1 引言
業務流程是為了實現一定的業務目標而執行的一系列邏輯相關的活動的集合，業務流程的輸出是滿足市場需求的產品或服務。對于企業而言，業務流程是企業重要的知識資產，是核心競爭力的體現，一個精心設計和執行的業務流程能夠為企業創造價值并節約成本。
現代業務流程管理系統的歷史可以追溯到工作流系統。在企業IT環境中，工作流軟件通常與企業應用集成系統結合在一起，成為企業應用的“黏合劑”，幫助企業實現業務流程的自動化和流水線化。傳統工作流系統的最大缺陷就是：它們大多采用了專有技術，這使得業務流程與企業應用的結合變得非常復雜，通常需要很長時間進行部署和實施，而與企業外部系統進行集成則更加困難，無法適應全球化浪潮和互聯網時代對企業靈活、無縫集成的需求。人們開始考慮利用Web服務的開放性和標準化，來解決業務流程與企業應用之間的互操作性問題。
這正是Web服務組合的思想，Web服務體系結構最引人注目的功能之一就是提供一個允許通過組合現有流程和服務來建立新服務的框架，即Web服務組合。盡管Web服務從各個方面(數據、通信、描述和發現)為實現大規模的業務協作奠定了良好的基礎，但由于各個服務之間仍然是獨立的狀態，從而仍未解決企業內和企業間的業務集成問題。Web服務的交互及協作必然要求構造復雜的Web服務。通過Web服務交互，可以實現多個系統的相互協作，集成分布式應用中的各個組件就有了一個公共的框架。Web服務最終趨向于Web服務的組合，而不是孤立存在的Web服務。組合的本質就是若干Web服務協調工作，從而靈活地滿足更復雜的業務需求。
2 基于Web服務組合的業務流程集成
2.1 Web服務組合的概念
Web服務組合，是指把Internet上已有的相對簡單的Web服務按一定的業務流程邏輯組合起來以構成復雜的復合服務，從而提供更強大、更完整的商業功能。其中的業務流程邏輯通常對應于一定的商業邏輯，被組合的每個Web服務完成其中的一個任務。Web服務組合意味著通過組合基本服務來構建組合服務，從而提供增值服務的能力。
隨著Web服務應用的推廣和用戶的增加，Web服務組合技術己經受到很多大型企業和研究機構的關注，在語言和相應支撐系統方面已有一些初步成果，目前，比較有代表性的Web服務組合方面的工作有BPEL4WS、WSFL、XLANG、WSCI、BPML，OGSA，Self-Serv等，它們分別在組合語言、組合工具以及執行環境方面開展了富有成效的研究工作。但是從已有的各種Web服務組合模型以及具體的實現方案來看，Web服務組合技術仍然沒有達到期待的成熟度。
2.2 基于Web服務組合的業務流程集成
隨著企業信息化建設的不斷深入及業務需求的不斷改變，現有的將業務流程固化到應用系統中的開發模式，與不斷變化的業務流程間的矛盾日漸顯現，已不能適應業務敏捷性的需求。業務敏捷性是指企業對變更快速和有效地進行響應、并且利用變更來獲得競爭優勢的能力。業務流程集成意味著在合作伙伴之間協同運作，在采購商和供應商之間實現協同工作、產品共同開發、通用系統以及信息共享。通過這種流程集成的方式，企業可以更關注其核心競爭力開發，而把其它活動交給合作伙伴去做。做到“各盡所能，各取所需”。
基于Web服務組合的業務流程集成著眼于將業務分解為一組離散的業務功能和流程，即所謂“服務”，使已有的信息系統和新建的應用系統按流程驅動的方式整合在一起，實現業務流程管理與應用系統間的松耦合。這些服務就像大小不一的樂高玩具中的積木，它們之間的靈活組合可適應不同的業務敏捷性需要。當需要完成一定的功能時，只需將其進行組合即可。當業務需求發生改變的時候，只需增加個別新增的業務功能，同時改變業務流程即可，而不必改變整個應用。從而從根本上解決了應用系統因業務流程變化，而需不斷重新建設的技術難題。
3 基于與/或樹的Web服務組合模型
3.1 輸入/輸出依賴與/或樹
(1)Web服務
在一個Web服務集合WS={ws1，ws2，...，wsn}中，一個Web服務ws是一個三元組(SI，SO，K)，其中：
SI：ws的輸入信息集合；
SO：ws的輸出信息；
K：ws的輸入信息集合與輸出信息之間的依賴關系，表現為一個深度為2的與樹，其中根節點為ws的輸出信息，葉節點為ws的輸入信息集合，各原子輸入信息之間為“與”的關系，即只有當所有原子輸入信息都滿足時才能獲得輸出信息SO。這里是應用問題歸約對WS的輸出信息問題進行分解。例如，一個票務查詢服務ws----(I，O，K)用于查詢某個日期某個車次是否有票，其可用基于輸入/輸出依賴與/或樹的形式表示如下：
I={車次，日期，起點，終點}
O={車票信息}
K：輸入，輸出依賴與，或樹如圖1所示。
圖1 輸入/輸出依賴與/或樹
圖1中從輸出到輸入的箭頭表示輸出對輸入的依賴關系。小圓弧表示只有當所有輸入信息{車次，日期；起點，終點}都滿足時，才能獲得輸出信息{車票信息}。
(2)Web服務組合
Web服務組合問題是一個三元組(WS，CI，CO)，其中：WS={ws1，ws2，...，wsn}：是將要進行組合的Web服務的集合；
CI={ci1，ci2，...，cim}：輸入信息集合
CO={co1，co2，...，cop}：輸出信息集合
Web服務組合問題的解是一個Web服務的流程序列，其輸入輸出分別為CI和CO。
(3)輸入，輸出依賴與/或樹
一個Web服務組合問題的輸入/輸出依賴與/或樹，是一個與/或樹形式的輸入/輸出依賴關系，它的根節點為服務組合問題的輸出集合，葉子節點為服務組合問題的輸入。輸入/輸出依賴與/或樹通過與/或樹搜索算法來建立，其基于問題歸約，對服務組合問題進行分解及變換，直至到可解的問題，即已知輸入。這樣的一棵輸入，輸出依賴與/或樹，其實就是服務組合問題的解樹。
3.2 搜索算法
輸入/輸出依賴與，或樹的建立基于與/或樹搜索算法。(1)初始節點的確定。首先加入一個虛擬的初始節點SO，作為與/或樹的根節點，表示服務組合問題的目標狀態。
(2)初始節點的擴展。根據CO中的輸出信息，將SO擴展為P個節點co1，co2，...，con，這P個節點之間是“與”的關系，表示服務組合問題Q可以分解為P個子問題co1，co2，...，cop，只有當這P個子問題都有解，原問題才有解。如圖2所示。
圖2 初始節點的擴展
(3)下屬節點的擴展。為便于討論，在此擴展節點co1。其擴展策略為：搜索Web服務集合WS={ws1，ws2，...，wsn}，用所有滿足co1∈sc.so(即能產生輸出co1的服務)的服務對節點co1進行擴展，擴展后的各服務之間是“或”的關系，即其中任何一個服務都可以產生輸出co1。節點co1的擴展結果如圖3所示。
圖3 節點co1的擴展
(4)終止節點。組合服務的輸入為終止節點。
4 算例分析
本節以鐵路貨物運輸費用的計算流程為例，介紹基于Web服務組合的業務流程集成的實施步驟。
4.1 例子
在鐵路貨物運輸中，貨物運輸費用的計算(不包括雜費)包括如下幾個步驟：(1)按《貨物運價里程表》計算出發站至到站的運價里程；(2)根據貨物運單上填寫的貨物名稱查找《鐵路貨物運輸品名分類與代碼表》、《鐵路貨物運輸品名檢查表》，確定適用的運價號；(3)整車、零擔貨物按貨物適用的運價號，集裝箱貨物根據箱型、冷藏車貨物根據車種分別在“鐵路貨物運價率表”中查出適用的運價率(即發到基價和運行基價)；(4)貨物適用的發到基價加上運行基價與貨物的運價里程相乘之積后，再與按本規則確定的計費重量(集裝箱為箱數)相乘，計算出運費。
業務敏捷性的需求是把這四個功能模塊分別包裝成獨立的Web服務以供組合，而不是固化到一個應用中去。這四個功能分別對應表1中的四個Web服務。
表1 貨物運輸費用計算對應的服務
剩下的問題就是通過Web服務組合算法將這四個服務組合成一個完整的流程來計算貨物運輸費用。
4.2 算法實現
在這里采用基于與/或樹的Web服務組合模型進行服務組合，選擇與/或樹深度優先算法作為我們的服務組合算法。算法實現基于卡內基梅隆大學人工智能庫中的“AIC++搜索類庫”。
在程序中，Web服務的輸入，輸出依賴關系，表現為“改寫規則”的形式：(g1，g2，...，gn，End)。其中，第一個符號是Web服務的輸出，最后一個符號END用于程序判斷規則的結束，其余的符號是Web服務的輸入。“改寫規則”意味著對節點的擴展：當遇到g1(輸出)時，可以用序列g2，...，gn(輸入)來替代。這些輸入信息間的關系是“與”的關系。
例如Web服務Calculate-mile的改寫規則為：(mile，dep，des，END)
對于組合服務com，由于其輸出為pri(運輸費用)，故其改寫規則為：
(com，pri，END)
4.3 運行結果
程序的運行結果是輸出解樹中按深度優先順序搜索到的節點的序列：com，pri，mile，dep，des，rate，num，carg，weig
輸入/輸出依賴與/或樹(即服務組合的解樹，不包括虛擬的根節點)如圖4所示。其中顏色較深的節點為可解節點，即組合服務的輸入信息，根節點為組合服務的目標輸出信息。根據服務組合的解樹，可以將組合服務的執行流程表示為圖5的形式。
圖4 輸入/輸出依賴與/或樹
圖5 組合服務執行流程
4.4 結果分析
服務組合通過對單獨的業務功能模塊進行組合，來完成復雜的業務流程，從而滿足企業信息部門對業務流程集成的動態、敏捷性需求。在服務組合輸入，輸出依賴關系的表達上，基于與/或樹的服務組合模型強于基于AI規劃及圖搜索的方法，更適于表達實際的業務流程中網狀的輸入/輸出依賴關系，可以滿足更復雜的服務組合需求。同時，人工智能的成熟與發展為基于與/或樹的服務組合提供了堅實的理論基礎，無需過多的專業化操作，就可以進行Web服務的動態組合。
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