Моделирование и разработка сервис-ориентированных приложений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Аунг Аунг Хейн

• Аунг Аунг Хейн
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аунг Аунг Хейн

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ТЕХНОЛОГИИ ВЕБ-СЕРВИСОВ.

1.1 Концепции архитектуры, ориентированной на веб-сервисы.

1.2 Технологии веб-сервисов.

1.2.1 Архитектура веб-сервисов.

1.2.2 Стандарты технологии веб-сервисов.

1.3 Семантические веб-сервисы.

1.4 Языки описания композиций.

1.5 Веб-сервисы и вопросы безопасности.

1.6 Постановка задачи диссертации.

1.7 Выводы.

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕРВИС-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ.

2.1 Сети Петри.

2.1.1 Модель веб-сервиса.

2.1.2 Модель операции.

2.1.3 Модель композитного веб-сервиса.

2.2 Раскрашенные сети Петри.

2.2.1 Моделирование композиций веб-сервисов.

2.2.2 Взаимодействие без непосредственного связывания с веб-сервисом.

2.2.3 Методика моделирования сервис-ориентированных приложений.

2.3 Моделирование взаимодействия мобильного приложения с веб-сервисом.

2.3.1 Задача построения модели.

2.3.2 Модель мобильного приложения как сеть Петри.

2.3.3 Модель мобильного приложения как многоцветная сеть Петри.

2.4 Выводы.

3 СРЕДСТВА И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ ВЕБ-СЕРВИСОВ.

3.1 Основные платформы для разработки веб-сервисов.

3.1.1 Платформа J2EE.

3.1.2 Платформа .NET.

3.1.3 Сравнительный анализ .NET и J2EE.

3.2 Разработка веб-сервисов по методу «снизу-вверх».

3.2.1 Создание приложения, реализующего функциональность веб-сервиса.

3.2.2 Развертывание и тестирование веб-сервиса на сервере.

3.2.3 Генерация WSDL описания веб-сервиса.

3.2.4 Формирование семантического описания сервиса.

3.2.5 Создание клиентского приложения для доступа к веб-сервису.

3.2.6 Преимущества и недостатки подхода «снизу вверх».

3.3 Разработка веб-сервисов по методу «сверху-вниз».

3.3.1 Состав WSDL документа.

3.3.2 Генерация программных компонентов по WSDL описанию.

3.3.3 Преимущества и недостатки подхода «сверху вниз».

3.4 Выводы.

4 РАЗРАБОТКА СЕРВИС-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИИ .NET и Java.

4.1 Разработка системы прогнозирования инкассаций банкоматов.

4.1.1 Функциональные характеристики модулей.

4.1.2 Архитектура системы.

4.1.3 Определение WSDL описаний веб-сервисов.

4.1.4 Реализация веб-сервисов на технологии Java.

4.1.5 Вызов Java веб-сервисов из .NET клиента.

4.2 Разработка системы оперативного управления заданиями.

4.2.1 Общее описание разработанной системы.

4.2.2 Проектирование приложения.

4.2.3 Программная реализация.

4.2.4 Обеспечение безопасности разработанной системы.

4.2.5 Отладка взаимодействия программных компонентов разработанной системы.

4.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и разработка сервис-ориентированных приложений»

В последнее время становится популярной покомпонентная сборка приложений на базе сервис-ориентированной архитектуры (SOA, Service-Oriented Architecture). Концепция SOA основана на том, что бизнес-приложение состоит из большого количества компонентов. Каждый такой компонент представляет собой сервис (рис. В.1), являющийся модулем системы SOA. Использование сервис-ориентированного подхода позволяет крупному предприятию получить преимущества при дальнейшем развитии своей ГГ-инфраструктуры.

SOA

Ориентация на компонентную сборку приложений if < > • , - ■ , J ■ г •J , і - * я *

Рис. В.1 Сервис-ориентированная архитектура предприятия

Для создания сервис-ориентированных приложений, в частности, перспективно использование технологии веб-сервисов. Технология веб-сервисов позволяет приложениям взаимодействовать друг с другом независимо от платформы, на которой они развернуты, а также от языка программирования, на котором они написаны. У веб-сервиса существует программный интерфейс, который описывает набор операций (веб-методов), удаленно вызываемых посредством стандартизованных XML сообщений. В отличие от традиционного веб-приложения, веб-сервис не обслуживает конечных пользователей, так как у него нет пользовательского интерфейса. Его главной задачей является предоставление услуг другим приложениям, таким как веб-приложения, мобильные или консольные приложения.

Ориентация на закрытые стандарты и форматы при разработке информационных систем создает проблемы при интеграции приложений. Веб-сервисы получили широкое распространение, так как они основаны на открытых протоколах обмена и передачи данных и стандартах, поддерживаемых на различных программных платформах. Это создает основу как для использования разработанных сервисов в рамках IT-инфраструктуры предприятия, так и для автоматизации бизнес процессов, в реализации которых участвуют несколько предприятий.

Построение информационных систем на базе веб-сервисов привело к понятию архитектуры, ориентированной на веб-сервисы (Web Services Architecture - WSA), разновидности сервис-ориентированной архитектуры. В диссертации исследуются вопросы разработки и моделирования веб-сервисов, используемых в рамках WSA, поэтому в дальнейшем под словом «сервис» понимается именно веб-сервис.

Повторное использование программных компонентов, реализованных в виде веб-сервисов, построение среды для их удобного связывания - основа архитектуры, ориентированной на веб-сервисы (WSA).

Ориентация на повторное использование программных компонентов поставила на одно из первых мест проблему поиска готовых сервисов как в рамках предприятия, так и в глобальном масштабе. Это, в свою очередь, выдвинуло на первый план проблему описания семантики сервиса, чему в настоящее время посвящено много исследований.

Построение среды для удобного связывания сервисов привело к созданию понятия сервисной шины предприятия.

Сервис-ориентированные приложения - это распределенные приложения, функциональные компоненты которых - веб сервисы 8 выполняются на разных серверах и образуют «оркестр», управляемый клиентом. В силу этого они работают в значительной степени в условиях неопределенности. В связи с этим, в последнее время появилось большое количество исследований, связанных с построением моделей сервис-ориентированных приложений, выполненных с использованием сетей Петри.

Следует отметить работы [1] К. Бохана и М. Худолея, посвященные построению моделей корпоративных приложений на базе иерархических сетей Петри, работы [2] и [3] А. Martens, R. Hamadi, В. Benatallah, P. Xiong, Y. Fan, M. Zhou, связанные с моделями композитных сервисов, и множество других.

В настоящее время, в связи с быстрым распространением мобильных устройств весьма актуальны мобильные приложения, выполняющие самую разнообразную работу. В основном мобильные приложения предназначены для взаимодействия с корпоративной базой данных. Организовать такое взаимодействие легче всего, используя веб-сервис и сеть интернет для транспорта сообщений. При разработке мобильных приложений, как показывает практика, весьма актуально предварительное моделирование, позволяющее оценить как архитектурные решения, так и особенности функционирования мобильного приложения в реальных условиях.

Предмет диссертационного исследования - методы и средства разработки и композиции веб-сервисов.

Цель диссертационного исследования - повышение эффективности разработки веб-сервисов и систем, ориентированных на применение веб-сервисов, на основе исследования существующих методов и инструментальных программных средств разработки и моделирования, используемых при композиции веб-сервисов и создании мобильных приложений.

Для достижения поставленной цели диссертации было выполнено:

1. изучение состояния стандартизации веб-сервисов;

2. изучение существующих подходов к моделированию и разработке 9 приложений в рамках архитектуры, ориентированной на веб-сервисы;

3. овладение современными программными средствами моделирования и разработки сервис-ориентированных приложений;

4. анализ основных платформ разработки J2EE и .NET.

Были решены следующие задачи:

1. Произведено сравнение методов разработки веб-сервисов и рекомендованы способы их использования.

2. Разработаны модели статической и динамической композиции сервисов;

3. Разработана методика моделирования мобильных приложений, ориентированных на использование веб-сервисов;

4. Разработанные модели и методика моделирования продемонстрированы на примере создания сервис-ориентированных приложений.

Для решения поставленных задач в диссертации использованы методы моделирования программных систем с помощью сетей Петри, методы и средства объектно-ориентированного проектирования и программирования.

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Разработаны модели веб-сервисов и их композиций на базе простых и раскрашенных сетей Петри

2. Разработаны модели статического и динамического обращения к сервису.

3. Предложен и продемонстрирован метод разработки веб-сервисов «сверху-вниз», в процессе которого сначала разрабатывается синтаксическое описание сервиса, а затем выполняется кодирование его методов.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

4. Предлагаемый подход к моделированию веб-сервисов и мобильных приложений, построенных с их использованием.

5. Модели веб-сервисов и мобильных приложений, построенных с их использованием.

Научные и практические результаты диссертационной работы использованы в ходе работ по внедрению системы оперативного управления заданиями, которая используется в рамках сервисного центра компании "БПЦ".

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, её научная новизна и практическая значимость, сформулирована цель работы.

В первом разделе диссертации рассматриваются основные положения технологии веб-сервисов. В конце первого раздела диссертации поставлена цель и конкретные задачи диссертационного исследования.

Во втором разделе диссертации развивается подход к моделированию веб-сервисов и сервис-ориентированных приложений на базе многоцветных сетей Петри.

В третьем разделе диссертации проведен анализ технологических средств, используемых для разработки веб-сервисов и приложений, использующих веб-сервисы. Рассмотрены методы разработки атомарных и композитных веб-сервисов.

Четвертый раздел диссертации посвящен экспериментальной проверке предлагаемых подходов к статической и динамической композиции веб-сервисов на основе разработанного приложения для моделирования процесса инкассации банкоматов и мобильного приложения по управлению заданиями персонала, выполняющего производственные задания вне офиса.

В заключении приводятся основные выводы и результаты диссертации.

Полученные результаты в значительной степени конструктивны. Они демонстрируются с помощью экспериментов на моделях статической и динамической композиции веб-сервисов, выполненных на базе сетей Петри, так и с помощью экспериментальной проверки предлагаемых подходов на базе разработанных приложений, основанных на использовании веб

11 сервисов.

Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из них 3 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК РФ [19-21], тезисы 4 докладов включены в сборники трудов научно-технических конференций [2225].

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и приложений. Общий объем основного текста, без учета приложений — 122 страницы, с учетом приложений — 152. Диссертация содержит 62 рисунка, 4 таблицы и 34 листинга программного кода. Список литературы включает 59 источников.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Аунг Аунг Хейн

4.3 Выводы

1. Метод «сверху-вниз», использованный для разработки веб-сервисов в системе моделирования процесса инкассации банкоматов, доказал свою эффективность. В результате тщательного продумывания элементов интерфейса и фиксации их в виде WSDL описания разработка программного кода существенно упростилась.

2. Разработка и отладка взаимодействия веб-сервиса и мобильного клиента успешно завершились в значительной степени благодаря моделированию на сетях Петри и использованию эмулятора мобильного устройства. Разработка завершилась внедрением в производственный процесс сервисного центра компании БПЦ и получением акта о внедрении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации исследована проблема разработки и моделирования веб-сервисов, как атомарных, так и композитных. Веб-сервисы являются основой для построения гетерогенных распределенных систем, в которых связь между программными компонентами поддерживается путем обмена сообщениями.

Исследована методика разработки веб-сервисов, как по методу «снизу-вверх», при котором разработка начинается с создания программы, с последующей автоматической генерацией интерфейсного окружения, так и по методу «сверху-вниз», при котором разработка начинается с создания интерфейса с последующей автоматической генерацией «скелета» программы.

Рассмотрены вопросы построения композитных сервисов и существенную роль семантического описания сервисов в процессе композиции. Слой семантического описания создается на базе глобального информационного ресурса в виде онтологии предметной области с помощью специализированных языков.

Несмотря на наличие специальных языковых средств, используемых при разработке информационных процессов на базе веб-сервисов, существенную роль играет построение моделей в виде иерархических раскрашенных сетей Петри. Это определяется наличием нефункциональных характеристик веб-сервисов, которые играют существенную роль особенно при построении мобильных приложений.

Модели в виде иерархических раскрашенных сетей Петри могут быть построены на разных уровнях детализации сообщений-запросов и сообщений-ответов. Наименее детализированная сеть Петри для моделирования взаимодействия веб-сервиса и мобильного приложения позволяет получить оценку констант взаимодействия типа таймаутов, а полностью детализированная дает возможность проследить их взаимодействие во всех подробностях.

В диссертации предлагается методика, которая предполагает проводить разработку и анализ взаимодействия веб-сервиса и нескольких одновременно работающих мобильных клиентов, заменяя реальные мобильные устройства их программными эмуляторами. Использование эмуляторов значительно упрощает и удешевляет тестирование, позволяет найти ошибки в логике взаимодействия веб-сервиса и мобильного клиента, кроме того оценить нагрузку на сервер, на котором расположен сервис.

С целью демонстрации подходов к решению задач, поставленных в диссертации, разработана сеть Петри взаимодействия веб-сервиса, выполняющего операции по работе с офисной базой данных, и мобильных клиентов, обменивающихся сообщениями с веб-сервисом по протоколу GPRS. Сеть Петри разработана с использованием среды CPN Tools.

Разработано два приложения с использованием технологии веб-сервисов с использованием языков программировав Java и С#. Первое приложение, выполненное на базе композиции веб-сервисов, использовалось в качестве прототипа при разработке подсистемы инкассации банкоматов системы SmartVista компании БПЦ. Второе приложение, выполненное в виде веб-сервиса и мобильных клиентов, разработано для сервисного центра компании БПЦ и внедрено в промышленную эксплуатацию для оперативного управления действиями сотрудников, работающих в «полевых» условиях. На второе приложение получен акт о внедрении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аунг Аунг Хейн, 2013 год

1. Бохан K.JL, Худолей М.С. Модели корпоративных сервисов на основе иерархических сетей Петри, Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.khai.edu/csp/nauchportal/Arhiv/REKS/2010/REKS610/Bokhan.pdf.

2. PengCheng Xiong, YuShun Fan, and MengChu Zhou. A Petri Net Approach to Analysis and Composition of Web Services, Fellow, IEEE Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cc.gatech.edu/~pxiong3/Papers/TSMCA2009.pdf.

3. Web Services Architecture Электронный ресурс. // W3C Working Group Note 11 February 2004. Режим доступа: http://www.w3.org/TR/ws-arch/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

4. Web Services Business Process Execution Language Version 2.0 Электронный ресурс. // OASIS Standard 11 April 2007. Режим доступа: http://docs.oasis-open.0rg/wsbpel/2.O/OS/wsbpel-v2.O-OS.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

5. Web Services Choreography Description Language (WS-CDL), Version 1.0 Электронный ресурс. // W3C Candidate Recommendation 9 November 2005, -Режим доступа: http://www.w3.org/TR/ws-cdl-10/, свободный. Яз. англ.

6. Web Services Coordination (WS-Coordination) Version 1.2 Электронный ресурс. // OASIS Standard, 2 February 2009. Режим доступа: http://docs.oasis-open.org/ws-tx/wstx-wscoor-l.2-spec-os.pdf, свободный. - Яз. англ.

7. Ran Shupring, Canberra, Australia, A Model for Web Services Discovery with QoS, ACM SIGecom Exchanges, Volume 4, Issue 1. March 2003, p 1-10.

8. OWL-S: Semantic Markup for Web Services Электронный ресурс. // W3C Member Submission 22 November 2004. Режим доступа: http://www.w3.org/Submission/OWL-S/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

9. SOAP Version 1.2 Part 0 Электронный ресурс. // W3C Recommendation 27 April 2007. Режим доступа: http://www.w3.org/TR/soapl2-partO/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

10. Web Services Description Language (WSDL) Version 2.0 Part 1: Core Language Электронный ресурс. // W3C Recommendation 26 June 2007. -Режим доступа: http://www.w3.org/TR/wsdl20/, свободный. Яз. англ.

11. The UDDI Technical White Paper Электронный ресурс. // OASIS,2003. -Режим доступа: http://www.uddi.org/pubs/IruUDDITechnicalWhitePaper.pdf , свободный. Яз. англ.

12. Рэй Э., Изучаем XML. Пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс, 2001. - 408 е., ил.

13. W3C XML Schema Definition Language (XSD) 1.1 Part 1: Structures Электронный ресурс. // W3C Recommendation 5 April 2012. Режим доступа: http://www.w3.org/TR/xmlschemall-l/. - Яз. англ.

14. Document Object Model (DOM) Level 3 Core Spécification Электронный ресурс. // W3C Recommendation 07 April 2004. Режим доступа: http://www.w3.org/Til/DOM-Level-3-Core/. - Яз. англ.

15. Simple API for XML (SAX) Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.saxproject.org/.

16. Аунг Аунг Хейн, Щукин Б.А., «Моделирование сервис-ориентированного приложения с помощью раскрашенных сетей Петри», Естественные и технические науки, № 6, 2011 г. стр. 527-529.

17. Аунг Аунг Хейн, Щукин Б.А., «Моделирование сервис-ориентированного118