软件服务生态中的非确定性科学问题、互操作性的应用基础问题

1. 计算机科学面临的挑战 软件服务生态中的非确定性科学问题、互操作性的应用基础问题 何克清 SKLSE(WHU) 软件工程国家重点实验室（武汉大学） Hekeqing@public.wh.hb.cn 2003/12/27

2. 目 录 1. 问题提出的背景 2. 软件服务生态中的非确定性问题 3. 应用基础中的互操作性问题 4. 工作基础---一个解决方案：本体元建模与自组织MDA理论方法 5. 小结

3. 1.问题提出的背景 互联网技术的快速发展促进了软件开发与服务形态的变更 第一代网络技术应用 在浏览器上使用Web技术进行资料的参考和交流 第二代网络技术应用 网络上的软件工程：电子商务、电子政务、软组件、软件框架开发和服务 ，系统集成 下一代网络技术应用 软件工程开放信息服务网格：软件信息资源的最大化共享、组合服务与高效率开发、互操作、分布异构、人性化。进行业务集成，适配性软件的开发，软件信息资源库的建设管理、服务、交易，等

4. 开放信息网格时代的服务主导型软件生产方式的变革开放信息网格时代的服务主导型软件生产方式的变革 • 信息资源最大化共享与服务 • 信息的Discoverability & Coopratability • 信息孤岛与信息海洋的矛盾 • 分布协同的作业方式 • 网络应用的发展 • 共享→交换与互操作→协同 • Internet从WWW→GGG • 以信息服务为中心的组合型软件生产方式开放型信息系统：异构的、分布的、动态的、协同的、大规模的、自主成分等构成的计算系统； • 开放信息系统计算生态学（广义生态学） 开放信息系统的生态系统，从协同的角度，计算过程可以看成是一种相变，是系统处在一种非线性结构下产生更有序的时空结构的过程。 ★服务也是一种计算：计算生态学-服务生态。

5. 服务生态中互操作（相互作用）和协同问题在语义层上才能实现服务生态中互操作（相互作用）和协同问题在语义层上才能实现 • 网格信息资源的组织和服务匹配存在巨大的语义鸿沟 • 难以确定信息资源的内容和确切含义 • 信息表达不一致——信息服务的供求双方通常不能确切地在服务的时间、地点、提供方式和内容上达成一致 • 信息的互操作方法不一致——信息服务的供求双方看待服务的角度和对服务的了解程度各不相同 • 现存的绝大多数基于XML的标准缺乏清晰的语义 • 对网格信息服务的语义，缺乏一套公共的本体的承诺 • 信息资源的服务匹配需要一个语义层上的互操作，需要为网格中的信息资源和服务定义一套公共的语义规范 ★需要一种统一的语义支撑的基础理论与方法及其技术标准

6. 2. 软件服务生态中的非确定性问题 • 信息资源的科学管理——如何科学地分类、有效地组织与管理软构件的信息？ • 复杂的软件属性信息结构的科学分类(Taxonomy)的非确定性问题 • 复杂的软件属性信息结构的登记与注册(Registering)的非确定性问题 • 软件信息资源建设与管理：如何科学地建设资源库(Repository)，查找资源库中的软件信息？ • 信息资源的高效服务 • 如何有效地查询软构件信息？ • 如何有效地绑定(Binding)软构件信息在应用系统中，实现高效率的组合型软件系统开发？ • 如何实现系统集成到业务集成(business integration)的进化,有效地进行业务集成？

7. 软件信息资源 服务请求描述 软件信息资源分类 注册的服务描述 软件信息资源开发 管理注册 服务中心 资源库建筑、查询服务 服务生态模型 资源的公 共注册管 理MMF Registering 资源库 查询 发布 绑定(binding)服务 服务请求者 资塬服务中心 业务集成服务 Repository

8. Semantic Web Services 语义web服务中信息资源描述与管理 Web Services Ontology/OWL+ MMF Repository UDDI WSDL RDF Schema SOAP RDF XML(+URI+Namespaces) Interface & Protocol描述 资源的描述 资源的管理 UDDI: Universal Description,Discovery and Integration WSDL: Web Service Description Language SOAP: Simple Object Access Protocol XML: extensible Markup Language OWL: Ontology Web Language RDF: Resource Description Framework MMF: MetaModel Framework

9. 3. 应用基础中的互操作性问题 • 软件的互操作性(Interoperability)、透明性(Transparency)、开放性(Openness)、可伸缩性(Scalability)问题中最核心的互操作性问题； • 从传统的系统集成(system integration)到业务集成(business integration)的服务转变问题; • 从互连、互通，到语义层面的互操作； • 需要解决互操作性保证的软件开发与服务的理论与方法及其技术标准。

10. 4. 工作基础---一个解决方案：本体元建模理论与自组织MDA方法 • 本体元建模理论与方法，即本体及其元模型承诺(commitment)的理论与方法 • 本体承诺是建立在某种语言和可以被称为本体的某种事物之间的映射 • 以本体模型分类注册(Registering)复杂的信息结构、本体模型与元模型的映射 • 以元模型体系建设管理信息资源库（Repository） • 用户接口：公共逻辑的本体模型 • 资源库信息结构的组织与管理：元模型框架MMF • 核心：本体元建模框架MMF(Meta-Model Framework)

11. 基于本体元模型的软件工程信息网格中的软件服务与开发基于本体元模型的软件工程信息网格中的软件服务与开发 ontology 分类、注册

12. 基于元模型的网格中软构件信息资源库的建设与管理方法基于元模型的网格中软构件信息资源库的建设与管理方法 国际标准MOF元建模的基本标准&ISO11179 Repository（库管理） 扩充 元 模 型 框 架MMF 基于本体 元模型的 分类与登记 基于元模 型的映射 标 准 元 模 型 CORE 模型映射 的元模型 软构件信息结构分类、登记的本体模型 UML & XML& MDA 领域的公共软构件信息结构 公共的识别和分类的本体方法,Registering 领域模型构筑 领域元模型、框架及其规约 UOD Ontology方法 UMM建模方法, UML UML&XML&MDA

13. Property Meta 管理属性本体 商业属性本体 技术属性本体 功能属性本体 接口属性本体 ……… 构造属性本体 Binded Unbinded Intrinsic Extrinsic 软构件属性应用本体 软构件属性信息本体 • 公共的属性本体 • 公共的软构件不同属性本体（标准模板）；定义本体接点的元属性及其制约关系； • 用户定义和提交的软构件属性本体必须继承公共的软构件属性本体的标准 • 使用属性本体进行软构件分类、注册

14. 服务过程本体与绑定服务 • 服务过程（动态）本体：CIM过程本体模型；业务工作流本体模型；用户提交的服务过程本体模型； • 本体描述语言：DAML+OIL,OWL++ • 过程（动态）本体语义：分布操作语义，Petri网； • 绑定服务模型：BPEL4WS模型 + 服务过程（动态）本体模型; WSDL模型 + 服务过程（动态）本体模型

15. Input-only operation Input-output operation <receive> portType <receive> BPEL4WS Process ontological Model <reply> <reply> Web service 绑定服务模型 BPEL4WS Composition Model

16. PortType PortType PortType 绑定服务模型 Web Services Description Language Component Model Component Service Implementation with Process ontological Model Binding Service

17. 元建模(Meta Modeling) • 元语言是描述语言的语言，元数据是描述数据的数据，元模型是描述模型的模型 ； • 元模型场体系(M3,M2,M1,M0)结构形成的自组织法则、交互作用关系及反射、变换的内在统一性、广泛的适应性； • 满足结构主义的结构的三属性：整体性、转换性、自身调整性

18. 元模型层次的停止问题 • “元的层次”，是表示“描述的”与“被描述的”对象间的关系的层次，两者之间的关系可以无限的重复。所以，往往需要强制地停止。而且，基于什么标准来确定元的层次？往往也没有绝对的基准 • 作为构成元层次的基准，一般来说考虑上层对象的描述内容。常见的基准有： • ④管理属性 • ⑤解释描述等 • ①泛化型（类型和实现值） • ②生成与操作规则 • ③抽象类型

19. 软件工程中，我们往往采用基准①来确定“元的层次”。例如IRDS采用了“类型和实现值”强制停止“元的层次”软件工程中，我们往往采用基准①来确定“元的层次”。例如IRDS采用了“类型和实现值”强制停止“元的层次” • UML,MOF(Meta Object Facility)也基本上采用了“类型和实现值”的基准: MOF的元层次

20. Core Model Metamodel Framework for Ontology Metamodel Framework for Mapping Metamodel Framework for Modeling Constructs Metamodel Instance Exchanging Business Domain Domain Model 承担的ISO国际标准项目内容 MMF (Meta-Model Framework) (MOF1.4 + ISO11179(MDR)) 武汉大学承担的部分

21. 基于本体元模型方法的软构件R&R平台（原型）的开发基于本体元模型方法的软构件R&R平台（原型）的开发

22. Model Driven Architecture, OMG,2001 自组织MDA • ★CIM(Computing Independent Models) 领域的建模，业务过程本体，静态本体 ★ PIM与PSM • PIM是不依赖于平台的模型 • PSM是使用了平台固有功能的模型 ★模型编译、映射、转换： -CIM-PIM（过程本体与元模型）　　- PIM→PSM （元模型与基本模型） - PSM→实现 • 自组织体系　　- CIM <→ PIM<→PSM • PIM→PIM自组织: PIM软构件的相互作 用与集成→ PIM有序行为； • PSM→PSM自组织: PSM软构件的相互 作用与集成→ PIM有序行为； 业务要件 业务领域的分析･建模 CIM 业务系统的分析･设计标准模型 PIM 每个平台的映射 PSM PSM ・・・ PSM ★从系统集成到业务（Business）集成； ★基于CIM过程本体的业务集成； ★三个级别（CIM,PIM,PSM)的互操作性 保证与测评； 实现的映射 实现 实现 实现 ・・・

23. 本体元模型支持MDA软件开发 Common MMF(Meta-model Frameworks) Metamodel Framework Metamodel Framework 基于元模型的模型编译： PIM-PSM Metamodel Instance Model Driven Execution Engine UML Modeling Tool Platform Independent Models Platform Specific Models Metamodel Instance SC Patterns Model and Software Constructs Control Patterns Components

24. 基于元建模型的互操作性测评 • 互操作性是网格时代系统的基本 的、核心的技术指标 • 成立中国互操作性测评中心 （2002.12 武汉大学） • 参加亚洲ebXML互操作性测 评工作委员会 • 完成了ebXML互操作性的MSH, CPP,BPSS标准的测试 （亚洲国家与地区联网测试） • 获得亚洲ebXML互操作性测评资格证书

25. 5.小结 • 本体元建模理论与方法在一定程度上解决软件服务生态中的非确定性问题 • 元模型体系、MDA一定程度上解决互操作性标准的问题 • 今后研究的课题： • 服务过程本体与服务模型的形式化 • 软件服务的本体体系与领域的元模型体系 • MDA模型编译的原理与方法 • 业务集成与语义互操作方法 • 互操作性保证技术与标准 • 新型中间件：反射中间件；基于CWM的元信息服务中间件。

26. 谢谢大家！ 敬请指导！

27. UDDI BPEL4WS WSEL SOAP ebXML Registries Discovery ebXML CPA Contracts Business Process /Workflow DAML-S Service Model BPML BPML Transactions WS-Transaction BTP BTP Choreography ebXML BPSS WS-Coordination WSCI DAML-S Service Model CS-WS WSCL Conversations DAML-S Service Profile Non-functional description ebXML CPP DAML-S Service Grounding Service Description WSDL RDF ebXML Messaging XML-based messaging HTTP,FTP,SMTP,etc Network Semantic- based ebXML WSDL-based