小型微型计算机系统J o u r n a l o f C h i n e s e C o m p u t e r S y s t e m s
2009年5月第5期V o l .30N o .52009
收稿日期:2009-02-27 基金项目：国家重点基础研究发展计划“九七三”项目(2007C B 310801)资助；国家“十一五”科技支撑计划项目
(2006B A K 04A 20-7)资助；国家高技术研究发展计划“八六三”项目(2006A A 04Z 156)资助. 作者简介：胡 博，男,1983年生，博士研究生，研究方向为需求工程；何克清，男,1947年生，博士，教授，博士研究生导师，研究方向为软件工程；陈华峰，男,1983年生，博士研究生，研究方向为需求工程；王 健，男,1980年生，博士，讲师，研究方向为领域建模及相关国际标准的制定. 基于R G P S 领域资产的按需服务组合方法及实现 胡 博，何克清，陈华峰，王 健
(武汉大学软件工程国家重点实验室，湖北武汉430072)E-m a i l :h u b o w u h a n @q q .c o m
摘 要：随着We b 服务的应用和发展，使得组合We b 服务来满足人们不同的业务需求成为可能.在研究当前We b 服务组合的基础之上，提出一种需求驱动的We b 服务组合办法，该方法基于R G P S 领域资
产，从而避免了在需求过程中的不明确、不一致和不完整性等.为了证明方法的正确性，文章还实现了其框架，并开发出一个套件原型来辅助基于R G P S 的领域建模和需求获取与分析. 关键词：服务组合;R G P S 领域资产；需求获取与分析；需求建模中图分类号:T P 311 文献标识码:A 文章编号:1000-1220(2009)05-0859-04
R e q u i r e m e n t s D r i v e n We b S e r v i c e C o m p o s i t i o n B a s e d o n R G P S D o m a i n A s s e t s :A p p r o a c h a n d R e a l i z a t i o n
H UB o ,H EK e -q i n g ,C H E NH u a -f e n g ,WA N G J i a n
(S t a t e K e yL a b o r a t o r y o f S o f t w a r e E n g i n e e r i n g ,W u h a nU n i v e r s i t y ,W u h a n 430072,C h i n a )
A b s t r a c t :Wi t h t h e r a p i d a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f We bs e r v i c e t e c h n o l o g y ,i t i s p o s s i b l e t oc o m p o s i t i n gWe b s e r v i c e s t om e e t t h e n e e d s o f t h e a p p l i c a t i o n s .A n a p p r o a c h p r o p o s e d i n t h i s p a p e r i n t r o d u c e s a m e t h o df o r We b s e r v i c e c o m p o s i t i o n d r i v e nb y r e q u i r e -m e n t s .I t i s b a s e d o n R G P S d o m a i n a s s e t s t o a v o i d a m b i g u i t y ,i n c o n s i s t e n c y a n d i n c o n s i s t e n
c y i n t h e p r o c e s s o f r e q u i r e m e n t s e l i c i t a t i o n a n d a n a l y s i s .A s u p p o r t i n g f r a m e w o r ki s d e s i g n e d t op r o v e t h e a p p r o a c ha n d a p r o t o t y p e t o o l k i t h a s b e e n d e v e l o p e d f o r d o m a i n m o d e l -i n ga n d r e q u i r e m e n t s e l i c i t a t i o n a n d a n a l y s i s .K e yw o r d s :w e bs e r v i c e c o m p o s i t i o n ;R G P Sd o m a i n a s s e t ;r e q u i r e m e n t s e l i c i t a t i o na n da n a l y s i s ;d o m a i nm o d e l i n g
1 引 言
We b 服务是一种新兴的软件实体，是一种基于网络的、分布式的、自描述、模块化的应用程序，通过网络进行发布和访问，能够提供一组相对独立的功能用以满足人们不同的业务需要.一旦某个单独的We b 服务无法满足用户的功能需求的话，人们试图寻一种高效的方法来联合其它We b 服务来满足这种需求.而随着We b 服务的大量涌现，这种We b 服务组合的思想逐渐形成基于We b 服务组合系统开发方法并成为学术界和工业领域研究的焦点.
在对We b 服务进行组合开发之前，对We b 服务基本体系结构以及We b 服务组合的基础设施的研究必不可少.文献[1]指出We b 服务基本体系结构中的三种基本角，包括：服务的注册中心、服务提供者和服务的请求者.服务的注册中心是服务发现的支持者，包含一个可用服务的注册库，并允许感兴趣的服务请求者查服务提供者的接口.目前针对We b 服务注册有U D D I 、e b X M L 等多种公共的和
用户自定义的注册标准，但广泛的服务发布和发现需要建立一个包容性强、扩展性好的基础设施，以从多个分布、异构和自治的注册库中集成
信息，同时还能够保持信息在不同注册库中的完整性和一致性[2,3].因此文献[4]提出通过一种建立在语义互操作基础上的We b 服务注册联邦，使不同注册系统中进行发布和发现服
务的用户能彼此透明访问需要的注册信息.而在We b 服务的组合实现方式上，主要存在静态组合和动态组合两种方式.文献[5]考虑到服务组合过程与工作流的相似性，采用一种自适应的工作流过程可以将原子服务组合成组合服务用来满足用户更大的需求，但这种方法只适应于服务请求者已经良好定义了服务组合的过程模型.而文献[6]则从A I 规划的角度动态实现了这个过程模型，从而最终实现We b 服务组合.此
外,B P E L 4WS [7]主要利用WS D L 使得服务的动态绑定成为
可能，但它没有提供具体方式来选取动态绑定时需要调用的服务.
为了自动地开发按需组合服务，需要寻求一种同软件开发方法一样的系统方法来分析需求.本文提出一种基于R G P S 领域资产的按需服务组合方法，并实现了相应的支撑框架.因而文章的组织结构如下：除本节外，第二节介绍基于语义的领域共性需求建模，这是基于R G P S 领域资产的按需服务组合的基础和核心.方法实现的基本框架将在第三节介
绍，在第四节我们开发了一个在线用户需求获取与分析套件原型，证明本方法及其框架的正确性.在第五节我们将对我们的工作做一个小结并指明下一步的研究方向.
2 基于语义的领域共性需求建模
需求模型作为用户需求明确的形式化的载体，是服务按需组合的请求者.为了实现服务动态的按需组合就必须要求服务请求者与服务提供者之间通过某种方法或机制使得服务请求者能够在软件运行过程中根据当前所处的状态提出自身的需求目标—包括功能目标、非功能目标及参数等.服务提供者则能够根据系统当前的需求信息及自身的功能适时地启动自身为服务请求者提供服务.即要求在面向服务的需求模型与服务之间建立互操作性，实现行为协同.2.1 R G P S 需求元建模框架
用户是基于We b 服务组合的系统开发的驱动者，他们在现实世界里面可以扮演不同的角，而且角之间存在转换的可能，这就增加了角建模的复杂性.另外，由于系统的需求往往因为不同用户所处环境的千差万别以及个人偏好的不同，会最终导致系统的目标具有个性化、多样化的易变性等特点.文献[8]针对到上述特点，提出利用角、目标、过程和服务这四个基本要素来对基于We b 服务组合系统开发中用户的真实意图进行建模是可行的.在此基础上，提出了一个包含这四个基本要素的需求元建模框架—R G P S (R o l e -G o a l -P r o c e s s -S e r v i c e ，角-目标-过程-服务)，用来指导将无序的需求信息整理成协同有序的结构化需求规格.其中,R o l e 层描述需求中涉及的共性用户抽象.G o a l
层按照角来捕获需求的业务目标.P r o c e s s 层是完成上述业务目标的具体过程，包括原子过程和组合过程.S e r v i c e 层是每个原子过程对应的服务描述，也是将来需求模型与服务匹配从而最终生成网络式软件的契约所在.基于R G P S 需求元建模框架，用户需求能够从不同的角度、在不同的层次、以不同的粒度进行描述.同时,R G P S 需求元建模框架也可以指导如何更好的利用网络服务资源之间的交互与协同来满足用户的个性化需求，促进人网协同，实现以用户为中心的需求驱动的开发.
2.2 基于语义的O -R G P S 领域建模
面对涉众用户各式各样的动态需求，如何保证需求模型的一致性和完整性是需求建模过程中亟待解决的重点.作为实现按需产品供应的一种有效手段，规模化定制在制造业上的成功.类似于制造业生产，在需求驱动的We b 服务组合软件开发中也可以采用规模化定制的思想，通过模块化定制的生产方式为用户提供按需的软件服务.相关研究和实践表明，领域模型可以用来表示领域中应用系统的共性需求，可以在应用系统开发中进行重用，并可以作为一个统一的参考源来消除需求过程中出现的二义性，领域模型作为一个共享的知识库，还可以促进利益相关方之间的交流[9]
.领域建模是为领域内应用系统的共性需求进行的预先建模，提供了公共可重用的需求模型和解决方案等领域核心资产.但在领域建模中，不同的利益相关方往往会对使用的术语表、被建模的概念
或这些概念如何被构造产生分歧，这就容易造成利益相关方
之间的交流和理解问题[10].本体作为“共享概念明确的形式化的规范说明”[11]，其建模和领域建模有一定的相似性，因此本体技术可以在领域建模中扮演重要的角.文献[12]在本体元建模方法[13]的指导之下，在R G P S 需求元建模框架的基础上，面向特定领域提出一种O -R G P S 领域建模方法.在O -R G P S 领域建模方法中，进行领域建模的基本输出结果是领域知识库，包括领域本体(O )和领域模型(R G P S )两类领域核心资产.其中,O 代表领域本体，包括领域实体本体、领域操作本体和领域情境本体，这三类本体及其相互间的语义关联保证了领域模型之间的语义协同.
3 面向领域的按需服务组合框架
需求驱动的We b 服务组合方法旨在根据服务请求者的需求在服务提供者之中动态的组合可用的We b 服务来满足需求，整个方法的核心是基于R G P S 的领域模型.图1描绘的是该方法的实现框架，在这个框架中，主要包括以下步骤:
图1 面向R G P S 领域的按需服务组合框架F i g .1 F r a m e w o r k o f r e q u i r e m e n t s d r i v e nw e bs e r v i c e
c o m p o s i t i o n b a s e
d o n R G P Sd o m a i n
3.1 需求的获取与分析
要实现网络环境中敏捷、自动的按需服务组合开发，使其能够在自动分析和识别用户需求的前提下自动组合网络上已有的服务资源从而最终达成用户需要功能，需要对需求的获取与分析进行广泛而深入的研究.需求获取的目的是通过各种途径获取用户的需求信息，而在实际工作中，大部分客户无法完整地描述其需求的.在面向领域的需求获取技术中，领域只是不但能够成为理解用户需求与用户交互的基础，还能够辅助软件模型的建立.在需求描述语言方面，自然语言作为一种用户熟悉，容易掌握的需求描述语言，在很长一段时间内都发挥着重要的作用，一直沿用至今，虽然自然语言处理技术能够帮助在自然语言形式的需求文档中抽取需求，但该技术并不能完全理解文档，容易在需求过程中融入不精确的内容，因而一种基于模式的类自然语言需求描述语言S O R L [14]被提出，这种方法能够帮助降低需求描述不精确的程度.另外一方面，需求分析主要关注检测和改善需求的规范性，其任务是解决需求目标的不明确、不一致或者不完善问题.在需求分析过
860 小 型 微 型 计 算 机 系 统 2009年
程中，目标的不明确性和不完善性已经在面向领域的建模方法中解决，需求的一致性分析则完成了从服务请求者的用户
需求目标到需求模型中同一类角的系统系统目标的转换.3.2 功能目标分解
在需求获取和分析过程中，面向领域的按需We b 服务组合系统需求模型中角被确实，目标被转换.在领域模型的指导下这些目标可能被分解成一系列更为详细的原子目标.例如在需求模型中“搜索停车场”这一目标则可以在交通领域模型中被分解成“按类型搜索停车场”、“按价格搜索停车场”和“按位置搜索停车场”等不同的子目标.功能目标分解的目的就是在领域模型指导下，通过用户的参与，分解目标并将其重新写入到需求模型中去.3.3 过程生成和服务匹配
在R G P S 领域模型中，每一个原子目标都对应一个原子过程，每一个目标都对应着一个组合过程，组合过程由原子过程组合而成.因而原子目标之间的依赖决定了过程之间可能存在着某种依赖.还是拿交通领域为例，原子目标“查询天气”对应这“查询天气过程”，原子目标“按类型搜索停车场”对应着“按类型收索停车场过程”，原子目标“按照价格搜索停车场”对应“按价格搜索停车场过程”.一旦用户需求“搜索停车场，天气好就按价格搜索最便宜的，天气不好则按照类型搜索最室内停车场”，则在上述过程中同时存在着数据依赖和控制依赖.“查询天气过程”的结果作为“搜索停车场过程”的输入条件，决定着选用哪个原子过程来实现目标，假定天气好，则从“查询天气过程”和“按价格搜索停车场过程”的组合实现了用户的需求.3.4 服务与过程的匹配
上述步骤完成了从用户的类自然语言需求到基于领域的按需We b 服务组合业务过程的转换，要想实现按需服务组合，则只需实现从R G P S 需求模型中过程模型到服务注册库中服务的匹配与映射即可.
4 基于领域的需求获取与分析套件
一个名为R E A L (t o o l k i t f o r R e q u i r e m e n t s E l i c i t a t i o na n
d
图2 R G P S 领域目标建模
F i g .2 D o m a i n m o d e l i n go f R
G P Sg o a l l a y e r
A n a L y s i s ，需求获取与分析套件)的套件原型将在本节实现，它包括一个基于R G P S 的领域建模工具T 4D M(T o o l f o r D o -m a i nM o d e l i n g ，领域建模工具)和一个需求在线获取与分析工具T 4R E A (T o o l f o r R e q u i r e m e n t s E l i c i t a t i o na n dA n a l y s i s ,
需求获取与分析工具).4.1 领域建模工具
T 4D M 是一个面向领域工程师的可视化的领域建模工
具.它是基于图形编辑框架G E F [15]
以及E c l i p s e 建模框架
E M
F [16]
开发的Wi n d o w s 应用程序.在T 4D M 中，领域专家使
用本体建模工具构建的领域本体作为输入，而基于O -R G P S 的领域模型则是工具的输出.图2表示在领域建模过程中的目标建模.4.2 需求获取与分析工具
根据按需w e b 服务组合系统用户的特点，需求获取与分析工具T 4R E A 采用B /S 模式开发，目的在于在线获取用户随需而变的w e b 服务组合需求.领域建模工具T 4D M 的输出作为本工具的输入，即在整个需求获取与分析过程中领域模
图3 需求获取与分析工具
F i g .3 S c r e e n s h o t o f T 4R E Li nr e q u i r e m e n t s e l i c i t i n g 型指导需求的完善，需求模型中目标的分解以及需求模型中从目标到过程的转换等等.需求或者与分析工具最终的产品是包含可供与服务匹配的过程模型的需求模型.图3为需求获取与分析工具截图.
5 结 论
网络环境下服务及其资源越来越丰富的趋势，促使人们寻求一种良好的办法合理的利用这些资源.本体提出一种基于领域的按需服务组合方法，并实现了其支撑框架.在这个方法中，领域模型作为核心，在需求获取中帮助完善了需求，消除了需求获取中存在的需求不明确性和分析中存在的二义性，最终实现了从用户需求到We b 服务组合方法的实现.为了证明本方法的合理性，包含领域建模工具和需求获取与分析工具在内的套件原型被开发，对为面向领域的按需w e b 服
务组合系统的最终实现提供良好的理论依据和工具支持.
但是，在从理论到实现的过程中仍然存在许多问题亟待
861
5期 胡 博等：基于R G P S 领域资产的按需服务组合方法及实现
解决，也是我们下一步的研究目标.按需We b服务组合只是将能够完成用户需求的一些基本We b服务组合在一起，由于分布在网络上的We b服务具有的异质异构特性，真正要满足需求必须通过这些We b服务之间的互操作才能实现.另外，用户对基于We b服务组合系统的非功能需求是决定系统性能指标的另外一个关键.
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