 9 0 0 3 。 服务之间松耦合的形式的协作构成一种所谓的面向服务的体系结构( s o a ： s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) f s o a 0 6 ，面实现s o a 的核心支撑技术是w e b 服 务技术 w 3 c 0 6 。本小节我们先介绍s o a 和w e b 服务技术的基本概念，然后分 析面向服务的计算带给我们的实际益处。 一一一 1 1 1 面向服务的体系结构 面向服务的体系结构( s o a ) 一词被业界用于面向服务计算的代名词而广泛 采用，因此在不同的场合拥有多种解释。从软件系统的角度，s o a 是一种软件 体系结构风格，服务是其中的基本构件，服务之间互相传递消息实现松耦合的交 互 图1 1 是s o a 的基本概念模型，其中包含三类角色：服务提供者、服务注 册中心和服务消费者。 图1 1s o a 概念模型 服务提供者的工作是提供服务，并且把包含服务接口、服务访问地址等信息 的服务描述以及服务的其他一些相关元信息( 如服务提供者信息，服务质量特征) 发布到服务注册中心； 服务注册中心提供服务间接寻址的功能，是帮助服务消费者发现和定位合适 服务的“中介服务”。显然，服务注册中心最大的作用是剥离了服务消费者和服 务提供者之间的服务直接寻址依赖，使服务的地址在发生变更时不会影响服务消 费者。另外，服务注册中心可以使服务消费者实现一种更灵活的动态服务定位： 在运行时通过约束条件在多个服务中选择和条件最匹配的服务； 服务消费者可以通过服务注册中心间接获得服务描述，或者从服务提供者处 直接获得服务描述，然后遵从服务描述的接口和地址约定实现和服务提供者所提 供服务的交互 s o a 应用的实现有赖于一个s o a 的实现平台，比如w e b 服务平台，本节简 单讨论s o a 实现平台的一个基本组成模型，如图1 2 所示 一般来说，s o a 实现平台包含的组成模块可以分为两类：一类面向系统功 能，另一类面向系统功能的质量，也就是系统功能的质量属性，或称为非功能属 性。 图1 2s o a 实现平台构成模型 s o a 实现平台的基本功能模块包括： 服务通信：在标准网络传输协议之上实现服务之问基于消息的通信； 服务描述：提供定义服务功能接口描述的语言： 服务组合：提供编排基本服务形成复合服务的语言，并提供执行这种语言的 引擎。编排的含义足把服务按一定的逻辑组织成一个可执行的业务过程，由 于可执行业务过程可以作为一个整体向外提供服务接口，因此也被称为复合 服务； 服务协作：基于服务的外部会话协议，管理服务之间的协作通信： 服务发布和发现：承担服务注册中心的角色。服务提供者可以把服务描述以 及其他服务元信息发布到服务注册中心，服务消费者通过服务注册中一t l , 发现 需要的服务。 s o a 实现平台的基本质量保障组件包括： 服务安全：保障s o a 应用的安全性，比如身份识别、数字签名、消息的加 密解密、访问授权、信任联盟管理等； 服务事务：保障s o a 应用的状态一致性； 服务管理；实现对服务运行时监控和管理。 1 1 2w e b 服务技术 w e b 服务是目前实现s o a 的主流技术平台。从狭义上讲，w e b 服务是由u r i 标识的软件应用，其接口和绑定可以用x m l 来定义和描述并且可以被发现，与 其它软件通过基于i n t e m e t 的协议以x m l 消息交换的方式直接交互 w 3 c 0 6 1 。 从广义上讲w e b 服务技术包含一系列支持s o a 的协议、标准及其实现。 w e b 服务技术体系如图1 3 所示，其中最下层的传输协议是被i n t e r n e t 或其 他分布式计算平台广泛使用的标准，这表明w e b 服务技术可以构架在多种分布 式平台之上。技术体系中灰色的部分，包括s o a p 、w s d l 和u d d i ，构成了 w e b 服务的核心技术规范，其他规范是在它们的基础上扩展形成的。消息扩展规 范的主要作用是提供服务实例寻址以及在消息级别提供可靠、安全、事务等质量 保障。最上层是服务组合规范和服务协作规范服务组合规范提供了一种服务编 1 1 程语言，用该语言可以组合基本服务形成支持业务过程的复合服务服务协作规 范提供了定义服务之间协作协议的语言。另外安全和管理规范也是w e b 服务技 术不可或缺的重要部分，它们是所有层都需要的。 l游息扩腥 i”毒拨罴0 慧嚣懋：= ：黧 l勰 图1 3w e b 服务技术体系结构 1 1 3 面向服务计算的先进性 和传统分布式计算技术相比，面向服务的计算技术可以为集成网络应用带来 更好的互操作性，灵活性和复用性。 互操作性：互操作性是应用集成技术试图解决的主要问题，也是近年来企业在其 i t 建设方面首要关心的问题。业务敏捷性是企业追求的目标，而业务的迅速拓 展和实现需要底层i t 架构的支持。从上世纪8 0 年代末，9 0 年代初开始，全球 企业开始构造能解决特定方面问题的应用系统，其代表是面向财务和管理的e r p 系统( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 。在随后的1 0 年问，应用系统逐渐拓展到其 他关键企业功能域，包括c r m 系统( c u s t o m e rr e l a t i o nm a n a g e m e n t ) 、s c m 系 统( s u p p l y c h a i n m a n a g e m e n t ) 以及s r m 系统( s u p p l i e r r e l a t i o n m a n a g e m e n t ) 这些系统的技术特点是采用客户服务器风格的体系结构。 业务过程管理技术的推广让企业意识到，企业的核心业务流程的实现需要得 到上述多个企业应用的参与和协作才能完成，比如订单的处理以及交付就是其中 的典型案例在这种形式下，应用之间的通信和集成问题引起普遍关注。传统企 业应用集成技术主要采用点到点技术和消息中间件技术。点到点技术以非通用、 专门( a dh o e ) 的方式在协作应用问实现功能共享，不仅不利于功能复用，而且 容易形成复杂的集成构架( 常被形容成“意大利面条”) 。而基于消息中间件的应 用集成由于缺乏统一的标准，在解决异构性方面成本非常昂贵。 服务可以使应用之间的互操作性达到一个新的水平，从而应用之问的集成也 可以更经济地实现。服务主要通过两点特性支持互操作性：一是交互协议和负载 的标准化；另一是基了：消息的通信。在交互协议和负载标准化的情况下，负载的 格式以及协议可以被所有参与者理解而基于消息的通信解决了通信双方的异构 性问胚。以w e b 服务为例，虽然底层的通信协议可以不同，但都必须采用w e b 服务描述语言w s d l 作为接口协议描述语言而且x m ls c h e m a 为通信的数据 制定了统一的消息类型系统，因此w e b 服务技术允许不同编程语言、不同操作 系统、不同中间件平台的应用之间在不借助第三方的情况下互相通信 灵活性：应用的灵活性体现在其结构和功能可以根据需要快速方便地进行调整和 变更。服务的松耦合性、可发现性以及服务以组合的方式形成新的增值复合服务 的应用开发模式是面向服务的计算支持应用灵活性的主要特性。服务的松耦合性 体现互相交互的服务之间仅依赖于双方的外部接口规范。此处的外部接口规范包 含两部分内容，一部分是功能接口规范，如用w s d l 描述的服务接口规范；另 一部分是服务之间交互需要遵循的会话协议，如用w s c d l 描述的服务编舞规 范。在外部接口规范不变的情况下，服务的实现可以任意改变和进化，传统意义 上的语言依赖、平台依赖已经被消除。服务的可发现性意味着可以不用预先在设 计时指定所有服务，而是可以在允许时动态地发现和调用服务，这不仅使系统具 有容错功能，而且允许新服务动态地加入系统。服务组合是服务计算环境中为系 统增加新的功能模块的主要方法，而工作流是目前服务组合采用的主要范型。不 同于传统的编程方式，服务组合在更高的抽象等级构造应用，因此更方便，更直 观，而且组合形成的复合服务更易修改和进化。从业务流程到服务组合过程之间 一般都有良好的对应关系。 复用性：传统基于构件的开发本身就强调复用性，但服务可以从以下几个方面进 一步促进复用。一是服务的松耦合性使其更易被访问和使用。服务和企业遗留系 统之间可以形成一种共生关系而不是替代关系：遗留系统的功能模块可以封装成 服务，从而更易被访问和复用。其次服务的可发现性也帮助服务被潜在的客户发 现，促进其复用程度。 1 2 服务计算环境下的最终用户编程 从上节我们知道，虽然以w e b 服务为代表的面向服务计算技术可以为网络 应用带来更好的互操作性、灵活性和服用性，但是如何高效地开发和构造面向服 务的应用是我们面临的新的挑战。有了灵活的基础设施，业务用户希望能以一种 灵活的软件开发方法来快速构造网络应用，以实现r r 能根据需求的变化而快速 调整。在这种新格局下，传统的软件开发方式受到挑战，特别在一些包括应急联 动、动态供应链、全球协作科研，大型公共活动综合信息服务在内的应用领域， 如果最终用户能根据自己的需要自行即时编制、执行应用，那么在用户满意度以 及软件开发的成本和效率上都会优于传统以专业软件开发人员为主导的开发模 式【韩0 5 1 。 中科院计算所中德软件集成技术联合实验室针对服务计算环境下的最终用 户编程问题展开了深入的调研，目前已取得了一些研究成果，在编程语言、编程 环境，软件开发方法学等领域形成了一整套的方法体系。其中的核心元素是提供 给最终用户使用的个性化编程语言v i n c a h a n 0 3 ，y u 0 4 ，因此该方法体系也称 为v i n c a 体系。 本节我们首先通过一个具体的应用实例引出最终用户编程的一个典型应用 场景，然后简单介绍我们在最终用户编程方面已经取得的一些科研探索成果。 1 2 1 应用场景 最终用户编程的应用场景之一来自于国家十五攻关计划奥运科技专项： “f l a m e2 0 0 8 - - 奥运综合信息服务系统”。 如图1 4 所示，2 0 0 8 奥运会将有来自全球的超过l 万名运动员，2 万名记者， 5 0 万游客，乃至数千万的体育爱好者和关心奥运会的用户。为了更好地为各类 用户提供数字化的信息服务，奥组委期望组织各种信息服务提供者以提供综合的 数字信息服务系统。该系统将综合旅游、气象、食宿及奥运赛事等各类为数众多 的信息服务，为满足运动员、记者、游客、组委会工作人员及体育爱好者等各类 不同用户的不同需求提供支持 笔记本 图1 4 。奥运综合信息服务”应用场景示意图 利用现有的面向服务的计算技术，通过将不同服务提供者提供的各种信息服 务资源以标准化的服务形式对外发布，使得它们可以在更广泛的范围内被透明使 用，由此可以形成上图所示的奥运信息服务资源的虚拟组织。 该系统的最终用户希望能自主对各种服务资源进行即时组合，以满足自己个 毋。雷 性化的需要。比如某外国记者g e o r g e 希望一站式地安排本次出行计划，出行计 划将包括预订机票、预订饭店和旅游、租车、天气查询等一系列服务，这些服务 或者存在一定的相关性，如预订饭店需要在预订机票完成后进行，或者具有一定 的时间约束，比如g e o r g e 想到北京之后再查询第2 天的天气，以获得准确的数 据。 如果按照传统的以i t 专业人员为中t l 的应用构造方法需要为每个用户安排 i t 专业人员来构造满足需求的面向服务的应用，当面对奥运场景中众多最终用 户多样的需求时这显然是不现实的，用户也很难接受由此所带来的代价。因此， 最终用户希望能够自主组合奥运信息服务资源的虚拟组织中的服务来满足其随 时产生的需求 1 2 2 问题分析 基于对以上实际应用场景的分析，我们认为，要实现服务计算环境下的最终 用户编程，有以下两个关键问题首先需要得到解决： 一是如何向最终用户提供其可理解和配置，操作的业务级服务( 以下称为业 务服务) 。在服务计算环境下，应用的构造主要通过服务组合完成 d u s t 0 5 】，而以 w s d l w s d l 0 1 为服务模型的w e b 服务存在语义信息不足，无法被最终用户直 接使用的问题。为此，我们提出了业务服务的概念 y u 0 4 ，w a n 9 0 5 。业务服务具 有两个基本性质：一是业务服务具有业务语义。业务人员通过业务语义理解和使 用业务服务；二是可执行。通过某种机制，业务服务可以自动或半自动地映射到 直接可运行的软件构件，如w e b 服务。有了以上性质后，业务人员就可以通过 选择、配置、组合、执行业务服务达到自行构造和执行应用的目的。对该问题的 进一步细化可以得到以下核心问题：业务服务的建模问题；业务服务的创建问题 ( 怎样得到业务服务) ；业务服务的使用方法学问题；以及业务服务的执行等问 题( 如何把业务服务对应到底层可执行的软件服务) 。 二是业务服务的组合问题，也就是怎样才能让最终用户方便地组织业务服务 形成自己的个性化应用? 具体问题包括：业务服务组合的策略问题( 何种组合方 式能让最终用户方便地完成编程任务) ：业务服务组合的一致性问题( 如何确保 最终用户组合形成的应用的和业务需求的一致性) ；业务服务的个性化呈现、定 位以及推荐问题( 如何让最终用户方便地定位需要的业务服务资源? 在最终用户 进行业务服务组合时如何智能地推荐相关的业务服务) 。 本文主要关注的足业务服务组合中的一致性问题以及业务服务的个性化呈 现和推荐问题。我们将在1 3 节中对这两个问题展开详细讨论。 1 2 3v i n c a 方法体系和平台 我们在最终用户服务组合领域的研究是围绕v i n c a 方法体系及其实现平台 展开的。v i n c a 方法体系的基本原理如图1 5 所示。 图1 5 基于v i n c a 的最终用户服务组合原理 上图的左半部分展示的是v l n c a 业务服务( 以下简称业务服务) 、业务服 务的个性化呈现以及业务服务和底层w e b 服务的绑定关系业务服务 【y u 0 4 ，w a n 9 0 5 是领域专家基于通用领域需求和反映领域知识的领域本体定义 的，具备业务语义，最终用户可理解的大粒度服务构件。业务服务通过服务虚拟 化机制 房0 5 ，y u 0 5 实现和底层w e b 服务的关联。服务虚拟化过程大致如下：首 先对w 曲服务进行语义描述，然后把语义一致或相近的w e b 服务聚集为一个虚 拟服务，虚拟服务可以通过虚拟化操作符进行组合运算并最终和一个业务服务进 行关联。经过服务虚拟化后，业务服务就具备了可执行的能力，可以根据用户的 个性化配置自动选择合适的w e b 服务进行执行。 在把业务服务个性化呈现( 详见本文第5 章) 给最终用户后，最终用户就可 以通过组合业务服务以形成自己个性化的应用。该应用的内部表示以v i n c a 语 言规范的形式存在。在把v i n c a 规范映射为相应的软件级可执行服务组合规范 ( 如b p e l ) 后，就可以由最终用户执行。 下面我们简要介绍v i n c a 方法体系的核心概念和技术，包括业务服务、服 务虚拟化以及业务服务组合策略。 1 6 业务服务 业务服务的基本模型如图1 6 所示。这是一个典型的层次模型，最终用户可 以通过逐层展开的方式逐步了解业务服务各方面的属性。业务服务模型共分三 层：功能抽象层以“动作+ 客体”形式抽象地描述了服务的功能，作为最终用户 定位业务服务的基本依据；业务特征层借鉴领域分析中特征模型思路，通过业务 概念详细描述该服务的相关业务特征，最终用户可以通过对该层的配置详细表述 业务需求；软件规范层通过输入输出、前提效果及服务质量( q o s ) 描述该服务 具体的功能，非功能属性，用于与w e b 服务进行精确匹配和关联以及业务服务组 合。 助能抽象层 ( 动作+ 窑体 图1 6v i n c a 业务服务模型示意图 业务服务反映了领域通用业务需求，因此可以基于领域分析的相关产出。 如领域边界、领域用例和领域本体，作为业务服务建模的基础。 业务服务的建模通常由领域专家完成。对功能抽象层来说，因为用例通常采 用“动词+ 对象”的形式说明用户的任务 w i e 9 9 9 ，所以可以通过分析直观的得 到每一个领域用例中的动词和对象。利用所获得动词和对象含义可在领域本体库 中相应的动作和客体概念，即为业务服务功能抽象层中的动作和客体。 对业务特征层，可以利用领域特征模型描述服务、功能、用例等不同层面的 软件需求变化性f m e i 0 3 l 。业务服务的特征模型主要描述不同用户对同一功能点 的共性和变化性。所以需要针对每一个业务服务创建自己的特征模型用于与最终 用户进行交互和个性化配置。 对软件规范层，由于其中i m p l e m e n t a t i o n 元素表示与w e b 服务的关联，在 虚拟化阶段完成设置，所以业务服务建模中不对该元素进行设置领域专家通过 定义软件规范层其他各项概念( 1 0 p e 、q o s ) 并建立与上步所得特征概念间关系， 可以说明这些概念的业务语义，得到软件规范层内容。 服务虚拟化 v i n c a 服务虚拟化机制的原理如图1 7 所示。 1 7 图1 7v i n c a 服务虚拟化机制 服务虚拟化机制首先将功能相同的w e b 服务划归为一类服务代理，称为聚 类服务。然后再把聚类服务和业务服务建立关联。这种关联关系可以分为三类： 第一类是基于功能参数匹配的服务关联；第二类是对聚类服务进行适当的转换等 操作后实现业务服务的功能，从而与业务服务关联；第三类是基于控制逻辑服务 组合的关联。通过多种关联关系，提高了服务关联的可能性；而服务转换的思路 也保证了业务服务的虚拟特性。最后对无法建立虚拟化关联的业务服务，领域专 家将尝试使用服务虚拟化运算及服务组合等方法建立业务服务与聚类服务的关 联。 服务组合策略 为了帮助最终用户进行业务服务的组合，我们已经在v i n c a 平台中引入了 探索式服务组合策略 韩0 6 。探索式服务组合可以帮助最终用户在业务进行过程 中实时地根据当前所掌握的信息确定下一步任务。如图1 8 所示，用户每选择一 个业务服务，都可以执行该选定的业务服务，从而可以根据执行结果决定下一步 动作 最钮赢辩| 图1 8v i n c a 探索式服务组合原理 v i n c a 平台 图1 9 给出了v i n c a 平台的软件体系结构。其中服务社区模块和服务执行 管理模块为平台提供底层支撑：服务社区管理各种服务资源，服务执行管理负责 v i n c a 服务组合模型到w e b 服务组合语言b p e l 的映射以及b p e l 的执行。最 终用户编程工具模块向最终用户提供各种编程工具，应用交互管理模块负责应用 执行的交互管理。 如图所示，主动式个性化服务空间属于最终用户编程工具之一，这是本文要 重点讨论的内容。下节我们将对该技术拟解决的问题进行分析和讨论。 扩 - 缚用户 i 圈国圈圈 应用室蔓管理 i量辫用户缉程工鼻 暇务社区i 服务执千r 冒理 f 卜服* 叫| 虚报龋置 m m 卜* 叫r 1 卜衄叫le 删擎l w 曲& 女 图1 9v i n c a 平台体系结构 1 3 最终用户在编程时面临的问题和挑战 1 3 1 问题的提出 在研制面向最终用户的服务组合方法和技术的过程中，我们发现为了让最终 用户能方便地编制出合理的业务服务组合应用，以下问题需要迫切得到解决： 1 9 1 如何保障最终用户编制的业务服务组合和业务约束之间的一致性? 无论是最终用户编程人员还是专业编程人员，他们编制的程序都需要和业务 约束保持一致模型检查 o a r 9 2 是检查业务规范和应用程序之间一致性的典型 方法，但由于模型检查方法一般需要用形式化模型，如时态逻辑、进程代数等定 义业务约束，因此不具备计算机数学理论背景的人员，包括很多专业的软件开发 人员，在定义形式业务约束上存在很大的困难 d w y e 9 8 。在以最终用户为中心的 编程模式下，业务约束需要由领域专家预先定义，或者由最终用户自己在编程前 或者编程进行中定义，因此在该背景下，我们的挑战是定义一种即可以被最终用 户理解和使用，又具有严格的形式化基础，以便用于模型检查的业务约束描述语 言，并基于该语言对最终用户编制的业务服务组合应用进行一致性检查。 2 如何为最终用户的编程活动提供推荐? 一方面我们可以利用模型检查技术检查业务服务组合程序和业务约束之间 的一致性，另一方面，我们是否可以利用业务约束所表达的业务知识在编程时为 最终用户智能主动地提供下一步活动的推荐呢? 这对最终用户来说有如下好处： 其可以在编程时随时得到如何开展下一步工作的反馈和提