基于Petri網(wǎng)的WEB服務(wù)組合建模及驗證

李 山曾

安徽中澳科技職業(yè)學院信息技術(shù)與藝術(shù)傳媒系，安徽合肥，230041

LI Ceng

Information Technology and Media Arts Department，Anhui ZHONG-AO Institute of Technology，Hefei Anhui，230041，China

Web服務(wù)是一種平臺無關(guān)、松散耦合、自包含的Web應(yīng)用程序，適合在互聯(lián)網(wǎng)這種異構(gòu)、分布的環(huán)境中發(fā)布［1］。隨著業(yè)務(wù)復雜性的提高，單一的Web服務(wù)無法滿足業(yè)務(wù)需求，往往需要調(diào)用若干個Web服務(wù)形成一個Web服務(wù)組合完成某項具體的業(yè)務(wù)。Web服務(wù)組合的正確性是有效利用這些服務(wù)的基礎(chǔ)，對Web服務(wù)組合的分析和驗證成為當前的一個研究熱點。

Petri網(wǎng)是一種適用于多系統(tǒng)的、基于狀態(tài)的建模方法，它具有直觀的圖形表示、形式化的語義定義和豐富的分析技術(shù)等優(yōu)點［2］，在工作流建模分析上已經(jīng)有了比較成熟的應(yīng)用。由于工作流和Web服務(wù)流程存在很多相似之處，可以將工作流技術(shù)作為Web服務(wù)組合的基礎(chǔ)，對 Web服務(wù)組合進行建模和分析。

1 基于Petri網(wǎng)的Web服務(wù)組合建模

1．1 Web服務(wù)組合的形式化定義

Web服務(wù)組合網(wǎng)借鑒工作流網(wǎng)的定義，在Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上提出?；赑etri網(wǎng)的Web服務(wù)組合可定義如下［3］：

一個Petri網(wǎng)PN＝（P，W，F(xiàn)）滿足以下兩個條件，則被稱為Web服務(wù)組合網(wǎng)，其中P為庫所集合，W為Web服務(wù)集合，F(xiàn)為庫所到Web服務(wù)的弧的集合。

（1）PN有兩個特殊的庫所：起始庫所i和終止庫所o，i的前驅(qū)庫所為空，o的后繼庫所為空，形式化表示為

（2）如果在PN中加入一個新的服務(wù)w，使w連接庫所i與o，則w的前驅(qū)庫所為i，后繼庫所為o，形式化表示為：·w＝｛i｝，w·＝｛o｝。

1．2 Web服務(wù)組合模型的圖形化表示

Web服務(wù)組合模型將單一的Web服務(wù)用庫所和弧連接在一起，其中，Web服務(wù)使用矩形表示，庫所使用圓形表示；每個Web服務(wù)之前有一個前驅(qū)庫所，之后有后繼庫所；Token用黑色圓點表示，存在某個庫所之中，當Token所在庫所為某個Web服務(wù)的前驅(qū)庫所，表明該Web服務(wù)將要執(zhí)行；Web服務(wù)組合模型在執(zhí)行前Token存在起始庫所i中，當模型執(zhí)行完畢后僅終止庫所中存在Token。圖1為一個典型的串行結(jié)構(gòu)的Web服務(wù)組合網(wǎng)模型。

圖1 示例模型

2 Web服務(wù)組合模型的驗證

2．1 Web服務(wù)組合模型的合理性

在Web服務(wù)組合模型實施之前，利用基于Petri網(wǎng)的分析技術(shù)對Web服務(wù)組合模型進行驗證，可以有效地避免執(zhí)行時出現(xiàn)異常，從而降低運行風險。

一個Web服務(wù)組合模型合理性規(guī)定有三個：（1）從模型的初始庫所必然可以到達終止庫所；（2）當Token存在于終止庫所時，整個Web服務(wù)模型必然執(zhí)行完畢，其他所有庫所中都不能存在Token；（3）整個模型的所有 Web服務(wù)必然都能夠得到執(zhí)行，不能出現(xiàn)無法執(zhí)行的Web服務(wù)。

2．2 合理性定義

根據(jù)上述Web服務(wù)組合模型合理性描述，基于三個合理性規(guī)定得出Web服務(wù)組合模型的合理性定義如下［3］：

當一個Web服務(wù)網(wǎng)PN＝（P，W，F(xiàn)）滿足下列三個條件時，其建模的過程是合理的，組合模型是正確可實施的。

（1）對于每一個庫所i可達的 Web服務(wù)w，必然存在一個實施序列，可以從服務(wù)w到達終止庫所o，形式化表示為：

（2）庫所o是從庫所i可達的唯一終止庫所，且結(jié)束時終止庫所o存在唯一的Token，形式化表示為：

（3）在PN中不存在無法執(zhí)行的 Web服務(wù)，形式化表示為

2．3 合理性驗證算法描述

根據(jù)Web服務(wù)組合模型的合理性定義，采用庫所向量和Web服務(wù)集合來動態(tài)表示模型的執(zhí)行狀態(tài)。其中Web服務(wù)集合中包含所有未被執(zhí)行的Web服務(wù)，庫所向量的維數(shù)取決于模型中的庫所個數(shù)，Token所在庫所對應(yīng)向量元素為1，空庫所對應(yīng)的向量元素為0。

基于Web服務(wù)的前后庫所確定Token轉(zhuǎn)移前后的向量表示，通過反復引入新Web服務(wù)來改變庫所向量。模型執(zhí)行的初始狀態(tài)為Web服務(wù)集合W＝｛W1，W2，W3，…｝和庫所向量P＝（1，0，0，…），每引入一個新 Web服務(wù)，表明托肯將存在此 Web服務(wù)的后續(xù)庫所，以此改變庫所向量，并從Web服務(wù)集合中刪除此Web服務(wù)，如果最終結(jié)果W＝且P＝（0，0，…，1），表明終止庫所的唯一性和所有Web服務(wù)的活性，該 Web服務(wù)組合模型是正確合理的。

3 應(yīng)用實例

3．1 實例描述

以裝飾公司客戶訂單處理Web應(yīng)用為例，客戶訂單處理流程為：裝飾公司接到客戶訂單，分配給設(shè)計部設(shè)計裝飾方案；將裝飾方案發(fā)送給客戶確認；若客戶認可裝修方案后客戶付裝修定金，否則提出修改要求，再由設(shè)計部門進行設(shè)計；采購部門根據(jù)方案訂購裝飾材料，同時施工部制定施工方案；根據(jù)施工方案組織施工；完工后，客戶檢驗施工效果；若客戶認可施工效果，則付尾款，否則，施工部繼續(xù)完善，再交由客戶檢驗。

3．2 Web服務(wù)組合建模

根據(jù)以上描述確定客戶訂單處理過程中存在的變遷，并按照圖形化的表示方法建立Web服務(wù)組合模型。其中，W1：接收訂單；W2：方案設(shè)計；W3：客戶確認設(shè)計方案；W4：提出修改要求；W5：客戶預付裝修定金；W6：采購裝飾材料；W7：設(shè)計施工方案；W8：裝飾施工；W9：檢驗施工效果；W10：支付裝飾尾款。Web服務(wù)組合模型的圖形化表示如圖2。

圖2 案例服務(wù)組合模型

3．3 Web服務(wù)組合模型驗證

根據(jù)Web服務(wù)組合的合理性定義及合理性驗證算法，對Web服務(wù)組合模型進行驗證，其中有10個Web服務(wù)，12個庫所，初始狀態(tài) Web服務(wù)集合W＝｛W1，W2，W3，W4，W5，W6，W7，W8，W9，W10｝，庫所向量 P＝（1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0）。通過反復引入Web服務(wù)，具體驗證步驟如下：

從結(jié)果W和P得出，此Web服務(wù)組合模型滿足合理性定義，是正確的并可以實施。

4 結(jié) 論

運用Petri網(wǎng)的圖形化表示方法對Web服務(wù)組合進行建模，根據(jù)合理性的定義設(shè)計模型的驗證方法，并通過一個實例說明了建模和驗證的步驟。在實際應(yīng)用中，通過此建模和分析方法同樣可以處理比文中描述實例復雜的業(yè)務(wù)流程。正確合理的Web服務(wù)組合模型可以借助基于Petri網(wǎng)的模型應(yīng)用引擎來具體實施，如 OpenEbXML、Bigbross Bossa、wfmOpen等。

［1］岳昆，王曉玲，周傲英．Web服務(wù)核心支撐技術(shù)［J］．軟件學報，2004，15（3）：428-441

［2］郝文，王道平．基于Petri網(wǎng)的工作流建模合理性驗證算法［J］．計算機工程與應(yīng)用，2008，44（13）：228-230

［3］李山曾．基于Petri網(wǎng)的工作流管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)［J］．軟件工程師，2011（6）：53-56

［4］Van der Aalst W M P．The application of Petri nets to WorkfloW Management［J］．The Journal of Circuits，Systems，and Computers，1998，8（1）：22-26

［5］袁崇義．Petri網(wǎng)原理［M］．北京：電子工業(yè)出版社，1998

［6］羅海濱，范玉順，吳澄．工作流技術(shù)綜述［J］．軟件學報，2000，11（7）：899-907

LI Ceng

Information Technology and Media Arts Department，Anhui ZHONG-AO Institute of Technology，Hefei Anhui，230041，China