随着Web服务以及服务计算研究的深入与技术的成熟,服务组合系统的设计、实现、维护和使用方式都发生了很大的变化,服务使用者可以通过服务建模、服务发现、服务选取以及服务组合来构建实现复杂业务功能的组合Web服务。在组合Web服务实例执行过程中,当构成组合Web服务实例的服务因为网络或Web服务所在服务器的故障不可用时,如何选择其他Web服务来替换不可用服务已经成为确保服务组合系统可用性和健壮性的热点问题。国内外的许多研究者已经在分析服务间的替换关系方面做了很多工作,但大多数研究是基于服务提供者提供的静态服务描述来分析服务间替换关系的。而在实际的服务组合系统运行过程中,由于无法预见服务将运行在何种执行环境,服务提供者提供的静态服务描述无法准确反映服务在具体执行环境中运行情况。基于静态服务描述对服务间替换关系进行分析的服务替换分析方法无法支持运行过程中选择替换服务的需求。为此,以提高可用替换服务被选中机率为目标,本文提出了服务行为模式的概念,给出了从服务日志获取服务行为模式的方法SS-SBPA,并提出了基于SS-SBPA的服务替换体系结构。本文在分析了服务替换特点的基础上,提出了服务执行环境适应性的概念；并围绕面向服务替换的服务行为模式获取所涉及的Web服务日志内容、形式、相关规则以及体现服务不同重要性的加权序列模式挖掘方法、服务执行环境适用性评价指标体系等关键问题进行了深入研究。(1)为了度量服务的可替换性,通过对服务交互行为所包含的语义信息进行研究,提出了服务行为模式的概念,给出面向服务替换的服务行为模式获取(SS-SBPA)框架,以及基于SS-SBPA的服务替换体系结构。其中,替换服务的执行环境适应性推荐因子度量了服务替换被替换服务的可能性(2)针对服务替换研究的特点和需求,设计了Web服务日志以及Web服务物理日志的格式,分析了Web服务日志内容,并给出了面向服务替换的日志判定规则。日志判定规则体现了日志中隐含的服务替换的相关知识,用于度量消息/服务在消息交换序列/服务序列中的重要程度,有效地支持面向服务替换的服务行为模式获取。(3)针对服务行为模式的获取问题,分析面向服务替换的服务行为模式的各个组成部分,研究各个组成部分的作用、特点以及获取方法,提出了面向服务替换的服务行为模式获取方法。该方法通过挖掘服务消息交换序列、生成服务交互上下文以及评价服务交互行为效果获取面向服务替换的服务行为模式。使用该方法可以有效地从组合系统产生的Web服务日志中获取服务行为模式。(4)针对服务行为模式获取过程中产生的不同项(消息／服务)在序列模式挖掘过程(服务消息交换序列挖掘／服务序列模式挖掘)中具有不同的重要程度的问题,对项的加权方式以及加权频繁项集的判定方法进行研究,提出了基于最小加权支持的加权序列模式挖掘算法。以总体重要程度为目标进行序列模式的获取,可以获得具有高稳定性的服务消息交换序列模式和服务交互上下文。(5)针对服务的执行环境适应性评价的问题,对与执行环境适应性相关的业务环境兼容度和服务执行性能的评估方式进行研究,提出了基于服务行为模式的执行环境适应性评价指标体系。基于服务行为模式的执行环境适应性评价指标体系,通过业务环境兼容度以及执行性能期望的概念,从服务对业务环境的兼容程度和服务的执行效果两方面计算用于度量服务执行环境适应性的执行环境适应性推荐因子,执行环境适应性推荐因子有效地度量了服务的执行效率和可用性。(6)为验证以上面向服务替换的服务行为模式获取及推荐方法在服务替换中的可行性和有效性,设计并实现了基于服务行为模式推荐的替换服务选取模拟实验环境,给出了一种基于服务行为模式推荐的替换服务选取方法,设计了具体的实现算法。在该模拟环境支持下进行的基于服务行为模式推荐的替换服务选取系列实验表明,基于服务行为模式推荐的替换服务选取算法可以有效地应用于服务替换过程。随着日志积累规模的提升,基于该算法的业务流程执行成功率提高,平均执行时间缩短,系统整体的执行性能提高。