基于Petri網的WEB服務組合建模及驗證

李 山曾

安徽中澳科技職業學院信息技術與藝術傳媒系，安徽合肥，230041

LI Ceng

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

Web服務是一種平臺無關、松散耦合、自包含的Web應用程序，適合在互聯網這種異構、分布的環境中發布［1］。隨著業務復雜性的提高，單一的Web服務無法滿足業務需求，往往需要調用若干個Web服務形成一個Web服務組合完成某項具體的業務。Web服務組合的正確性是有效利用這些服務的基礎，對Web服務組合的分析和驗證成為當前的一個研究熱點。

Petri網是一種適用于多系統的、基于狀態的建模方法，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等優點［2］，在工作流建模分析上已經有了比較成熟的應用。由于工作流和Web服務流程存在很多相似之處，可以將工作流技術作為Web服務組合的基礎，對 Web服務組合進行建模和分析。

1 基于Petri網的Web服務組合建模

1．1 Web服務組合的形式化定義

Web服務組合網借鑒工作流網的定義，在Petri網的基礎上提出。基于Petri網的Web服務組合可定義如下［3］：

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

（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w，使w連接庫所i與o，則w的前驅庫所為i，后繼庫所為o，形式化表示為：·w＝｛i｝，w·＝｛o｝。

1．2 Web服務組合模型的圖形化表示

Web服務組合模型將單一的Web服務用庫所和弧連接在一起，其中，Web服務使用矩形表示，庫所使用圓形表示；每個Web服務之前有一個前驅庫所，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服務的前驅庫所，表明該Web服務將要執行；Web服務組合模型在執行前Token存在起始庫所i中，當模型執行完畢后僅終止庫所中存在Token。圖1為一個典型的串行結構的Web服務組合網模型。

圖1 示例模型

2 Web服務組合模型的驗證

2．1 Web服務組合模型的合理性

在Web服務組合模型實施之前，利用基于Petri網的分析技術對Web服務組合模型進行驗證，可以有效地避免執行時出現異常，從而降低運行風險。

一個Web服務組合模型合理性規定有三個：（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服務模型必然執行完畢，其他所有庫所中都不能存在Token；（3）整個模型的所有 Web服務必然都能夠得到執行，不能出現無法執行的Web服務。

2．2 合理性定義

根據上述Web服務組合模型合理性描述，基于三個合理性規定得出Web服務組合模型的合理性定義如下［3］：

當一個Web服務網PN＝（P，W，F）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w，必然存在一個實施序列，可以從服務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中不存在無法執行的 Web服務，形式化表示為

2．3 合理性驗證算法描述

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

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

3 應用實例

3．1 實例描述

以裝飾公司客戶訂單處理Web應用為例，客戶訂單處理流程為：裝飾公司接到客戶訂單，分配給設計部設計裝飾方案；將裝飾方案發送給客戶確認；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，再由設計部門進行設計；采購部門根據方案訂購裝飾材料，同時施工部制定施工方案；根據施工方案組織施工；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，施工部繼續完善，再交由客戶檢驗。

3．2 Web服務組合建模

根據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服務組合模型。其中，W1：接收訂單；W2：方案設計；W3：客戶確認設計方案；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服務組合模型的圖形化表示如圖2。

圖2 案例服務組合模型

3．3 Web服務組合模型驗證

根據Web服務組合的合理性定義及合理性驗證算法，對Web服務組合模型進行驗證，其中有10個Web服務，12個庫所，初始狀態 Web服務集合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，具體驗證步驟如下：

從結果W和P得出，此Web服務組合模型滿足合理性定義，是正確的并可以實施。

4 結 論

運用Petri網的圖形化表示方法對Web服務組合進行建模，根據合理性的定義設計模型的驗證方法，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務流程。正確合理的Web服務組合模型可以借助基于Petri網的模型應用引擎來具體實施，如 OpenEbXML、Bigbross Bossa、wfmOpen等。

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

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

［3］李山曾．基于Petri網的工作流管理系統的設計與開發［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網原理［M］．北京：電子工業出版社，1998

［6］羅海濱，范玉順，吳澄．工作流技術綜述［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