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1、软件服务生态中的非确定性科学问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题、互操作性的应用基础问题何克清何克清SKLSE(WHU)软件工程国家重点实验室（武汉大学）H2003/12/27计算机科学面临的挑战目目 录录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 在浏览器上使用Web技术进行资料的参考和交流 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
2、、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，等下一代网络技术应用下一代网络技术应用第一代网络技术应用第一代网络技术应用 互联网技术的快速发展促进了软件开发与服务互联网技术的快速发展促进了软件开发与服务形形态态的的变变更更第二代网络技术应用第二代网络技术应用 1.问题提出的背景问题提出的背景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v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v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Inte
3、rnet从WWWGGGv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；v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。服务生态中互操作（相互作用）和协同问题在语服务生态中互操作（相互作用）和协同问题在语义层上才能实现义层上才能实现v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
4、、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v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2. 软件服务生态中的非确定性问题软件服务生态中的非确定性问题v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
5、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？v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？服务请求者资塬服务中心查询绑定(binding)服务发布发布管理注册服务中心服务生态模型Registering软件信息资源服务请求描述资源库资源的公共注册管理MMF软件信息资源分类注册的服务描述资源库建筑、查询服务
6、Repository业务集成服务软件信息资源开发语义语义web服务中信息资源描述与管理服务中信息资源描述与管理RDF SchemaRDFXML(+URI+Namespaces)WSDLSOAPUDDISemantic Web ServicesWeb ServicesMMFRepository Interface & Protocol描述 资源的描述 资源的管理Ontology/OWL+UDDI: Universal Description,Discovery and IntegrationWSDL: Web Service Description LanguageSOAP: Simple Ob
7、ject Access ProtocolXML: extensible Markup LanguageOWL: Ontology Web LanguageRDF: Resource Description FrameworkMMF: MetaModel Framework3. 应用基础中的互操作性问题应用基础中的互操作性问题v软件的互操作性软件的互操作性(Interoperability)、透明性透明性(Transparency)、开放性开放性(Openness)、可伸缩可伸缩性性(Scalability)问题中最核心的互操作性问问题中最核心的互操作性问题；题；v从传统的系统集成从传统的系统集
8、成(system integration)到业务到业务集成集成(business integration)的服务转变问题的服务转变问题;v从互连、互通，到语义层面的互操作；从互连、互通，到语义层面的互操作；v需要解决互操作性保证的软件开发与服务的理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。论与方法及其技术标准。4. 4. 工作基础工作基础工作基础工作基础-一个解决方案：本体元建模理论一个解决方案：本体元建模理论一个解决方案：本体元建模理论一个解决方案：本体元建模理论与自组织与自组织与自组织与自组织MDAMDA方法方法方法方法v本体元建模理论与方法，即本体及其元模型承诺本体元
9、建模理论与方法，即本体及其元模型承诺(commitment)的理论与方法的理论与方法本体承诺是建立在本体承诺是建立在某种语言某种语言和和可以被称为本体的某可以被称为本体的某种事物之间的映射种事物之间的映射以本体模型分类注册以本体模型分类注册(Registering)复杂的信息结复杂的信息结构、本体模型与元模型的映射构、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（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：元模型框架资源库信息结构的组织与管理：元模型框架MMFv核心：本体元建模框架核心：本体元
10、建模框架MMF(Meta-Model Framework)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 标 准 元 模 型 CORE公共的识别和分类的本体方法,Registering模型映射的元模型领域模型构筑领域的公共软构件信息结构 国际标准 MOF元建模的基本标准&ISO11179 扩充UML & XML& MDA基于本体元模型的分类与登记Repository（库管理）基于元模型的映射Ontology方法UMM建模方法, UMLUML&XML&MDA基于元模型的网格中软构件信息资源库的建设与基于元模型的网格中
11、软构件信息资源库的建设与管理方法管理方法领域元模型、框架及其规约软构件信息结构分类、登记的本体模型 元 模 型 框 架MMFUOD软构件属性信息本体v公共的属性本体v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；v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v使用属性本体进行软构件分类、注册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PropertyUnbindedBindedIntrinsicExtrinsic软构件属性应用本体Metav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
12、体模型；v本体描述语言：DAML+OIL,OWL+v过程（动态）本体语义：分布操作语义，Petri网；v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）本体模型服务过程本体与绑定服务绑定服务模型BPEL4WSProcessontologicalModelportTypeInput-only operationInput-output operationWeb serviceBPEL4WS Composition Model绑定服务模型Component Service Implementationwith Process ontologica
13、lModelPortTypePortTypePortTypeBinding ServiceWeb Services Description Language Component Model元建元建模模(Meta Modeling)v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 ；v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、自身调整性元模型层次的停止问题元模型层次的停止问题v“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
14、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v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：泛化型（类型和实现值）生成与操作规则抽象类型管理属性解释描述等v软件工程中，我们往往采用基准来确定“元的层次”。例如IRDS采用了“类型和实现值”强制停止“元的层次”vUML,MOF(Meta Object Facility)也基本上采用了“类型和实现值”的基准:层次层次 描述描述 例例 元元模型（metametamodel） 元模型的定义 元类(metaclass)，元属性 元模型（metamodel） 元元模型的示例，模型的定义
15、类、属性模型（model） 描述领域规范，类模型职员、产品对象(object)模型的示例，信息领域的示例 李兵，TVMOF的元层次承担的承担的ISO国际标准项目内容国际标准项目内容 Metamodel Framework for OntologyMetamodel Framework for MappingMetamodel Framework for Modeling Constructs Metamodel Instance Domain ModelBusiness DomainExchangingCore Model武汉大学承担的部分武汉大学承担的部分(MOF1.4 + ISO11179
16、(MDR)MMF(Meta-Model Framework)基于本体元模型方法的软构件基于本体元模型方法的软构件R&R平台（原型）的开发平台（原型）的开发自组织自组织MDAPIMPSMPSMPSM业务要件每个平台的映射实现的映射实现实现实现业务领域的分析建模CIM(Computing Independent Models) 领域的建模，业务过程本体，静态本体 PIM与PSMPIM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） - PIMPSM （元模型与基本模型） - PSM实现自组织体系- CIM PIMPSMPIMPIM
17、自组织: PIM软构件的相互作 用与集成 PIM有序行为；PSMPSM自组织: PSM软构件的相互 作用与集成 PIM有序行为； CIM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；Model Driven Architecture,OMG,2001业务系统的分析设计标准模型UML Modeling ToolMetamodel FrameworkModel Driven Execution EngineCommon MMF(Meta-model Frameworks)Metamodel FrameworkSC
18、PatternsControl PatternsComponentsModel and Software ConstructsPlatform Independent ModelsPlatform Specific ModelsMetamodel InstanceMetamodel Instance基于元模型的模型编译： PIM-PSM本体元模型支持MDA软件开发基于元建模型的互操作性测评基于元建模型的互操作性测评v互操作性是网格时代系统的基本 的、核心的技术指标v成立中国互操作性测评中心 （2002.12 武汉大学）v参加亚洲ebXML互操作性测 评工作委员会v完成了ebXML互操作性的MS
19、H, CPP,BPSS标准的测试（亚洲国家与地区联网测试）v获得亚洲ebXML互操作性测评资格证书v本体元建模理论与方法在一定程度上解决软件软件服务生态中的非确定性问题服务生态中的非确定性问题vv元模型体系、元模型体系、MDAMDA一定程度上解决互操作性标准的问题v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 MDAMDA 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。5.小结小结谢谢大家！敬请指导！SOAPBPEL4WSWSCIHTTP,FTP,SMTP,etcebXMLCPABP
20、MLBTPebXMLBPSSebXMLCPPebXMLMessagingebXMLRegistriesDAML-S ServiceGroundingRDFDAML-S ServiceProfileDAML-S ServiceModelDAML-S ServiceModelBPMLBTPWS-TransactionWS-CoordinationCS-WSWSCLDiscoveryContractsBusiness Process/WorkflowWSDL-basedSemantic-basedebXMLUDDI WSELWSDLTransactionsChoreographyConversationsNon-functionaldescriptionService DescriptionXML-basedmessagingNetwork
