（计算机应用技术专业论文）语义web服务发现机制的研究.pdf

江苏大学硕士研究生学位论文 摘要 随着w e b 的迅猛发展，万维网已成为一个巨大的全球化信息仓库。w e b 服务 的出现使得网络从一个静态网页的提供者转变为一个可交互的、自动的和智能服 务的提供者。为了实现w 曲服务给应用开发者和服务使用者所带来的益处，必须 要有一个合适的服务发现机制来支持w 曲服务。目前，在w e b 服务中主要采用的 服务发现机制是w s d l 和u d d i 相结合的解决方案。然而，当前的u d d i 是基于关 键字查找技术的，关键字的查询技术的最大弊病在于它的低查准率和低查全率。 许多不相关的服务可能包括在查询关键词的描述中，这将导致低查准率：同时， 查询关键词与所要查找的服务可能会语义上相同但句法上不同，从而导致了低查 全率。使用关键词查找的所导致的一个关键的问题在于，它不能捕获服务的语义 请求或语义描述。 w e b 服务发现的研究目标是服务发现的高效率和自动化，因此，目前w e b 服务中主要采用的服务发现机制( 比如u d d i ) 是不能满足这个要求的。在服务 发现技术中，利用语义描述和服务本体论是达到该目标的有效途径；而如何描述 服务，如何将语义w e b 、本体论和语义推理应用到w e b 服务的查找和匹配中是有 待迸一步研究的课题。 论文较全面地介绍了w e b 服务、服务发现机制以及语义w e b 等的相关知识 背景，以及它们的最新发展状况。接着将语义w e b 和w e b 服务发现相结合，提 出了一种基于语义的w e b 服务发现匹配算法，该算法采用多层过滤的思想，很 好地实现了服务与请求间的快速匹配；同时重点考虑了多服务组合来尽可能地满 足请求的问题。最后，通过具体事例说明了该算法实现过程。 关键词：w e b 服务：u d d i ；语义w e b ：本体；描述逻辑；语义w e b 服务发现 匹配算法；o w l s 江苏大学硕上研究生学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw e b w w wh a sb e e nah u g eg l o b a li n f o r m a t i o m r e p o s i t o r y t h ew e bs e r v i c ep a r a d i g mi st r a n s f o r m i n gt h ew e bf r o map r o v i d e ro f s t a t i cp a g e st oap r o v i d e ro fi n t e r a c t i v e ，a u t o m a t e da n di n t e l l i g e n ts e r v i c e st h a t i n t e r a c tv i at h ei n t e m e t i no r d e rt oe m p l o yi t sf u l lp o t e n t i a l ，t h ew e bs e r v i c ep a r a d i g m m u s tb es u p p o r t e db ya na p p r o p r i a t ed i s c o v e r ym e c h a n i s m c u r r e n tw e bs e r v i c e s d i s c o v e r yt e c h n o l o g yi sb a s e do nu d d ia n dw s d l h o w e v e r ，u d d it e c h n o l o g yi s b a s e do nt h ek e y w o r d b a s e dd i s c o v e r ym e t h o d t h es h o r t c o m i n g so fk e y w o r d b a s e d t e c h n i q u e sa r et h e i rl o wp r e c i s i o na n dr e c a l l m a n yi r r e l e v a n ts e r v i c e sm a y i n c l u d ei n t h e i rd e s c r i p t i o nt h eq u e r yk e y w o r d s ，l e a d i n gt ol o wp r e c i s i o n a l s o ，t h eq u e r y k e y w o r d sm a yb es e m a n t i c a l l ye q u i v a l e n tb u ts y n t a c t i c a l l yd i f f e r e n tf r o mt h ew o r d s i nt h eo f f e r e ds e r v i c e s ，l e a d i n gt or e d u c e dr e c a l l t h ek e yu n d e r l y i n gp r o b l e mi st h a t k e y w o r d sa r eap o o rw a yt oc a p t u r et h es e m a n t i c so fas e r v i c er e q u e s to rs e r v i c e a d v e r t i s e m e n t t h et a r g e t so fw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ya r eh i 曲e f f i c i e n c ya n da u t o m a t i z a t i o n s o ，t h es e r v i c e sd i s c o v e r yt e c h n o l o g y si nw e bs e r v i c e ( s u c ha su d d i ) c a n n o ts a r i s f y t h er e q u i r e m e n t u s i n gs e m a n t i c d e s c r i p t i o na n d s e r v i c eo n t o l o g ya r ea v a i l a b l e a p p r o a c h e so ns e r v i c ed i s c o v e r y h o wt od e s c r i b et h ew e bs e r v i c ea n dh o w t om a k e t h es e m a n t i cw e b ，o n t o l o g ya n ds e m a n t i ci n f e r e n c ea p p l yt ot h ef i n d i n ga n dm a t c h i n g i nw e bs e r v i c ea r et h ep r o b l e m sw h i c hn e e dt ob ef l l r t h e rr e s e a r c h e d i nt h i st h e s i s ，w ef i r s ti n t r o d u c et h ek n o w l e d g eb a c k g r o u n do fw e bs e r v i c e 、s e r v i c e d i s c o v e r ym e c h a n i s ma n ds e m a n t i cw e be t c t h e nw ec o m b i n et h es e m a n t i cw e ba n d w e bs e r v i c ed i s c o v e r ya n dp r o p o s eam a t c h i n ga l g o r i t h m t h i sa l g o r i t h ma c h i e v e s t h er a p i dm a t c h i n go fr e q u e s t o ra n dp r o v i d e ra d o p t i n gt h ei d e ao fm u l t i l a y e rf i l t e ra t t h es a l t l et i m e ，w el a yas t r o n ge m p h a s i so nh o wt or e a l i z et h ec o m b i n a t i o no fs e v e r a l s e r v i c e st om a t c ht h er e q u e s t f i n a l l y ，w ee x p l a i nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ea l g o r i t h m b yu s i n gi n s t a n c e s k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e ，u d d i ，s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y ，d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ， s e m a n t i cw e bs 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 ，o w l - s i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 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。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容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和汇编本学位论文。 保密口， 榉雠嫣于不保d 学位论文作者签名 渺s 年6 月a 日 杏惑 在年解密后适用本授权书。 o 雠唷喀 土一j ，年6 月。日 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：砖慧 日期：w 爹年6 i = l 日 江苏大学硕士研究生学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着w e b 应用的不断发展，人们发现在w 曲应用和传统桌面应用( 比如企 业内部管理系统、办公自动化系统等等) 之间存在着连接的鸿沟，于是不得不重 复地将数据在w e b 应用和传统桌面应用之间迁移，这就成为阻碍w e b 应用进入 主流工作流的一个巨大障碍。计算机的应用是要满足自动化，在自动化流程之间 的人工流程会在不同程度上降低人们的积极性。 目前正处于迅速发展中的w e b 服务正是解决以上问题的一种方案。该架构 允许当应用系统需要一种w e b 服务时，自动通过i n t e r n e t ，在w e b 服务的注册机 构中查找分布在w e b 站点上的w e b 服务，自动与服务绑定并进行数据交换，不 需要进行人工干预。因此w e b 服务为服务提供者和使用者都带来了极大的好处。 w e b 服务架构采用了开放式的标准，它具备松散耦合、面向组件和跨技术的 特点，从而简化了商业应用的开发和集成。w e b 服务最基本的平台是x m l 加 h t t p 。其中，h t t p 是一个在i n t e m e t 上广泛使用的协议，也就使得w e b 服务 能在i n t e m e t 上广泛应用具备基本的协议基础。x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 可扩展标记语言) 是一种元语言，可以用来书写特定的语言来描述客户和服务之 间或者组件和复杂服务之间的交互，w e b 服务及其各种协调过程都采用x m l 的 技术作为核心。在应用服务器之后，x m l 格式的消息被转变成中间件的请求， 返回的结果也会转化成x m l 格式。有了x m l 作为核心技术，各种网站提供的 服务都不再局限于静态页面，而是可以进行编程调用的w e b 服务。 为了把w e b 构建成一个功能更强大的平台，以实现w e b 服务之间的调用、 查找、服务描述等功能，在前面的基础上需要增加一些规范和标准，同时保持简 单性和普遍性，因此w e b 服务模式在服务发现上采用u d d i 规范( u n i v e r s a l d e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 。1 ；在服务描述上采用w s d l ( w e bs e r v i c e s d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 。1 ；在服务调用与消息传递上采用s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 协议”1 ；在服务执行上采用( b p e l 4 w s ) 标准”1 。另外，安全和 交易管理同样是将w e b 服务应用到实际问题的关键因素。总的来说，w e b 服务 架构为分布式应用提供了很大的互操作性和自动化，但目前它仍然是一套不成熟 的机制。 为了实现面向机器理解的万维网，t i m b e m e r s l e e 于2 0 0 1 年正式提出了语义 江苏大学硕士研究生学位论文 万维网( s e m a n t i cw e b ) 1 。语义万维网是当前万维网的扩展，扩展之后，万维 网上的信息具备良好定义的含义，可以帮助人类和计算机更好地协同工作。语义 w e b 的思想就是利用元数据( m e t a d a t a ) 语言对w e b 信息资源的内容进行语义上 的描述，从而使计算机能够利用这些语义信息对信息资源的内容进行理解和处 理，并在此基础上实现更高层的、基于知识的智能应用。语义描述语言l 匕女l l w e b 本体语言o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 为w 曲资源的标记和描述提供了强有 力的表达能力。描述语言和描述逻辑”1 已成为语义w e b 羊n 人工智能领域研究的热 点。同时，对于领域本体”1 和本体映射也在相应的研究中。随着语义w e b 中的相 关技术逐渐成熟，我们相信w e b 上的资源将被语义标记，并实现更高层次的智能 化应用。 为了让w 曲服务更加灵活和具有表现力，需要让其具有更多的语义内容。这 就要让服务具有机器可理解性，对用户明显易懂，并且是智能代理使能的；让个 性化的智能代理支持自动的w 曲服务发现、执行、组合和交互；冲破虚拟世界， 将它扩展到物理世界。语义w 曲服务的研究就是为了实现以上目的。 语义w 曲服务是语义w e b 与w e b 服务相结合而得的产物，在w 曲服务中有效 利用本体领域模型进行服务的概念建模，可以指导w 曲服务应用的设计：在w e b 服务中有效利用语义信息，进行w e b 服务和语义w e b 的有机结合可提高w 曲服务 的质量。总之，语义w e b 服务可为w 曲服务的发现、执行、解释和组合的自动化 提供有效的支持，从而实现异构系统的互操作以及无缝集成。 最近几年，基于o w l s 的w e b 服务发现已成为语义w e b 服务领域内十分活跃 的研究课题，一些研究项目着重于用基于o w l 的语义信息或o w l s 描述来增强 当前u d d i 注册中心的查找能力。目前，关于语义w e b 服务方面的国际会议有很 多，最具代表性的国际会议有i s w c ( i n t e m a t i o n a ls e m a n t i cw e bc o n f e r e n c e ，自从 2 0 0 2 年首届会议召开以后，随后每年召开一届) 、i c w s ( i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c e o n o i lw e bs e r v i c e s ，首届会议于2 0 0 3 年在美国拉斯韦加斯召开，每年一届，今年7 月1 2 日召开第三届) 等。这些会议重点讨论了w e b 服务以及语义w e b 服务发展中 的热点问题。 1 2 论文研究内容 用户要想使用w e b 服务，首先必须查找到合适的w e b 服务，因此，w e b 服 务架构需要一个合适的服务发现机制来支持。当前，发现技术是w e b 服务技术 的主要挑战之一。1 ，有效和自动地查找和选择相关的服务对使用者( 开发者或非 技术人员) 和程序( 比如说软件代理) 都是同样重要的。所谓服务发现就是通过 江苏大学硬士研究生学位论文 个服务代理为服务请求者寻找一个合适的服务提供者的过程，这个过程的主要 步骤如图1 1 所示。其主要步骤如下： 1 、提供者描述他们的服务 2 、代理分类和发布这些服务描述 3 、请求者询问代理是否存在所需的服务 4 、代理将服务请求与已注册的服务描述相匹配，并向请求者返回结果 图1 1w e b 服务交互模式 目前，标准的w e b 服务架构采用u d d i 规范来实现服务注册、发布和查找， 但u d d i 缺乏语义并且只支持基于关键字的查找，因而查全率和查准率都得不到 保证，查找效率不高。 为了解决由于u d d i 的不足而带来的查找效率低的问题，卡内基梅隆大学的 m a s s i m op a o l u c c i 等人将语义网和本体论技术引入w e bs e r v i c e ，使用d a m l s 语 言对其进行描述、匹配”“。在匹配算法中，匹配效率和精度是应当考虑的重要问 题；因此，本文将在上述研究成果的基础上，进行如下几个方面的探讨和研究： 第一，研究了当今w e b 服务以及相关发现机制方面的内容： 第二，对语义w e b 发展的最新动态( 包括本体描述语言o w l 、描述逻辑 d l 以及语义w e b 服务标记语言o w l s ) 进行了深入的探讨； 第三，分析了目前w e b 服务采用的服务发现技术u d d i 的不足之处，提出 o w l s 服务标识语言与现有的u d d i 这两种技术的优势结合起来，建立了一个 基于语义的w e b 服务发现架构： 第四，在现有语义匹配算法的基础上，提出了一种有助于提高效率的匹配算 法一一种多层过滤的匹配思想，以此来提高服务与请求间的匹配效率； 第五，为了实现服务与请求间的匹配，并在单个服务不能很好满足请求的情 况下，考虑多服务组合来尽可能地满足服务的请求( 这也是我们匹配算法的优势 之一) ，晟终通过具体例子对匹配算法实现过程进行了说明。 江苏大学硕士研究生学位论文 1 3 论文组织结构 图1 2 论文的组织结构 4 江苏大学硕士研究生学位论文 第二章w e b 服务以及w e b 服务发现机制 2 1w e b 服务 2 1 1 什么是w e b 服务 随着i n t e m c t 和w e b 技术的迅速发展，传统的分布式计算技术如d c o m “、 c o r b a ，i i o 一“已不能很好地适用于w e b 环境。如何建立一个适合w e b 环境的 分布计算模型已成为当前的一个研究热点。w 3 c 倡导的w e b 服务即是这样一个 新型的分布计算模型，它就是为w e b 这样高度分散化，高度自治的分布环境量 身定做的。w e b 服务是描述一些操作的接口，通过标准化的x m l 消息传递机制， 可以通过网络访问这些操作。该接口隐藏了服务实现的细节，允许通过独立于服 务实现、独立于硬件或软件平台、独立于编写服务所用的编程语言的方式使用该 服务。w e b 服务模型具有如下特征： ( 1 ) 完好的封装性； ( 2 ) 使用标准的协议规范，应用解决方案与厂商、平台以及语言无关； ( 3 ) 松散耦台，提供高度的互操作性； 一) 高度的可集成能力。 2 1 2w e b 服务架构 图2 - 1w e bs e r v i c e s 体系架构模型 w e b 服务使用的是s o a 架构( 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) 。此架构由三个部分和三个基本操作构成。三个部分分别是服务提供者、服 务请求者和服务注册中心；三个基本操作是发布、查找和绑定；如图2 - 1 所示。 其基本过程是：服务提供者将它的服务发布到服务注册中心；当服务请求者需要 调用该服务时，它首先到服务注册中心去搜索该服务，得到如何调用该服务的信 息，然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。在w e b 服务架构中，便 息，然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。在w e b 服务架构中，使 扛苏大学硕士研究生学位论文 第二章w e b 服务以及w e b 服务发现机制 2 1w e b 服务 2 1 1 什么是w e b 服务 随着i n t e m e t 和w e b 技术的迅速发展，传统的分布式计算技术如d c o m “、 c o r b a i i o p ”已不能很好地适用于w e b 环境。如何建立一个适合w e b 环境的 分布计算模型已成为当前的一个研究热点。w 3 c 倡导的w e b 服务即是这样一个 新型的分布计算模型，它就是为w e b 这样高度分散化，高度自治的分布环境量 身定做的。w e b 服务是描述一些操作的接口，通过标准化的x m l 消息传递机制， 可以通过网络访问这些操作。该接口隐藏了服务实现的细节，允许通过独立于服 务实现、独立于硬件或软件平台、独立于编写服务所用的编程语言的方式使用该 服务。w e b 服务模型具有如下特征： ( 1 ) 完好的封装性； ( 2 ) 使用标准的协议规范，应用解决方案与厂商、平台以及语言无关； ( 3 1 松散耦合，提供高度的互操作性： h ) 高度的可集成能力。 2 1 2w e b 服务架构 图2 - 1w e bs e r v i c e s 体系架构模型 w e b 服务使用的是s o a 架构( 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1 。此架构由三个部分和三个基本操作构成。三个部分分别是服务提供者、服 务请求者和服务注册中心；三个基本操作是发布、查找和绑定：如图2 一l 所示。 其基本过程是：服务提供者将它的服务发布到服务注册中心；当服务请求者需要 调用该服务时，它首先到服务注册中心去搜索该服务，得到如何调用该服务的信 息，然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。在w e b 服务架构中，使 江苏大学硕士研究生学位论文 用w s d l 来描述服务，u d d i 来发布、查找服务，s o a p 则用来执行服务调用。 2 1 3w e b 服务的实现规范 w e b 服务主要利用h n 甲和s o a p 协议使服务数据在w e b 上传输，s o a p 通过h t t p 调用服务对象执行远程功能调用，w e b 用户能够使用s o a p 和h t t p 通过w e b 调用的方法来调用远程对象。具体地说就是客户根据自己的需求，使 用浏览或直接获取两种途径( 具体使用哪种模式与要查找的内容及已知信息有 关) 查找通过u d d i 发布在网上满足自己需要的w e b 服务，获得这些w e b 服务 的w s d l ，生成客户端代理。使用该客户端代理就像使用本地组件，而代理通过 s o a p 协议去激活远程方法，实现数据访问。实现一个完整的w e b 服务体系需要 有一系列的协议规范来支撑，具体如图2 2 所示： s t a t i c u d d i 服务发现屡 d i r e c t u d d i服务发布层 服务描述层， 噩w s d l 一服务实现 耋 理 奎 一服务接口 性 s o a px m l 消息 x m ls c h e m a 数据模型层 x m l 数据表示层 h 1 w ，f t p ，s m t p传输层 图2 - 2w e b 服务协议栈 因此，s o a p 、w s d l 、u d d l 等是该体系结构应用的关键技术。s o a p ( 简 单对象访问协议) 是w e b 服务通讯的基础，其中s o a p 封装了通讯中交换的消 息。因为w e b 服务是自治的软件模块，因此需要有一个标准化的通讯方式表示 服务之间通讯的消息，s o a p 就发挥了这个作用。s o a p 是一种简单的、轻量级 的基于可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 的机制，用于在网络 应用程序之间进行结构化数据交换。 w s d l ( w e b 服务描述语言) 和u d d l ( 统一描述、发现和集成) 协议是描 述、发布、发现以及调用w e b 服务的基础。接下来，我们来重点介绍一下这两 种标准。 2 1 3 1w s d l 在面向服务的体系结构( s o a ) 中，服务描述是关键性的，它涉及s o a 的 三个操作：发布、查找和绑定。服务提供者向一个或多个服务注册处发布服务描 述，服务描述并不是实际代码本身。服务提供者使用服务描述通知服务请求者所 有必要事项，以便请求者理解如何调用服务。服务描述对于查找操作也同样是重 要的。服务描述是服务请求者查找服务注册的基础，查找操作的最终结果就是获 得服务描述。服务描述对于绑定操作的重要性体现在于它确切描述了调用w e b 江苏大学碗i 二研究生学位论文 服务的消息格式以及目标网络地址。w s d l 是w 曲服务中用于服务描述的语言， 它是基于i d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 技术的一种服务描述语言。w s d l 定义了一套基于x m l 的句法，将w e b 服务描述为能够进行消息交换的服务访问 点的集合，从而满足了这种需求。在w s d l 文档中描述了服务的地址，所支持 的操作以及通信的细节，比如参数数目和参数类型等都作了详细的描述。由于 w s d l 中的语义信息都是预先定义好的，通过解析w s d l 文档，能够在运行时 调用服务而不需要手工配黉。同时，将服务描述成w s d l 的形式，服务提供者 能够隐藏服务内部复杂的实现机制，而服务请求者能够绕过平台细节从而根据接 下来介绍的服务规范来调用服务。 一个w s d l 文档包含了w e b 服务的四个重要信息，它们分别是：接口信息、 数据信息、绑定信息以及地址信息。为了以一种标准x m l 形式来描述这些信息， x m l 格式的w s d l 文档定义了以下元素： t y p e s ：定义了w e b 服务使用的所有数据类型集合，可被元素的各消息部 件所引用； - m e s s a g e ：具体定义了在通信中使用的消息的数据结构，m e s s a g e 元素包 含了一组p a r t 元素，每个p a r t 元素都是最终消息的一个组成部分，每个p a r t 都 会引用一个d a t a t y p e 来表示它的结构。p a r t 元素不支持嵌套( 可以使用d a t a t y p e 来完成这方面的需要) ，都是并列出现： o p e r a t i o n ：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用自应消息对； i n t e r f a c e ：一个i n t e r f a c e 元素组将m e s s a g e s 与o p e r a t i o n s 联系起来。它可 以看作在传统的编程语言中的类，在i n t e r f a c e 中定义的每个o p e r a t i o n 可以看作 是一个类的方法； b i n d i n g ：定义了特定端口类型的具体协议和数据格式规范的绑定。个 w e b 服务能够支持不止种的通信协议，因此客户端可以根据自身的具体情况来 选择其中一种绑定； p o r t ：描述的是一个服务访问入口的部署细节，包括通过哪个w e b 地址来 访问，应当使用怎样的消息调用模式来访问等； s e r v i c e ：相关服务访问点的集合。 w s d l 的设计理念完全继承了以x m l 为基础的当代w e b 技术标准的贯设 计理念：丌放。w s d l 允许通过扩展使用其他的类型定义语言，允许使用多种网 络传输协议和消息格式。同时，w s d l 也应用了当代软件工程中的复用理念，分 离了抽象定义层和具体部署层，使得抽象定义层的复用性大大增加。 江苏大学碳士研究生学位论文 z 1 3 2 i j d d l w s d l 用来描述w e b 服务的相关信息，而w c b 服务开发商还需要一个方法将 自己开发的w e b 服务进行发布，广而告之。于是统描述、发现和集成协议u d d i 应运而生。u d d i 是一个跨产业、跨平台的开放性架构，其可以帮助w e b 服务开 发商在i n t e m e t 上公布自己推出的w e b 服务。简单的说，w e b 服务是一种开发的规 范，使得通过网络可以对基于规范开发的各种应用进行调用、整合，从而在互联 网上完成更复杂的任务，u d d i 就是w 曲服务的服务中介。 图2 3u d d i 信息模型结构图 u d d i 是一套基于w e b 的、分布式的、为w 曲服务提供的信息注册中心的实现 标准规范，同时也包含一组使企业能将自身提供的w 曲服务注册以使得别的企业 能够发现的访问协议的实现标准。u d d i 提供了一组基于标准的规范用于描述和 发现服务，还提供了一组基于因特网的实现。 u d d ix m l s c h e m a 定义了四种主要的信息类型，它们是技术人员在需要使 用合作伙伴所提供的w c b 服务时必须了解的技术信息。它们是：商业实体信息 ( b u s i n e s s e n t i t y 结构) 、服务信息( b u s i n e s s s e r v i c e 结构) 、绑定信自, ( b i n d i n g t e m p l a t e 结构) 和技术规范信亩, ( t m o d e l 结构) ，如上图2 3 所示。 b u s i n e s s e n t i t y ：描述了发布服务信息的商业实体的详细信息，比如说联系 方式、商业种类、标识、和其它商业实体的关系等。 b u s i n e s s s e r v i c e ：描述了一个商业实体提供的服务。比如说，一个酒店提 供的房间预定服务。服务将以b u s i n e s s s e r v i c e 的数据结构来描述。一个b u s i n e s s e n t i t y 可包含一个或更多的b u s i n e s s s e r v i c e ，同时相同的b u s i n e s s s e r v i c e 可以被 许多b u s i n e s s e n t i t y 所使用。 b i n d i n g t e m p l a t e ：描述了关于服务的入口点和构造规范的技术信息。对于每 江苏大学硕士研究生学位论文 一个b u s i n e s s s e r v i c e ，存在一个或多个b i n d i n g t e m p l a t e 。要注意的是，b i n d i n g t e m p l a t e 并不提供服务规范描述的细节，比如它不提供服务通信接口。这些信息 由t m o d e l 提供，b i n d i n g t e m p l a t e 只是仅仅指向一个或更多的t m o d e l 。 t m o d e l ：描述了服务或分类法的规范。为了使用服务，t m o d e l 定义了与 服务之间的交互模式。当一个程序或是程序员需要调用某个特定的w e b 服务时， 必须根据应用要求得到足够充分的调用规范等相关信息，以使调用被正确地执 行。每个b i n d i n g t e m p l a t e 元素都包含一个特殊的元素，该元素包含了一个列 表，列表的每个子元素分别是一个调用规范的引用。这些引用作为一个标识符 的杂凑集合，组成了类似指纹的技术标识，用来查找、识别实现了给定行为或 编程接口的w 曲服务。实际上，这些引用是访问服务所需要的关键调用规范信 息。被称为“t m o d e l ”的数据项是关于调用规范的元数据，它包括服务名称、 发布服务的组织以及指向这些规范本身的u r l 指针等。 u d d i 是w 曲服务技术中的一个核心组成部分，它意图建立一个全球化的、 平台无关的、开放式的架构，使得w 曲服务能够通过统一的方式被发现和集成。 u 】蛹 重要韵优势来源于在所有行业和项目中对该标准的广泛的使用。 “t 2 2w e b 服务发现机制 2 2 1w e b 服务发现问题的提出 基于w e b 的应用为客户提供了各种不同类型的w e b 服务，而这些服务可能 具有不同的形式，并且它们的复杂程度不同，例如面向软件( s o f t w a r e o r i e n t e d ) 的服务、面向硬件( h a r d w a r e o r i e n t e d ) 的服务、移动( m o b i l e ) 服务等。所谓 w e b 服务发现，就是客户以某种方式在这些不同类型的w e b 服务中找到其想要 的服务，以执行w e b 服务请求。w e b 服务发现是w e b 服务系统架构中的一个重 要组成部分。 2 2 2w e b 服务发现机制的需求 在绪论中我们已经提到服务发现就是通过一个服务代理为服务请求者寻找 个合适的服务提供者的过程，主要步骤如下： 1 、提供者描述他们的服务( 服务描述) 2 、代理分类和发布这些服务摇述( 服务发布) 3 、请求者询问代理是否存在所需的服务( 服务请求) 4 、代理将服务请求与已注册的服务描述相匹配，并向请求者返回结果( 服 江苏大学坝l j 研究生学位论文 务匹配) 。 接下来我们就给出以上四步的每一步的基本需求。 2 2 2 1 服务描述的需求 w e b 服务的描述对于服务的分类、发现和使用都是非常重要的。因此，w e b 服务描述必须要满足以下几点需求： 1 、必须包含服务的功能属性( 比如服务是什么等) 和非功能属性( 比如服 务的分类、安全性等) 以及行为信息( 比如服务的状态等) 。 2 、必须对用户以及计算机来说是可理解的。这就意味着每个服务属性既要 在句法层次上描述也要在语义层次上描述。服务描述中的句法信息涉及服务的实 现方面，因此可以满足编程者的需要；而语义信息关心的是服务的概念方面，其 目标是通过屏蔽低层的技术细节来使得终端用户容易的找到所需的服务，同时也 使得开发者容易找到与他们的需求最匹配的服务以及实现动态选择和组合。我们 来看一个股票报价服务的例子，它输入的股票名是用字符串表示，而返回的股票 报价是用数字表示的。那么这个服务中的句法信息表示的是输入参数是一个字符 串，输出参数是一个数字；而语义信息则表达了输入的字符串在现实世界中的含 义以及输出的数字在股票报价市场中的含义。对于不同的服务请求者( 终端用户、 开发者或者机器) ，其所需的服务描述类型也是不一样的。对于终端用户而言， 仅仅只需要语义信息，而对于开发者和机器来说既需要语义又需要句法信息。 因此，用于服务描述的语言需要提供这样的结构：能够用语义和句法的表达 形式来描述服务的功能信息、非功能信息以及行为信息。同时，描述语言还要支 持服务描述的推理。这就意味着，在服务描述中的自动推理和比较是可行的而且 有效的。 2 2 2 2 服务发布的需求 通过发布，可以使某一服务为入所知且被使用，因此发布是w e b 服务中的 基本环节之一。发布的服务可以是面向用户的服务，目标是商业用户：也可以是 技术服务，目标是开发者或程序。 服务的发布需要经过一个编程接口或w 幽接口来实现。高效的服务发布依 赖于高效的服务分类，相应地高效的服务分类依赖于服务描述所提供的有效信息 和匹配代理提供的恰当类型。假定服务能根据多级目录中每类目录的需要来进行 分类注册，服务便可以被注册到多级目录中。然而服务的分类不是一件简单的事， 它依赖于服务的提供者和匹配代理。匹配代理主要负责管理提供的分类；而服务 提供者则负责将服务分类到合适的类型中去，除非服务提供者愿意将这个任务交 江苏大学碳士研究生学位论文 给匹配代理。服务匹配代理在类型选择方面的优势、在目录序列的精确性方面以 及附加信息方面( 比如服务质量数据、使用服务的统计信息和服务使用者的反馈 结果等，附加信息为建立一个特定服务诚信提供了一个重要的因素) 与服务提供 者相比更具有竞争力。 2 2 2 3 服务请求的需求 在服务发现过程中的一个重要的方面就是服务的请求。服务请求要能够正确 的表达请求者的需要，因此用于服务请求的语言必须与和服务能力描述的语言一 致。 2 2 2 4 服务匹配的需求 所谓服务匹配也就是说能够在现存的w e b 服务描述中找到与请求者的需求 相符合的w e b 服务。匹配方法不能只局限于基于关键词的查找，还要考虑每个 属性在服务请求和w e b 服务中的语义和句法信息。因为当概念名称( 比如句法 信息) 相同时并不意味着它们的语义信息也是相同的。不同的服务请求者( 终端 用户、开发者或者机器) ，需要不同的请求描述和服务类型的描述。对于终端用 户而言，仅仅只需要语义信息，一旦找到了合适的服务便使用之，不需要迸一步 深入了解；而对于开发者和机器来说既关心语义又关心句法信息。服务匹配应当 首先检验服务和服务请求的语义兼容性再检验它们的句法兼容性。为了确保请求 的服务和发布的服务在同一个领域中，语义匹配应当在句法匹配之前进行。 服务匹配应当支持服务的组合。在查找过程中有可能出现所提供的服务不能 满足使用者需求的情形，因此将不同的w e b 服务组合起来组成满足用户需要的 服务是必须的。为了实现自动服务组合，服务描述必须提供服务使用的前提和结 果的描述。 2 2 - 3目前w e b 服务发现采用的技术及存在的缺陷 2 2 3 1 目前w e b 服务发现主要采用的技术 在目前的w e b 服务架构中主要采用u d d i 技术来实现w e b 服务发现。我们 前面已提到，u d d i 是一种平台无关、分布式、全球性的规范，它建立在s o a p 之上。u d d i 为在全球范围内快速搜索和发现适当的集成其自身服务的公司组织 提供了种方法。搜索过程可以直接以下面的准则为基础： 组织的名称； 组织的地理分类或某些行业特有的代码； 企业声明可以提供的服务。 江苏大学硕士研究生学位论文 u d d i 框架由按照不同结构保留上述信息的企业注册库组成，这些注册库如 下： 白页：这种注册库按照这种服务的企业实体的名称、联系信息、i d 或其他 人类可读的描述为注册w e b 服务提供了一种目录机制。所以，如果请求者有任 何上述信息，他就可以检查u d d i 的白页搜索以同样信息为基础的适当服务。 黄页：这种注册库按照服务和服务的产品索引为注册w e b 服务提供了一种 目录机制。提供商可以将服务按照地理位置或行业特有的代码为企业实体进行分 类。 绿页：这种注册库按照服务提供的功能为注册w e b 服务提供了一种目录机 制。由于这些信息定义了如何调用此w e b 服务，因而使得用户可以与一个w e b 服务进行绑定。绿页通常包含对w e b 服务的w s d l 文档的引用，其中包含关于 如何与w e b 服务进行交互的信息。这种注册库使服务请求者可以根据所需的功 能搜索服务。 u d d i 提供了一个编程接口，使企业可以动态的发现和绑定到所需的服务。 采用统一的存储库，u d d i 的一些益处如下： ( 1 ) 企业的全球可见性； ( 2 ) 全球范围的新合作伙伴关系，其货品的贸易和商业可以通过在| n t e m e t 找到这些过程而自动发生； ( 3 ) 特别服务的集成； ( 4 ) 数据和平台的独立性； ( 5 ) 服务的可扩展性； 2 2 3 2u d d i 技术存在的缺陷 以上我们可以看到u d d i 为服务注册和发现提供了一种有效的方法，然而这 种基于目录的服务发现方法是不足够的，u d d i 存在的局限性主要体现在以下几 个方面： ( 1 ) 仅仅基于关键词的查找和简单的t m o d e l 分类 目前u d d i 是基于关键字查找技术的，关键字的查询技术的最大弊病在于它 的低查准率和低查全率。许多不相关的服务可能包括在查询关键词的描述中，这 将导致低查准率：同时，查询关键词与所要查找的服务可能会语义上相同但句法 上不同，从而导致了低查全率，比如说，“计算机”和“电脑”在很多情况下表 达的是相同的含义，当你输入关键词“计算机”查找时却找不到有关“电脑”的 服务。使用关键词查找的所导致的一个关键的问题在于，它不能捕获服务的语义 江棼大学硕士研究生学位论文 请求或语义描述。 ( 2 ) u d d i 缺乏语义描述机制 由于u d d i 缺乏语义描述机制，便不能确定它目录中实体之间的关系，因此 它在查找过程中不能够利用语义信息来推理它们的关系。举个例子来讲，一个出 租汽车服务发布在u n s p s c 目录中的“c a rr e n t a ls e r v i c e s ”类中，而一个寻找租 车服务的请求者在“p a s s e n g e rt r a n s p o r t ”目录中查找则找不到该服务，虽然它们之 间有着一定的内在联系即“c a r r e n t a ls e r v i c e s ”是“r o