语义Ｗｅｂ服务组合的模型转换及形式化验证方法技术

语义Ｗｅｂ服务组合的模型转换及形式化验证方法属于语义网及Ｗｅｂ服务领域，其特征在于，在计算机上建立语义Ｗｅｂ服务组合存储单元、模型转换子模块、语义Ｗｅｂ服务着色Ｐｅｔｒｉ网存储子模块、正确性验证子模块和本体工具Ｐｒｏｔéｇé；该方法通过模型转换子模块将ＯＷＬ－Ｓ形式的语义Ｗｅｂ服务组合模型转换为语义Ｗｅｂ服务着色Ｐｅｔｒｉ网模型，转换后的模型不仅能清晰表示服务组合中各子过程之间的逻辑关系，而且能够用着色Ｐｅｔｒｉ网的形式化方法进行服务组合的正确性验证。根据本发明专利技术，能够通过形式化方法验证语义Ｗｅｂ服务组合的正确性，从而保证服务组合的正确执行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于语义网及Web服务领域，旨在为人们提供一种模型转换方法，能够将 语义Web服务组合转换为着色Petri网，从而利用Petri网技术进行形式化验证。
技术介绍
在面向服务的体系架构(Service-OrientedArchitecture, S0A)下，Web 服务组 合已经成为支撑业务流程执行的主要形式。然而如何实现Web服务的自动组合一直是一个 研究难题，因为Web服务不包含机器可读的语义信息。语义Web的出现将语义和Web服务 结合起来，吸引了很多研究者的注意，Web服务本体描述语言(Web Ontology Language for Services, OffL-S)已经成为事实上的标准语义Web服务本体建模语言。OffL-S提供一个框架来描述Web服务的功能和公告，从而实现服务的自动发现、调 用、和组合。以OWL-S的1. 2版本为例，其服务模型使用以下三个部分描述本体· profile 服务概要，描述服务是什么；· model 服务模型，说明服务如何工作；· grounding 服务基点，提供如何使用服务的信息。1. ServiceProfile为服务的注册提供简要的描述，包括(1)服务提供者的信息， 如联系信息等；(2)服务的功能信息，包括参数信息、输入(Inputs)和输出(Outputs)参 数、前提条件(Preconditions)及效果(Effects) ； (3)服务属性，包括服务分类、附加参数、 服务完成时间、服务代价、服务质量等。2. ServiceModel 本体主要有两个模块:Process 本体禾口 ProcessControl 本体。 Process本体以流程的形式描述了服务中各子过程的执行顺序，而ProcessControl本体 主要管理和监控服务流程的执行。Process可分为简单过程(simple processes)、原子过 程(atomic processes)禾口复合过程(composite processes)。原子过程是一个直接可以 调用的过程，它没有子过程，从服务请求者的角度来看，原子过程能一步完成。简单过程不 是一个可直接调用的过程，但简单过程也能通过一步完成。组合过程是通过控制结构将原 子过程或子组合过程组合起来的一个复杂过程，但它可以分解成其它的过程。目前OWL-S 有顺序(Sequence)、选择(Choice)、如果-那么(If-Then-Else)、任意顺序(Any-Order)、 重复-当(Repeat-While)、重复-直到(Repeat-Until)、分支(Split)和分支+汇合 (Split+Join)等控制结构。复合过程中的控制结构规定了各个子过程之间具有怎样的数据 与功能依赖关系，及子过程间的执行顺序。复合过程必须通过原子过程的运行来实现。3. ServiceGrounding描述如何获取服务的细节，主要包括相关协议、消息格式、序 列化、传输和寻址。OffL-S对Web服务及流程建模，使得Web服务包含机器可读的语义信息，因而可以 实现Web服务的自动组合、发现和调用。但是在语义Web服务组合的过程中，也会存在流程 死锁(即流程执行到某个服务时无法继续进行下去)、服务结点孤立(即流程中的某个服务 永远不会被执行)、服务不相容(即不同服务由于定义方法不同在组合之后无法匹配)等问题，因此还需要对语义Web服务组合进行正确性验证。正确性验证是指判断该语义Web服 务组合模型是否正确，即组合流程无死锁、没有孤立的服务结点、服务之间是相容的。为了验证语义Web服务组合的正确性，本专利技术利用Petri网技术，通过将语义Web 服务组合模型转换为Petri网模型，从而进行服务组合正确性的验证。下面对Petri网技术作一简单介绍Petri网是1960年由卡尔· A ·佩特里专利技术的，是用于描述分布式系统的一种模 型。它既能描述系统的结构，又能模拟系统的运行。描述系统结构的部分称为网(net)。从 形式上看，一个网就是一个没有孤立结点的有向二分图。Petri网包括这样几种组成元素(参见图3)1.库所(Place)用一个圆形节点来表示2.变迁(Transition)用一个方形节点来表示3.有向弧(Connection):是库所和变迁之间的带有方向的弧4.令牌(Token)用一个黑点来表示，是库所中的动态对象，可以从一个库所移动 到另一个库所。一个变迁之前的库所称为输入库所，之后的库所称为输出库所。Petri网的规则是1.有向弧是有方向的2.两个库所或变迁之间不允许有弧3.库所可以拥有任意数量的令牌4.如果一个变迁的每个输入库所都拥有令牌，该变迁即为被允许。当变迁被允许 时才能被触发(执行)，此时输入库所的令牌将被消耗(即减少)，输出库所将产生令牌(即 增加)。Petri网可以用于描述流程中状态的变化，各个库所表示不同的状态，例如论文的 状态(撰写、提交、初审、复审、通过等)，某人的职位变化(实习生、职员、组长、经理等)，四 季的不同(春夏秋冬)，或地理位置的不同(西直门、天安门、王府井等)；通过变迁连接不 同的库所，变迁可以表示事件、转化或传输；而令牌的位置(即它所在的库所)则表示当前 所处的状态；当令牌从一个库所经过变迁跳到另一个库所时，则表示状态发生了变化。例 如，图4表示一个四季更替的过程。Petri网的应用非常广泛，主要包括软件设计、工作流管理、数据分析、并行程序 设计、协议验证等。由于Petri网不仅可以刻画系统的结构，而且可以描述系统的动态行为；不仅具 有直观的图形表示，而且能够引入许多数学方法对其性质进行分析，此外Petri网已有成 熟的计算机自动实现的模型检测技术和支持工具，因而使用Petri网来验证服务组合的正 确性是非常有效的，也有较多的研究工作使用Petri网对业务流程和工作流进行建模。而对于语义Web服务组合目前还没有行之有效的形式化验证方法。将OWL-S建 模的Web流程转化成Petri网模型，就可以利用现有的大量Petri网研究的成果对语义 Web服务组合进行正确性验证。相关的研究工作主要有D. Moldt等人提出一种将DAML-S descriptions转换到一种高层Petri网Reference Nets的工具DaGen，但是仅仅对描述部 分(Description)进行转换，没有涉及到过程本体(Moldt，D. and J. Ortmann, “ DaGen :ΑTool for Automatic Translation fromDAML-S to High-Level Petri Nets , LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE, 2004. 2984 :pp. 209-213.)。Srini Narayanan 等人提出了 DAML+OIL本体描述Web服务的组合方法，但是没有对模型的正确性进行验证(Narayanan S,Μ. S. ,Simulation,verification and automated composition of Web services . In Proc. ofthe Ilth Int，1 World Wide 本文档来自技高网...

【技术保护点】
语义Ｗｅｂ服务组合的模型转换及形式化验证方法，其特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现的：步骤（１），计算机初始化安装本体建模工具Ｐｒｏｔ＊ｇ＊，用于建立、删除、修改本体，并把本体存储为网络Ｗｅｂ服务本体建模语言ＯＷＬ－Ｓ的格式，构建语义Ｗｅｂ服务组合存储单元，用于存储由所述Ｗｅｂ服务本体建模工具Ｐｒｏｔéｇé构造、用所述ＯＷＬ－Ｓ格式表示的语义Ｗｅｂ服务组合模型，安装语义Ｗｅｂ服务组合模型转换与验证模块，包括：模型转换子模块、语义Ｗｅｂ服务着色Ｐｅｔｒｉ网存储子模Ｗｅｂ服务着色Ｐｅｔｒｉ网模型的正确性；步骤（２），依次按以下步骤实现语义Ｗｅｂ服务组合的模型转换以及形式化验证方法：步骤（２．１），用所述模型转换子模块从所述语义Ｗｅｂ服务组合存储单元中提取待转换的Ｗｅｂ服务组合模型，步骤（２．２），把所述语义Ｗｅｂ服务组合模型ＯＷＬ－Ｓ中的各个组成部分映射到着色Ｐｅｔｒｉ网中的组成元素，形成语义Ｗｅｂ服务着色Ｐｅｔｒｉ网ＳＷＳ－ｎｅｔ，其步骤如下：步骤（２．２．１），服务的所有消息参数类型对应所述颜色集合∑；步骤（２．２．２），服务操作运行产生的效果对应变迁发生过程中令牌转移前后的状态；步骤（２．２．３），存放服务参数的缓冲区对应库所；步骤（２．２．４），服务的操作对应变迁；步骤（２．２．５），服务中消息的传输方向对应有向弧集；步骤（２．２．６），服务的输入、输出参数类型对应颜色函数；步骤（２．２．７），在输入有向弧上添加时间标识函数值Ｈ↓［ｉｎ］，表示输入参数传输时延，在输出有向弧上添加时间标识函数值Ｈ↓［ｏｕｔ］，表示输出参数传输时延，当变迁所需参数全部到达时，瞬间完成变迁触发，Ｈ↓［ｉｎ］＋Ｈ↓［ｏｕｔ］表示变迁从发生到完成所需的时延；步骤（２．２．８），在变迁上添加成本函数Ｒ，表示用户使用该服务操作时其自身所需付出的费用；步骤（２．３），把所述ＯＷＬ－Ｓ中单个服务的一次交互过程，也称原子过程，与所述ＳＷＳ－ｎｅｔ中单个Ｗｅｂ服务调用相对应，其转换规则如下：把原子过程映射为变迁ｔ，ｔ命名为原子过程的名称，前提条件映射为输入库所集Ｐ↓［ｉｎ］，结果映射为输出库所集Ｐ↓［ｏｕｔ］，输入映射为输入库所的初始令牌，步骤（２．４），把所述ＯＷＬ－Ｓ组合过程转换到ＳＷＳ－ｎｅｔ，用以表示复杂的业务逻辑，所述组合过程由原子服务或子组合过程组合而成，其转换规则如下：对于所述ＯＷＬ－Ｓ中的顺序结构，转换为对应的着色...

【技术特征摘要】
语义Web服务组合的模型转换及形式化验证方法，其特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现的步骤(1)，计算机初始化安装本体建模工具Protégé，用于建立、删除、修改本体，并把本体存储为网络Web服务本体建模语言OWL-S的格式，构建语义Web服务组合存储单元，用于存储由所述Web服务本体建模工具Protégé构造、用所述OWL-S格式表示的语义Web服务组合模型，安装语义Web服务组合模型转换与验证模块，包括模型转换子模块、语义Web服务着色Petri网存储子模块以及正确性验证子模块，其中模型转换子模块，用于把所述语义Web服务组合存储单元中存储的语义Web服务组合转换为着色Petri网模型，转换后的模型命名为“语义Web服务着色Petri网”，其中着色Petri网简称CPN，是一个六元组的模型，所述CPN＝(∑，P，T，F，C，E)，其中∑是颜色集合，表示令牌的不同颜色，P是库所的集合，表示所述着色Petri网模型中所有的库所，T是变迁的集合，表示所述着色Petri网模型中所有的变迁，F是有向弧集，表示所述着色Petri网模型中所有的有向弧，每条有向弧连接一个库所和变迁，C是颜色函数，把所述库所和库所中令牌的颜色对应起来，用C:P→∑表示，E是弧函数，把每一条有向弧映射到某一个颜色集合，所述某一个颜色集合表示要触发该有向弧所需的令牌颜色及个数，所述着色Petri网CPN可以由一个n行m列的矩阵A表示，称为该CPN的关联矩阵，A＝[aij]n×m，m为库所的个数，1≤j≤m，n为变迁的个数，1≤i≤n， <mrow><msub> <mi>a</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>a</mi> <mi>ij</mi> <mo>+</mo></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>a</mi> <mi>ij</mi> <mo>-</mo></msubsup><mo>,</mo> </mrow>，其中，当存在从变迁ti到库所pj的输出有向弧时， <mrow><msubsup> <mi>a</mi> <mi>ij</mi> <mo>+</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo> </mrow>否则， <mrow><msubsup> <mi>a</mi> <mi>ij</mi> <mo>+</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo> </mrow>当存在从库所pj到变迁ti的输入有向弧时， <mrow><msubsup> <mi>a</mi> <mi>ij</mi> <mo>-</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo> </mrow>否则， <mrow><msubsup> <mi>a</mi> <mi>ij</mi> <mo>-</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo> </mrow>语义Web服务着色Petri网SWS-net是一个八元组模型，SWS-net＝(CPN，DT，DV，Pin，Pout，Hin，Hout，R)，其中，CPN，是所述着色Petri网模型，DT，是数据类型定义的集合，DV，是变量定义的集合，Pin，是所有输入库所的集合，所述输入库所是经输入有向弧指向变迁的库所，Pout，是所有输出库所的集合，所述输出库所是从变迁通过输出有向弧所指向的库所，Hin，是令牌从库所到达变迁所需的时间，Hout，是令牌从变迁到达库所所需的时间，R是变迁发生其本身所需消耗的成本，即该变迁所对应的服务操作在执行时所需的费用，是一个已知量，语义Web服务着色Petri网存储子模块，用于存储所述语义Web服务着色Petri网模型，正确性验证子模块，用于验证转换得到的所述语义Web服务着色Petri网模型的正确性；步骤(2)，依次按以下步骤实现语义Web服务组合的模型转换以及形式化验证方法步骤(2.1)，用所述模型转换子模块从所述语义Web服务组合存储单元中提取待转换的Web服务组合模型，步骤(2.2)，把所述语义Web服务组合模型OWL-S中的各个组成部分映射到着色Petri网中的组成元素，形成语义Web服务着色Petri网SWS-net，其步骤如下步骤(2.2.1)，服务的所有消息参数类型对应所述颜色集合∑；步骤(2.2.2)，服务操作运行产生的效果对应变迁发生过程中令牌转移前后的状态；步骤(2.2.3)，存放服务参数的缓冲区对应库所；步骤(2.2.4)，服务的操作对应变迁；步骤(2.2.5)，服务中消息的传输方向对应有向弧集；步骤(2.2.6)，服务的输入、输出参数类型对应颜色函数；步骤(2.2.7)，在输入有向弧上添加时间标识函数值Hin，表示输入参数传输时延，在输出有向弧上添加时间标识函数值Hout，表示输出参数传输时延，当变迁所需参数全部到达时，瞬间完成变迁触发，Hin+Hout表示变迁从发生到完成所需的时延；步骤(2.2.8)，在变迁上添加成本函数R，表示用户使用该服务操作时其自身所需付出的费用；步骤(2.3)，把所述OWL-S中单个服务的一次交互过程，也称原子过程，与所述SWS-net中单个Web服务调用相对应，其转换规则如下把原子过程映射为变迁t，t命名为原子过程的名称，前提条件映射为输入库所集Pin，结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：范玉顺，倪悦，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]