企业业务集成是信息领域的核心问题之一,Web服务是当前基于Internet构造跨企业分布应用的标准框架。Web服务组合技术用于实现服务模块之间的有效集成,成为衔接以Web服务为基础的信息设施和企业业务应用集成之间的桥梁。只有当应用程序和业务流程能够通过服务组合实现复杂的业务应用时,Web服务技术的全部潜力才能充分发挥。如何组合这些分布、自治的已有Web服务从而构筑新的企业业务应用成为软件工程领域一个新的热点问题。本文以上述需求为背景,展开自动Web服务组合关键技术研究,主要工作包括:(1)现状的总结与分析:首先综述了自动Web服务组合方法迄今为止的国内外研究进展,将现有Web服务组合方法分为三大类,即基于工作流技术的方法、基于智能规划的方法和基于程序综合的方法,介绍了每种方法的代表性研究,分析了各种方法的优缺点。(2)自动Web服务语义标注方法:服务描述是服务组合的基础,服务语义标注是实现服务语义描述的一种有效手段。本文将Web服务标注分为域定位和概念映射两个阶段,针对现有的自动语义标注方法主要关注概念映射的问题,提出了一种基于机器学习的域定位算法MD-kNN40D(Multiple Domains kNN forOntology Discovery),有效地解决了Web服务语义标注的域定位问题,可作为现有自动语义标注方法的有效补充。(3)基于语义的高效服务匹配方法:服务发现在Web服务组合实现过程中占有重要地位,而服务匹配是实现服务发现的关键。本文提出了一种基于包含推理的语义服务匹配方法SMOSH(Services Matching On Services Hierarchy),SMOSH利用OWL本体的自动推理功能建立服务分层,并利用服务分层实现服务匹配。本文从理论上证明了SMOSH建立的服务分层能有效提高服务匹配的效率。实验结果表明,与已有的服务匹配方法相比,SMOSH既保持了较好的匹配性能,同时能在更短时间内响应服务请求。(4) Web服务语义相似度量机制:为了量化服务描述与服务请求之间的匹配程度、增强服务匹配的灵活性,需要将这种匹配程度通过一种量化机制更精确地表示出来。OWL概念相似度量是使用OWL本体概念进行标注的服务相似度量的关键。本文提出了一种结构化的OWL概念相似度量机制,该机制通过知识库查询获取概念描述的底层语义计算其知识容量,再根据两概念的共同知识容量计算它们之间的语义相似度。(5)高效的Web服务自动组合算法:服务组合问题是NP完全问题,本文提出了一种基于图的自动Web服务组合方法ASC-Graph(Automatic Services CompositionBased on Graph)。ASC-Graph由组合规划图构造阶段和组合解搜索阶段构成。通过构造组合规划图,能够在多项式级时间内判定服务组合问题的可满足性。在组合解搜索阶段,提出了一种基于启发式信息的搜索算法。模拟实验结果表明,ASC-Graph能有效解决大规模服务的自动组合问题。(6) Web服务行为的形式化建模理论:Web服务分为无状态Web服务和有状态Web服务,有状态Web服务的接口各操作之间具有严格的逻辑和时序关系。本文基于有色Petri网语义提出了Web服务行为形式化模型Service-Net。Service-Net不但能有效刻画Web服务内部操作之间的控制依赖以及数据依赖关系,还能表达Web服务作为一个独立通信系统与外部环境的消息交互。Service-Net模型在服务行为建模时全面考虑了控制流与数据流对服务内部行为及交互行为的影响,从而支持精确的服务行为描述和分析,为服务行为交互正确性判定和基于行为的服务匹配提供形式化基础。(7) Web服务交互协议正确性验证方法:有状态Web服务的组合是一种交互式组合,服务之间通过消息交互完成各自服务会话从而产生完整的交互协议。交互模型的正确性是保证服务交互成功的关键。基于Service-Net,本文定义了服务交互的形式化模型,提出了衡量服务交互模型正确与否的准则,以及相应的基于有色Petri网理论的判定和分析方法。(8)为了将本文提出的Web服务行为形式化建模理论和服务交互正确性验证方法应用到具体的Web服务执行平台,本文提出了标准服务流建模语言BPEL(Business Process Execution Language)元模型到Service-Net构造元素的模型转换规则,给出了BPEL的有色Petri网语义。综上所述,本文针对目前自动服务组合技术中亟待解决的几个关键问题提出了有效的解决方案,对于推进自动服务组合技术的理论研究和实用化具有较高的理论价值和应用价值。