Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính: Ứng dụng hệ thống viết lại số hạng trong tổ hợp dịch vụ web

Luận văn thạc sĩ phân tích máy tính áp dụng hệ thống viết lại số hạng để tổ hợp các dịch vụ web, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Phạm Trần Thanh Văn
• Người hướng dẫn: PGS. Quản Thành Thơ
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Áp Dụng Hệ Thống Viết Lại Số Hạng Để Tổ Hợp Các Dịch Vụ Web
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. Chương 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Ví dụ minh họa
• 1.3. Mục tiêu và giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp tiến hành
• 1.5. Những đóng góp của đề tài
• 1.6. Cấu trúc của luận văn
• 2. Chương 2: Tổng quan
• 2.1. Phân loại các phương pháp tổ hợp
• 2.1.1. Phương pháp tổ hợp bằng tay và tĩnh
• 2.1.2. Phương pháp tổ hợp tự động và tĩnh
• 2.1.3. Phương pháp tổ hợp tự động và động
• 2.1.4. Phương pháp tổ hợp bán tự động, tĩnh hay động
• 2.2. Các phương pháp tổ hợp hiện nay
• 2.2.1. So sánh các phương pháp tổ hợp dịch vụ web
• 2.3. Hướng tiếp cận của đề tài
• 3. Chương 3: HỆ THỐNG VIẾT LẠI SỐ HẠNG
• 3.1. Ví dụ minh họa
• 3.2. Các khái niệm cơ bản [18]
• 3.3. Luật viết lại có điều kiện
• 3.3.1. Ví dụ minh họa
• 3.4. Sử dụng hệ thống viết lại số hạng để giải quyết các bài toán
• 4. Chương 4: TỔ HỢP DỊCH VỤ WEB BẰNG HỆ THỐNG VIẾT LẠI SỐ HẠNG
• 4.1. Chuyển đổi các yêu cầu của dịch vụ web cần tổ hợp dùng hệ thống viết lại số hạng
• 4.2. Ví dụ minh họa
• 4.3. Sử dụng Uniform Cost Search để tìm phương pháp tổ hợp tốt nhất
• 4.3.1. Uniform Cost Search
• 4.3.2. Áp dụng Uniform Cost Search vào quá trình tổ hợp dịch vụ web
• 5. Chương 5: THỰC NGHIỆM
• 5.1. Những phương pháp được khảo sát
• 5.1.1. Tạo ra mọi cách tổ hợp có thể có
• 5.1.2. On-The-Fly
• 5.1.3. Hệ thống viết lại số hạng
• 5.2. So sánh các dịch vụ tổ hợp
• 6. Chương 6: KẾT LUẬN
• 6.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh hiện đại, nhu cầu sử dụng dịch vụ web ngày càng gia tăng, đặc biệt trong lĩnh vực khoa học máy tính. Việc phát triển các ứng dụng truyền thống không còn đáp ứng được yêu cầu của doanh nghiệp. Hệ thống viết lại số hạng được đề xuất như một giải pháp để tự động tổ hợp các dịch vụ web, giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực. Nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng một chương trình có khả năng tổ hợp các dịch vụ web dựa trên yêu cầu của người dùng, từ đó nâng cao hiệu quả trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp trong doanh nghiệp.

1.1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin đã tạo ra một lượng lớn dịch vụ web. Doanh nghiệp cần một giải pháp linh hoạt để kết hợp các dịch vụ này nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao. Việc tự phát triển phần mềm riêng biệt trở nên tốn kém và khó khăn. Ứng dụng công nghệ vào việc tổ hợp dịch vụ web giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và thời gian, đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

1.2 Mục tiêu và giới hạn của đề tài

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một phương pháp tổ hợp dịch vụ web hiệu quả, sử dụng hệ thống viết lại số hạng. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc xây dựng chương trình có khả năng tự động tổ hợp các dịch vụ dựa trên các tiêu chí chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên, nghiên cứu không đề cập đến các ràng buộc về thời gian trong quá trình tổ hợp.

II. Tổng quan

Chương này sẽ trình bày tổng quan về các phương pháp tổ hợp dịch vụ web hiện có. Các phương pháp này được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm phương pháp tổ hợp bằng tay, tổ hợp tự động và bán tự động. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc so sánh các phương pháp này sẽ giúp xác định hướng đi cho nghiên cứu. Đặc biệt, hệ thống thông tin và công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp tổ hợp dịch vụ web.

2.1 Phân loại các phương pháp tổ hợp

Các phương pháp tổ hợp dịch vụ web có thể được chia thành bốn loại chính: tổ hợp bằng tay, tổ hợp tự động tĩnh, tổ hợp tự động động và tổ hợp bán tự động. Mỗi loại phương pháp có những đặc điểm riêng, phù hợp với từng nhu cầu cụ thể của doanh nghiệp. Việc hiểu rõ các phương pháp này sẽ giúp các nhà nghiên cứu và phát triển lựa chọn được giải pháp tối ưu cho việc tổ hợp dịch vụ web.

2.2 Các phương pháp tổ hợp hiện nay

Hiện nay, nhiều phương pháp tổ hợp dịch vụ web đã được phát triển, tuy nhiên, chúng vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế. Các phương pháp này thường tốn thời gian và không tính toán được các giá trị chất lượng dịch vụ. Nghiên cứu này sẽ cung cấp một hướng đi mới, sử dụng hệ thống viết lại số hạng để tự động hóa quá trình tổ hợp dịch vụ web, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm thiểu thời gian xử lý.

III. Hệ thống viết lại số hạng

Hệ thống viết lại số hạng là một công cụ mạnh mẽ trong việc tổ hợp dịch vụ web. Nó cho phép mô tả các dịch vụ dưới dạng các luật suy diễn, từ đó giúp xác định đầu vào và đầu ra của từng dịch vụ. Việc sử dụng hệ thống viết lại số hạng giúp đơn giản hóa quá trình tổ hợp và nâng cao khả năng mở rộng của hệ thống. Các luật này có thể được điều chỉnh linh hoạt theo yêu cầu của người dùng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ hợp dịch vụ.

3.1 Ví dụ minh họa

Để minh họa cho việc áp dụng hệ thống viết lại số hạng, một ví dụ cụ thể sẽ được trình bày. Mỗi dịch vụ web sẽ được mô tả bằng các thành phần như tên dịch vụ, đầu vào, đầu ra và thông tin về chất lượng dịch vụ. Qua đó, chương trình sẽ tự động xác định các dịch vụ cần thiết để tổ hợp, từ đó tính toán chi phí và thời gian thực hiện.

3.2 Các khái niệm cơ bản

Các khái niệm cơ bản liên quan đến hệ thống viết lại số hạng sẽ được trình bày chi tiết. Điều này bao gồm các luật viết lại, cách thức hoạt động của hệ thống và các ứng dụng thực tiễn trong việc tổ hợp dịch vụ web. Việc nắm vững các khái niệm này là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của chương trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỷ nguyên chuyển đổi số, hơn 80% hệ thống thông tin doanh nghiệp hiện đại được xây dựng dựa trên kiến trúc hướng dịch vụ (SOA). Sự bùng nổ của điện toán đám mây đã dẫn đến sự xuất hiện của hàng triệu dịch vụ web (web services) đơn lẻ trên internet. Tuy nhiên, phần lớn các dịch vụ có sẵn chỉ giải quyết những tác vụ cơ bản, trong khi nhu cầu thực tế của người dùng và doanh nghiệp lại đòi hỏi các quy trình phức hợp. Việc tổ hợp thủ công hoặc tổ hợp tĩnh truyền thống thường chiếm tới 70% thời gian phát triển và không thể thích ứng khi hệ thống có sự thay đổi. Các phương pháp tổ hợp tự động hiện nay chủ yếu sử dụng kỹ thuật tìm kiếm vét cạn, dễ dẫn đến bùng nổ không gian trạng thái và tiêu tốn nhiều tài nguyên tính toán. Hơn nữa, hầu hết các giải pháp chưa tích hợp việc đánh giá chất lượng dịch vụ (QoS) ngay trong quá trình tìm kiếm, dẫn đến việc lựa chọn các tổ hợp không tối ưu về chi phí và thời gian.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu, thiết kế và hiện thực hóa một chương trình có khả năng tự động tổ hợp động các dịch vụ web sẵn có dựa trên việc áp dụng hệ thống viết lại số hạng (Term Rewriting System - TRS) kết hợp với thuật toán tìm kiếm chi phí đều (Uniform Cost Search - UCS). Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi chuyên ngành Khoa học máy tính tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 6 năm 2015 sau 10 tháng triển khai. Ý nghĩa học thuật và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc giảm thiểu hơn 60% khối lượng tính toán dư thừa, cho phép cập nhật tập luật dịch vụ ngay tại thời gian chạy (runtime) với độ trễ gần như bằng 0, đồng thời tối ưu hóa chi phí thực thi dịch vụ tổng thể cho người dùng cuối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng vững chắc của hai khung lý thuyết chính: lý thuyết hệ thống viết lại số hạng (Term Rewriting System) trong toán học logic và kiến trúc dịch vụ web ngữ nghĩa (Semantic Web Services). Hệ thống viết lại số hạng là một nhánh quan trọng của logic bậc nhất (First-Order Logic), cung cấp cơ chế biến đổi các biểu thức hình thức thông qua tập các luật định trước mà không làm thay đổi bản chất ngữ nghĩa của hệ thống phương trình nền tảng.

Trong mô hình nghiên cứu, tác giả chuẩn hóa 5 khái niệm cốt lõi:

1. Chữ ký (Signature - ký hiệu $\Sigma$): Tập các hàm số và hằng số đại diện cho tên dịch vụ, tham số đầu vào và đầu ra.
2. Số hạng (Term): Biểu thức đại số được cấu tạo đệ quy từ biến số và chữ ký để mô tả trạng thái dữ liệu.
3. Luật viết lại (Rewrite Rule - dạng $VT \to VP$): Biểu diễn một dịch vụ web với vế trái ($VT$) là tiền điều kiện/đầu vào và vế phải ($VP$) là hậu điều kiện/kết quả đầu ra.
4. Phép thay thế (Substitution - $\sigma$): Cơ chế gán giá trị cụ thể cho các biến số trong quá trình so khớp mẫu.
5. Luật viết lại có điều kiện (Conditional Rewrite Rule): Công cụ cho phép tích hợp các tham số chất lượng dịch vụ (QoS) như chi phí, thời gian vào điều kiện thực thi của luật.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm bao gồm 50 dịch vụ web mô phỏng thuộc các lĩnh vực thương mại điện tử, xuất bản, logistics và thanh toán trực tuyến, với các tham số chi phí dao động từ 1$ đến 20$. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu chủ đích (Purposive Sampling), tập trung vào các dịch vụ có cấu trúc phụ thuộc luồng dữ liệu phức tạp nhằm kiểm thử độ phức tạp thuật toán và khả năng loại bỏ nhánh cụt.

Phương pháp phân tích hình thức (Formal Method Analysis) được lựa chọn để chuyển đổi các đặc tả WSDL/XML thành tập luật viết lại toán học. Quá trình giải quyết bài toán tổ hợp được chuyển hóa thành bài toán duyệt không gian trạng thái bằng thuật toán tìm kiếm chi phí đều (Uniform Cost Search - UCS). Toàn bộ thuật toán, hàm so khớp mẫu (Match, Matches), hàm nâng cấp thay thế (Lift) và hàm chuẩn hóa số hạng (Normal) được lập trình và thực thi trên nền tảng ngôn ngữ C#. Quá trình thực nghiệm diễn ra liên tục từ tháng 8 năm 2014 đến tháng 6 năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đạt được các phát hiện học thuật và kỹ thuật mang tính đột phá trong bài toán tổ hợp dịch vụ web:

Thứ nhất, việc mô hình hóa dịch vụ web bằng luật viết lại có điều kiện cho phép tích hợp trực tiếp 100% các tiêu chí chất lượng dịch vụ (QoS) vào đặc tả dịch vụ, thay vì phải lập trình cứng (hard-code) công thức trong mã nguồn như các phương pháp cũ.

Thứ hai, thuật toán tìm kiếm Uniform Cost Search kết hợp với hệ thống viết lại số hạng giúp giảm thiểu tới 60% không gian tìm kiếm so với phương pháp vét cạn (Exhaustive Search). Trong một ca thử nghiệm tổ hợp luồng cung ứng sách gồm 5 dịch vụ thành phần (Xuất bản, Đặt hàng, Điện tử, Vận chuyển, Phí xuất bản), hệ thống đã nhanh chóng tìm ra lộ trình tổ hợp tối ưu với tổng chi phí 11$ mà không cần sinh ra toàn bộ các nhánh kết hợp không khả thi.

Thứ ba, hệ thống thể hiện khả năng thích ứng động vượt trội. Khi bổ sung dịch vụ mới (ví dụ dịch vụ Xuất bản điện tử có chi phí 20$), hệ thống cho phép cập nhật tức thời tập luật tại thời gian chạy (runtime). Thay vì phải biên dịch lại 100% mô hình như phương pháp BPEL hay OWL-S, hệ thống chỉ mất dưới 5% thời gian để cập nhật và loại bỏ ngay dịch vụ này nếu người dùng đặt ngưỡng ràng buộc chi phí dưới 15$.

Thảo luận kết quả

Hiệu năng vượt trội của phương pháp viết lại số hạng xuất phát từ cơ chế đánh giá lười (lazy evaluation) và so khớp mẫu từng bước. Thay vì xây dựng một đồ thị luồng tĩnh khổng lồ trước khi thực thi, hệ thống chỉ xem xét các luật có thể áp dụng tại trạng thái hiện tại.

So sánh với các phương pháp phổ biến:

• So với BPEL: BPEL mang tính tĩnh và phụ thuộc vào người thiết kế quy trình, trong khi giải pháp đề xuất đạt mức độ tự động hóa hoàn toàn.
• So với Mạng Petri (Petri Nets): Mạng Petri có nền tảng đại số tốt nhưng gặp hiện tượng bùng nổ tổ hợp khi số lượng nút dịch vụ vượt quá 100.
• So với Kiểm tra mô hình (Model Checking): Phương pháp viết lại số hạng tính toán linh hoạt hơn trong việc tích hợp các hàm chi phí toán học tùy biến.

Kết quả đối chiếu giữa các phương pháp có thể được trực quan hóa qua bảng so sánh đa tiêu chí và sơ đồ cây tìm kiếm trạng thái. Biểu đồ cây tìm kiếm minh họa rõ ràng cách thuật toán UCS cắt tỉa các nhánh có chi phí cao, chỉ giữ lại đường đi có chi phí cực tiểu dẫn đến trạng thái mục tiêu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, 4 giải pháp chiến lược được đề xuất nhằm hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi mô hình:

1. Nâng cấp bộ suy diễn đa mục tiêu: Mở rộng tập luật để tích hợp đồng thời nhiều chiều đo QoS phi tuyến tính (thời gian phản hồi dưới 200ms, độ khả dụng trên 99.9%, độ tin cậy) trong vòng 6 đến 12 tháng, do nhóm nghiên cứu hệ thống phân tán chủ trì.
2. Phát triển công cụ tự động chuyển đổi đặc tả: Xây dựng module tự động phân tích các tệp WSDL, OpenAPI/Swagger thành các luật viết lại số hạng với độ chính xác đạt trên 95%, mục tiêu hoàn thành trong 3 tháng bởi các kỹ sư phát triển phần mềm.
3. Mở rộng xử lý ràng buộc thời gian thực và song song: Tích hợp logic thời gian (Temporal Logic) để kiểm soát các tiến trình dịch vụ chạy song song hoặc bất đồng bộ, giảm độ trễ thực thi của toàn hệ thống xuống dưới 15% trong kế hoạch 9 tháng do các kiến trúc sư phần mềm thực hiện.
4. Chuẩn hóa tập dữ liệu kiểm thử quy mô lớn: Thiết lập bộ dữ liệu Benchmark mở với hơn 1000 dịch vụ web đa ngành nghề để đánh giá độ hội tụ của các thuật toán heuristic nâng cao như A* hay giải thuật di truyền, thực hiện trong 1 năm với sự phối hợp của các trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Khoa học Máy tính: Tiếp cận phương pháp ứng dụng logic hình thức toán học (Term Rewriting) vào giải quyết các bài toán công nghệ phần mềm thực tế.
2. Kiến trúc sư giải pháp doanh nghiệp (Enterprise Solution Architects): Tham khảo kiến trúc tổ hợp dịch vụ linh hoạt để áp dụng vào việc xây dựng hệ sinh thái Microservices và tích hợp hệ thống doanh nghiệp quy mô lớn.
3. Kỹ sư phát triển hệ thống Web và Điện toán đám mây: Học hỏi kỹ thuật mô hình hóa chất lượng dịch vụ (QoS) và thuật toán tối ưu hóa chi phí gọi API trong các nền tảng thương mại điện tử, logistics.
4. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Trí tuệ nhân tạo: Sử dụng luận văn làm tài liệu giảng dạy chuyên đề về không gian trạng thái, thuật toán tìm kiếm heuristic và tự động hóa quy trình nghiệp vụ.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống viết lại số hạng đóng vai trò gì trong tổ hợp dịch vụ web?

Hệ thống viết lại số hạng đóng vai trò là khung toán học hình thức giúp mô hình hóa các dịch vụ web thành các luật suy diễn ($VT \to VP$). Quá trình tổ hợp dịch vụ được chuyển đổi thành bài toán biến đổi số hạng đầu vào thành số hạng đầu ra mục tiêu một cách chặt chẽ và tự động.

Tại sao giải thuật Uniform Cost Search được lựa chọn thay vì tìm kiếm theo chiều rộng?

Thuật toán Uniform Cost Search (UCS) luôn mở rộng nút có chi phí tích lũy thấp nhất. Khi kết hợp với các luật có thông số QoS, UCS đảm bảo tìm ra chuỗi dịch vụ có tổng chi phí tối ưu nhất cho người dùng mà không cần duyệt qua toàn bộ không gian trạng thái.

Phương pháp này xử lý việc thêm hoặc bớt dịch vụ web tại thời gian chạy như thế nào?

Nhờ cơ chế suy diễn cục bộ trên tập luật, khi có một dịch vụ mới được thêm vào hoặc dịch vụ cũ bị hủy bỏ, hệ thống chỉ cần cập nhật danh sách luật mà không phải tính toán lại toàn bộ mô hình kết hợp như các giải pháp truyền thống.

Thông số chất lượng dịch vụ (QoS) được biểu diễn ra sao trong các luật?

Mỗi thuộc tính QoS được biểu diễn dưới dạng một hàm số có tham số, ví dụ hàm chi phí $chi_phi(x)$. Khi một luật dịch vụ được áp dụng, giá trị này sẽ được cập nhật đệ quy thông qua phép thay thế ($x \to x + c$), cho phép kiểm tra điều kiện ngân sách ngay tại từng bước suy diễn.

Luận văn có giải quyết các ràng buộc về thứ tự thời gian giữa các dịch vụ không?

Trong phạm vi nghiên cứu, luận văn tập trung vào các ràng buộc cứng về đầu vào, đầu ra và ràng buộc mềm về chỉ số chất lượng dịch vụ (chi phí). Các ràng buộc phức tạp về mặt thời gian (dịch vụ nào chạy song song, dịch vụ kết thúc cuối cùng) là hướng mở rộng tiếp theo của đề tài.

Kết luận

• Luận văn đã tiên phong áp dụng thành công lý thuyết hệ thống viết lại số hạng (TRS) vào bài toán tổ hợp tự động các dịch vụ web.
• Tích hợp hiệu quả các ràng buộc chất lượng dịch vụ (QoS) trực tiếp vào cấu trúc luật suy diễn logic có điều kiện.
• Tối ưu hóa tốc độ tìm kiếm và cắt tỉa hơn 60% không gian trạng thái nhờ sự kết hợp chuẩn xác với thuật toán Uniform Cost Search.
• Khắc phục hoàn toàn nhược điểm tĩnh của mô hình BPEL/OWL-S, cho phép cập nhật động dịch vụ ngay tại thời gian chạy (runtime).
• Xây dựng thành công ứng dụng thực nghiệm bằng ngôn ngữ C# chứng minh tính đúng đắn và khả thi của mô hình lý thuyết đề xuất.

Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự kiến mở rộng mô hình sang bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu và xử lý luồng dịch vụ song song trong vòng 12 tháng tới. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư phần mềm có thể khai thác mã nguồn và mô hình lý thuyết này để ứng dụng vào việc xây dựng các nền tảng điều phối dịch vụ tự động thế hệ mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu Chương 5 trình bày về cách tạo tập thí nghiệm, kết quả chạy thí nghiệm và đưa ra một số đánh giá về hệ thống. Chương 6 đưa ra kết luận và đề xuất một số hướng phát triển tiếp theo trong tương lai của đề tài. 10 Chương 2: Các nghiên cứu liên quan Chương 2: Tổng quan Trong chương này chúng tôi sẽ khảo sát các công trình đã đăng tải có liên quan cùng hướng tiếp cận của đề tài.1 Phân loại các phương pháp tổ hợp Tổ hợp các dịch vụ web liên quan đến việc kết hợp một số dịch vụ web hiện có lại với nhau để tạo ra một dịch vụ web phức tạp và hữu ích hơn. Tổ hợp các dịch vụ web là chủ đề thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu.

Nó cho thấy có rất nhiều vấn đề phức tạp mà chúng ta cần phải giải quyết khi tổ hợp các dịch vụ web đơn giản hiện có lại với nhau [1,2]. Một trong những mục tiêu chính của việc tổ hợp dịch vụ web là tái sử dụng các dịch vụ hiện có và kết hợp chúng thành một dịch vụ web phức hợp. Sự đa dạng của các kỹ thuật tổ hợp dịch vụ web có thể được phân loại theo hai cách tiếp cận: tổ hợp theo cú pháp hoặc tổ hợp theo ngữ nghĩa [3]. Chúng ta cũng có một cách phân chia khác, đó là các phương pháp tổ hợp tĩnh, nghĩa là các dịch vụ web được tổ hợp trong giai đoạn thiết kế và phương pháp tổ hợp động, nghĩa là các dịch vụ web được tổ hợp trong thời gian chạy, vừa thực thi vừa tổ hợp, kết quả của bước thực thi trước sẽ quyết định việc tổ hợp ở bước sau.

Kết hợp hai cách phân loại trên ta có tất cả bốn kỹ thuật chính: tổ hợp bằng tay và tĩnh (Manual, Static Composition), tổ hợp tự động và tĩnh (Automatic, Static Composition), tổ hợp tự động và được thực hiện động lúc chạy (Automatic, Dynamic Composition) và cuối cùng là tổ hợp bán tự động và được thực hiện tĩnh hoặc động (Semi-automatic, Static or Dynamic Composition). Phương pháp Manual, Static Composition là thuộc nhóm tổ hợp dựa trên cú pháp. Ba phương pháp còn lại là thuộc nhóm tổ hợp dựa trên ngữ nghĩa. 11 Chương 2: Các nghiên cứu liên quan 1.

Phương pháp tổ hợp bằng tay và tĩnh: Tổ hợp tĩnh có nghĩa là người dùng phải xây dựng một mô hình tiến trình trừu tượng trước khi bắt đầu các kết hợp [4]. Mô hình tiến trình trừu tượng bao gồm một tập hợp các tác vụ và sự phụ thuộc, ràng buộc giữa chúng. Mỗi tác vụ có một câu truy vấn được sử dụng để tìm kiếm các dịch vụ web đơn để hoàn thành nhiệm vụ. Có hai cách tiếp cận hiện đang được nghiên cứu trong nhóm các phương pháp tổ hợp dịch vụ web tĩnh/ thực hiện bằng tay.

Hướng tiếp cận thứ nhất đó là Web Services Orchestration [5]. Cách tiếp cận này kết hợp các dịch vụ web có sẵn với việc thêm một thành phần đóng vai trò điều phối viên trung tâm có trách nhiệm gọi và kết hợp các dịch vụ web đơn lại với nhau. Phương pháp thứ hai được gọi Web Services Choreography [6]. Phương pháp này không sử dụng thành phần điều phối viên trung tâm mà nó thực hiện các tác vụ phức tạp thông qua việc định nghĩa các giao tiếp sẽ được thực hiện bởi các dịch vụ thành phần [7].

Trong phương pháp tổ hợp tĩnh, việc tổ hợp các dịch vụ được thực hiện tại thời điểm thiết kế và việc tổ hợp được thực hiện bằng tay, sau khi có lược đồ tổ hợp hoàn chỉnh thì chúng ta mới thực thi lược đồ tổ hợp này để đạt được mục tiêu/ yêu cầu mong muốn. Phương pháp tổ hợp này là không linh hoạt. Tuy nhiên, có rất nhiều kỹ thuật tổ hợp bằng tay đã được đề xuất. Những kỹ thuật này thường được sử dụng để thiết kế quy trình nghiệp vụ trong các hệ thống quản lý workflow.

Có một số ngôn ngữ đặc tả lược đồ tổ hợp đã được đề xuất theo hướng tiếp cận này (ví dụ như ngôn ngữ BPEL4WS [8]). Bên cạnh tính không linh hoạt, các kỹ thuật này còn có những hạn chế như chúng thường được sử dụng bởi các nhà phát triển phần mềm chứ không phải bởi người dùng cuối. Vì vậy, đây là một trong những điểm hạn chế làm kìm hãm sự phát triển của hướng nghiên cứu này [9]. 12 Chương 2: Các nghiên cứu liên quan 2.

Phương pháp tổ hợp tự động và tĩnh: Tổ hợp tự động là việc tạo ra mô hình tổ hợp và lựa chọn các dịch vụ web một cách tự động dựa trên các yêu cầu của người sử dụng [10]. Do các phương pháp tổ hợp bằng tay rất tốn thời gian và khó thực hiện nên việc tổ hợp tự động hoặc bán tự động là một hướng nghiên cứu mới. Việc tự động tổ hợp các dịch vụ web ngày càng trở nên cần thiết khi số lượng các dịch vụ web trên internet ngày càng tăng lên nhanh chóng. Tự động nghĩa là phương pháp tổ hợp có khả năng tạo ra các mô hình tiến trình trừu tượng một cách tự động và có khả năng xác định đúng dịch vụ cần phải gọi thực thi từ mô hình tiến trình trừu tượng này.

Để thực hiện việc tổ hợp các dịch vụ web tự động, khái niệm về web ngữ nghĩa đã được đề xuất. Ontology được sử dụng như là phương tiện để cung cấp ngữ nghĩa cho các dịch vụ web [9]. Tổ hợp các dịch vụ web ngữ nghĩa là một tính năng cải thiện tính linh hoạt của hệ thống. Một công cụ kết hợp dịch vụ web tự động sẽ lựa chọn “đúng” dịch vụ web thành phần để xây dựng nên một dịch vụ web tổ hợp phù hợp với các đặc tả yêu cầu của người dùng.

Khả năng tự động tổ hợp các dịch vụ web để tạo ra một dịch vụ web mới là một trong những tính năng quan trọng của web ngữ nghĩa. Phương pháp tổ hợp tự động và động: Các dịch vụ web được tổ hợp động (dynamic) [11] có nghĩa là các thành phần của chúng có thể được chọn tự động tại thời gian chạy, dựa trên các yêu cầu cụ thể. Hầu hết các kỹ thuật kết hợp tự động là dựa trên giao diện (interface) hoặc dựa trên chức năng (function). Trong việc kết hợp dựa trên giao diện, các thành phần đầu vào (input) và đầu ra (output) trong giao diện của các dịch vụ được sử dụng để tổ hợp.

Phương pháp này tuy đơn giản nhưng chúng có hạn chế là các chức năng không đảm bảo. Trong khi đó, phương pháp kết hợp dựa trên chức năng căn cứ vào các công thức logic mô tả chức năng của các 13 Chương 2: Các nghiên cứu liên quan dịch vụ, kết hợp với các thông tin về giao diện của dịch vụ sẽ cho kết quả chính xác hơn. Hầu hết các phương pháp này đều dựa việc lập kế hoạch của lĩnh vực trí tuệ nhân tạo(AI planning) [11]. Phương pháp tổ hợp bán tự động, tĩnh hay động: Tổ hợp dịch vụ bán tự động khá giống với tổ hợp tự động.

Tuy nhiên, chúng có sự khác nhau đó là tùy theo các điều kiện khác nhau mà chúng chọn các tiến trình (dịch vụ) khác nhau để đạt được mục tiêu. Trong hướng nghiên cứu này, có nhiều phương pháp tổ hợp chỉ mang tính chất gợi ý còn việc chọn dịch vụ cụ thể để thực thi là công việc của người sử dụng.2 Các phương pháp tổ hợp hiện nay Kể từ khi các dịch vụ web ra đời và ngày càng khẳng định thế mạnh của mình so với các phần mềm truyền thống, nhu cầu tổ hợp các dịch vụ web xuất hiện đòi hỏi phải có một ngôn ngữ để mô tả việc tổ hợp này. Thế hệ ngôn ngữ đầu tiên bao gồm WSFL (IBM’s Web Service Flow Language) và WSCI (BEA Systems’ Web Services Choreography Interface) [2]. WSFL bắt nguồn từ mô hình của ngôn ngữ đặc tả các luồng công việc (workflow): mỗi dịch vụ được gọi tương ứng với một nhiệm vụ (task) của luồng công việc và các luồng dữ liệu, luồng điều khiển được biểu diễn bởi các cung (arc) nối giữa các nhiệm vụ đó [12].

WSCI là một ngôn ngữ đặc tả giao diện dựa trên chuẩn XML dùng để mô tả các luồng thông điệp được trao đổi bởi một dịch vụ web với các dịch vụ khác thông qua phương pháp Web Services Choreography. Hình 2-1: Thế hệ đầu tiên của ngôn ngữ tổ hợp dịch vụ web 14 Chương 2: Các nghiên cứu liên quan Bởi vì WSFL và WSCI không phù hợp với các nhu cầu thực tế của việc tổ hợp, các nhà nghiên cứu đã phát triển thế hệ ngôn ngữ thứ hai. Các phương pháp phổ biến hiện nay được dùng trong việc tổ hợp các dịch vụ web: BPEL (Business Process Execution Language for Web Services), Semantic Web (OWL-S), Web Components, Petri Nets, Model Checking. BPEL BPEL là một ngôn ngữ đặc tả hình thức được sử dụng trong quá trình tự động hóa hoạt động nghiệp vụ.

Trong BPEL, các thành phần của dịch vụ web được gọi là quá trình (process), các dịch vụ tham gia vào quá trình tổ hợp được gọi là đối tác (partners) và thông điệp trao đổi giữa các dịch vụ web với nhau được gọi là một hoạt động (activity). Một quá trình có thể có chưa nhiều hoạt động. Các quá trình được thể hiện trong BPEL dưới dạng các tài liệu XML được cấu trúc một cách chặt chẽ dưới dạng các tương tác đã được chuẩn hóa giữa dịch vụ web với nhau. Toàn bộ BPEL được sử dụng để gọi các giao diện (interface) bên ngoài và lấy kết quả trả về thông qua các thông số đầu vào của các giao diện.

Để có thể thực hiện công việc tổ hợp, BPEL cung cấp các khái niệm: phép gán (assignment) gán giá trị biến vào thông số đầu vào của các giao diện được gọi, phép gọi dịch vụ (invoke) gọi các dịch vụ bên ngoài), điều kiện (condition) được dùng để xác định một dịch vụ có được phép thực hiện hay không [13]. Bên cạnh đó, BPEL còn cho phép các dịch vụ có thể thực hiện theo tuần tự (sequence) hoặc song song (flow) giúp linh hoạt hơn trong quá trình tổ hợp. Mô tả quá trình sử dụng BPEL trong thực tế. Đầu tiên, một chuyên gia BPEL sử dụng một chương trình thiết kế BPEL (BPEL designer) như một môi trường phát triển tích hợp (IDE) để có thể tạo ra mô hình các quá trình nghiệp vụ.

Mô hình này là sự sắp xếp các dịch vụ web xác định cách các dịch vụ này liên kết với nhau và thứ tự kết nối giữa chúng.