（计算机应用技术专业论文）基于ontology的web服务发现技术研究.pdf

摘要 随着i n t e r n e t 的迅猛发展，w e b 上可获得的w e b 服务的急剧增多，如何从 庞大的服务群中有效地获得所需功能的w e b 服务和如何在功能相似的w e b 服务中 找到最佳服务成为了值得关心的问题，而这些正是w e b 服务发现的任务。但是， 当前的w e b 服务技术也存在一些缺点，并且使用当前的w e b 服务基础设施无法有 效地解决这些问题。其中最显著的是w e b 服务缺少定义良好的语义描述，计算机 不能理解w e b 服务的基于x m l 的语法描述，无法实现w e b 服务之间的互操作的自 动化 把语义w e b 技术引入w e b 服务就可以解决w e b 服务的这个问题。语义w e b 的目的就是扩展当前的w e b ，使得网络中所有信息都是具有语义的，是计算机能 够理解和处理的。因此，基于语义的w e b 服务发现逐渐成为了当前的研究热点。 研究结果表明语义描述和服务本体论的应用能够有效地提高服务发现结果。 自动化的w e b 服务发现是语义w e b 服务研究领域的基本问题。本文在研究语 义w e b 服务发现技术的基础上，提出一种能够实现自动化的w e b 服务发现的语义 w e b 服务发现模型，它主要具有以下三个特点： 首先，使用扩展的o w l - s 描述w e b 服务。o w l - s 作为一种语言和本体，被广 泛地用于描述w e b 服务的语义信息以实现自动化的语义w e b 服务发现。但是， o w l - s 并不成熟，还存在一些缺点。尤其是o w l - s 不能描述w e b 服务的信誉度。 为了解决这个问题，本文定义了w e b 服务的信誉度描述，并用它来描述w e b 服务 的可信任性和服务质量等信息。 其次，设计了基于语义功能和服务质量的服务发现系统该系统采用多级匹 配的服务发现策略，我们详细给出了每一级匹配中所采取的匹配算法，实现了模 糊匹配，提高了检索效率。 再次，在语义w e b 服务发现模型中引入了w e b 服务的信誉度管理器。信誉度 管理器负责w e b 服务的信誉度管理。在信誉度管理器的理想模型中，可以使用第 三方的权威机构来管理w e b 服务的信誉度，但目前还不存在这样的机构，只能使 用反馈机制来实现信誉度管理。信誉度管理器收集客户的反馈信息并把它们保存 到持久的数据中。 关键词：本体；w e b 服务；语义w e b ；服务发现；匹配算法；信誉度 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t i lt h ef a s td e v e l o p m e n to fi n t e m e t t l l eg r o w i n gn u m b e ro fw e bs e r v i c e s a v a i l a b l eo nt h ew 曲r a i s e sn e wa n dc h a l l e n g i n gs e a r c hp r o b l e m s ：e 伍c i e n t l yl o c a t i n g f u n c t i o n a l i t y - d e s i r e dw e bs e r v i c e sa m o n gn u m b e r so fw e b 锨- v i c e sa n ds e l a 。t i n ga b e s to n ea m o n gl a r g en u m b e r so ff u n c t i o n a l i t y s i m i l a rw e bs e r v i c e s w l l i l et h e s ei u s t a t h et a s ko fw e b 湖v i c ed i s c o v e r i n g h o w e v e r , t h e r ea r es t i l ls o m ed r a w b a c k st h a t c a n n o tb ec o m p l e t e l yr e s o l v e dw i t he x i s t i n gt e c h n o l o g i e s 7 静f a c tt h a t 纾的s e r v i c e s a r cd e s c r i b e di nt e r m so f x m ls y n t a xw i t h o u taw e l l - d e f r e e ds e m a n t i c sr e s u l t si nt h a t c o m p u t e r sc a nn o tp r o c e s st h ei n t e r a c t i o n so f w 曲s e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y t 1 1 i si sw h e r et h es e m a n t i cw 曲c o m e st op l a y 1 1 艟p t h - p o s co fs e m a n t i cw e bi s t oe x t e n dt h ec u r r e n t 矾r e b m a k e st h ei n f o r m a t i o no nt h ew 曲s e m a n t i ca n d u n d e r s t o o d , m a n a g e db ym a c h i n e s os e m a n t i c - b a s e dw e bs e r v i c ed i s c o v e r i n g t e c h n o l o g yi sb e c o m i n gah o tr e s e a r c ht o p i c 1 1 坨r e s e a r c h e ss h o wt h a tt h eu o f s e m a n t i cd e s c r i p t i o na n do n t o l o g yo fw e bs e r v i c ec a ni m p r o v et h er e s u l to fs e r v i c e d i s c o v e r i n g a u t o m a t i cw r e bs e r v i c e sd i s c o v e r yi st h eb a s i ci s s u eo fs e m a n t i c r e bs e r v i c e s r e s e a r c h 1 k sp a p e rd e s c r i b e sam o d e lf o rf l e x i h i ed i s c o v e r yo fs e m a n t i cw e b s e r v i c e sb yr e s e a r c h i n gs e m a n t i cw c bs e r v i c e sd i s c o v e r y t h ep r o p o s e da p p r o a c h h a st h r e em a i nf e a t u r e sc o m p a r e dw i t ho t h e ra p p r o a c h e s f i r s t l y , 0 札si su s e dt od e s c r i b et h e r c bs e r v i c e s a sb o t hal a n g u a g ea n da l l o n t o l o g y , 0 w l si sw i d e l yu s e dt oa d ds e m a n t i ca n n o t a t i o n st ow 曲s e r v i c e sa n d e n a b l ea u t o m a t i cd i s c o v e r yo fw e bs e r v i c e s h o w e v e r , 0 w i ，si sa i l le v o l v i n ga n d h a ss o m es h o r t c o m i n g s e s p e c i a l l yt h a ti tc a l ln o td e s c r i b et h er e p u t a t i o no fw 曲 s e r v i c e s i no r d e rt oo v e r c o m et h i s t h er e p u t a t i o nd e s c r i p t i o nf o r 袖s e r v i c e si s d e f m e db yt h ea u t h o ri nt h i sp a p e r n 地p r o p o s e dr e p u t a t i o nd e s c r i p t i o n 啪d e s c r i b e w h e t h e r a w 曲s e r v i c e i s 嘁a s w e l l a s t h e q u a l i t y o f s e r v i c e a n d o t h e r 螂 f u r t h e r m o r e ，w ed e s i g nas e r v i c e sd i s c o v e r ys y s t e mb a s e do ns e m a n t i cf u n c t i o n a n dq u a l i t ym a t c h 1 1 艟s y s t e mi sas 盯v i c ed i s c o v e r ys t r a t e g yu s i n gl e v e l - c l a s s i f i e d m a t c h , w ed e s c r i b et h em a t c h i n ga l g o r i t h mi ne v e r yl e v e ld e t a i l e d l y i tr e a l i z e s c o m p l e x i t ym a t c h i n gb e t w e e na d v e r t i s e m e n tp r o f n ea n dr e q u e s tp r o f i l e i ti n c r e a s e s s e a r c he f f i c i e n c y t h i r d l y , t h er e p u t a t i o nm a l l a g e ro fw 曲s e r v i c e si si n t r o d u c e d i nt h e s e m a n t i c b a s e d r e bs e r v i c e sd i s c o v e r ym o d e l i ti sr e s p o n s i b l ef o rr e p u t a t i o n m a n a g e m e n to fw 曲s e r v i c e s i nt h ei d e a lc o n c e p tm o d e lo fr e p u t a t i o nm a n a g e r , t h e r ei sa t h i r d - p a r tr e p u t a t i o na u t h o r i t yw h i c hi si nd l a 噼o ft h em e a s 嘞e n to f r e p u t a t i o nf o rw 曲s e r v i c e s b u tc u r r e n t l yt h et h i r d - p a r tr e p u t a t i o na u t h o r i t yd o e s n o te x i s t , s oaf e e d b a c km e c h a n i s mi su s e db yt h er e p u t a t i o nm a l l a g e rw h i c hc o l l e c t s t h ef e e d b a c kf r o mt h ec h 叫t sa n ds a v et h e mi na p e r s i s t e n td a t a b a k e y w o r d s ：o n t o l o g y ；w e bs e r v i c e s ；s e m a n t i cw e b ；s e r v i c ed i s c o v e r y ； m a t c h i n ga l g o r i t h m ；r e p u t a t i o n n 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。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 本人为获得江南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己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 日期：两年；月含日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学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，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、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：导师签名： 日期：卿年弓月g 日 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 十几年前，即1 9 8 9 年，t i mb e r n e r s l e e 发明了万维网( w e b ) ，目的是让 人们通过因特网( i n t e r n e t ) 来获得各种信息。十年来，随着计算机技术的迅猛 发展，i n t e r n e t 作为人们获取信息的一种重要的手段正以前所未有的速度广泛 应用于社会政治经济生活的各个领域，有力地推动着人类文明的进步和社会的发 展。在i n t e r n e t 中作用和影响最大的是w o r l dw i d ew e b ( 以下简称w e b ) ，w e b 页面的数量是海量的，并且其数量正在以指数级别增长，与此同时当前的w e b 页面适合用户阅读，但它不包含任何机器可读的语义信息，因此限制了计算机在 信息检索过程中进行智能分析以及处理的能力。针对w e b 的这种缺陷，t i m b e r n e r s l e e 于2 0 0 0 年1 2 月在x m l 2 0 0 0 会议上，提出了语义w e b 的概念【l 】语 义w e b 并非另外一个独立的w e b ，而是当前w e b 的一个延伸。在语义w e b 中，信 息具有定义良好的语义，更利于人与机器之阉的协作。 乳b 服务技术1 2 】是随着w e b 技术的发展而出现并不断发展、成熟，从集中式 发展到分布式。w e b 服务作为种新兴的w e b 应用模式，是一个崭新的分布式计 算模型，是w e b 上数据和信息集成的有效机制。在商务应用中，w e b 服务能够解 决传统电子商务应用的高维护代价和更新代价问题，成为目前应用环境中最为合 理的解决方案。 耳前w e b 服务在工业界和学术界分别沿着两个不同的方向进行研究。工业界 注重于服务层的模块化，使之能够很快应用到商业系统中；与工业界相比，学术 界的目光要更长远一些。学术界主要致力于定义一个智能的w e b 服务框架，把语 义w e b 的研究成果引入到w e b 服务中，基本的思路是为w e b 服务添加语义描述信 息，实现智能的w e b 服务，即语义w e b 服务。 语义w e b 服务的目标i s 是以一种明确的、计算机能够理解的语言来描述w e b 服务的功能和内容，同时增强已经存在的w e b 服务操作的性能和鲁棒性，比如 w e b 服务的发现和调用。本文是在w e b 服务和语义w e b 二者结合的基础上，对基 于o n t o l o g y 的w e b 服务发现技术的研究。 1 2 国内外研究现状 目前国内对该领域的研究刚阿h 起步，力量比较薄弱；国外针对语义w e b 服务 的研究则相对比较成熟，许多组织和大学都参与到语义w e b 服务的研究中，提出 并制定了许多标准和提案。 江南大学硕士学位论文 语义w e b 服务领域的研究包括：语义w e b 服务理论框架的研究和语义w e b 服务发现技术的研究。 ( 一) 语义w e b 服务理论框架的研究 进行语义w e b 服务理论框架研究的主要有d a r p a ( d e f e n s ea d v a n c e d r e s e a r c h p r o j e c t s a g e n c y ) 资助的d a m l 项目嘲，s w s i 1 0 】( s e m a n t i c w e b s e r v i c e s i n i t i a t i v e ) 和欧洲的e s s i 【( e u r o p e a ns e m a n t i cs y s t e m si n i t i a t i v e ) 联盟。 d a m l 项目定义了o w ls 1 2 】( 以前称为d a m l - s ) ，这是一个基于o w l 1 3 】( w e b o n t o l o g yl a n g u a g e ) 的w e b 服务本体，可以实现w e b 服务的自动发现、调用、 组合和互操作。 ( 二) 语义w e b 服务发现技术的研究 美国卡内基梅隆大学的m a s s i m op a o l u c c i 提出基于w e b 服务能力的语义匹 配思想，它成为后来的语义服务发现方向研究的核心思想1 1 4 】，该算法采用d a m l - s 语言来描述服务公告，把体现服务功能的输入输出参数作为匹配依据，并根据预 定义的匹配类型来计算服务的匹配程度。最后通过实验证实能提高查准率和查全 率。该算法还存在匹配程度的划分粗糙、响应时间长等闯题。 英国马萨诸塞： f i 理工学院的m a r kk l e i n 和美国纽约大学的a b r a h a m b e r n s t e i n 提出基于过程本体论的服务发现方法嘲。过程本体论将每个w e b 服务 分解成几个过程的集合，前一个过程的输出是后一个过程的输入。通过定义过程 本体来表述查询请求与w e b 服务，同时定义一种过程查询语言( p q l ) 检索服务并 通过把查询的过程本体与服务的过程本体进行语义匹配实现服务发现。经实验证 明该方法提高了服务查准率和查全率指标【1 7 1 。但由予过程本体与w s d l 之间无映 射关系，需要花大量时间对服务建立索引，因此服务发现的高效性不能保证。 英国曼彻斯特大学的i a nh o r r o c k s 和f r a n zb a a d e r 、u l r i k es a t t l e r 共同 提出了将描述逻辑运用到语义网本体语言中的思想，并在其论文f l 卿中提出将 d a m l + o i l 本体翻译为s h i q 描述逻辑语言，实现对d a m l + o i l p 2 】本体的推理。 o l g ac a p r o t t i 和m i k ed e w a r 等人运用描述逻辑和o w l 语言规范设计出了 基于数学特定领域的w e b 服务匹配算法【嘲它由m o n e t 项目发展而来，在o w l 语言的基础上来建立数学描述语言( m a t h e m a t i c a lw e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n ) 它作为语义w e b 服务发现在特定领域内的应用具有十分重要的意义。 国内对于语义w e b 服务的研究起步相对较晚。比较具有代表的是中科院的史 忠植等人实现了多主体服务环境m a g e ( m u l t i - a g e n t - e n v i r o n m e n t ) 【瑚，该系统利 用d l 推理机为多主体系统服务推理提供自动的主体服务分层机制并自动建立主 体服务分层，然后在该服务分层基础上采用基于描述逻辑的主体服务匹配算法， 实现主体服务匹配的自动化、智能化算法运用描述逻辑对本体概念进行推理， 从而实现语义相似度匹配。 2 第一章绪论 综观现有研究，其各自不同的服务发现方法大多都考虑在服务描述上增加语 义信息，并给出各自的语义匹配算法。因此结合语义w e b 和w e b 服务技术来实现 基于服务功能的语义匹配，是目前服务发现领域的重要研究方向，同时也是解决 服务发现性能问题的重要途径。 1 3w e b 服务发现的语义化 1 3 1 服务发现中存在的问题 目前因特网在w e b 服务的表达和检索方面，仍然存在着许多技术缺陷，制约 w e b 服务的准确、高效的发现。其原因主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 以关键字匹配的方式为主的检索，根据公告描述中是否包含请求查询 中的关键词来返回结果，由于许多不相关的服务也会在它的描述中包含查询关键 词，检索的结果往往会出现很多不相关的w e b 服务。同时查询关键词与公告描述 中的关键词可能是语义相同但是语法不同的，遗漏了大量与检索概念同义或相关 的内容信息，因此查全率不高。 +5 ( 2 ) 描述w e b 服务的w s d l 着重描述服务接口的语法而缺乏对服务功能的语 义描述，从而不支持动态性和自动化。不同团体对同一领域的事物表示不同，使 得来自服务提供者与服务请求者关于同一w e b 服务的描述存在冲突，这种认识上 的差异所产生的描述差异被成为语义异构，具体表现在：1 ) 不同的服务描述使用 多种术语表示同一概念；2 ) 同一概念在不同的服务描述中表达不同的含义；3 ) 各服务描述使用不同的结构表示相同或相似的信息 ( 3 ) 传统的服务发现技术缺乏对用户查询请求中有用信息的提取和处理， 不能很好的描述用户查询请求中所需服务的能力，并且没有采用统一规范来描述 服务请求和服务公告，不利于实现服务匹配的高效性。 ( 4 ) 针对大量相似服务的发现，缺乏w e b 服务质量支持以及解决信息过载 问题，实现最佳服务的发现。 1 3 2 自动、智能化的w e b 服务发现 w e b 服务中的关键问题有两个：服务描述和服务发现。服务的描述和发现以 及更高层的服务组合存在诸多核心问题有待解决刚。这些问题归结为如何有效 的将w e b 服务的功能以及行为特征表示出来，这些表示是计算机可以理解的形 式，使其能自动的根据服务功能性进行推理，并有效的集成相关服务的功能，完 成用户任务。w e b 服务不同于以往的w e b 应用程序的地方使它强调了功能的模块 化。这样，迫切需要w e b 基础设施能理解w e b 服务的功能性以及行为，使w e b 服务能在智能w e b 上自动的被发现和集成，甚至扩展己有的功能。 3 江南大学硕士学位论文 w e b 服务的自动和智能化越来越成为其不断发展的迫切要求。于是就产生了 两种不同的策略1 2 1 1 ；对现有的w e b 改造，支持自动，具有智能性。语义w e b 的 研究就是这个思路的代表：另一种策略试图从技术层面上提高w e b 服务描述( 主 要是技术性的语法信息) 的标准性，在规格化所有w e b 服务相关技术的基础上， 提高w e b 服务的自动化水平，并具有可控的智能性。 w e b 服务和语义w e b 都属于w e b 上的本体论研究，其共同目标都是通过利用 w e h 上人和机器都能够存取的内容，创建智能自动服务的基础设施。 i 4 主要研究内容和论文工作 服务的描述是服务发现的前提，现行的基于语义w e b 服务的发现技术多是重 新定义了w e b 服务的描述，例如t u b 的o w l - sm a t c h e r m 采用o 叽- s 来描述语义 w e b 服务，g e o r g i a 的m e t e o r s 采用自定义的髂d l 来描述语义w e b 服务删， 而传统的基于u d d i 的w e b 服务发现又是依赖于u d d i 的数据结构。这之间存在着 重复的数据定义，如何更好的结合已有的技术，尽量兼容传统的w e b 服务查询， 更加灵活的实现基于本体的语义w e b 服务发现是本文的主要研究内容。 论文通过对当前w e b 服务发现状况的分析，针对目前主流的服务发现机制所 存在的缺陷，从服务描述语言和服务匹配算法两方面进行了扩展和改进。主要设 计语义w e b 服务发现框架。框架采用扩展的o w l - s 分别对w e b 服务和服务请求进 行语义描述，产生的服务本体便服务请求者能够了解服务的功能细节，加强服务 描述信息的机器可理解性。 具体的工作体现在以下几个方面： 1 通过分析不同的语义w e b 服务实现的方案，提出了一种支持需求发布的 语义w e b 服务的发布与发现的体系结构。 2 研究w e b 本体语言( o w l ) 对概念划分的支持，以及o w l - s 对w e b 服务的描 述，对现行的基于0 w l s 的服务匹配策略进行改进，该策略的改进是本文的研究 重点。 对策略的改进体现在： 1 ) 考虑到u d d i 注册中心使用的广泛性，服务提供者可能选择传统的发布， 本算法结合了传统的基于u d d i 的查找，而不仅仅局限于有语义描述的服务，扩 展了服务发现的范围，能够更好的兼容已有的服务发现。 2 ) 将服务的分类作为匹配依据，预先进行了筛选，然后再匹配服务的语义信 息，减少了匹配次数，提高了检索效率。 3 ) 除了对输入( i n p u t ) 输出( o u t p u t ) 的匹配之外，本算法还提供了前置条件 ( p r e c o n d i t i o n ) 和效果( e f f e c t ) 的匹配，使得服务的匹配更为精确更为完整。 4 ) 研究0 w l s 的应用及扩展。o w ls 规范虽然得到广泛的应用，但还存在很 4 第一章绪论 多不足，尤其是不能很好地支持语义w e b 服务的信誉度，如o o s 、可信任性等。 本文的一个重要研究内容就是分析o w l _ s 的应用和不足并在此基础上扩展 o w l - s ，使其可以支持w e b 服务的信誉度描述。 3 本文将设计语义w e b 服务发现框架，并给出了各模块的功能设计。 o w l s u 叩i 转换器是为了扩展u d d i 注册中心，使其能够存储服务的语义信息； 服务发现引擎是为了实现基于服务功能的语义匹配而设计；信誉度管理器负责 w e b 服务的信誉度管理。该服务发现模型的设计是本文的另一个研究重点。 对于语义推理所需要的领域本体，本文没有深入的研究，只是运用现有的工 具构建简单的领域本体。领域本体的定义需要专门的语言专家和权威组织来建 立，自己定义的领域本体不一定全面、正确。 1 5 组织结构 本文共分为六章： 第一章，绪论，阐述本文的研究背景和意义、以及当前国内外在该领域的研 究现状，并介绍了作者的研究内容。 第二章，介绍相关技术，包括w e b 服务与语义w e b 两个方面的基本概念以及 它们的核心支撑技术，然后介绍语义w e b 服务。 第三章，语义w e b 服务发现研究。论述当前的w e b 服务发现技术，然后定义 了语义描述到u d d i 的映射，最后给出了服务的信誉度概念并用它来描述w e b 服 务的可信任性和服务质量等信息 第四章，在语义w e b 服务发现架构的基础上，提出了一种新的多级服务匹配 策略，并详细分析了基于该策略的匹配算法和实现方案。 第五章，提出语义w e b 服务发现系统模型，并分别介绍几个关键模块的设计， 最后实现框架在t p a s s 系统中的应用。 第六章，总结全文，并提出对下一步工作的展望。 江南大学硕士学位论文 第二章w e b n 最务以及语义w e b n 畏务相关技术介绍 当前针对w e b 技术的研究主要有两个方向：w e b 服务和语义w e b 。w e b 服务 支持机器之间的应用集成；语义w e b 提供计算机可以理解的语义信息。如果把语 义w e b 的研究成果引入w e b 服务中，就可以弥补w e b 服务的不足，更大限度地实 现操作的自动化。 本章从w e b 服务开始，阐述w e b 服务的概念、体系机构和相关支撑技术；然 后解释语义w e b 的概念；最后介绍本体、o w l 和o w l - s 等语义w e b 服务的相关技 术。 2 1w e b j j 最务 w e b 服务技术推动了s o a 的设计理念与软件开发策略在实践中的应用，w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) w e b 服务体系结构小组给出了w e b 服务的暂行 定义【2 】： w e b 服务是由u r i ( u n i f o r mr o s o u r c ei d e n t i f i e r ) 标识的软件应用程序， 其接口和绑定可以通过x m l 构件进行定义、描述和发现，w e b 服务支持通过基于 i n t e r n e t 的协议使用基于x 地的消息与其他应用软件程序直接进行交互 w e b 服务的关键在于使用某种基于x m l 的描述机制进行描述，只需要提供该 应用程序接口的w s d l 描述，就可以成为完全符合定义的w e b 服务。反之，通过 h t t p 发送s o a p 请求但不提供w s d l 描述的应用程序不能称为w e b 服务。 w e b 服务具有以下特征： 基于标准的描述语言和协议：w e b 服务使用w s d l 标准进行接口描述，使用 s o a p 协议交换信息，使用u d d i 规范完成服务注册与发现，服务组合也有相应的 标准。 松耦合与平台无关性：服务请求者不必知道技术实现细节，服务请求通过消 息调用而不是使用应用接口和文件格式。 w e b 服务的自描述性：w e b 服务使用符合x m l 标准的服务描述规范w s d l ，接 口描述包含了服务请求者需要提供的消息及其格式，服务请求者根据服务提供者 的w s d l 可以将构造请求消息的过程自动化。 w e b 服务的无状态性；w e b 服务实现不需要从一个请求到另一个请求的信息 或状态，也不依赖于其他服务的上下文和状态。 综上所述，使用w e b 服务技术的分布式应用能够方便地实现平台无关性，并 支持系统异构性、动态性和管理自治性等技术特征。 6 第二章w e b 服务以及语义w e b 服务相关技术介绍 2 1 i 面向w e b 服务的体系结构 w e b 服务使用的是s o a 架构 2 4 ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务 的架构) 。此架构的三个基本要素是服务描述、服务发现和服务调用。如图2 - 1 给出了基本$ o a 模型。 图2 - 1 基本s o a 模型 模型中定义了三种角色分别是服务提供者、服务请求者和服务注册中心；三 种基本操作是发布、查找和绑定及其相互关系。服务提供者和服务请求者的划分 是逻辑意义上的，很多情况下特定服务实体可同时充当两种角色。基本标准和规 范是：w s 此( 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 ) 、u d d i ( u n i v e r s a l d 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 ) 和s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s s p r o t o c 0 1 ) 。 在基于s o a 架构的典型应用中，服务提供者首先给出该服务的具体实现，并 将其发布到服务注册中心当服务请求者需要调用该服务时，它首先发送请求到 服务注册中心去搜索该服务，得到关于服务的描述，接着使用该描述文件的服务 绑定信息和服务提供者建立绑定关系并调用服务提供者发布的相应服务。图2 - 2 表示服务请求者和服务提供者之间的通信过程。 lx m li s o a p 请求 ix m ll s o a ps o a p 消息 消皂 x m l 消费者 网络 w e b 服务对象 ix m li s o a p 响应 i x m l i 服务提供： s o a ps o a p 消息消息 图2 - 2 服务消费者和服务提供者之间的通信过程 7 江南大学硕士学位论文 2 1 2w e b 服务基础构架 w e b 服务基础构架提供了一些标准和协议来支持w e b 服务之间的互操作。如 图2 3 所示，x m l ，w s d l ，s o a p ，u d d i 等规范组成了当前w e b 服务的基础设施。 服务组合：服务发现： w s c l ，b p e l 4 w s u d d i x m l 接口描述层：w s d l 消息层：s o a p 传输层：h t t p ，t c p ，u d p 图2 3w e b 服务基础设施 ( i ) x m l x 札【2 5 】是由w 3 c 定义的一种开放的、标准的技术，由标准通用标记语言 ( 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 ，s g 地) 发展而来，现在已经成为一 种人们广泛接受的用于描述数据和创建标记语言的标准。数据独立性( 表示与内 容分离) 是x m l 的主要特征x m l 文档只描述数据，易于理解和阅读，并且具有 跨平台性和松耦合的结构特点，任何理解x m l 的应用程序都可以以不同的格式对 其格式化。由于x m l 的跨平台性以及数据独立性，它可以用于应用程序之间的数 据交换。所有采用了x m l 的应用程序都可以互相通信。 ( 2 ) w e b 服务描述语言( w s d l ) w s d l 4 将w e b 服务描述为能够进行消息交换的通信端点集合，它在功能上类 似于软件组件的函数接口，但由于需要经过网络传递，它把调用普通应用程序方 法所传递的参数等内容序列化。w d s l 基于x m l 语法描述了与服务进行交互的基 本元素： 类型( t y p e s ) ：数据类型定义的容器，它使用某种类型系统( 一般地使用x m l s c h e m a 中的类型系统) 。 消息( m e s s a g e ) ：通信数据的抽象类型化定义。使用t y p e s 所定义的类型来 定义整个消息的数据结构它由一个或多个p a r t 构成。 操作( o p e r a t i o n ) ：对服务中所支持的操作的抽象描述，w s d l 定义了四种 操作：( 1 ) 单向( o n e - w a y ) ：端点接收消息；( 2 ) 请求一响应( r e q u e s t - r e s p o n s e ) ： 端点接收消息，然后发送相关消息；( 3 ) 要求一响应( s o l i c i t - r e s p o n s e ) ：端点 发送消息，然后接收相关消息；( 4 ) 通知( n o t i f i c a t i o n ) ：端点发送消息。 端口类型( p o r t t y p e ) ：对于某个访问入口点类型所支持的操作的抽象集合， 这些操作可以由一个或多个服务访闯点来支持 8 第= 章w e b 服务以及语义w e b 服务相关技术介绍 绑定( b i n d i n g ) ：特定端口类型的具体协议和数据格式规范的绑定 端口( p o r t ) ：定义为协议数据格式绑定与具体w e b 访闯地址组合的单个服 务访问点。 服务( s e r v i c e ) ：相关服务访问点的集合。 这些元素之间的关系如图2 - 4 所示。 图2 - 4w s d l 描述的基本元秉 ( 3 ) w e b 服务注册中心( u d d i ) 统一描述、发现和集成协议( 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 y ，a n d i n t e g r a t i o n , u d d i ) 嘲提供了一组基于标准的规范，用于描述和发现服务。u d d i 是一种规范，它主要提供w e b 服务的注册和发现机制，为w e b 服务提供三个重要 的技术支持：( a ) 标准、透明、专门描述w e b 服务的机制；( b ) 调用w e b 服务的 机制；( c ) 可访问的w e b 服务注册中心。 u 叻i 规范由o a s i s ( o r g a n i z a t i o nf o rt h ea d v a n c e m e n to fs t r u c t u r e d i n f o r m a t i o ns t a n d a r d s ) 标准化组织制定。u d d i 中数据核心信息模型由x 札 s c h e m a 定义，叩d i v 3 0 的信息模型由6 种主要信息类型构成：b u s i n e s s e n t i t y 、 b u s i n e s s s e r v i c e 、b i n d i n g t e m p l a t e 、t g o d e l 、p u b l i s h e r a s s e r t i o n 和 s u b s c r i p t i o n 。b u s i n e s s e n t i t y 是服务提供者信息实体，b u s i n e s s s e r v i c e 是服 务信息实体，b i n d i n g t e m p l a t e 是服务入口信息实体，t m o d e l 是服务接口或者分 类法的信息描述实体，p u b l i s h e r a s s e r t i o n 是两个服务提供者的相关信息实体， s u b s c r i p t i o n 是各种数据实体的订阅信息。 ? 正在制定的u d d i v 4 0 在基于层次结构分类查询的基础上提供一定的语义查 询支持。可以在设计时和运行时两个层次应用u d d i ，前者实现静态的服务发现 和查找，后者支持动态的服务地址解析。 江南大学硕士学位论文 。 ( 4 ) 简单对象访问协议( s o a p ) 简单对象访问协议s o a pp ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 是在分散或分 布式的环境中交换信息的简单的协议，是一个基于x m l 的协议。 s o a p 作为基本的w e b 服务调用协议，它定义了一种简单的机制，通过一个 模块化的包装模型和对模块中特定格式编码数据的重编码机制表示应用语义。 s o a p 作为从消息系统到r p c 的延伸，为在松散、分布环境中使用x w l 对等交换 结构化和类型化信息提供一种简单机制。 s o a p 扩展可以通过改变w e b 服务发送或者接受的消息，执行开发者定制的 w e b 服务功能，例如“安全性”和“路由”等。 b p e l 4 w s ? 提供了正式指定业务流程和业务交互协议的语言；w s c l t 6 1 描述了一 个w e b 服务与其它w e b 服务组合时所导致的被交换的消息流 2 2 语义w e b 语义w e b 的概念由w w w 创始入b e r n e r s - l e e 于2 0 0 1 年正式提出的f l l ，图弘5 反映了现有w e b 技术在动态性和语义两个维度上的演化。语义w e b 是基于x m l 、 u r i 和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 ) 技术对跨组织数据共享和重用 的一种框架，目的是让i n t e r n e t 上的信息具有更丰富的语义，能够更好地被计 算机理解和处理，从而支持w e b 上实体( 包括软件、代理、人和程序) 之间的互 操作，能够动态发现和使用资源，从乳b 信息中抽取知识并用于问题解决，促进 入机交互和合作。为实现语义w e b 的上述目标，基础工作是对w e b 内容进行元数 据描述，同时提供一种自动化处理机制。 b e r n e r s - l e e 给出了语义w e b 中的层次关系，主要基于x m l 和r d f r d f s ，并 在此基础上构建本体和逻辑推理规则。语义w e b 研究的主要目的就是将网络上的 所有信息都以计算机能够理解和处理的形式表示，即让信息带有语义，方便人和 计算机间的交互。目前，本体的使用己经成为信息共享和语义交互的基础。 图2 - 5w e b 的发展图景 l o 第二章w e b 服务以及语义w e b 服务相关技术介绍 语义w e b 基于这样一种思想：w e b 上定义和链接的数据不应该仅仅是为了格 式上的显示，更需要在各种应用程序中让机器也能够理解，并自动进行相应处理。 语义w e b 的目标就是通过向数据中添加机器可理解的语义，以及使用启发性的元 数据来将w e b 上的海量信息以一种机器可理解的方式组织起来，以满足w e b 应用 对数据互操作性的要求。t i mb e r n e r s l e e 给出了以下定义：“语义w e b 是一个 网，它包含了文档和文档的一些部分，描述了事物间的明显关系，并且包含语义 信息，以利于机器的自动处理” 实现语义w e b 的目标有许