（计算机应用技术专业论文）p2p环境下基于代理的web服务组合研究.pdf

摘要 摘要 w e b 服务是一种应用程序之间通信的标准方法。该方法建立在现有互联网标准之 上，跨语言和平台，能够实现不同平台、不同应用程序及组件之间的紧密操作。w e b 服 务被越来越多的提供者发布，随着应用的同益复杂，需要将多个不同功能的w e b 服务 按照一定的方式组合起来，进而满足具体业务上的需求。传统w e b 服务的发布、发现 及组合过程是基于u d d i 实现的。然而u d d i 在功能及语义支持上的局限性，极大地限 制了w e b 服务发布、发现及组合的灵活性。随着服务数量的同益增多，服务的发布及 查找越来越频繁，u d d i 的局限性更加突出。p 2 p 系统因其分布性、易拓展、负载均衡 等优势，赢得广泛关注。 本文以w e b 服务为背景，在p 2 p 环境下对服务组合技术做了深入研究。文中给出 了p 2 p 环境下基于c h o r d 算法的服务表示新形式，设计了普通节点p 2 p 系统和语义超级 节点p 2 p 系统，并针对两个系统分别介绍了基于语义的资源发布及查找策略，给出了支 持语义的多代理模型、模型之间交互过程及w e b 服务组合的具体流程。将a g e n t 技术引 入到服务组合中，建立了p 2 p 环境下基于代理的w 曲服务组合模型，使w e b 服务获得 广泛的语义支持。本文针对服务组合过程给出了具体的服务匹配策略、服务组合算法及 最优组合选择策略。通过多个代理互相合作，完成服务的匹配、组合、执行及重发布， 支持了服务组合过程的动态实现。 关键词w e b 服务服务组合语义w e bp 2 pa g e n t a b s t r a c t a b s t r a c t w e bs e r v i c ei sac r i t e r i o nf o ra p p l i c a t i o nc o m m u n i c a t i o nw h i c hi sb a s e do ne x i s t i n g i n t e r n e tc r i t e r i o n ，i ti sp l a t f o r m i n d e p e n d e n ta n dc a na c c o m p l i s hc o m p a c t n e s so p e r a t i o n so n a p p l i c a t i o n so ra p p l i c a t i o nc o m p o n e n t sw h i c ha r ei nd i f f e r e n tp l a t f o r m w e bs e r v i c e sa r e p u b l i s h e db ym o r ea n dm o r ep r o v i d e r s ，s i n g l ew e bs e r v i c ei sm o r ea n dm o r ed i f f i c u l tt o s a t i s f ya c t u a lr e q u i r e m e n t t h ea p p l i c a t i o nn e e dt oc o m p o s i t em a n yd i f f e r e n tw e bs e r v i c e s w h i c hh a v et h e i ro w nb u s i n e s sf u n c t i o n sa c c o r d i n gt oc e r t a i nl o g i c a lp r o c e s sf o rs a t i s f y i n g c o m p l i c a t e db u s i n e s sr e q u i r e m e n t t h er e l e a s e ，d i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o no ft r a d i t i o n a lw e b s e r v i c e sa r eb a s e do nu d d i ，i th a ss o m el i m i t a t i o n si nf u n c t i o na n ds e m a n t i cs u p p o r t i n g w h i c hr e s t r i c tt h ea g i l i t yo fr e l e a s e ，d i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e w i t ht h e i n c r e a s i n gn u m b e ro fs e r v i c e ，s e r v i c er e l e a s ea n ds e a r c h i n ga r ef r e q u e n t e rt h a nb e f o r ew h i c h m a k e st h el i m i t a t i o no fu d d im o r ea n dm o r eo u t s t a n d i n g p 2 pi si n c r e a s i n g l yr e c e i v i n g a t t e n t i o ni nr e s e a r c hb e c a u s eo fi t sd i s t r i b u t e dc a p a b i l i t y ，e x p a n s i b i l i t ya n dl o a de q u i l i b r i u m t h i st h e s i sh a sd e e p l yr e s e a r c h e dt h ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nt e c h n o l o g yi np 2 p e n v i r o n m e n to nt h eb a c k g r o u n do fw e bs e r v i c et e c h n o l o g y i th a sc a r d e do u tan e wf o r mo f s e r v i c ed e n o t a t i o ni np 2 pe n v i r o n m e n tw h i c hi sb a s e do nc h o r da l g o r i t h m ，d e s i g n e dt h e g e n e r a ln o d ep 2 ps y s t e ma n dt h es e m a n t i cs u p e rn o d ep 2 ps y s t e ma n di n t r o d u c e dt h e m e t h o d so fr e s o u r c e sr e l e a s ea n ds e a r c h i n gw h i c ha r eb a s e do ns e m a n t i c i tg i v e st h e m u l t i a g e n tm o d e l ，t h ei n t e r a c t i o np r o c e s sb e t w e e na g e n t sa n dt h ep r o c e s so fw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o n i n t r o d u c i n gt h ea g e n tt e c h n o l o g yi n t os e r v i c ec o m p o s i t i o n ，w es e tu pt h ew e b s e r v i c ec o m p o s i t i o nm o d e li np 2 pe n v i r o n m e n tw h i c hi sb a s e do na g e n t i tm a k e st h ew e b s e r v i c eg e tt h ee x t e n s i v es e m a n t i cs u p p o r t i n g t o w a r d st h ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o np r o c e s s ， t h i st h e s i sg i v e st h es e r v i c em a t c h i n gs t r a t e g y ，s e r v i c ec o m p o s i t i o na l g o r i t h ma n ds e l e c t i o n s t r a t e g yo fo p t i m a ls e r v i c ec o m p o s i t i o n w i t ht h ec o o p e r a t i o no fd i f f e r e n ta g e n t ，t h em o d e l a c c o m p l i s h e ss e r v i c em a t c h i n g ，c o m p o s i t i o n ，e x e c u t i o na n dr e r e l e a s e ，m a k e st h ed y n a m i c r u n n i n go fw e b s e r v i c ec o m p o s i t i o nf l o wc o m et r u e k e y w o r d s w e bs e r v i c ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ns e m a n t i cw e bp 2 p a g e n t 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 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。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 表或撰写的研究成果也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使用过 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 表示了致谢。 作者签名： 丕：l 未：鲤日期：盟年笪月l 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定即：学校有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文 的全部或部分内容可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 1 、保密口在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密曲。 ( 请在以上相应方格内打“ ) 作者签名： 导师签名： 蒸! 选：囡日期：丝年皇月卫 日期：年么月卫日 保护知识产权声明 本人为申请河北大学学位所提交的题目为：发笔蠢譬奏燃，的学位 论文，是我个人在导师触耥导并与导师合作下取得的研究成果，研究工作及取得 的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完成的。本人完全 了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行政法规以及河北 大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书 面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反 本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人：一垒l 矗盟 日期：丝1 2 年堕月卫日 作者签名： 型1 圭：遢 导师签名： 日期： 日期： 丑年月j l 日 年一么月2 幺日 第1 章绪论 第1 章绪论 w e b 服务凭借在分布式系统上的优势，正逐渐被广大的企业所认识并使用。随着 w e b 服务数量的增长及研究的深入，w e b 服务组合必将成为研究的重点。针对传统u d d i 中服务注册繁琐，服务发现延迟的问题，一种新的更高效的服务注册、发现及组合平台 及新的服务调用方式是w e b 服务使用者所期待的。 1 1 研究背景和意义 作为一种新兴的分布式计算模型，w e b 服务已逐渐成为信息集成的有效方式。随着 日常应用的r 益复杂，单个服务己无法满足具体的需要，这就需要对多个服务进行组合 来完成复杂应用。目前，w e b 服务常常以不同的方式创建并运行在不同的系统中，这就 需要依据特定的需求进行组合并定义服务之问的交互过程，这给服务组合的维护带来了 不便。服务代理自动挑选服务并进行组合的技术，可以很好地解决这个问题。语义w e b 是对服务功能及属性方面的扩展，通过对信息给出具体的语义描述，有利于服务代理之 问的相互协作。w e b 服务、语义w e b 及代理在技术上的结合是一种趋势，为服务组合 的动态执行创造了条件。 目前，服务组合技术主要有微软的交换语言、w r e b 服务流语言、w e b 服务的商业流 程执行语言b p e l 4 w s 。这些技术采取的方式是同工作流模型相结合，在w 曲服务自 动组合方面存在很大的不足。传统的w e b 服务由w e b 服务描述语言统一描述，通过u d d i 注册中心进行发布。w s d l 不包含语义信息，不能使w e b 服务在机器之间互相理解， 同时随着w e b 服务数量的增多，u d d i 必然会成为服务查找、选择及组合的瓶颈。因此， 怎样使w e b 服务获得语义支持并结合w s d l 广泛的行业标准逐渐成为业界研究的热点， 服务代理的出现将二者紧密结合了起来，同时p 2 p 技术为服务发布、发现、调用等提供 了一种崭新的方式1 2 j 。 由上可知，在p 2 p 环境中研究基于代理的w 曲服务组合有着很重要的实际意义。 p 2 p 架构虽然和标准的w e b 服务架构有所不同，但它更符合w e b 服务分布式的特点。 在一个基于p 2 p 的环境中，可以很好的实现w e b 服务的功能、调用w e b 服务的一系列 流程及w 曲服务的组合。 1 河北人学i ：硕十学何论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 服务组合方面 s e l f - s e r v 是采用对等服务协调模型的服务组合系统。它利用状态图对组合服务业务 操作的逻辑进行表示，提出了组合服务执行策略、服务调度策略、w e b 服务注册和发布 策略等服务组合过程中重要策吲引。 国内对w e b 服务组合的研究主要偏重w e b 服务组合方法。w e b 服务组合方法主要 有四种方式：基于系统架构的静态合成策略、基于工作流的动态合成策略、基于软件体 系结构生命周期的综合式服务合成策略、基于语义网络的自动服务匹配与合成策略，其 抽象程度逐渐提高1 3 圳，如图1 所示。 图1 服务组合方法四层次 1 基于系统架构的静态合成策略 该策略以硬编码的方式来实现服务组合，形成的组合服务适应性较差。同时w e b 服务动态变化的特点，使该方法不能满足需求的动态变化。 2 基于工作流的动态合成策略 b p e l 4 w s 做为商业流程执行语言，可整合现有的w e b 服务，定义新的w e b 服务。 它能够连接w e b 服务调用、数据操作等不同的活动进而创造较复杂的流程，并且可对 活动的运行方式和控制流程进行定义。 3 基于软件体系结构生命周期的综合式服务合成策略 该策略在服务组合中引入软件开发方法。它使用u m l 对服务组合进行描述，可以 第1 章绪论 使组合逻辑与规范分离，并且不依赖特定的规范。 4 基于语义网络的自动服务匹配与合成策略 该策略主要利用语义w e b ( s e m a n t i c w e b ) 的功能，通过规范的语义描述及推理，使 服务注册、发现等过程自动实现，目前该策略正在逐渐完善阶段。 1 2 2p 2 p 技术 对等网络( p 2 p ) 技术是计算机网络技术研究领域的一个热点。2 0 0 1 年提出的结构 化覆盖网及分布式哈希表，引发了对等计算研究的热潮，随后陆续出现了各种大规模分 布式系统，如存储系统、d n s 系统等【5 j 。 p 2 p 系统可以分为三种类型：基于目录服务器p 2 p 系统，非结构化p 2 p 系统和结构 化p 2 p 系统。基于目录服务器系统存在系统瓶颈问题，非结构化p 2 p 系统在系统规模扩 大时不具有可扩展性。鉴于以上问题，出现了c h o r d 、p a s t r y 、c a n 和t a p e s t r y 等结构 化p 2 p 系统。 总的来看，支持语义的服务组合方法为服务的自动发现及组合提供了基础。但目前 基于语义的服务组合还处于科学研究阶段，业界对其的支持很有限并且基于语义的开发 也过于复杂。p 2 p 技术凭借其自身的优势虽然在各大分布式系统中得到广泛的应用，但 和w e b 服务结合的研究不多，p 2 p 环境下w e b 服务发布、发现及组合技术还没有得到 深入研究。 1 3 本文主要内容及工作 本文的研究目标是为w e b 服务提供语义描述并在p 2 p 环境中实现基于代理的w e b 服务组合，实现服务发现、组合、执行、重发布的动态执行。具体研究工作涉及到以下 几个方面： 1 针对传统基于d h t 的p 2 p 系统缺少语义支持，具有近似语义的资源往往被配置 在不同p 2 p 节点上的问题，本文提出了基于d h t 的p 2 p 环境中支持语义的服务描述新 形式，给出了基于c h o r d 算法的新的服务发布方案，设计了普通节点p 2 p 系统和语义超 级节点p 2 p 系统及具体的资源发布和查找策略。 2 为了解决p 2 p 环境下w s d l 缺少语义支持问题并增加服务间交互的灵活性，本 3 河北人学一i ：学硕十学何论文 文给出了p 2 p 环境中支持语义的服务多代理模型及具体模型问的交互方式，使服务表 示、发布、发现及组合获得语义支持，从而支持了服务组合的动态实现。 3 针对服务组合过程中涉及到的服务发现、选择、组合、执行等关键技术，本文给 出了p 2 p 环境中服务发现及组合策略，并设计了服务发现及最优组合选择算法，提出了 具体的服务执行及服务重发布方案。 1 4 本文组织结构 本文共分五章，具体章节结构安排如下： 第1 章绪论。介绍了本文的研究背景及关于p 2 p 、服务组合技术目前的研究状况， 提出本文的主要内容，并说明论文的整体结构。 第2 章研究基础。介绍与论文相关的理论及技术，主要包括w e b 服务、语义w e b 、 p 2 p 技术、a g e n t 相关技术。 第3 章基于语义的资源发布方式及多代理模型。介绍了p 2 p 环境下基于语义的资 源发布新方式，提出了语义超级节点p 2 p 系统、普通节点p 2 p 系统，给出了w e b 服务 多代理模型及其执行方式。 第4 章p 2 p 环境下基于a g e n t 的服务组合模型。给出了p 2 p 环境下基于a g e n t 的服 务组合模型设计方案，分别给出了w e b 服务发现及组合策略、w e b 服务最优组合选择 策略、w 曲服务执行策略及w 曲服务重发布策略，最后给出了具体模型的仿真实现及 实验结果分析。 第5 章结论与展望。对本文的工作进行了总结，并对以后的工作进行了展望。 4 第2 章研究基础 第2 章研究基础 w e b 服务组合作为w e b 服务研究领域的一个热点，国内外学者对其做了大量的研 究。其中w e b 服务组合涉及的问题非常广泛，如动态服务发现技术、组合服务执行技 术、组合服务事务处理技术。除此之外，语义清楚的服务描述语言、简洁的服务调用方 式以、稳定的服务发现及组合环境是w e b 服务组合领域非常重要的因素。 2 1w e b 服务 w e b 服务是一种模块化的应用，它可以通过w e b 进行发布、发现、调用。w e b 服 务定义了应用程序在w e b 上的操作细节，并且具有语言和平台独立性特点。关于w e b 服务，主要有如下定义【i 】： ( 1 ) 自包含且模块化的应用程序，通过网络进行发布、查找及调用。 ( 2 ) 分布式的模块化组件，遵守具体的技术规范，可与相关组件进行互操作。 2 1 1w e b 服务体系结构及协议栈 w e b 服务体系结构l h - - 部分组成：服务提供者、服务注册中心、服务请求者。三个 操作包括：服务发布、服务查找、服务绑定1 6 1 。如图2 所示： 图2w e b 服务体系结构 服务提供者负责服务发布，对服务请求进行响应。服务注册中心负责注册w e b 服 务，对服务分类并提供服务查找功能。服务请求者通过服务注册中心查找所需要的服务， 然后根据注册中心返回的w s d l 来使用该w e b 服务。 服务的发布、发现、绑定等操作需要有相应的协议给予支持，这些协议构成了w e b 服务协议栈。如图3 所示： 气 河北人7 1 r - i 顶, + 。z 何论文 w s 凡 三丑厂m u d d i u d d i w s d l s o a p f t ph t t p e t c s e r v i c ed i s c o v e r y s e r v i c ep u b l i c a t i o n 图3w e b 服务协议栈 w 曲服务采用了四种核心技术：x m l 、s o a p 、w s d l 和u d d i 刚。 x m l ( 可扩展标记语言) ：x m l 是w e b 服务中数据表示的基本格式，但缺少针对 数据类型扩展的定义。x m ls c h e m a 针对x m l 的局限性，给出了数据类型扩展标准。 w e b 服务主要采用x m ls c h e m a 作为其数据类型系统。 s o a p ( 简单对象访问协议) ：s o a p 是一个远程方法调用的x m l 标准，它指定了 不同过程间发送x m l 消息的方式及数据的封装机制，规定了方法请求的格式及传输协 议等信息。 w s d l ( w e b 服务描述语言) ：w s d l 是一种基于x m l 用于描述w e b 服务的语言。 w s d l 描述了w e b 服务之间的消息处理机制及通信协议等w e b 服务相关信息，对请求 者所需遵循的消息格式等进行了统一定义。 u d d i ( 统一描述、发现和集成) ：u d d i 是存储服务描述信息和发布服务的注册中 心，它本身同样可看做一个w e b 服务，其作用是为客户提供查找w e b 服务的功能。 2 1 2w e b 服务组合主要问题 1 动态服务发现技术 动态服务组合面临的一个关键问题就是服务的动态发现。服务动态发现目前主要是 借助语义描述语言来实现，如o w l s 。 为w 曲服务增加语义支持的方式有两种1 6 l ： ( 1 ) 扩展w s d l 添加相应的语义信息，主要是将描述信息映射到语义本体中。 ( 2 ) 使用语义描述语言对w e b 服务进行功能及接口上的描述。 6 第2 章研究基础 2 组合服务执行技术 组合服务的执行是指按指定顺序依次调用服务，进行服务的执行，分为中央调度模 式和分布式调度模式【7 - 8 j 。 中央调度模式下服务调度统一由一个中央调度程序完成，当需要调度的服务数量增 多时，在调度程序与服务之间会形成瓶颈。 分布式调度模式不存在上述问题，在分布式调度模式中，系统对每个服务进行了封 装，采用协调者来完成具体服务的调用工作，这相当于为服务增加了一个小型代理，进 而对服务的执行状况能进行更好的跟踪。 3 复合服务事务处理 原子性，一致性，独立性，持久性是传统的事务处理模型必须满足的，但这些特性 在w e b 服务的事务处理模型中并不完全适用【4 1 。其主要原因是在网络中存在大量的语义 及功能类似的w e b 服务，而且这些服务之间是互相独立且具有自治性。另外，不同的 服务对事务的支持方式也各不相同。 2 2 语义w e b 及服务表示 2 2 1 本体概念 本体起源于哲学领域，在哲学中的意思是对本质和存在的系统描述0 1 。在计算机 领域中，本体主要用来描述某一领域知识。由于本体可对事物进行详细、j 下确地描述， 因此在语义搜索、软件代理等领域得到了广泛应用。 传统的w e b 服务在语义表达上具有局限性，本体又具有语义丰富的特征，因此， 在w e b 服务中引入本体，可以更好地解决语义问题。语义w e b 服务是以语义和本体论 为基础的一个重要的研究领域。 2 2 2 语义w e b 及服务表示 1 语义w e b 概念 语义w e b 是对当前万维网的扩展，其上的信息数据等都具有良好的语义描述，为 计算机之间更好的合作提供了基础。可见，语义w e b 是机器可以理解数据含义的下一 河北人学t 学硕十。7 ：何论文 代w e b l l 0 】。 2 o w l 语言 o w l ( w 曲o n t o l o g yl a n g u a g e ) 是万维网上发布和共享本体的语义标记语言f 9 1 。 o w l 分为三个子语言：o w lf u l l ，o w ld l 和o w ll i t e l 9 1 。 o w lf u l l ：具有最大的语法自由度及最丰富的语义表达能力，对o w l 的全部语法 提供支持。 o w ll i t e ：支持最小的语义表达能力及最强的语义约束规范。 o w ld l ：介于o w lf u l l 和o w ll i t e 中间。 3 o w l s 及基于w s d l 的服务表示 o w l s ( w 曲o n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 是一种无歧义且具有显式语义的机器 可理解标记语言，主要用来对w e b 服务的属性和功能进行描述 1 h 4 j 。整体结构如图4 所示： 图4 0 w l s 整体结构 s e r v i c e p r o f i l e 对应商业层面。s e r v i c e p r o f i l e 主要对服务的三个基本方面进行描述， 服务提供者信息、服务的功能、服务的其他特征。其中最主要的为服务的功能信息，它 是指服务的l o p e ，即i n p u t s 、o u t p u t s 、p r e c o n d i t i o n s 、e f f e c t s 。一个具体的w 曲服务轮 廓用r d f ：i d 进行标识，如： 。 s e r v i c e m o d e l 用来描述服务的工作方式。它由两大本体组成，分别为：过程本体和 过程控制本体。过程分为：原子过程、简单过程及组合过程。过程用o w l 描述如下【1 3 1 4 1 ： r 第2 章研究蕈础 s e r v i c e g r o u n d i n g 对应技术层面，主要负责描述服务的访问方式。其中包括网络协 议、消息格式等具体规范。在o w l s 中s e r v i c e g r o u n d i n g 是服务的具体说明，其中在 服务模型规范中并未对信息描述的语法进行定义，而是利用w s d l 来对这些信息进行 统一描述。这样，不但可以利用o w l s 广泛的语义信息，还可以重用w s d l 已有的规 范标准。o w l s 中的s e r v i c e g r o u n d i n g 与w s d l 之间有三种对应关系： ( 1 ) o w l s 中的原子过程与w s d l 中具体的操作对应： ( 2 ) 原子过程的输入与w s d l 的输入消息对应，输出与w s d l 的输出消息对应； ( 3 ) o w l s 原子过程的输入和输出的类型与w s d l 的消息类型对应。 2 3p 2 p 技术 2 3 1p 2 p 概念 p 2 p 是p e e r - t o p e e r 的缩写形式，p e e r 在英语中具有伙伴、同事等含义。因此，p 2 p 可以理解为伙伴对伙伴的意思，即对等网络。o r a m 将p 2 p 定义为利用网络边缘存储、 c p u 计算周期等资源的一组应用程序【1 5 1 。 p 2 p 具有两个层面的含义【m 】： p 2 p 网络：p 2 p 网络是互联网上运行的结构动态变化的网络系统。该网络是由一些 客户端互联而成，各个客户端运行同一种网络程序并且客户端彼此间可以直接通讯。 p 2 p 通信模式：p 2 p 通信模式不同于传统的客户机服务器模式。在传统的客户机 服务器模式中，每次数据的传递都需要中央服务器的参与，当客户访问过多时，服务器 会成为系统瓶颈。在p 2 p 通信模式中，每个通信方都具有相同的能力( 如文件发布，搜 索) ，都可以随意发起通信过程( 如文件访问) 。 2 3 2p 2 p 的应用 目前互联网的存储模式是内容位于中心( 中央服务器或服务器集群) ，p 2 p 技术的 出现打破了这种模式，将互联网上的信息向具体用户转移。p 2 p 主要有以下几种应用【4 】： ( 】) 资源共享 在传统的w e b 方式中，文件及数据交换需要服务器的参与。文件发布者将自己的 9 涸北人学一f i 孚：硕十。了：传论文 i i i 一 一 1 1 | 1 i i i 曼曼曼! 曼曼 文件在某个指定服务器上进行发布，文件接收者到该服务器查找需要的文件并进行下 载。p 2 p 技术使互联网上任意两台计算机之问直接共享文档等资料成为可能。利用p 2 p 技术，安装相同p 2 p 软件的网络计算机之间可以直接进行文件的访问和下载，不需要任 何中央服务器的支持，提高了文件访问效率并进一步满足了人们的需求。 ( 2 ) 分布式计算 利用p 2 p 技术，可以把网络中暂时闲置不用的资源聚集起来，完成超级计算机才能 完成的任务，如天气预报等。p 2 p 技术为这些需要大量数据处理的行业带来了新的曙光。 ( 3 ) 即时通信 所谓即时通信，目前主要指可以随时了解通信双方的状态，进行信息交互，如m s n 等即时通信软件。通过p 2 p 技术，可以使两个或者多个用户直接建立连接，进行文件及 声音交互。基于p 2 p 的即时通信软件可以随时了解对方的状态，脱离了对传统服务器性 能的依赖。 ( 4 ) 深度搜索引擎 p 2 p 技术可以开发出功能强大的搜索引擎，搜索效率及准确率都要高于传统的搜索 引擎。传统目录式搜索引擎对数据挖掘的深度很局限，p 2 p 技术能够深度搜索文档且无 需w e b 服务器支持。p 2 p 技术为i n t e m e t 的搜索引擎开发提供了崭新的实现方式。 2 3 3p 2 p 系统分类 p 2 p 系统依据是否建立结构化覆盖网可分为三类：非结构化p 2 p 系统、结构化p 2 p 系统和松散结构p 2 p 系统【l5 。 非结构化p 2 p 系统：非结构化系统中节点没有存储相关文件的信息，在文件定位时 需要查询每个节点来判断是否有满足查询条件的文件，该系统以g n u t e l l a 为代表。非结 构化p 2 p 系统的优点是具有很强的动态性，形式比较灵活。缺点是以洪泛的方式广播查 询，开销较大。 结构化p 2 p 系统：结构化p 2 p 系统以c h o r d 、c a n 、p a s t r y 等为代表。该系统依据 定的算法进行文件的发布与定位，在节点中保存相关文件的标识信息，形成一个分布 式哈希表。分布式哈希表有利于查询过程中迅速定位，从而快速找到文件信息。 松散结构p 2 p 系统：该系统介于非结构化p 2 p 系统和结构化p 2 p 系统之问，以f r e e n e t 1 0 第2 章研究革础 为代表。节点中虽然保存了部分文件的索引信息，但索引信息不规范，对搜索算法的贡 献不大。由于以上缺点，松散结构系统的应用不是很广泛。 p 2 p 系统依据据资源搜索的集中程度可以分为三类：集中式p 2 p 系统、分布式p 2 p 系统、混合p 2 p 系统。 集中式p 2 p 系统：在集中式p 2 p 系统中，节点查询或发布信息都需要中央服务器的 支持。以n a p s t e r 为代表。集中式模式的优点是查询速度快，实现简单。但随着节点数 量的增加，索引服务器会逐渐成为服务查找的瓶颈。 分布式p 2 p 系统：在分布式p 2 p 系统中，每个节点在功能上都具有等同的作用，它 们既是查询的发出者，也是查询的接收者，以g n u t e l l a 为代表。该系统中每个节点都保 存一些标识相关文件具体位置的索引信息，提高了索引效率。弊端主要体现在网络可扩 展性不好，并且安全性不高。 混合p 2 p 系统：该系统将索引节点引入到系统中，索引节点不直接同具体文件信息 连接，它只负责路由的查找。另外，混合p 2 p 系统引入了超级节点概念，由超级节点对 具体的文件资料进行统一的管理。 2 4a g e n t 技术 2 4 1a g e n t 介绍 a g e n t 技术在人工智能领域最早出现，其具有智能性、灵活性、稳定性等特点，主 要用来处理网络中复杂的需要协同工作的问题。一直以来，a g e n t 的概念备受人们争议。 首先，a g e n t 的具体含义经常随使用环境的不同而不同，难以形成一个统一的被公共认 可的概念；其次，a g e n t 一般被认为具有一定的智能性，但对于智能目前仍无一个统一 的定义。在a g e n t 特征的研究中，具有重要意义的是w o o l d r i d g e 等人提出的a g e n t 的弱 定义概念l l7 1 。 弱定义给出了a g e n t 最基本的特性：社会性，自主性，反应性和预动性【i 引。 社会性：社会性主要是指a g e n t 能与其他a g e n t 成员进行各种交互及协作。 自主性：自主性是指a g e n t 具有各自的资源及行为控制逻辑，能在无外界干扰的情 况下，依据自身状态和外界信息，自主做出行为决定，实现既定目标。 反应性：反应性是指a g e n t 能对周围的环境进行自动感知，并作出相应反应。 1 1 河北人学1 ：学硕十学何论文 预动性：预动性是指a g e n t 能依据具体情况采取面向目标的积极主动行为。 其实从a g e n t 的发展来看，除了以上特性，a g e n t 还应具有知识、信念等人类特性。 s h o h a m 将a g e n t 定义为由很多种心智状态组成的计算机实体【1 8 】。 2 4 2 多a g e n t 系统及结构 多a g e n t 系统( m a s ，m u l t i a g e n ts y s t e m s ) ，是指多个a g e n t 采用分布或集中方 式组成的计算机系统，各个a g e n t 之间通过相互协作，共同完成某种任务。由上可以将 多a g e n t 系统定义为：多个a g e n t 通过相互协作完成某项任务的计算机系统。 多a g e n t 系统可分为三类集中式m a s 、分布式m a s 和混合式m a s 1 1 8 】。 ( 1 ) 集中式m a s 是指构成系统的各a g e n t 成员组均以集中的方式构成，并且他们 以同样的方式构成整个系统。在集中式m a s 中，各a g e n t 成员之间的交互需要其各自 的上级控制机构进行协调。因此，m a s 的组织层次一般都不会太深，以利于各个a g e n t 之间的交互。 ( 2 ) 分布式m a s 是指构成系统的各a g e n t 成员组均以分布的方式构成，并且他们 以同样的方式构成整个系统。 ( 3 ) 混合式m a s 是指由集中式或分布式a g e n t 成员组构成的系统。最简单构成方 式是由两个集中式a g e n t 成员组或一个集中式成员组及一个分布式成员组以分布式方式 构成。在混合m a s 中，各个a g e n t 之间的任务划分、资源分配等均需要有控制机构的 参与完成。 2 5 本章小结 本章主要讨论了p 2 p 环境下基于代理的w e b 服务组合所涉及的关键技术。首先针 对w e b 服务讨论了w e b 服务体系结构和协议栈及w e b 服务组合中的主要问题。考虑到 语义在w e b 服务中的作用越来越大，从基本的本体概念丌始，讨论了语义w e b 的概念 和服务的具体表示方式。针对p 2 p 环境，从p 2 p 的基本概念入手，介绍了p 2 p 的应用 和p 2 p 系统的具体分类。最后对a g e n t 技术做了整体的介绍，分析了多a g e n t 系统及结 构。 1 2 第3 章摹丁语义的资源发布方式及彩代理模型 第3 章基于语义的资源发布方式及多代理模型 w e b 服务在p 2 p 环境下的发布、发现及调用，可以看成是服务资源在p 2 p 环境下的 发布、发现及获得过程。一个好的w e b 服务p 2 p 系统不仅要支持语义查找，还要支持 服务的动态发现及动态调用过程，从而为w e b 服务组合奠定基础。 3 1p 2 p 环境下传统资源发布及查找技术 本文主要就基于d h t 的结构化p 2 p 系统1 1 9 】进行介绍，并且以c h o r d 算法为主。c h o r d 是由u cb e r k e l e y 和m i t 提出的一种分布式搜索算法【l 刚，该算法主要目的是使p 2 p 网 络中数据发布及查找更加高效。利用c h o r d 算法，p 2 p 系统可以将任意给定的一个关键 字标识映射到系统中某个具体的节点上，提高了资源发布及发现效率。由上可知，只要 为每个资源赋予一个标识关键字k ，就可以在具体映射的节点上存储或提取其对应的( k ， v ) 对信息，从而进一步获取资源文件。其中，k 为标识关键字，具体为资源标识的哈 希值，v 是指映射节点的i p 地址或m a c 地址等标识信息。 c h o r d 利用相容散列函数( 如s h a 一1 ) 为系统中的节点和资源分别分配标识符信息。 其具体过程是通过散列函数为节点和资源分别分配m 位字节的标识符，把节点和资源映 射到大小为2 m 的环上。其中，m 须足够大，以便保证节点或资源散列到相同标识符上 的概率足够小以致可以忽略。节点标识符一般为节点i p 地址的散列h a s h 值，资源标识 符一般为资源名称的散列h a s h 值。依据c h o r d 算法，关键字保存在其后继节点中，后 继节点用s u c c e s s o r ( k ) 表示，是节点标识符大于或等于资源标识符的第一个节点。 在以c h o r d 为基础的分布式哈希表系统中，每个节点保存一份路由表，其中存储与 该节点相距2 0 、2 1 2 卜1 的节点信息。其中路由表中具体的标识符用r o u t e i i d e n t i t y 表示， r o u t e i i d e n t i t y = ( i d + 2 卜1 ) m o d 2 m ，i d 指当前节点的标识符。其后继点用r o u t e i s u c c e s s o r 表示，并用r o u t e i i n t e r v a l 表示 r o u t e i i d e n t i t y ，r o u t e i + 1 i d e n t i t y 。在查询过程中，当 给定的目标标识符介于某个r o u t e i i n t e r v a l 时，将r o u t e i s u c c e s s o r 作为下一查询的开 始节点；当目标标识符等于r o u t e i i d e n t i t y 或r o u t e i s u c c e s s o r 时，则将其作为下一查 询的开始节点。为了叙述方便，此处取m 为6 ，则具体路由表中表项数目为6 ，如图5 。 依据以上介绍，节点7 路由表中的表项一的标识符为( 7 + 2 0 ) m o d 2 6 = 8 ，由于节点8 存在， 13 河北火学t 学硕f ? 学位沦文 后继节点直接指向8 ，表项二的标识符为( 7 + 2 1 ) m o d 2 6 = 9 ，由于节点9 在标识符环中不存 在，因此其后继节点指向1 0 ( 大于9 的最近节点) ，其余依此类推。 5 2 + 15 8 l 5 2 + 25 8 51 5 2 + 45 8 5 2 + 81 5 2 + 1 67 5 2 + 3 22 5 5 2 贰 4 6 + l5 2 太二( 4 6 + 25 2 4 6 + 45 2 4 6 + 85 8 4 6 + 1 6l 4 6 + 3 21 7 1 3 1 7 7 + 18 7 + 210 7 + 41 3 7 + 817 7 + 1 62 5 7 + 3 2 4 6 图5c h o r d 算法的数据查找方式 c h o r d 查找方式有两个特点： 每个节点的路由表只需保存部分节点信息，并且距离越近的节点之问，所知对方的 信息越多；每个节点的路由表不用存储所有资源的位置信息。 以图5 为例，节点7 不清楚资源标识符5 6 的具体位置，而且其路由表中并没有表 项指向5 8 ( 5 6 的后继节点) 。依据上述特征，由于节点7 的路由表中最大表项为4 6 ，它 距离5 6 最近，应了解更多的信息。节点7 会将4 6 作为继续查询的下一个起始节点，依 此类推，最后到达节点5 2 ，节点5 2 查找自身的路由表发现5 8 是5 6 的后继节点，最后 在节点5 8 中获得资源标识符5 6 的信息，查找成功，整个查找过程结束。 基于c h o r d 的p 2 p 系统在资源发布及查找效率上具有一定的优势，但其只对单关键 字查询提供了支持，不支持语义模糊查询，在具体的应用中表现出了一定的局限性。 3 2p 2 p 环境下基于语义的资源发布 3 2 1 资源表示形式 传统c h o r d 算法的资源表示方法( k ，v ) 对方法，给出了资源表示的一般方式， 但是由于缺少对资源的语义描述，极大限制了其在具体领域( 如资源发现) 中的应用。 虽然资源的关键字描述k 可以根据资源的语义信息描述来进行散列计算，但足两个具有 1 4 第3 章基丁语义的资源发布方式及多代理橙掣 近似语义表达的资源经过h a s h 后得到的关键字标识可能完全不同，从而将两个资源分 别配置在不