本文選題：軟件適配　切入點(diǎn)：服務(wù)適配　出處：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：面向服務(wù)是目前軟件工程領(lǐng)域重要的發(fā)展趨勢之一。以Web服務(wù)為基礎(chǔ)的分布式計(jì)算模式“面向服務(wù)的計(jì)算”是面向服務(wù)的軟件應(yīng)用的最重要標(biāo)志。該計(jì)算模式提出以服務(wù)作為構(gòu)建軟件的基本單元,希望通過統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范來達(dá)到網(wǎng)絡(luò)軟件資源的充分利用和共享。然而,現(xiàn)有Web服務(wù)往往由眾多不同的軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)提供,這導(dǎo)致Web服務(wù)在接口描述語言、功能實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行行為上存在廣泛的異構(gòu)性,實(shí)際可復(fù)用性較差,嚴(yán)重阻礙了面向服務(wù)的計(jì)算技術(shù)的推廣和應(yīng)用。雖然Web服務(wù)描述語言標(biāo)準(zhǔn)化在一定程度上降低了Web服務(wù)的異構(gòu)性,但是仍無法徹底消除這種異構(gòu)性。如何克服Web服務(wù)資源的異構(gòu)性,提高Web服務(wù)間協(xié)同的正確性和可靠性成為實(shí)施面向服務(wù)的軟件應(yīng)用的關(guān)鍵問題。Web服務(wù)適配為解決上述問題提供了可行的方法,成為推動和實(shí)施面向服務(wù)的軟件應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。Web服務(wù)適配的概念源于軟件適配,是對軟件適配技術(shù)的繼承和發(fā)展。在Web服務(wù)適配提出之前,軟件適配主要為小范圍小規(guī)模的軟件復(fù)用問題提供解決方案;之后,軟件適配主要是指Web服務(wù)適配,為大范圍大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)軟件資源的企業(yè)業(yè)務(wù)集成提供協(xié)同正確性和可靠性解決方案�；诜植�、異構(gòu)的Web服務(wù),如何通過適配來構(gòu)筑新的業(yè)務(wù)應(yīng)用已成為軟件工程領(lǐng)域的一個新的熱點(diǎn)問題。本文以上述需求為背景,展開Web服務(wù)適配關(guān)鍵技術(shù)研究,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括:(1)Web服務(wù)形式化模型Web服務(wù)的描述信息可劃分為標(biāo)簽層、行為層、語義層和質(zhì)量層四個層次。本文在分析現(xiàn)有Web服務(wù)形式化模型的基礎(chǔ)上,提出了層次擴(kuò)展Web服務(wù)模型HESM(Hierarchical and Extensible Service Model)。HESM模型包括標(biāo)簽層和行為層描述信息,標(biāo)簽層刻畫Web服務(wù)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(biāo)記遷移系統(tǒng)、服務(wù)流網(wǎng)或PI演算刻畫Web服務(wù)的交互行為。標(biāo)記遷移系統(tǒng)可以刻畫Web服務(wù)的交互行為,提供直觀的狀態(tài)集和狀態(tài)遷移關(guān)系,服務(wù)流網(wǎng)可以刻畫Web服務(wù)動作之間的控制依賴和消息之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系,PI演算可以刻畫通信結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的Web服務(wù)。而且,服務(wù)流網(wǎng)和PI演算都具有遷移系統(tǒng)語義,可以實(shí)現(xiàn)它們到標(biāo)記遷移系統(tǒng)的等價轉(zhuǎn)換。對HESM模型進(jìn)行擴(kuò)展,通過添加本體描述可以刻畫Web服務(wù)的接口語義,通過添加安全屬性也可以刻畫Web服務(wù)的接口安全需求。HESM模型在對Web服務(wù)建模時,全面考慮了影響Web服務(wù)交互的各種因素,其通過分層描述、擴(kuò)展描述和綜合的行為描述支持精確的Web服務(wù)刻畫和分析,為Web服務(wù)適配關(guān)鍵技術(shù)問題的順利解決提供了堅(jiān)實(shí)的形式化基礎(chǔ)。(2)web服務(wù)可適配性分析方法web服務(wù)適配并不能保證解決所有失配(mismatches)問題,因此,web服務(wù)適配總會面臨失敗的風(fēng)險。本文針對該問題,系統(tǒng)地提出了web服務(wù)可適配性的概念和分析方法�？蛇m配性是指一組web服務(wù)是否可通過適配器調(diào)解實(shí)現(xiàn)正確的交互,可適配性分析則是一種用來檢測web服務(wù)可適配性的技術(shù)。在服務(wù)規(guī)模較大時,基于組合服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)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(wù)流網(wǎng)可達(dá)圖的行為可適配性分析方法。該方法基于組件服務(wù)流網(wǎng)間的通信,生成每個組件服務(wù)流網(wǎng)的可達(dá)圖,通過分析組件服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)圖的狀態(tài)結(jié)點(diǎn)確定交互服務(wù)的行為可適配性。通過算法分析以及實(shí)例分析表明,采用組件服務(wù)流網(wǎng)可達(dá)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(wù)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(wù)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(wù)動作映射生成方法準(zhǔn)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(yàn)證手段。針對上述問題,本文通過對hesm模型擴(kuò)展本體描述,提出了基于本體的web服務(wù)動作映射生成方法。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了web服務(wù)動作映射的自動生成,而且準(zhǔn)確性高。在此基礎(chǔ)上,本文提出通過檢查通信數(shù)據(jù)依賴性以及分析服務(wù)行為可適配性等方式來驗(yàn)證生成的動作映射的正確性。這些方法對自動化web服務(wù)適配技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。(4)基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)乘積的web服務(wù)行為適配方法針對web服務(wù)行為失配問題,本文提出了基于標(biāo)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(biāo)記遷移系統(tǒng)交互乘積的行為適配器正確性驗(yàn)證方法,并結(jié)合實(shí)例說明了上述方法的有效性。該方法基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)乘積獲取并驗(yàn)證交互服務(wù)的行為適配器,是一個完全自動化的推導(dǎo)過程。該方法的最重要特征是將每個動作映射轉(zhuǎn)換為一個對應(yīng)的標(biāo)記遷移系統(tǒng)表示,使用標(biāo)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(guān)系。同時,該方法支持多web服務(wù)適配,可為交互服務(wù)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(wù)自動化適配以及大規(guī)模web服務(wù)適配具有重要價值。(5)動態(tài)web服務(wù)適配靜態(tài)web服務(wù)適配方法難以支持web服務(wù)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(wù)適配方法。該方法基于標(biāo)記遷移系統(tǒng)對適配器實(shí)例行為建模,通過控制適配器實(shí)例的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)web服務(wù)行為適配。與靜態(tài)web服務(wù)適配方法相比,該方法僅針對交互服務(wù)部分行為適配,適配的開銷以及適配失敗的風(fēng)險都顯著降低。由于動態(tài)Web服務(wù)適配仍存在適配失敗的風(fēng)險,本文提出了一種面向動態(tài)Web服務(wù)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(wù)后續(xù)行為的狀態(tài)空間是否可終止來判定交互服務(wù)當(dāng)前狀態(tài)下的行為可適配性。結(jié)合該方法,本文探討了兩種改進(jìn)的適配器實(shí)例運(yùn)行控制算法,一種改進(jìn)算法可在服務(wù)適配失敗前提前返回,這對強(qiáng)實(shí)時性Web服務(wù)系統(tǒng)的錯誤恢復(fù)具有一定價值;另一種改進(jìn)算法通過限制交互服務(wù)的可執(zhí)行動作集,可以有效避免動態(tài)Web服務(wù)適配失敗。(6)Web服務(wù)安全適配Web服務(wù)安全適配是指適配器能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行解密和安全驗(yàn)證,同時能夠?qū)Πl(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和簽名。本文針對Web服務(wù)安全失配問題進(jìn)行了初步探討,提出了擴(kuò)展安全屬性的HESM模型,該擴(kuò)展模型將Web服務(wù)安全基礎(chǔ)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(chǔ)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(yàn)證方法,實(shí)現(xiàn)了安全適配器規(guī)約的自動生成和驗(yàn)證。安全適配器規(guī)約自動生成方法將擴(kuò)展安全屬性的HESM模型簡化為HESM模型,然后借助Web服務(wù)動作映射生成方法生成動作映射,進(jìn)而生成安全適配器規(guī)約。安全適配器規(guī)約驗(yàn)證方法對生成的安全適配器規(guī)約進(jìn)行消息解析和消息創(chuàng)建,然后返回適配器的默認(rèn)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(shí)施Web服務(wù)交互的安全驗(yàn)證。綜上所述,本文針對目前Web服務(wù)適配技術(shù)中亟待解決的幾個關(guān)鍵問題提出了有效的解決方案,對于進(jìn)一步推動Web服務(wù)適配技術(shù)的理論研究和實(shí)用化具有重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.09
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本文編號：1705313