（通信与信息系统专业论文）基于qos的语义web服务选择的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着w e b 技术不断的深入研究，出现了语义w e b 服务，实现了w e b 服务智 能化。随着i n t e m e t 的迅速发展，w e b 服务的数量日益增多，如何从这庞大的功 能性相同或相似的w _ e b 服务中选择满足用户需求的w e b 服务，是件繁重的工作， 也是目前w e b 服务的一个研究热点。从功能相同的w e b 服务中选择服务，目前 的研究主要是考虑w e b 服务的非功能属性，即q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 。随着 语义技术在w e b 服务领域的应用，利用本体技术来描述q o s 信息。因此，如何 把q o s 的语义信息应用于语义w e b 服务选择过程中成为一个颇受关注的问题。 在此背景下，本文对基于q o s 的语义w e b 服务选择做了以下几个方面的研究。 本文为了支持w e b 服务q o s 的语义描述，在分析现有的q o s 本体模型及其 优缺点的基础上，提出了q o s 本体模型刈w l q o s 本体。该o w l q o s 本体 可以描述q o s 参数的语义信息和数值信息，支持q o s 参数的语义和数值的匹配。 本文通过o w l q o sp r o f i l e 元素与u d d i 的t m o d e l 建立映射关系，使u d d i 具 有存储q o s 语义信息的功能。 本文提出了q o s 综合相似度计算模型和基于多层次q o s 的服务选择算法， q o s 综合相似度的计算包括q o s 语义相似度的计算和q o s 数值相似度的计算。 以语义距离的计算为基础实现语义相似度的计算，以数值的精确型、模糊型、 区间型的混合匹配计算方法来计算q o s 数值相似度。多层次q o s 的服务选择模 型把w e b 服务的整个q o s 分为了四个层次：可用状态q o s 层、声誉q o s 层、 通用q o s 层和个性化q o s 层，并在此基础上，进一步提出了基于多层次q o s 的 最优服务选择算法和个性化服务选择算法。通过实验仿真结果证明基于多层次 q o s 的服务选择模型的正确性，也证明了算法的可行性和有效性。 本文设计并实现了基于q o s 的语义w e b 服务选择系统。该系统不仅可以实 现w e b 服务注册，w e b 服务浏览和w e b 服务评价，而且可以实现基于系统默认 或用户个性化的q o s 参数来选择w e b 服务，并通过运行本系统验证了本文研究 成果的可行性。 关键词：w e b 服务；语义w e b 服务；服务质量；服务选择 i l a b s t r a c t a st h er e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c ed e v e l o p s ，s e m a n t i cw e b s e r v i c ew a sp r o p o s e df o ra u t o m a t i o na n di n t e l l e c t u a l i z a t i o no fw e bs e r v i c e s w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，t h en u m b e r o fw e bs e r v i c e si n c r e a s e sr a p i d l y i nt h ep r e s e n t ， i ti sah e a v yt a s ka n dh o ti s s u ei nw e bs e r v i c er e s e a r c ht os e l e c tan e e d e ds e r v i c e f r o m n u m e r o u s 忙bs e r v i c e sw h i c hh a v et h es a m eo rs i m i l a rf u n c t i o n t os e l e c ta p p r o p r i a t e s e r v i c ef r o mw e bs e r v i c e sw h i c hp r o v i d et h es a m ef u n c t i o n ，t h ep r e s e n tr e s e a r c hl s m a i l l l vc o n s i d e r i n gt h en o n f u n c t i o n a la t t r i b u t eo fw e bs e r v i c e s ，n a m e l yq o s ( q u a l i t y o fs e r v i c e ) w i t ht h ea p p l i c a t i o no ft h es e m a n t i ct e c h n o l o g yi n t h ew e bs e r v i c e d o m a i n ，t h eo n t o l o g yt e c h n o l o g yi su s e dt od e s c r i b et h eq o si n f o r m a t i o n h e n c e ， h o wt om m r eu s eo ft l l es e m a n t i ci n f o r m a t i o no fq o sd u r i n gs e r v i c es e l e c t i o nh a s a l r e a d yb e e nt h ef o c u so fc u r r e n tr e s e a r c h i nt h i sb a c k g r o u n d ，t h ep a p e r s t u d i e st h e f o l l o w i n ga s p e c t so nq o s b a s e ds e m a n t i cw e b s e r v i c es e l e c t i o n i i lo r d e rt od e s c r i b et h eq o sw i t hs e m a n t i cl a n g u a g e ，t h i sp a p e rs t u d i e st h e e x i s t i n gq o so n t o l o g ym o d e l ，a n a l y s i z e sm e r i ta n df l a wo fi t a n dp r e s e n t saq o s o n t o l o g ym o d e l ，n a m e l yo w l - q o so n t o l o g y t h i so n t o l o g yd e s c r i b e ss e m a n t i c i n f o m a t i o na n dn u m e r i c a li n f o r m a t i o no fq o sp a r a m e t e r , s u p p o r t ss e m a n t i ca n d i l u m e r i c a lm a t c h i n g t h ep a p e re s t a b l i s h e sm a p p i n gr e l a t i o n sb e t w e e no w l - q o s p r o f i l ee l e m e n ta n dt h eu d d it m o d e l ，w h i c he n a b l e su d d i t oh a v et h ef u n c t i o no f s a v i n gq o ss e m a n t i ci n f o r m a t i o n t h i sp a p e rp u t sf o r w a r daq o sc o m p r e h e n s i v es i m i l a r i t yd e g r e em o d e lw h i c h i n c l u d e sq o ss e m a n t i cs i m i l a r i t yc o m p u t a t i o n a n dq o sn u m e r i c a ls i m i l a r i t y c o m p u t a t i o n t h i sp a p e rp r e s e n t s a l s os e r v i c es e l e c t i o na l g o r i t h mb a s e d o n m u l t i 1 a y e r sq o s t h ec o m p u t a t i o no fq o ss e m a n t i cs i m i l a r i t yd e g r e e t a k e s 龇 s e m a l l t i cd i s t a n c ec o m p u t a t i o na st h ef o u n d a t i o n t h eq o sn u m e r i c a ls i m i l a r i t y d e g r e ei sc a l c u l a t e db ym i xa n dm a t c hc o m p u t a t i o n a lm e t h o do fn u m e r i c a lp r e c i s e t y p e ，f u z z yt y p e ，i n t e r v a lt y p e t h em u l t i l a y e r sq o s s e r v i c es e l e c t i o nm o d e ld i v i d e s t h eq o si n t of o u rl a y e r sw h i c ha r ea v a i l a b l ec o n d i t i o nq o sl a y e lr e p u t a t i o nq o s l a y e r , c o m i n o nq o sl a y e ra n d i n d i v i d u a t i o nq o sl a y e r 0 nt h eb a s i so ft h i s ，t h ep a p e r i i i p r o p o s e st h eo p t i m a ls e r v i c es e l e c t i o na l g o r i t h ma n dp e r s o n a l i z e ds e r v i c es e l e c t i o n a l g c i r i t h mb a s e do nm u l t i 1 a y e r sq o s t h er e s u l to fe x p e r i m e n ts i m u l a t i o np r o v e s t h e c o r r e c t i l e s so fs e r v i c es e l e c t i o nm o d e lb a s e do nm u l t i l a y e r sq o sa n dt h ef e a s i b i l i t y a n dt h ev a l i d i t yo ft h ea l g o r i t h m t h ep a p e rd e s i g n sa n dr e a l i z e saq o s b a s e ds e m a n t i cw e bs e r v i c es e l e c t i o n s v s t e m t h i ss y s t e mn o to n l yr e a l i z e st h ew e bs e r v i c er e g i s t r a t i o n ，t h ew e b s e r v i c e b r o w s i n ga n dt h ew e bs e r v i c ea p p r a i s a l ，b u ta l s oi m p l e m e n t sw e b s e r v i c es e l e c t i o n b a s e do nt h es y s t e md e f a u l to rt h eu s e rp e r s o n a l i z a t i o nq o sp a r a m e t e r m e a n w h i l e ，i t p r o v e st h ef e a s i b i l i t yo f t h er e s e a r c hr e s u l tb yr t m n i n gt h i ss y s t e m k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ；s e m a n t i cw e bs e r v i c e ；q o s ；w e b s e r v i c es e l e c t i o n i v 缩略词表 缩略词表 1 q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 服务质量 2 x m l ( e x t e n s i b l em a k e u pl a n g u a g e ) 扩展标记语言 3 s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 简单对象访问协议 4 w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) w e b 服务描述语言 5 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 统一描述、发现和集成 6 h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 超文本传输协议 7 h t m l ( h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 超文本标记语言 8 s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) 标准通用标记语言 9 r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 远程程序调用 1 0 u r i ( u n i f o r mr e s o u r c ei d e n t i f i e r s ) 统一资源标志符 11 u r l ( u n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r ) 统一资源定位符 1 2 r d f ( ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 资源描述架构 13 o w l ( o n t o l o g yw e bl a n g u a g e ) 本体w e b 语言 1 4 o w l - s ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 本体w e b 服务语言 15 o w l - q o s ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e sb a s e do i lq o s ) 基于q o s 的本 体w e b 服务语言 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得直昌太堂或其他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 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：w 良签字日期：h 叩年f 月一日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所 将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社 会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：o7 卢 导师签名：礞芭& i 签字日期：年f 谓多珀签字日期：汐伊年乏月莎日 f 第1 章绪论 第1 章绪论 本章介绍基于q o s 的语义w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 选择方面的研究背景和研 究现状；介绍本文作者在攻读硕士学位期间的主要工作和本论文的整体结构； 介绍本论文所应用到的w e b 服务和语义w e b 服务相关技术。 1 1 研究背景 随着w | e b 技术由最初的访问w e b 页延伸到种类繁多的网络资源，传统的 w e b 体系结构己越来越难以满足用户新的需求。因此，近年来w e b 的发展出现 了两个新兴的方向：w r e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 与语义w e b ( s e m a n t i cw - e b ) 【1 1 。二者 相互渗透、相互结合逐步发展成为语义w e b 服务( s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ) 。 现有w e b 的一个重大缺陷就是语义的缺乏，t i mb e m e r s l e e 提出了语义w e b 的概念【2 j 。语义w e b 是基于这样一种思想：w e b 上定义和链接的数据不应仅仅 是为了格式上的显示，使人更容易理解，而且应该让机器也能够理解，并自动 进行相应的处理【2 】。通过语义信息来描述w e b 服务，使得w e b 服务成为机器可 以理解的实体与计算资源，从而更智能地实现服务的描述、发现、选择和组合。 语义w e b 服务是一种自动化、智能化的服务，是w e b 服务未来的发展趋势。 随着w e b 服务应用的迅速普及和w e b 服务日益增多，不可避免地大量出现 具有相同功能和不同q o s ( j 艮务质量) 的w e b 服务。目前，用户不仅会对w e b 服 务的功能提出更高的要求，也会对服务的可用性、可靠性、价格、声誉和服务 性能等提出更高的要求，用户对服务的q o s 需求将成为服务整个选择、组合的 全局限制。如何在海量的w e b 服务中快速灵活地选择服务，如何选择出满足用 户对q o s 需求的服务，是目前迫在眉睫的事情。随着用户所关心的q o s 属性不 同以及服务应用的深入和范围不断扩大，服务的相关q o s 属性及用户需求也会 不断扩展。因此，根据服务的相关q o s 属性和用户需求的改变，来改变服务选 择的结果，这样才能极大地提高服务应用在深度和广度上的发展。 因此，基于q o s 限制的语义w e b 服务选择的深入研究，不仅具有重要的理 论意义，还具有重大的实用价值，它是w e b 服务研究领域中的一个重要的研究 分支。 第1 章绪论 1 2 研究现状 目前，基于q o s 的w e b 服务选择问题是目前w 曲服务组合领域的研究热点 之一，国内外的研究组织在这个领域开展了相关的研究工作，并己取得了一定 的研究成果，但还存在一定的不足，q o s 本体建模以及基于q o s 的服务选择技 术还不成熟。为了解决w e b 服务选择领域存在的一些问题，学术界和工业界都 做了很多研究和努力，主要从q o s 建模、q o s 信息的匹配、基于q o s 的服务选 择算法三个方面来研究。 在q o s 建模方面，最初的模型【3 1 用响应时间、可靠性、可用性和价格等有 限的几个参数来描述服务的q o s 。最初模型不仅没有语义，而且可扩展性很差。 随着本体描述语言的产生，一些学者利用它来研究q o s 本体建模，比如 w s q o s o n t o 本体 4 1 、d a m l q o s 本体【5 j 和w s m o q o s 本体【6 l 。w s q o s o n t o 本体包括q o s 属性信息层( q o si n f o r m a t i o n ) 、q o s 属性参数层( q o sp r o p e r t y ) 、 q o s 关系层( q o sr e l a t i o n s h i p ) 、q o s 度量层( q o sm e t r i c ) 。d a m l q o s 本体 将q o s 本体分为三层结构：q o s 配置层、q o s 参数定义层和q o s 度量方法层。 q o s 配置层用于q o s 匹配，q o s 属性定义层描述属性的定义域和取值范围，q o s 度量方法层规定了度量的标准。w s q o s o n t o 本体和d a m l q o s 本体关注的是 模型整体结构的划分，着重阐述了q o s 参数之间的关系。w s m o q o s 本体关注 的是每个q o s 参数，具体描述了q o s 参数的每一个属性，对应d a m l q o s 本 体的q o s 参数层。w s m o q o s 本体认为各个q o s 参数之间是平等的，之间没 有依赖关系。在q o s 度量方面，w s m o q o s 本体认为每一个度量值都是单值。 在q o s 匹配方面，通过使用描述逻辑来计算两个服务q o s 的匹配程度【5 。j 。 在匹配方法上， 6 】将一个服务的整体q o s 作为匹配单位，提出了s u b s u m e 、e x a c t 、 p l u g l n 、i n t e r s e c t i o n 和d i s j o i n t 五级匹配度。而【7 】以每个q o s 参数为匹配单位， 先分别计算对应q o s 参数的四级匹配度，然后加权相加，计算出整体q o s 匹配 度。在匹配的特点上，【5 】将参数值、语义概念以及数学运算符结合在一起，作 为描述逻辑的量词，计算机不容易理解。而【7 】用q o s 参数的一个属性来表示数 值范围，把数值信息和语义信息分开来对待，有助于计算机理解处理。但是，【5 , 7 】 是在相同概念的q o s 参数之间进行计算，不能解决以不同概念或者不同度量值 所描述的异构q o s 参数的匹配问题。 在基于q o s 的服务选择算法方面，传统的服务选择算法通过计算q o s 值来 排序和评定服务的优劣，q o s 值越大的服务越优群引。有些服务选择算法考虑了 2 第1 章绪论 服务请求者的一些q o s 需求，允许服务请求者提出一些q o s 限制，在满足限制 的前提下，再对q o s 值进行计算和取优【6 】。事实上，q o s 值最大的服务不一定 是服务请求者最需要的，与服务请求者需求最接近的服务才是应该被选择的。 另外，传统算法没有考虑服务请求者需求的完备性，没有对服务执行的最低条 件做出判断，进而无法保证选择结果的质量。 因此，本文通过提出扩展o w l 本体来构建q o s 本体模型，通过提出计算 q o s 语义和数值的相似度来解决异构q o s 参数信息的匹配问题，提高了匹配准 确度。通过提出基于q o s 本体的服务多层次选择模型和选择算法来选择出最符 合用户需求的w e b 服务，也能选择出满足用户个性化需求的w e b 服务。 1 3 论文的主要工作 本文作者硕士研究生期间在清华大学电子系新一代网络技术实验室( n g n 实验室) 参与了国家9 7 3 重大基础理论研究项目：“需求工程对复杂网络系统 的软件工程的基础研究 ，在此期间对本论文的主要工作包括： 1 应用v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 开发工具独立开发有关天气预报的w e b s e r v i c e s ( w e b 服务) 。 2 分析语义w e b 服务的基础核心技术和q o s 技术，并在此基础上构建了 o w l - q o s 本体。 3 通过分析语义q o s 参数的匹配特点，提出q o s 综合相似度计算模型。 在q o s 综合相似度计算模型的基础上，提出基于多层次q o s 的w 曲服 务选择模型和选择算法，实现了系统默认和用户个性化的w e b 服务两 种选择。 4 编写了实验仿真程序，对本论文提出的服务选择模型和选择算法进行实 验仿真，仿真结果验证了本论文服务选择模型和选择算法的正确性、可 行性和有效性。 5 开发了基于q o s 的语义w e b 服务注册与选择系统，对本文提出的q o s 相似度计算模型、选择模型和选择算法进行应用。 1 4 论文的结构 本论文共分6 章，主要内容和组织结构如下： 第1 章绪论 第1 章绪论：介绍了论文研究的背景、国内外的研究现状、论文的主要工 作、论文的结构和本论文所应用到的语义w e b 服务的相关技术。 第2 章w e b 服务的非功能属性( q o s ) ；介绍了q o s 的定义、q o s 建模的 发展现状。根据本论文的需要对q o s 属性进行部分选取。通过分析现有q o s 模 型的优缺点，提出一个基于语义的q o s 模型o w l q o s 本体，同时对q o s 数值匹配方面提出了精确型、区间型和模糊型三种数值匹配方式。 第3 章q o s 综合相似度计算模型：在分析语义距离计算方法的基础上，提 出q o s 语义相似度和数值相似度的综合计算模型。 第4 章基于多层次q o s 的服务选择方法：通过分析基于q o s 的服务选择 模型和算法发展现状，提出了基于多层次q o s 的服务选择模型和选择算法，并 对该模型和算法进行了实验仿真，同时也对实验仿真结果进行分析对比。 第5 章基于q o s 的语义w e b 服务选择系统设计与实现：通过运行本系统 验证了本文研究成果的可行性。 第6 章工作总结与展望：概括了论文内容，展望了论文研究的下一步工作。 1 5w e b 服务的架构及相关协议 w e b 服务就是一个应用程序，它向外界暴露出一个能够通过w e b 进行调用 的a p i 。从深层次上看，w e b 服务是一种新的w e b 应用程序分支，它们是自包 含、自描述、模块化的应用，可以在网络( 通常为w e b ) 中被描述、发布、查找以 及通过w e b 来调用桫j 。 w r e b 服务是一个通过网络使用标准的x m l ( e x t e n s i b l em a k e u pl a n g u a g e ， 扩展标记语言) 消息来访问的操作集的接口 1 0 】。w 3 c 对w e b 服务的定义是一种 软件系统，它支持网络上机器与机器之间的互操作；它有一个以机器可以处理 的格式描述的接口；其它系统通过s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对 象访问协议) 消息与w e b 服务进行通信，s o a p 消息通常以x m l 序列化的形式 采用h t t p ( h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c o l ，超文本传输协议) 协议以及其它w e b 相 关协议进行传输。 w e b 服务是一种分布式的组件技术，用于解决程序与程序之间的交互。实 现w e b 服务的关键技术是x m l ，s o a p ，w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) ，u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n d 4 第1 章绪论 i n t e g r a t i o n ，统一描述、发现和集成) 。它能够在互联网上面通过w e b 接口提供 计算能力和资源。w e b 服务通过w s d l 描述服务接口，使用u d d i 将服务注册、 发布到注册中心，采用s o a p 封装调用请求和服务响应消息，目前w e b 服务采 用h t t p 协议传输。 w e b 服务的架构建立在s e r v i c ep r o v i d e r ( 服务提供者) 、s e r v i c er e g i s t r y ( j 艮务 注册中心) 、s e r v i c er e q u e s t o r ( 服务请求者) - - 者交互的基础上。服务提供者定义 它所能提供的w 曲服务描述，并发布到注册中心。服务请求者依据自己的需求 到注册中心检索服务，找到合适的服务描述，根据服务描述，绑定服务提供者 提供的服务并调用它。图1 1 表示了w e b 服务的架构【l 。 图1 1w e b 服务的架构 x 池是一种可扩展标记语言，w e b 服务通过x m l 来描述数据结构，x m l 数据可以被直接打包成h t t p 消息进行数据传输和交换。x m l 和h t m l 一样也 是一种标记语言，都属于s o m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，标准通 用标记语言) 的子语言集。但x m l 与h t m l 有很大的不同，最大的不同在于x m l 是具有可扩展性和数据的存储。x m l 它具有以下几个特点： ( 1 ) x m l 是一种简单的数据存储语言，使用一系列简单的标记描述数据，而 这些标记可以用方便的方式建立，x m l 极其简单易于掌握和使用。 ( 2 ) x m l 是一种元标记语言，它允许用户根据它所提供的规则，制定各种各 样的标记语言，并可以通过文档类型定义( d t d ，d a t at y p ed e f i n i t i o n ，) 或x m ls c h e m a 来约束这些标签的内部组织结构。 第l 章绪论 ( 3 ) x m l 制定了有关命名空间的标准【1 2 】，目的是为解决x m l 标签在用户自 行定制时造成标签命名冲突的问题。 ( 4 ) x m l 易于在任何应用程序中读写数据，这使x m l 很快成为数据交换的 唯一公共语言，几乎所有的应用软件都支持它的数据交换格式，可以更 容易的与w i n d o w s 、l i n u x 以及其他平台下产生的信息结合，然后可以 很容易加载x m l 数据到程序中并分析它，并以x m l 格式输出结果。 w s d l 【”】是基于x m l 的服务描述语言，是实际上的服务描述标准。通过对 于w s d l 的扩展或进一步发展可以将诸如事务上下文、服务质量、服务间关系 等信息加入到服务描述文档中。w s d l 文档描述了w e b 服务的三个基本属性： ( 1 ) 服务做些什么服务所提供的操作( 方法) ； ( 2 ) 如何访问服务和服务交互的数据格式以及必要协议； ( 3 ) 服务位于何处协议相关的地址，如u r l 。 w e b 服务的描述分为抽象定义和具体定义两部分，w s d l 组成的概念模型 如图1 2 所示。 图1 2w s d l 模型 w s d l 抽象定义用消息( m e s s a g e s ) 来描述w e b 服务发送和接收的内容， w s d l 具体定义用绑定( b i n d i n g ) 来规定接口传输格式和协议。一个操作( o p e r a t i o n ) 与消息交换模式中的一个或多个消息相关。一个接i 二1 ( i n t e r f a c e ) 包括了一些与传 输格式和协议无关的操作。服务端点( e n d p o i n t ) 规定绑定服务( s e r v i c e ) 的网址。 w s d l 文档是用x m l 编写的，它的根元素称为 ，这个元素是 6 第1 章绪论 来自于h t t p n s c h e m a s x m l s o a p o r g w s d l l 约个命名空间。w s d l 文档首先定义 w e b 服务支持的各种操作所要求的类型，使用这些类型来构建必须被这些操作 所使用的消息。然后，把这些消息和具体的操作关联起来，也把这些操作和端 点绑定起来。最后，一个服务元素把绑定定义和一个具体的端口连接在一起， 这个端口提供服务的最终u r l 地址。w s d l 文档基本结构框架如图1 3 所示。 图1 3w s d l 文档基本框架 7 第1 章绪论 在w s d l 文档中所使用元素的介绍如表1 1 。 表1 1w s d l 文档的元素简介 元素主要功能 定义数据传输使用的类型，它通常包含一个模式。 指定与w e b 服务交换的消息的基本格式，可以为w e b 服务 的请求和响应定义消息格式。它包含一个或多个 元素 来决定要交换的内容。 对服务中所支持的操作的抽象描述，一般单个o p e r a t i o n 描 述了一个访问入口的请求响应消息对。 把消息和消息将用于的操作关联在一起。 为特定端口类型的具体协议和数据格式规范进行绑定。 是为协议数据格式绑定与具体w e b 访问地址组合的单个 服务访问点。 是相关服务访问点的集合。 s o a p 1 4 】( 简单对象访问协议) 作为标准的基于x m l 的消息封装机制用于文 档通信和远程过程调用( r p c ，r e m o t ep r o c e d u r ec a n ) 。s o a p 消息由s o a p 信封、 s o a p 消息头、s o a p 消息体构成。s o a p 结构如图1 4 所示。 图1 4s o a p 结构 8 第1 章绪论 u d d i i ”】是w e b 服务的注册中心，它提供了服务的发布和查找服务描述的方 法。u d d i 数据实体提供对定义业务和服务信息的支持。w s d l 中定义的服务描 述信息是u d d i 注册中心信息的补充。u d d i 提供对许多不同类型的服务描述的 支持。因此，u d d i 没有对w s d l 的直接支持，也没有对任何其它服务描述机 制的直接支持，但u d d i 组织已经发布了如何将w s d l 文档映射到u d d i 注册 中心的文档。u d d i 数据类型如图1 5 所示。 企业实体 - t 企业服务 一绑定模板 l - t 绑定模板 | - 4 企业服务 l 绑定模板 l ， 卫 ，7j_i：!口 ，：j口 ， 卫 ，7 ，7 ，7 图1 5 u d d i 数据类型 企业实体( b u s i n e s s e n t i t y ) 提供关于商家的信息，可以包含一个或多个企业服 务( b u s i n e s s s e r v i c e ) 。w e b 服务的技术和业务描述在企业服务和绑定模板 ( b i n d i n g t e m p l a t e ) 被定义。每个绑定模板包含一个对一个或多个t m o d e l 的引 用，t m o d e l 被用于定义服务的技术规范。 1 6 语义、e b b o r s t 给出了本体的一个定义：“本体是共享概念模型的形式化规范说明研1 6 】。 这其中体现了概念模型、明确、形式化、共享四层含义。本体的目标是捕获相 关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇， 并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇与词汇之间相互关系的明确定义。 通俗地讲，本体就是用来描述某个领域概念以及概念之间的联系，使得这些概 念和联系在共享的范围内有着明确唯一的定义，达成一种共识，这样人与机器 之间就可以进行交流。 “语义( s e m a n t i c ) 的意思是指“机器可处理的( m a c h i n ep r o c e s s a b l e ) 。语 9 第1 章绪论 义w e b 可以看作是在本体论理论基础之上对现有w e b 所进行的扩展，目标是使 w e b 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w e b 资源进行的智能访问和检索【1 7 1 。 t i mb e r n e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 大会上描述了语义w e b 的基本体系结构【2 】，如 图1 6 所示 t r u s t p r o o f l o g i c o n t o l o g yv o c a b u l a r y r d f + r d f s c h e m a x m 【l + n s 十x m l s c h e m a u n i c o d eu r i 图1 6 语义w e b 的层次结构图 语义w e b 各层次的描述如下： ( 1 ) u n i c o d e 提供世界上各种语言的统一的字符编码标准。u r i ( u n i f c i r i l l r e s o u r c ei d e n t i f i e r s ) 作为资源( 任何东西都可以看作资源) 标识机制，提供 对资源的标准化的名字描述。 ( 2 ) x m l 定义了结构化的数据描述方式，是完全基于文档结构的，是数据互 操作的语法基础，本身并没有定义文档中各标记元素的语义。其语义由 匹配的应用程序来提供。x m ls c h e m a 的主要目的就是用来定义一类 x m l 文档，每一个完整的s c h e m a 代表着一个x m l 应用。 ( 3 ) r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 是描述数据语义的基础。它定义了 描述资源的基本方式：主语、谓语、宾语的三元组。r d f 提供了简单的 元数据模型它能够表示和交换计算机可以处理( 语法方面的处理) 的信息。 但它只是为表示语义提供了基础，本身并不能表示语义。为此对r d f 进 行了扩展，加入了v o c a b u l a r y ，s t r u c t u r e 和c o n s t r a i n t ，这样就形成了r d f s c h e m a 1 8 】。r d fs c h e m a 是一种r d f 词汇描述语言，在r d f 之上定义 了一个最小的语义模型( 词汇集) 支持复杂词汇的建模。 ( 4 ) o n t o l o g yv o c a b u l a r y 用于描述各种资源间的联系，它主要指的是o w l 本 1 0 第1 章绪论 体描述语言。 ( 5 ) l o g i c ( 逻辑层) 在本体所描述的知识之上提供逻辑推理能力( 基于规则) 。 ( 6 ) p r o o f ( 证明层) 有了对事实的逻辑描述，就能够提供对事实的复杂的“证 明 。 ( 7 ) t r u s t ( 信任层) ，当人或计算机访问这些描述时，需要根据上下文和自己 的需求自行判定该描述是否可信( t r u s t ) 。在信任层中，采用加密技术和 数字签名技术( 渗透到每个层次的规范中去) 来实现判定描述的可靠性。 o w l ( o n t o l o g yw e bl a n g u a g e ，本体w e b 语言) 【1 9 】是w 3 c 提出的一种基于 x m l 和面向w e b 的本体描述语言，可以被用来在w e b 上进行知识的形式化表 示。o w l 语言分为三个子语言，分别是o w ll i t e 、o w ld l 和o w lf u l l 。三 者的特点如下： ( 1 ) o w ll i t e 是o w l 中相对容易实现部分的子集合，只提供了层次分类和 简单的约束功能。 ( 2 ) o w ld l 提供了大部分o w l 词汇支持和r d f s 支持，并在语义上等同 于描述逻辑d l ( d e s c r i p t i o nl o g i c ) 。o w ld l 的逻辑基础来自描述逻辑 家族，这是描述逻辑家族中一个很重要的分支。由于o w l d l 采用了描 述逻辑作为其逻辑基础因此得到了广泛而深入的研究。 ( 3 ) o w l f u l l 描述包括所有的o w l 词汇和r d f s 提供的原语，能够提供最 大程度的知识描述能力，但是由于过于复杂，且还不成熟，因此还在不 断的更新中。虽然o w l f u l l 提供了最大的表达能力，然而并不保证其可 计算性。 o w ll i t e 、o w ld l 和o w lf u l l 这三者表达能力逐步递增。o w ll i t e 的 表达能力最弱。o w lf u l l 的表达能力最强，但是它在逻辑上是不可判定的。o w l d l 的表达能力居中，并且在逻辑上是可判定的。 1 7 语义w 曲服务 w e b 服务在商业界的推动下由a r i b a ，i b m 和m i c r o s o f t 公司提出的，使用 者遵照w e b 服务的国际标准便可以用统一的方式来描述共享服务、实现应用互 操作成为可能。语义w e b 的研究将使得访问w e b 资源不再仅仅依靠关键字来查 找和访问，而是