[论文解读] Formal Model of Web Service Composition: An Actor-Based Approach to Unifying Orchestration and Choreography

Yong Wang|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2013

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 48被引用 3

一句话总结

本文提出 AB-WSCL，一种基于角色的 Web 服务编排语言，通过基于并发重写理论的正式语义，统一了编排与协调。通过将服务、编排和协调建模为角色，该方法在组件之间建立了自然且可组合验证的关系，支持运行时执行与形式化正确性保证的设计时验证。

ABSTRACT

Web Service Composition creates new composite Web Services from the collection of existing ones to be composed further and embodies the added values and potential usages of Web Services. Web Service Composition includes two aspects: Web Service orchestration denoting a workflow-like composition pattern and Web Service choreography which represents an aggregate composition pattern. There were only a few works which give orchestration and choreography a relationship. In this paper, we introduce an architecture of Web Service Composition runtime which establishes a natural relationship between orchestration and choreography through a deep analysis of the two ones. Then we use an actor-based approach to design a language called AB-WSCL to support such an architecture. To give AB-WSCL a firmly theoretic foundation, we establish the formal semantics of AB-WSCL based on concurrent rewriting theory for actors. Conclusions that well defined relationships exist among the components of AB-WSCL using a notation of Compositionality is drawn based on semantics analysis. Our works can be bases of a modeling language, simulation tools, verification tools of Web Service Composition at design time, and also a Web Service Composition runtime with correctness analysis support itself.

研究动机与目标

• 建立跨组织服务组合中 Web 服务编排（WSO）与协调（WSC）之间自然且形式化基础的关系。
• 设计一种运行时架构，将 WSO、WSC 和 Web 服务整合到统一的并发执行模型中。
• 使用并发重写理论为 AB-WSCL 语言提供形式化语义，以确保正确性与可组合性。
• 通过映射到标准的基于 XML 的 Web 服务规范，提供实用工具支持——建模、仿真、验证与运行时执行。
• 通过消息交互与组件组合的正式分析，展示该方法的表达能力与正确性。

提出的方法

• 在并发系统中将 Web 服务、编排与协调建模为角色，利用角色模型的内在并发性。
• 将 AB-WSCL 定义为基于角色系统的领域特定语言，支持 WS、WSO 与 WSC 组件之间的消息传递语义。
• 使用并发重写理论为 AB-WSCL 建立形式化语义，以精确建模交互序列与状态转换。
• 利用可组合性概念，通过交互语义正式验证 WSO 与 WS、WS 与 WS、以及 WSO 与 WSO 之间的关系。
• 定义 AB-WSCL 与标准 Web 服务规范（WSDL、WS-BPEL、WS-CDL）之间的映射，以确保互操作性与实际适用性。
• 通过一个图书购买流程的运行示例验证该方法，展示跨角色的消息流与状态转换。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 Web 服务组合的单一运行时架构中，正式统一编排与协调？
• RQ2 如何为一种支持编排与协调的基于角色的语言定义形式化语义，同时保持可组合性？
• RQ3 如何对 Web 服务编排、Web 服务与协调之间的交互进行建模与正确性验证？
• RQ4 AB-WSCL 在多大程度上可作为设计时工具（建模、仿真、验证）与运行时执行的基础？
• RQ5 AB-WSCL 与现有基于 XML 的 Web 服务规范（如 WSDL、WS-BPEL 与 WS-CDL）之间存在何种关系？

主要发现

• 基于角色的方法通过将所有组件建模为角色，自然地统一了编排与协调，实现了统一且并发的执行模型。
• 基于并发重写理论的形式化语义为 AB-WSCL 提供了严谨基础，确保正确性，并支持对组件交互的正式验证。
• 通过交互语义，可组合性得到正式确立，证明了 WSO、WS 与 WSC 之间关系的明确定义。
• 可映射至 WSDL、WS-BPEL 与 WS-CDL，AB-WSCL 支持双向转换，实现与现有 Web 服务生态系统的集成。
• 该语言既简洁又富有表现力，支持在单一形式化框架内进行建模、仿真、验证与运行时执行。
• 该方法支持设计时验证与运行时执行，并提供正确性保证，展示了在真实世界服务组合中的实际适用性。