（通信与信息系统专业论文）基于语义web的电信服务组合研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 i 摘要摘要 在未来的融合网络环境下，电信业务的核心逐渐向以用户为中心、融合的智能化服务 靠近，这中间，既有原创性的业务开发，更有借助多种业务组合派生的新服务，这种组合 服务将是未来融合网络业务的主要形式。如何在融合的网络中开发组合服务是服务提供商 面临的主要问题。传统 web 服务机制无法提供对服务的语义描述，不能够实现组合服务的 高效率地查找、匹配、调用以及组合。而语义 web 服务却有得天独厚的优势，通过本体 刻画，对用户需求及服务能力进行机器可理解的建模，有望完成智能发布、匹配和组合服 务。论文的研究工作将就此探讨基于语义 web 实现电信业务的组合。 首先简要介绍了电信业务的未来发展趋势，指出组合服务有望成为主要的业务形态， 详细讨论了组合服务发展的驱动因素和必然性，同时对服务组合的工作模式以及服务建模 语言进行了介绍。接着论文在说明传统 web 的不足后，全面介绍了语义 web、语义 web 服务的概念和功能。 然后，论文从理论上探索了将语义 web 服务技术应用到服务组合中的可行性，提出了 基于语义 web 的电信服务组合方法模型， 并给出了详细实现架构。 该模型包括电信本体库、 语义 uddi、业务组合执行引擎等模块。借助这些模块的功能，论文给出了完整的实现基 于语义 web 的组合服务的解决方案。 最后论文设计了一个电信服务组合实例，给出了服务组合实例在模型上的应用和实现 过程， 并进行了功能测试。 实验表明， 使用语义 web 服务机制进行服务组合是完全可行的。 论文的研究为基于语义的 web 服务组合模式的研究提供了有益的参考， 对推动语义化电信 服务组合应用的研究也有一定的指导作用和实际意义。 关键词关键词：语义 web 服务；web 服务组合；电信服务；本体；owl-s 南京邮电大学硕士研究生学位论文 abstract ii abstract in the future convergent network environment, telecom services have gradually moving towards developing user-centric、convergent and intelligent services, including the original services and new services composed of variously existing services.abviously, the latter will be the chief form in the future environment. as a result, how to exploit service composition will be the mainly problem for telecom service providers.traditional web services cant support services automatically and intelligently discovering, matching, executing monitor and composing because of lack of semantic description.the semantic web services which have advantaged ascendancy, can model users demands and service abilities through ontology which can be achieved by computers. as a result, this paper will discuss telecom service composition based on semantic web. firstly, this paper makes a brief introduction of telecom services trend of development, and points out that the dominative form will be the composed services which can be supported by muti-service-providers. the drivable cause、the necessity of developing composed services、the working pattern and the modeling language of composing services are introduced. then the paper generally introduces the conception and ascendancy of semantic web、semantic web service after analyzing the disadvantages of the traditional web services. secondly, the paper researches from theory to explore the semantic web services technology applications web service portfolio to the feasibility. a semantic web service compositon framework model is designed, and the structures of implementation are detail- oriented. this model mainly consists of the telecom domain ontology, the semantic uddi, the service execution engine.solutions of realizing service composition are given through those modules. finally, a telecom service composition instance is proposed to certificate the theories and fundamentals in using the semantic web to composite the services, and the result has proved the feasibility of using semantic web service in composing telecom service.this study provides a useful reference and a promotion of semantic web services composition, playing a certain role in guiding and practical significance. keywords: semantic web service; web service composition; telecom service; ontology; owl-s 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。 论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹）办理。 研究生签名：_李倩倩_ 日期：_2011.03.08_ 研究生签名：李倩倩 导师签名：孟旭东 日期：2011.03.08_ 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 1 章 引言 1 第第1章章 引言引言 1.1 论文研究背景论文研究背景及研究现状及研究现状 电信网络正以不可逆转的姿态向下一代网络 ngn（next generation network）迈进， 在未来的融合网络环境下，电信服务的核心逐渐向实现以用户为中心、融合的智能化服务 靠近。用户需求逐渐多样，要求的服务的功能开始复杂化，原有电信服务存在复杂度和重 复性高的问题，而同时新的独立业务的开发极易遭遇瓶颈，在这种状态下，如何重用已有 业务并通过多业务提供商优选业务，将多个功能有限的简单服务按照服务描述、约束、可 用资源等组合成新的业务，减少人为干预的同时提供更为强大的服务功能，加快系统开发 速度，最终高效率地完成用户需求，无疑成为未来融合网络下电信服务的重要组成形态。 电信服务的有效组合是改善运营商、服务提供商的运营效益、提供综合市场竞争力的 关键。在原先的电信业务领域中，决策活动基本上都是由人来实现的，但是实际上在很多 时候，许多决策都是重复的数据、场景以及一些近似机械的判断，而在这类的数据分析和 信息识别上又必须要花费大量人力和精力来进行判断。无疑，服务的有效组合给电信业务 的发展带来了新的契机，同时也激起了日益强烈的对于智能化的服务组合流程的需求，人 们希望系统能够根据一定的规则自动完成某个业务流程，而不需要过多的人为操作，如何 让计算机能智能的找到所需要的服务并把它们自动的组合成为业务流程进行运行就成为 了人们的研究课题。 在当前的网络环境下，parlay 组织1提出以 web 服务的方式开放电信网络服务能力， 以方便非电信业务领域人员进行电信业务的开发，但因其接口定义基于语法，缺乏语义化 描述的支持，无法让机器理解服务进而实现服务的自动组合和调用，故在实际应用上有很 多的缺点，而语义 web2服务通过本体对用户需求及服务能力进行机器可理解的建模，使 机器具有语义理解用户思想的能力，进而实现以用户为中心的业务提供方式，从以上分析 可以看出，适时引入语义 web 服务，正是解决这些问题的较好的处理方法。因此我们提出 基于语义 web 的电信服务组合，它通过组合基本电信领域服务来提供增值服务。 目前有很多围绕语义 web 在电信业务领域的研究已经展开，paolo bellavista3等针对 移动用户偏好的差异性以及无线终端的异构性， 提出一个能够利用用户上下文环境， 设备， 服务信息的中间件系统；蓝文等4研究了下一代电信运营支撑系统后，提出了基于本体的 电信信息共享模型；李晓峰等5系统研究了实现电信领域业务的智能化方法，提出了基于 语义 web 的智能电信业务模型； bertin.e6等提出了以用户为中心的服务组合研究模型， 并 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 1 章 引言 2 举出各种例子证明要实现高层次的用户自行开发水平，必须引入语义语言；刘云生等7提 出了基于 owl-s （ontology web language for services） 8+wsdl （web service description language）的服务组合模型，就基于 owl-s 的服务匹配和自动调用进行了研究。 美国佐治亚大学的 lsdis（large scale distributed information systems）lab 开发的 meteor-s9系统，是一个大规模分布式信息系统 web 服务组合平台，它将语义技术加入 bpel4ws（business process execution language for web service）业务建模语言实现业务 的自动组合，并通过在 wsdl 和 uddi（universal description discovery and integration） 中加入语义技术，提供基于分类和属性匹配的语义匹配操作，从而动态地从候选服务中选 择最优服务，并实现调用。但是因为该系统基于的语言具有与生俱来的缺陷，并不能够进 行很好的语义描述， 无法与语义技术完美结合， 且只支持人工手动地将抽象 bpel （business process execution language）转化为可执行流程，这样就使得服务并不能够自动执行，因 此只能够实现半自动化的服务组合、调用等。 欧洲 strep 项目组提出的 sims（semantic interface for mobile service）10针对融合 网络下不同网络环境下的移动服务组件的发现、组合的兼容性设计了语义接口，并构建了 移动服务领域的本体库，但未能对具体服务的本体进行设计，也未能包括整个电信服务领 域。 从上述分析可以看出，电信业务的智能化组合以及如何实现以用户为中心的业务开发 已经成为全世界范围的研究热点问题，现有的研究工作取得了一定的进展，但同时仍然不 完善。 1.2 论文研究工作和意义论文研究工作和意义 通过上述分析，可知目前基于语义的服务组合的研究存在几点问题，首先服务组合的 实现只能够实现半自动化，其次在电信业务领域本体构建方面没有完全的实现，同时，各 研究机构提出的针对语义 web 研究的框架都只是提供了服务描述框架， 却并没有为其服务 本体制定具体的执行框架，即缺乏执行 web 服务组合的环境，从而不能完成具体的服务应 用。 本文在充分理解语义 web 技术和服务组合技术的基础上， 针对以上问题提出了一个适 合服务组合的、基于语义 web 的电信服务组合模型，模型采用基于 owl-s 的业务流程组 合方式，通过引入电信业务领域本体库使得机器之间能够共享地理解概念，实现电信业务 的自动组合、匹配和调用。在详细构建完模型后，为了能够验证该模型可行性和工作结果 的正确性，本文提出了一个电信服务实例，对服务进行了本体建模，通过电信业务领域本 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 1 章 引言 3 体库的设计和实现，使得领域本体得以在服务组合中应用，最后通过将电信服务模型应用 于该服务组合实例，对系统的功能进行了验证。 本文的研究意义在于对研究工作中现有的几点问题进行了改进。文中提出的模型可以 让整个业务组合流程在运行时能动态的进行服务的语义匹配，实现优选业务，同时能够实 现服务的自动组合，自动调用，使得流程能够自动执行，实现自动化；该模型在前人研究 的基础上，构建了一个相对完整的电信业务领域本体库，使得业务组合的自动化执行有了 语义基础；本文从整个流程的角度来考虑用语义服务实现集成问题，将语义 web 服务和 web 服务组合技术应用到电信业务领域，抽象出一个基于语义 web 的电信服务组合模型， 并设计了电信业务组合流程，并验证了其可行性，为描述和实现语义 web 服务组合提供了 统一可行的创新性方案，使电信业务向实现未来融合网络的智能化迈进了一步。 1.3 论文结构安排论文结构安排 本文具体章节安排如下： 第一章是论文的绪论部分，介绍了论文的研究背景、研究的目标和研究的主要内容。 第二章是介绍了 web 服务组合的概念，同时分析了服务组合方法的分类，并阐述了不 同方法的优缺点，最后对两种主流的服务组合模式进行了说明。 第三章对语义 web 和本体技术进行分析，分析了语义 web 的基本思想和架构，同时 对本体概念和构建方法进行了简要描述，最后结合第二章内容，详细说明了基于语义的组 合建模语言 owl-s。 第四章提出了电信服务组合模型，结合服务组合模型设计需求，在融合了语义 web 和 web 服务组合两种技术的基础上，提出了电信服务组合模型，同时详细地描述了各个模块 的设计思想、功能和工作流程。 第五章构建了电信业务领域本体库，并引入了一个实际的电信服务实例，给出了该实 例在模型上具体实现的过程，最终验证了电信服务组合模型的可行性。 第六章对论文的工作进行了总结和展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 4 第第2章章 web 服务组合业务服务组合业务 2.1 web 服务组合服务组合 2.1.1 电信服务组合的提出 下一代网络（ngn）是可以提供语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络架 构，可以支持快速业务部署以及第三方业务控制，要求能够快速而灵活地提供增值业务， 其业务结构应采用开放式接口控制技术， 而 parlay 组织的开放业务平台为增值业务的开发 提供了很好的平台，同时越来越多的稳定易用 web 服务共享在网络上，大大加速了电信网 络能力的开发。但是现实中，面对丰富多彩的信息需求，电信企业必须提供同样丰富多彩 的组合业务来应对。 为了能够更加充分地利用 web 服务，根据客户需求的不同，将多个功能有限的简单服 务按照服务描述、约束、可用资源等进行服务组合，形成新的可以提供更为强大的服务功 能的服务，实现一站式解决，更高效率地满足用户的需求。例如，现在手机付费服务应用 越来越广，但涉及到的数额较小，人们希望手机付费也可以像信用卡那样采用预付费的方 式进行较大数额的交易，但电信运营商考虑到风险问题，会考虑只将这项业务提供给诚信 的客户，而诚信记录的验证就需要银行提供的服务来实现，因此，要实现以上功能，就需 要将手机预付费服务和银行诚信验证服务进行组合，涉及到多服务提供商、多个平台终端 的支持。诸如此类的业务组合需求随着用户需求多变、多业务提供商、多终端平台的支持 加大，会越来越多的出现，这就使实现组合服务愈加迫切。 在当前的竞争时代，单一的业务提供模式对电信运营商提高整体竞争力是一个巨大的 阻碍，只有一体化的组合业务才能提高电信运营商的经营水平，吸引更多的用户。如果说 单个的业务提供模式对应的是传统的语音通信时代，那么组合的一体化业务提供模式对应 的就是信息时代，而为了应对丰富多彩的信息需求，业务的提供方式向组合转型就成为电 信运营商业务转型的必由之路。 2.1.2 web 服务组合的分类 web 服务组合的定义可以从多角度阐释：(1) 从结构和技术角度，web 服务合成是将 相对简单的服务组合为一个更为复杂的服务的技术；(2) 从动态过程角度，web 服务组合 是通过动态发现，集成，并按特定的顺序执行已存在的服务来创建新的客户服务，从而满 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 5 足客户需求的过程；(3) 从工作流角度，web 服务组合是根据一个明确的过程模型，将不 同企业提供的 web 服务相互连接来实现商务协作的活动；(4) 从企业功能的角度，web 服 务组合是企业将来源于不同单位的基本服务集成起来为用户提供一个增值服务的能力，它 除了共享企业间的业务过程管理需求并提供组合服务的安全性、可靠性与可扩展性外，还 需要处理组合过程中服务调用的顺序，服务间的数据流以及事务处理等；(5) 从服务组合 计划角度，web 服务组合是指对于给定的一些服务以及需要达到的目标或任务，如何发现 一个组合的服务来实现这一目标。 根据生成方式的不同，web 服务组合方法分为两大类：静态组合和动态组合。 1) 静态组合：是指在开发设计过程中就决定 web 服务之间的控制流和数据流如何进 行，合成中各个 web 服务之间的关系是相对固定的。 2) 动态组合：是在系统运行过程中进行的，它们之间的控制流和数据流是自动产生 的。动态组合由于其实现的复杂性，可以将其组合过程分为四个方面： a. 服务注册：服务提供者向 uddi 注册中心注册它们所开发的 web services。这 一步是 web 服务进行组合的前提，因为只有组合中可能用到的 web 服务已经 注册到 uddi 注册中心，用户才能找到自己所需的 web 服务。 b. 服务建模：由于 web 服务本身是采用 wsdl 文件来描述的，而各个服务提供 商在开发 web 服务的时候可能会对 web 服务中 wsdl的各个元素采用不同的 表示方式，所以在进行组合之前，必须先对这些 web 服务进行统一的建模， 以消除组合过程中可能遇到的语义问题， 同时也可能需要从 web服务的wsdl 文件中提取一些必要的合成信息。 c. 服务组合：在已经建立的 web 服务模型的基础上，按照用户的要求利用某种 算法自动生成或者手工组合满足需要的 web 服务组合方案，然后把生成的组 合方案转换为某种可执行的代码。 d. 组合服务的查找与执行：用户可以向组合引擎发出查询请求，而组合引擎可以 根据用户的查询要求查找到所需要的 web 服务。 2.1.3 web 服务组合方法的比较 静态组合是指在组合服务设计期间对给定的服务进行针对于特定软件环境的组合设 计，过程包括筛选，连接，编译和部署。 优点：这种方式事先根据客户需求已经定义好业务流程，绑定了对应的原子服务，过 程较清晰， 只要服务提供者的语义 web 服务描述文档含有组合过程 （需要手工编写 owl-s 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 6 文档） ，owl-s api 就可以执行相应的组合 web 服务，实现过程较为简单，应用较广。这 种组合方式在业务合作者和服务组件不发生变更的情况下运行良好，微软的 biztalk11和 beaweblogic12就是静态组合引擎的实例。 缺点：在使用静态服务组合的业务系统中，如果其他业务系统提供了更新的服务，或 者旧的服务被其他服务所替代，那么就会导致不一致性。在通常情况下，绑定其他服务扩 展系统，或者因业务流程改变需要重新设计组合的服务都是不可避免的，而静态服务组合 机制没有提供有效适应非预期的变更的解决方案。 与静态服务组合不同，动态服务组合不在服务定义过程中为活动指定固定的服务提供 者， 而是将具体的绑定延迟到组合服务执行时动态完成。 实现动态组合在组合服务设计时， 指定的是服务组合的具体规则及约束，包括活动所需要的功能、所属的服务类别、等待查 找的 uddi 地址、服务选择策略等，具体的服务提供者也延迟到组合服务执行时绑定。 优点：动态服务组合的环境具有很高灵活性，新的服务可以逐个进入该环境，成为可 用的候选服务，同时服务提供者的数量也随之不断增加。动态服务组合需要考虑服务在运 行时的查询，匹配，互操作控制，流程装配等问题，这些都是静态服务组合忽略的方面。 在理想情况下，服务流程对环境变更具有自适应性，从而在最小化的人工干预下实现客户 的需求。如 hp 公司开发的 eflow 系统和 sun 公司的 starwscop 系统13。 缺点：相对于静态组合，动态组合缺少业界规范，发展很不成熟，尚未出现广泛使用 的企业级解决方案，并且动态 web 服务组合的执行效率往往是非常低下的，web 服务组合 模板（或执行计划）中的 web 服务原型如果需要用实际的 web 服务予以替换，这个替换 过程一般要经历服务发现、 匹配、 选择三个过程。 最常被使用的服务发现机制是基于 uddi 的，一般比较耗费时间，再加上服务匹配、选择的执行时间，替换过程往往要耗费大量的 时间，而且这个时间具有较强的刚性，很难被压缩，用户可能无法忍受过于漫长的系统等 待时间。 因而， 低下的系统执行效率可能成为动态 web 服务组合获得有效应用的重大障碍。 综合静态组合方法和动态组合方法的各种优缺点来看，在保证服务组合灵活性的基础 上，为提高系统执行效率，可采用将两者结合的方法，在根据客户需求定义流程文件，在 定义活动结点时，如果活动所需调用服务是事先可以明确的固定服务，则直接设置服务具 体接口描述进行调用；若活动所需调用服务需动态选择，则定义为组合流程，绑定只描述 需要实现哪种功能的抽象服务，然后再进行服务匹配；对于事先无法明确流程的子流程， 则根据集中规则的组合规则和流程执行信息组合为执行子流程。这种方法结合了静态组合 和动态组合方法的优点，将不同服务分不同情况进行调用，节省了调用时间，大大提高了 执行效率。具体验证见第五章。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 7 2.2 服务组合的模式服务组合的模式 web 服务的组合模式大致分为两种：基于工作流的服务组合模式和基于语义的服务组 合模式。 2.2.1 基于工作流的组合 组合是定义一系列 web 服务的调用程序，而且这一系列的 web 服务是有顺序的，可 以看作一个流程。基于工作流的组合就是指通过定义一个 web 服务的执行流程，在流程中 详细指明 web 服务之间的控制流和数据流就可以实现 web 服务的组合。该组合方法主要 是从功能执行和数据控制的角度来进行组合，有两种方式：编制（orchestration）和编排 （choreography） 。 编制是一种层次化的请求者/提供者模型（hierarchical requester/ provider model） ，通过 一个总控过程来控制涉及到的 web 服务，并协调 web 服务之间不同操作的执行，所涉及 到的 web 服务并不知道它们是组合服务过程的一部分， 只有中央的总控过程知道它们如何 组织和协调。 编排是一种对等模型（peer-to-peer model） ，业务流程中会有很多协作方，并不依赖于 中央的总控协调过程， 其中涉及到的每个 web 服务都知道何时执行自己的操作以及和谁交 互。编排方式集中在消息的交换，所有的编排参与者都需要知道业务流程，要执行的操作， 要交互的消息以及交换消息的时机14。因此在实际应用时，编排方式应用较广。 编排方式中最典型的例子是 ws-bpel15，ws-bpel（web services business : process execution language） ，以下简称 bpel，是为组合 web 服务而制定的一项规范，它的前身是 由 ibm 和 microsoft 共同推出的 bpel4ws。bpel 支持的业务流程能够指定一组 web 服 务，并操作这些 web 间共享的数据，同时它能够指定业务流程涉及哪些伙伴以及它们扮演 的角色，bpel 吸取了 wsfl（web services flow language）与 xlang/s 两者的长处，它 将 wsfl 基于图论的流程描述和 xlang/s 基于结构化的构造过程结合在一起，成为 web 服务合成的统一化标准，是一种基于 xml（extensible markup language）文档的可执行语 言，服务的合成基于预定义建模工作流，定义了业务交互过程和处理异常情况的系统方式 间的协调状态和逻辑。 ws-bpel 为描述业务流程行为定义了模型和语法， 基于流程间的互操作和协作者 （又 称伙伴） 。每个协作者间通过 web 服务接口交互，并且封装接口层次关系的结构为协作者 链接（partner link） 。ws-bpel 流程定义如何协调服务与服务协作者间交互从而达到某个 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 8 业务目标，它通过组合消息的传递、标准化的集成接口、xml 及各种 web 服务标准来提 供流程间的互操作性及流程可控性，如图 2-1 所示。bpel 流程分为抽象流程和可执行流 程，业务交互协议被称为抽象流程（abstract process） ，用于指定业务协议中不同参与者公 共的、可见的消息交换，但并不公开内部行为或业务所涉及的参与者的实现细节。可执行 流程（executable process）指定 web 服务执行的模式，类似于使用基本和结构化活动的工 作流描述。ws-bpel 定义的流程模型基于 wsdl 服务定义模型，一个可执行流程本身可 以是一个 web 服务，并且该流程的接口可以用 wsdl 表示。 服务 伙伴 服务a 服务b 服务c 服务d 服务e 服务f 伙伴 服务 process 图 2-1 ws-bpel 流程 ws-bpel 流程是一个用来表达特定业务的逻辑和算法流程图，活动则是流程图上节 点的反映，活动被分成两个类：基本活动和结构化活动。其中基本活动是描述流程行为的 基本步骤，结构化活动用于表现控制流逻辑，因此可以包含其他基本活动或其他结构化活 动。ws-bpel 中提供了针对于 wsdl 服务的交互机制，涉及到伙伴（协作者） ，服务链接 类型和服务引用三个概念。 1) 伙伴（partner） ：与流程交互的其它服务，它向其他服务提出调用，接收来自其他伙 伴的调用。 2) 服务链接类型（partner link type） ：定义了关系中每个服务所扮演的“角色”并指定 每个角色所提供的 port type。它表示一种第三方声明，说明了两个（或更多）服务 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 9 之间的关系。 3) 服务引用（service reference） ：用于服务的特定于端口的数据的动态通信。服务引用 能在 ws-bpel 中动态地为某种服务类型选择提供者和调用它们的操作。 ws-bpel 采用集中控制的方式，其流程接口使用 wsdl 表示，缺乏正式的语义， 不支持协作，且自动性和灵活性较弱，不支持在应用运行时的流程模型的调整，因此我 们引入具有语义功能，支持服务间交互配合，灵活性较好的基于语义的服务组合模式。 2.2.2 基于语义的组合 利用 web 服务的集成技术来实现业务流程的自动化执行是一大进步， 但由于目前的服 务集成还没能够很好的引入结合智能技术，离无缝集成的目标还较远。ws-bpel 所调用 的服务就算在执行时做到了动态绑定， 绑定所依据的仍然是服务发布者发布的 wsdl 端口 类型信息，因此如果单单按照 wsdl 的语法描述来匹配一个服务，所有拥有不同 wsdl 语法描述但是在语义上是相同的服务将不能被发现。所以，有效的动态绑定不能仅仅靠匹 配 wsdl 消息接口来实现，服务伙伴的匹配还应从一个服务做什么、怎么做的功能上的、 非功能上的以及行为上的描述来入手，这就是基于语义的服务组合解决的问题。 基于语义的组合是指通过构造 web 服务组合的语义模型， 利用高层的抽象模型而不需 要底层具体的程序实现来描述 web 服务组合。其主要难点集中在 web 服务语义模型的建 立和如何利用语义模型组合已有的 web 服务16。 现有的服务组合技术已经开始向语义化靠拢，当前研究的基于语义的服务组合方法主 要有四种，包括 ws-bpel+owl-s、wsdl-s、wsmo 和 owl-s。 基于工作流的 ws-bpel 的缺点在于其流程接口是基于缺少语义描述的 wsdl， 因此可考虑将 ws-bpel 与 owl-s 相结合的服务组合技术， 此类方法虽然易于建 立 web 服务组合工作流程，但由于 ws-bpel 本身不具备语义，因此不能真正实 现与 owl-s 的完全结合。 ibm 和 georgia 大学共同提出 wsdl-s17语言（web service description language for service） ，在 wsdl-s 中，和服务相关的语义模型被假想为已存在，并且它们 被维护在 wsdl 以外的文档中，通过 wsdl 扩展元素来和 wsdl 文档相关联， 可以与业界非常熟悉的 wsdl 兼容， 并且能够方便的升级现有已经与 wsdl 兼容 的开发工具， 使之适应 wsdl-s。 但它实现的语义化是通过 service 的注解实现的， 也就是说 service 并不是从内在结构上就支持语义化，这大大制约了它的发展。 由欧洲委员会和爱尔兰科学基金等资助的 wsmo18（web service modeling 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 2 章 web 服务组合业务 10 ontology）为服务的语义化标识提供一个结构化的内容模型，它为语义网络服务 的核心元素提供了本体的定义, 对服务的描述进行了细分，定义了目标、本体、网 络服务、中介器四个概念来对服务本身以及服务的执行过程进行描述。其在概念 模型、多接口以及语言分层等方面有着比其他方法优秀的地方，其功能划分的更 加清晰， 工具齐备， 灵活性更强， 但是由于用了中介器和目标等元素， 采用 wsml 语言的结构，使用比较复杂，不适于大规模推广使用。 鉴于语义 web 描述语言 owl （ontology web language） 已经成为 w3c 建议标准， 基于 owl 语言的服务组合建模语言 owl-s 成为了主流 web 服务组合描述语言， 它可以为 web 服务提供商提供了一套核心的标记语言集， 使之能够以一种明确的、 计算机能够解释执行的方式来描述 web 服务的属性和功能，同时它采用一种获取 web 服务的控制流和数据流的处理模型，集成更多的类表示，可以实现面向业务 流的服务组合语义建模，克服基于语义的组合的难点问题，因此，我们在研究工 作中采用了 owl-s 的规范。 owl-s 就是一个服务本体，使得 web 服务聚合成分类的层次结构以及丰富的关系及 限制，通过现有的功能强大的推理技术，自动的服务发现，调用，组合，执行，监控都得 以实现。因此现有的主要的语义的 web 组合使用 owl-s 进行实现，它是指使用专门描述 服务语义的 owl-s 语言来生成支持机器理解的服务组合描述文件，服务之间的不同表达 可依据本体知识库中对统一概念的认识进行关联理解，从而达到相互理解的目的，进而支 持基于逻辑语义的代理程序，实现对 web 服务的自动发现、调用、组合。语义 web 技术 仍然处于发展阶段，owl-s 还有许多方面需要完善，特别是在花费、安全性等问题上，但 从长远来看，它是未来网络软件的发展趋势。具体对 owl-s 的说明见 3.4 节。 根据以上的分析研究， 我们采用基于 owl-s 的 web 服务组合模式来进行模型的设计。 2.3 本章小结本章小结 本章介绍了 web 服务组合的思想及相关技术，并针对不同的技术优缺点，分析对服务 组合问题的适用性，提出了将静态服务组合与动态服务组合相结合的方式。接着文章在介 绍了两种主流的服务组合模式后，引入语义 web 技术。 在下一章节中，我们在分析了传统 web 服务的缺点的基础上，说明了语义 web 技术 对于电信业务组合实现的重要性，并介绍了语义 web 概念、语义 web 服务技术以及具体 实现基于语义 web 的业务组合时必须的本体知识。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 3 章 语义 web 服务的概念与框架 11 第第3章章 语义语义 web 的概念与框架的概念与框架 3.1 语义语义 web 3.1.1 语义 web 概念 tim berners-lee 在 20 世纪 90 年代初发明了互联网上的超文本系统，其主要思想是通 过统一资源标识符（uri: uniform resource identifier）对互联网上的信息进行标记，使人 们可以迅速地对互联网上的信息资源进行定位。tim berners-lee19在 xml 2000 会议上首 先提出了 semantic web 的概念， “语义 web 是一个网，它包含了文档或文档的一部分，描 述了事物间的明显关系，且包含语义信息，以利于机器的自动处理” 。其基本意图是对当 前的 web 引入语义信息，让计算机具有人类智能，实现机器的自动处理信息，从而全面增 强人与机器、机器与机器之间的交互能力。根据 w3c 的定义： “语义 web 提供了在应用、 企业和社区之间共享数据的通用框架。它的基础是资源描述框架（resource description framework, rdf） 。 ” 作为当前 web 的一个延伸，它是基于知识的 web，其信息有定义完好的语义，更利于 人机之间的协作，弥补了目前 web 系统的缺陷和服务的不足。语义 web 上的信息具有计 算机可以理解的语义，在本体的支持下实现信息系统间语义上的互操作性，以及对 web 资 源所进行的智能访问和检索。语义化 web 使得类似信息代理、搜索、引擎、信息过滤等智 能服务成为可能。 随着语义 web 的引入， 它将使理解信息的含意不再是人类才能做的事情， 计算机同样可以做到，从而有助于信息共享和智能处理，并使网络能够提供动态与主动的 服务，信息的准确定位和处理将会变得非常容易。 3.1.2 语义 web 服务层次结构 语义 web 的基础是数据表示、查询、应用规则的一组标准，核心技术包括用于表示的 rdf（resource description framework，资源描述框架） 、用于查询的 sparql（simple protocol and rdf query language） 、用于构造的 rdfs（rdf schema）以及用于构造和推 理的 web 本体语言（web ontology language，owl）28。 语义 web 的体系结构如图 3-l 所示： 该体系从下到上分别为 unicode 和 uri， xml + ns + xml schema，rdf + rdf schema，ontology，logic，proof，trust。本小节将对这 个框架从下至上，逐一地介绍每一个部分的概念和功能。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 3 章 语义 web 服务的概念与框架 12 unicodeuri xml+ns+xmlschema 数据交换rdf rdf 逻辑logic 证明proof 信任trust 查询 规则 rif 本体 owl 用户接口和应用 加 密 图 3-1 语义 web 层次结构图 3.1.2.1 unicode 和 uri unicode 和 uri 是整个语义 web 的最底层， 构成了语义 web 的基础。 其中 unicode 处 理资源的编码，保证使用的是国际通用字符集，以实现 web 上信息的统一编码。unicode 的优势在于支持世界上所有主要语言文本，通过 unicode 对语言的强有力支持能够使语义 web 跨越各国语言界限，囊括各种语言和文字，尽可能多的包括各种资源。 uri 是统一资源（uniform resource locator，url）的超集，支持语义 web 上对象和 资源的标识，语义 web 采用 uri 对资源进行标识，能有效利用互联网上已经存在的资源， 这样能够很好的和互联网兼容，实现分布式的信息处理。 通过 unicode 和 uri，能够解决语义 web 的底层编码和资源标识问题。 3.1.2.2 xml，ns 和 xml schema 最底层的 unicode 解决的是语义 web 底层的编码问题，而上层的 xml（extensible markup language， 可扩展标记语言） 能够有效实现语义 web 的结构化编码。 该层包括 xml schema 和 ns（name space，命名空间） 。 xml 是 w3c 推荐用来产生其它标记语言的用途广泛的标记语言，它是 sgml （standard generalized markup language，标准通用标记语言）的一个简化的子集，能够用 来描述多种类的数据，用于标示具有结构性资讯的电子文件的标示语言，通过 xml 标记 语言将 web 上资源的结构、内容与数据的表现形式进行分离，支持与其他基于 xml 的标 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第 3 章 语义 web 服务的概念与框架 13 准进行无缝集成，使人们可以用自己定义的词汇创作结构化的文档，特别适合于在 web 上 交换文档，现在已经得到广泛的认可，如 sip 协议中就采用 xml 对消息进行编码。 为解决 xml 中标签名一致而导致的冲突，引入了 name space 命名空间，不同命名空 间中允许存在同名的标签，即为了对 xml 进行有效约束，引入 xml schema 对 xml 文 档的内容进行预先定义和说明。 3.1.2.3 rdf 和 rdf schema rdf 是资源描述框架的缩写，是语义 web 的基本数据模型，用以描述 web 资源。该 框架是一个开放的元数据框架，即对数据进行描述，使得机器能够理解数据，它不依赖于 xml，但是遵守 xml 的语法。rdf 现在己经成为 w3c 的推荐标准，能无二义性地描述 资源对象，从底层的结构化 xml 到上层的语义的 rdf 应该说是质的飞跃。 rdf schema 提供了将 web 对象组织成层次的建模原语，主要包括类、属性、子类和 子属性关系、定义域（domain）和值域（range）约束。rdfs 是构造本体的初始语言，但 是需要更加强大的本体语言（如 owl）来扩展，以表达 web 对象之间的复杂关系。 rdf 和 rdf schema 为网上资源描述提供了一种通用表示框架， 实现数据集成的元数 据解决方案。 3.1.2.4 ontology 本体层用于描述各种资源之间的联系，采用 owl 表示。本体揭示了资源以及资源之 间复杂和丰富的语义信息，将信息的结构和内容分离，对信息做完全形