面向服务是目前软件工程领域重要的发展趋势之一。以Web服务为基础的分布式计算模式“面向服务的计算”是面向服务的软件应用的最重要标志。该计算模式提出以服务作为构建软件的基本单元,希望通过统一的技术规范来达到网络软件资源的充分利用和共享。然而,现有Web服务往往由众多不同的软件开发机构提供,这导致Web服务在接口描述语言、功能实现、运行行为上存在广泛的异构性,实际可复用性较差,严重阻碍了面向服务的计算技术的推广和应用。虽然Web服务描述语言标准化在一定程度上降低了Web服务的异构性,但是仍无法彻底消除这种异构性。如何克服Web服务资源的异构性,提高Web服务间协同的正确性和可靠性成为实施面向服务的软件应用的关键问题。Web服务适配为解决上述问题提供了可行的方法,成为推动和实施面向服务的软件应用的关键技术。Web服务适配的概念源于软件适配,是对软件适配技术的继承和发展。在Web服务适配提出之前,软件适配主要为小范围小规模的软件复用问题提供解决方案;之后,软件适配主要是指Web服务适配,为大范围大规模的网络软件资源的企业业务集成提供协同正确性和可靠性解决方案。基于分布、异构的Web服务,如何通过适配来构筑新的业务应用已成为软件工程领域的一个新的热点问题。本文以上述需求为背景,展开Web服务适配关键技术研究,主要工作和创新点包括:(1)Web服务形式化模型Web服务的描述信息可划分为标签层、行为层、语义层和质量层四个层次。本文在分析现有Web服务形式化模型的基础上,提出了层次扩展Web服务模型HESM(Hierarchical and Extensible Service Model)。HESM模型包括标签层和行为层描述信息,标签层刻画Web服务接口的基本信息,主要包括消息、消息类型和动作(操作)。行为层可以选择使用标记迁移系统、服务流网或PI演算刻画Web服务的交互行为。标记迁移系统可以刻画Web服务的交互行为,提供直观的状态集和状态迁移关系,服务流网可以刻画Web服务动作之间的控制依赖和消息之间的数据依赖关系,PI演算可以刻画通信结构动态变化的Web服务。而且,服务流网和PI演算都具有迁移系统语义,可以实现它们到标记迁移系统的等价转换。对HESM模型进行扩展,通过添加本体描述可以刻画Web服务的接口语义,通过添加安全属性也可以刻画Web服务的接口安全需求。HESM模型在对Web服务建模时,全面考虑了影响Web服务交互的各种因素,其通过分层描述、扩展描述和综合的行为描述支持精确的Web服务刻画和分析,为Web服务适配关键技术问题的顺利解决提供了坚实的形式化基础。(2)web服务可适配性分析方法web服务适配并不能保证解决所有失配(mismatches)问题,因此,web服务适配总会面临失败的风险。本文针对该问题,系统地提出了web服务可适配性的概念和分析方法。可适配性是指一组web服务是否可通过适配器调解实现正确的交互,可适配性分析则是一种用来检测web服务可适配性的技术。在服务规模较大时,基于组合服务流网可达图的行为可适配性分析方法容易引起状态空间爆炸。针对该问题,本文提出了一种基于组件服务流网可达图的行为可适配性分析方法。该方法基于组件服务流网间的通信,生成每个组件服务流网的可达图,通过分析组件服务流网可达图的状态结点确定交互服务的行为可适配性。通过算法分析以及实例分析表明,采用组件服务流网可达图可以大大节省空间开销,有效避免状态空间爆炸问题的发生。(3)基于本体的web服务动作映射生成方法动作映射作为一种简单且普遍使用的适配器规约,在web服务适配中占有重要地位。目前动作映射主要依靠人工生成,工作量大、容易出错,基于类型的web服务动作映射生成方法准确性低,会产生大量的错误动作映射。同时,目前针对生成的动作映射缺乏有效的正确性验证手段。针对上述问题,本文通过对hesm模型扩展本体描述,提出了基于本体的web服务动作映射生成方法。该方法不仅实现了web服务动作映射的自动生成,而且准确性高。在此基础上,本文提出通过检查通信数据依赖性以及分析服务行为可适配性等方式来验证生成的动作映射的正确性。这些方法对自动化web服务适配技术的发展具有重要意义。(4)基于标记迁移系统乘积的web服务行为适配方法针对web服务行为失配问题,本文提出了基于标记迁移系统模拟广播乘积的行为适配器生成方法和基于标记迁移系统交互乘积的行为适配器正确性验证方法,并结合实例说明了上述方法的有效性。该方法基于标记迁移系统乘积获取并验证交互服务的行为适配器,是一个完全自动化的推导过程。该方法的最重要特征是将每个动作映射转换为一个对应的标记迁移系统表示,使用标记迁移系统的状态迁移表示动作间的通信数据依赖关系。同时,该方法支持多web服务适配,可为交互服务生成唯一的适配器。因此,该方法对研究基于形式化模型的web服务自动化适配以及大规模web服务适配具有重要价值。(5)动态web服务适配静态web服务适配方法难以支持web服务的动态演化或更新,本文针对该问题提出了一种动态web服务适配方法。该方法基于标记迁移系统对适配器实例行为建模,通过控制适配器实例的运行实现web服务行为适配。与静态web服务适配方法相比,该方法仅针对交互服务部分行为适配,适配的开销以及适配失败的风险都显著降低。由于动态Web服务适配仍存在适配失败的风险,本文提出了一种面向动态Web服务适配的行为可适配性分析方法,该方法通过深度优先遍历交互服务后续行为的状态空间是否可终止来判定交互服务当前状态下的行为可适配性。结合该方法,本文探讨了两种改进的适配器实例运行控制算法,一种改进算法可在服务适配失败前提前返回,这对强实时性Web服务系统的错误恢复具有一定价值;另一种改进算法通过限制交互服务的可执行动作集,可以有效避免动态Web服务适配失败。(6)Web服务安全适配Web服务安全适配是指适配器能够对接收到的数据进行解密和安全验证,同时能够对发送的数据进行加密和签名。本文针对Web服务安全失配问题进行了初步探讨,提出了扩展安全属性的HESM模型,该扩展模型将Web服务安全基础规范中的密钥、时戳、加密、签名等要素分别抽象为模型中的安全属性和安全函数。在此基础上,本文提出了一种安全适配器规约自动生成方法和一种安全适配器规约验证方法,实现了安全适配器规约的自动生成和验证。安全适配器规约自动生成方法将扩展安全属性的HESM模型简化为HESM模型,然后借助Web服务动作映射生成方法生成动作映射,进而生成安全适配器规约。安全适配器规约验证方法对生成的安全适配器规约进行消息解析和消息创建,然后返回适配器的默认数据集,通过分析该数据集来判定生成的安全适配器规约的正确性。此外,安全适配器规约还可以辅助实施Web服务交互的安全验证。综上所述,本文针对目前Web服务适配技术中亟待解决的几个关键问题提出了有效的解决方案,对于进一步推动Web服务适配技术的理论研究和实用化具有重要意义。