（计算机应用技术专业论文）基于反馈qos的web服务发现的研究与实现.pdf

基于反馈q o s 的w 曲服务发现的研究与实现 夏雷( 计算机应用技术) 指导教师- 时念云副教授，徐九韵副教授 摘要 随着w e b 服务的流行，w e b 服务的数量与日俱增，往往有多个w e b 服务 满足同一功能请求，现有基于功能性描述的w 曲服务发现方法无法解决这 一问题，因此加入非功能描述( q o s ) 的w e b 服务发现方法越来越得到人们 的关注。当前国内外对w e b 服务发现加入q o s 的研究还处于起步阶段，大多 关注于q o s 概念和定性量化的w e b 服务查询机制，而对q o s 的定量量化缺乏 深入的研究；同时，q o s 属性信息往往来自服务提供者的提供，容易在服务 发布阶段出现欺诈行为。因此设计并实现一个基于第三方的q o s 量化w e b 服务发现系统已成为一个关键闯题。 本文通过对w e b 服务发现和语义w e b 技术的深入研究，在已有研究成果 的基础之上，提出了一个基于反馈q o s 的w e b 服务发现模型。在设计时，力 求本模型既可以满足根据服务请求中的功能信息提供关键字查询和语义查 询来查找符合功能的w e b 服务，又可以根据服务请求中的非功能信息( q o s ) 为用户查找出最合适的w e b 服务。 本文对现有o w l - s 和u d d i 规范进行了扩展，使得w 曲服务模型可支持 带有可量化q o s 属性的w e b 服务注册；采用反馈方法来获取注册服务q o s 属 性，并加入噪声处理机制来对反馈信息进行处理，保证了注册服务q o s 属性 量化的客观公正性；同时提出一种新的基于q o s 的w e b 服务排序方法，通过 引入本体权重和需求权重使得服务发现结果更加适合用户需求。实验表明， 较之与相关加入q o s 的w e b 服务发现模型，本文在抗噪声性，查准率方面均 有所提高。 关键字：w e b 服务发现，q o s ，反馈，量化，权重 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no nf e e d b a c kb a s e dq o sw e b s e r v i c e sd i s c o v e r y x i al e i ( c o m p u t e r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rs h in i a n y u n , a s s o c i a t ep r o f e s s o rx uj i u y u n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c e s , t h en u m b e ro fw e bs e r v i c e s i m p l e m e n t si si n c r e a s i n g f o r ac a p a b i l i t yw e bs e r v i c e sr e q u e s t , t h e r eu s u a l l ya 托 al o to f w e bs e r v i c e sf i tf o r t h en e e d t h ec u r r e n tw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ym e t h o d c a nn o ts o l v et h i sp r o b l e m , t h e r e f o r ean e wm e t h o db ya d d i n gn o n f u n c t i o n a t t r i b u t e ( q o s ) g a i n sm o f ea n dm o r ep e o p l e sa t t e n f i o n n o w , t h er e s e a r c ho f q o sw e b , r v i c ed i s c o v e r yb ya d d i n gq o s i ss t i l li ni t sp r e l i r n i n a r yp h a s e r m a i n l yf o c u s e s 0 1 1q o sc o n c 铆i o n so rq u a f i t a t i v eq o sb u ti t i ss h o r to f q u a n t i t a t i v er e s e a r c h a s l o ，t h eq o sa t t r i b u t e sa r eu s l i a i l ys i g n e db yp r o v i d e r s ， w h i c hm a yc , a u c h e a ti nt h ep u b l i s hp h a s e s oi t sak e yp r o b l e mt od e s i g na n d i m p l e m e n t at h i r dp a r t yq o sq u a n t i t a t i v ew e bs e i c e ss y s t e m b ys t u d y i n gw e bs e r v i c e sa n dt h es e m a n t i cw e b , w ep r o p o s eaf e e d b a c k b a s e dw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ym o d e lw i t hq o ss u p p o r t t h i sm o d e lp r o v i d e s k e y w o r dq u e r ya n ds e m a n t i cq u e r yt of i n dt h ef i tw e bs e r v i c e sa c c o r d i n gt o u s e r s f u n c t i o nd e m a n d s a l s oi tc a nf i n dt h em o s tp r o p e rw e bs e r v i c ea c c o r d i n g t ou s e r sn o n - f u n c t i o n ( q o s ) r e q u e s t i nt h i sm o d e l ，w ee x t e n do w l - sa n du d d it os u p p o r tr e g i s t r a t i o no f n u m e r i cq o s ；f e e d b a c km e c h a n i s mi sa d o p t e dt oe v a l u a t eq o so f w e bs e r v i c e s w eu s e 锄a n t i - y a w pm e t h o dt op r o c e s st h ef e e d b a c k 托圈肌w h i c hm a k e st h e e v a l u a t i o nf a i r l y ；w eb r i n gan wm e t h o dt or a n kw e bs e r v i c e sa c c o r d i n gt oq o s v b ya d d i n gs e m a n t i cw e i g h ta n d u s e rn e e dw e i g h t ，w em a l 【er e s u l tm o r ef i tu s e r s n e e d f i n a l l yw eg i v eap r a c t i c et os h o wt h a to u rm o d e li s8 2 3 i m p r o v e m e n te l l t h ea n t i - y a w pa n dp r e c i s i o n , w h i c hi sp o p u l a ri nq o sw e bs e r v i c e sd i s c o v e r y m o d e li no t h e rr e s e a r c h e s k e y - w o r d s ：w e bs e r v i c e sd i s c o v e r y , q o s ，f e e d b a c k , q u a n t i f i c a t i o n , w e i g h t 独创性声明 本人声明所呈交的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，也不包含为获得中国石油 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。 签名： 夏雪 2 1 年年月1 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，e l i ：学 校有权保留送交论文的复印件及电子版，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。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名：4 捡专焦丑曲 2 9 0 7 m 年月 日 2 m 7 年 砰月日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第】章前言 第1 章前言 1 1 研究背景 w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 是近年来蓬勃兴起的一种分布式计算技术模 型，它能够实现不同平台上、不同程序语言编写的应用程序或者应用程序 组件之间无缝的互操作。这种互操作性将传统的分布式计算带迸了一个异 构( h e t e r o g e n e i t y ) 时代。w 曲服务提供商将应用程序封装成单个实体并发布 到网络上以供其他程序使用，这可以使公司和个人迅速而且廉价地向全世 界提供他们的数字资产。 随着w e b 服务的发展，w e b 服务的数量急剧增加，如何在实际应用中快 速而准确的发现服务调用者需要的服务成了摆在人们面前的一个重要课 题。 作为w e b 服务核心规范之一，统一描述、发现与集成协议u d d i l l 】 ( 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 ) 定义了一种共同遵循的、基 于i n t e m e t 的商业服务及相关信息发布和查询的规范，目标是实现全球企业 间服务信息共享。u d d i 负责根据服务请求在其内部注册数据库进行查找， 并返回满足需求的w e b 服务给用户。 然而，随着w e b 服务的发展，现有的发现标准存在着许多问题： 1 ) 服务发现不存在语义支持。现有的服务发现标准无法对词法不同但 语义相同或词法相同但语义不同的描述进行识别和区分。这样就造 成了低查全率。 2 ) 服务发现不支持非功能性( q o s ) 发现。随着w e b 服务的发展，往 往存在着多个服务满足用户的需求，仅仅描述服务功能属性的w e b 服务发现无法对这些服务进行选择。 总结现有的系统与相关研究，一个成熟而适合现有服务发现现状的w e b 服务系统需要： 具有与现有w e b 服务发现模型的向后兼容能力； 能够支持语义w 曲服务发现，实现语义w e b 服务发现模型； 加入服务消费者所要求的非功能约束条件( 如w e b 服务响应时间、花 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 费、服务提供者的信誉度等) ，支持基于q o s 的w e b 服务发现与排序。 本文旨在研究现有语义w 曲服务发现模型，将非功能属性描述( q o s ) 引入到现有的服务发现模型内。利用语义w e b 和q o s 来提高w e b 服务发现的 效率和服务发现自动化水平。 1 2 国内外研究现状 w 曲服务发现是w 曲服务的热点问题，能否快速而准确的查找到合适的 w e b 服务是w e b 服务应用的基础。因此，w e b 服务发现方面的研究越来越引 起人们的关注与重视。 w e b 服务发现根据角度不同，研究方向也有不同的几类。从服务匹配方 法的角度上主要有全文关键字匹配，基于框架的匹配，基于推理的匹配等 几个研究方向；从w 曲服务结构的角度上分为分布式w e b 服务发现方式研究 和集中式w 曲服务发现方式研究；从w 曲服务描述内容的角度上可以分为基 于功能性描述的w e b 服务发现研究和加入非功能性描述的w e b 服务发现研 究。 本节在对w e b 服务发现相关研究进行综述的同时，着重对与本文相关的 非功能性w 曲服务发现相关研究进行介绍。 1 2 1 服务匹配方法相关研究 服务匹配是w 曲服务发现的基础。服务匹配发生于服务查询阶段，主要 是使用服务请求的描述同注册服务的描述进行比较，来确定注册服务是否 符合服务请求的要求。根据w e b 服务描述的不同，服务匹配方法也相应的有 所区别。 ( 一) 全文关键字匹配方法研究 全文关键字匹配是用关键字形式的服务请求同纯文本形式的w 曲服务 描述进行匹配的方法。传统的纯文本关键字匹配方法存在着很多问题： 首先，纯文本关键字匹配方法由于服务描述不存在语义，不能找出w e b 服务有可能与服务请求的表达无关，也有可能因为服务表述上的不同而造 成服务不能被查找出来。 另外，关键字在服务文档里出现的次数也与服务文档和服务请求之间的 契合度有非常大的关系。而在这种方法里，一个仅仅被提到一次的词汇与 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 一个经常被提及的词汇作用是相同的。 针对文本关键字的查询无语义的问题和查询关键字在服务文档无权重 的问题，相关学者作了一些改进。 s a l t o r t , g 和m j m c g i l l l 2 1 d p 提出了一种名叫t f i d f 的方法来对关键 词进行权重分析，从而来改进基于关键词的搜索。t f i d f 方法的目的是通 过这种方法的使用来评定搜索的关键词在文件中的重要性。 这种做法的意义在于，通常衡量重要性，皆是以该词在文档出现的次 数作为决定性因子( t f 的含义) ，但若该词同时出现在多篇档内，相对而 言该词比出现在少数文件内较不具价值( d f 的含义) ，所以利用和i d f 相乘的结果就可算出词的重要性。 p r i e t o - d i a z , r 提出了预先建立词库的方法 3 1 来解决关键词搜索中的一 词多义、异词同义的问题。通过预建立一个词库的方法，搜索的内容被限 制在词库内的单词，被搜索的内容也被限定在固定的词库内。由于建立了 固定的词库，服务请求和服务注册都是使用固定的词库，词库内的单词使 用上没有语义的歧义，每个单词都是表述的独特的意义。 在这种情况下进行搜索，不会出现由于搜索和注册选用的单词的原因而 搜索不相关结果的问题，服务请求者的表述和服务注册者的表述是一致的。 但是，这种方法也从很大程度上限制了服务搜索和服务注册的灵活性。 b r i n , s 和l p a g e 提出了一种利用语义网来提高服务查全率的方法【4 】。 通过语义网的使用，对关键词的范围进行扩充，从而解决了服务查找中的 关键词一义多词的问题，并解决了关键词的包含关系。 这种基于关键字描述的服务匹配方法虽然具有快捷、简便、容易实现等 特点，却往往出现以下问题：不同的单词可能描述相同的语义概念，基于 关键字的服务发现方法只对同样的单词进行识别，对词法不同但语义相同 的单词进行了抛弃，这样就造成了低查全率；或者同样的单词可能具有不 同的语义概念，基于关键字的服务发现方法同样无法将其进行区分和鉴别， 从而在真实的w e b 服务发现结果内混入了虚假的查询结果，造成了低查准 率。 ( - - ) 基于框架匹配方法的研究 框架是一种复杂结构的语义网络。因此语义网络推理中的匹配和特性 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 继承在框架系统中也可以实行。除此以外，由于框架用于描述具有固定格 式的事物、动作和事件，因此可以在新的情况下，推论出未被观察到的事 实。 基于框架的服务描述方法就是将服务表述为一个框架，所有有关于服 务的属性都是以槽的形式来表示的。服务的描述形式是框架文档，服务的 请求也被转化为框架文档，当用户向服务注册机制发出请求的时候，服务 注册机制根据服务请求的框架与服务注册的框架进行比较，找出符合要求 的服务，并将符合要求的注册的服务框架返回给用户。 w 3 c 的推荐标准w s d l 与u d d i 配合注册就是一种框架服务描述方 法。首先介绍下以w s d l 与u d d i 共同对w e b 服务进行描述，并在u d d i 中注册的w e b 服务的组合模型。 w e bs e r v i c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ( w s d l ) 是描述w e b 服务的标准 x m l 格式，它用一种和具体语言无关的抽象方式定义了给定w e b 服务收 发的有关操作和消息，主要作为描述服务的定义与服务沟通的方式，它与 设计程序语言或平台无关，并使用x s d 当为预设的定义语言。 在这种方式内，服务描述是无语义的，即这种服务描述方式不能解决 一词多义，同义多词的问题。 总结w s d l 框架描述无语义的缺点，w 3 c 又提出了一个提供语义描述 的推荐标准o w l s 语言。 o w l - s 是一种框架式的基于本体的服务描述语言。o w l - s 的w e b 服 务描述包括三部分：s e r v i c e p r o f i l e ，s e r v i c e m o d e l ，s e r v i c e c j r o u n d i n g 。其中 s e r v i c e p r o f i l e 提供了一个a g e n t 发现服务所需的信息；服务的s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g r o u n d i n g 一起为a g e n t 能够进一步使用服务提供了足够的信息。 其中，w e b 服务发现主要使用的是o w l - s 中s e r v i c e p r o f i l e 部分的内 容。对p r o f i l e 模型的细节可以分为四部分：将s e r v i c e p r o f i l e 类和s e r v i c e 类以及过程模型连接起来的属性；p r o f i l e 的联系信息和描述信息，这部分 通常为人所用；依据i o p e 的服务的菜单表达的p r o f i l e 的属性。 这种基于框架描述的服务匹配方法，可以获得较高的查准率，但是不 能获取较高查全率。 ( - - ) 基于推理的匹配方法研究 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 基于推理的相关方法中，w e b 服务以逻辑的形式表示，通过逻辑推理 对w 曲服务进行查找。 c h e r t , e ，r h e n n i c k e r , a n dm j a r k e 提出了一种基于推理的检索方法【5 】。 这种方法提出一个完备的形式逻辑集，根据这些形式逻辑，可以达到一个 比较高的查找精度和查找范围。 m i n g y a n gg u 提出一种c b r ( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ) 的服务发现的推 理方法1 6 】。这种方法根据以前的范例向服务请求者提出问题，来使w e b 服 务更容易被用户发现和使用。 这种方法在中心注册器内引入一个知识库，当用户向中心服务器提交 请求时，中心注册器根据知识库以前的服务查询例子做数据挖掘，作出推 理，得到能够较快得到结果的问题，并将问题提交给用户。 在基于推理的匹配方法中，服务属性都以逻辑的形式表示，经过推理 能够获取高的查全率与查准率；然而，服务的逻辑表示和服务的逻辑推理 都具有很高的计算复杂性，使得该方法并不能应用到实际中。 i 2 2 服务注册机制相关研究 目前对服务注册机制的研究实际是对w e b 服务注册模块组织形式的研 究。根据服务注册信息的分布情况，主要可以分为两个方向：一个方向是 中心节点注册的机制，服务的注册信息集中在中心a g e n t 里；另一个方向是 分布式的注册机制的研究，这是一个没有中心节点的注册机制，服务注册 信息被分布在不周的节点。 ( 一) 中央节点注册机制研究 中央节点的注册机制是一种将注册信息集中到一个中央的信息注册节 点的机制。用户向中央注册节点发送请求，然后中央节点对服务请求与服 务注册机制进行匹配，将匹配的节点返回给用户。 u d d i 注册中心包含了通过程序手段可以访问到的对企业和企业支持 的服务所做的描述。 k a t i as y e a r a 等以中心服务器的单节点失败为代价提出了一种在中心 节点采取b r o k e r 型a g e n t 的方法【7 1 。这种方法可以有效的在服务提供者和服务 使用者之间进行组合，并可以提供系统负载平衡，语言翻译等服务。b r o k e r 式的中央注册机制与m a t c h m a k e r 不同之处在于，中央注册机处理服务请求 ， 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 者与服务提供者之间的通信；而在b r o k e r 式结构的方法内，服务请求者和服 务注册者的通信是通过中央注册机制的。虽然提供了一定的辅助功能，但 这在一定程度上也损害了w e b 服务的灵活性和独立性，违背了w 曲服务设定 的本意。 中心注册机制虽然具有发现速度快，匹配能力强等特点，却往往存在着 单点失败，系统瓶颈等问题。 ( 二) 分布式的注册机制研究 分布式的注册机制是不采用中央注册节点的机制，在这个机制里，服 务的注册信息被分布在每个节点内部。 m a s s i m op a o l u e e i 等提出了一种无结构的p 2 p 注册机制嘲。这种方法采用 的是类似于g u n t e l l a 的泛洪的p 2 p 机制，服务的注册信息被分布在不同的节 点处，服务的请求被以泛洪的方式传递给每一个节点，在节点处进行服务 匹配。 fe m e k c i 提出了一种具有结构的分布式注册机 甫l j t 9 | 。这种p 2 p 方法采用 d h t ( d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ) 式的p 2 p 网络，服务注册内容被映射为索引， 并根据索引分配在网上的节点号。同样服务请求也被映射为索引，根据索 引的位置来发现w 曲服务的内容。 t a r e k e s s a f i 提出了一种分布式与集中式相结合的方法 1 0 】。这种方法 首先将服务按照内容分别在相应的中心注册器内注册，然后根据分类注册 器的内容将其注册至i j p 2 p 网络内。 分布式节点虽然解决了集中式注册的系统瓶颈、单点失败等问题，但 是现有发现方法在服务发现速度与服务发现匹配能力上还是无法与传统的 中央注册机制相比较。 1 2 3 服务描述内容相关研究 ( 一) 基于功能性描述的服务发现 功能性描述主要指服务名称，服务功能，输入变量，输出变量等描述 服务功能的属性。根据这些功能性的描述，用户可以判断一个服务是否满 足用户的需求。现有大部分系统与研究都集中于功能性描述的服务发现。 m m 、“b a 和m i c r o s o f t 等公司联合进行研究，并提出了s o a p + w s d l + u d d i 的w e b 服务工业标准。本标准采用w s d l 作为w e b 服务描述语言， 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 u d d i 作为服务注册机构。w s d l 是一种无语义的框架描述语言，主要描述 w e b 服务i o p e 等功能属性和相应的服务连接等内容。 m a s s i m op a o l u c c i 等在文献 1 l 】中提出了一种基于d a m l s 【1 2 j 的服务匹 配方法。他们利用d a m l s 的服务轮廓部分来描述服务的输入、输出、前提 和效果，修改现有的u d d i 机制【n l 【1 4 1 ”1 并增加了语义支持。虽然对服务描述 加入了语义描述，提高了服务的查全率，但是仍然只是主要局限于功能性 方面的描述。 基于功能性描述的w 曲服务发现可以确定一个服务能否满足用户的需 求，但是却无法对同样满足用户功能需求的服务直接进行区分。 ( - - ) 加入非功能性描述的服务发现 非功能描述主要是指反应时间，系统费用，安全性等方面描述。当有 多个w e b 服务同时满足一个服务请求时，非功能属性在选择w e b 服务时就起 非常大的作用。 文献 1 6 】【1 7 】【1 8 】对现有u d d i 进行了扩展，支持带有q o s 约束的服务描 述，并自定义相应的w e b 服务q o s 属性。但是主要加入定性概念方面的q o s 属性，没有提出相应的w e b 服务排序方法。 l i uy t 等将w e b 服务的q o s 属性从性能、可用性等7 个方面进行描述，提 出根据多个q o s 属性对w 曲服务进行排序的方法f 1 9 】，根据综合后的q o s 属 性对具有相同功能属性的服务进行排序。这种方法固定t w e b 服务q o s 属 性，使之不能满足用户的个性化需求，同时q o s 属性是由服务提供者主观提 供的，具有很大的主观性。类似方法还有 2 0 1 1 2 1 。 文献【2 2 】引入一种定义7 一种q o s 证明者角色，用于对服务所宣称的 q o s 在其向u d d i 注册时以及服务被用户发现之后进行验证。 a m i ts h e t h 等采用基于用户反应结果的q o s 量化方法瞄j ，注册w e b 服 务的q o s 属性不是来自于服务提供者的主观指定，而是通过在传统w e b 服 务发现模型外增加一个面向服务中间模块( s o m ) ，在w e b 服务提供者内 部增加一个q o s 收集器，负责定时向s o m 提供实时的w e b 服务q o s 量化 值。但在这种方法内，s o m 无法保证q o s 量化值的实时性，而且w e b 服 务提供者需要放弃一定的自治性来接受s o m 模块的控制。如果w e b 服务 的q o s 更新间隔太大，无法保证w e b 服务的q o s 属性的实时性，如果q o s 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 更新间隔太小，则给整个系统带来巨大不必要的负载。 文献【2 4 】 2 5 】同本文的研究方法比较类似，均是根据反馈的q o s 数据来 注册w e b 服务，并提出一种服务质量的计算模型，支持了基于q o s 的w e b 服务选择，并引入了一种可以对q o s 进行规范化的方法，支持基于q o s 服 务排名。这两种方法虽然采取根据反馈结果对w e b 服务进行q o s 量化的方 法，但是却没有对反馈结果进行分析，q o s 数值鲁棒性不强，容易受到恶 意数据的影响。同时，由于w e b 服务的q o s 量化没有考虑到用户的具体 q o s 需求，不能满足用户的个性化要求。 总之，从国内外的研究情况来看，对基于q o s 的w e b 服务的研究还主要 存在以下几个问题： 1 q o s 属性由服务提供者主观指定或者虽然基于反馈数据，但是没有 对反馈信息进行处理并提出去除噪声的方法。这样就造成t q o s 属 性量化的不准确性，影响到以q o s 为基础的服务发现。 2 q o s 属性被服务发现系统主观指定或限定，用户不能根据需要提出 自己需要的q o s 属性，这样就限定了q o s 发现的能力。无法满足用 户的个性化需求。 1 3 本文研究内容 本文主要致力于在已有研究成果的基础上，提出基于反馈q o s 的w e b 服 务发现模型。试图在w e b 服务描述、反馈q o s 去噪声、基于语义和用户需求 的w 曲服务排序匹配等几个方面对现有技术进行改进。主要进行如下几个方 面的探讨和研究： 针对现有服务描述语言在q o s 描述方面的不足，基于o w l _ s 对 现有w e b 服务描述语言进行改进，使之支持q o s 的量化描述。 在获取反馈q o s 的基础上，针对q o s 反馈过程容易出现欺骗行 为，对反馈q o s 进行去噪声处理。 在q o s 量化过程中，对q o s 发现加入了语义支持，并使w e b 服务 的非功能服务发现可以更好的满足请求者的要求。 进行实验验证，结果表明检索的查全率有所提高。 s 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 4 本文工作及章节内容安排 本文系统地叙述了w e b 服务及服务发现的相关技术，在总结和分析现 有w e b 服务发现问题的基础上，将q o s 信息引入到服务发现模型中，同时 提出了反馈q o s 去噪声算法和加入语义权重与需求权重的非功能( q o s ) 匹 配算法。具体内容如下： 第二章对w e b 服务发现的相关技术和概念：w e b 服务、语义w e b 服务、 0 0 s 、w e b 服务发现等进行了介绍。 第三章概述了基于反馈q o s 的w e b 发现模型，描述主要模块与功能。 第四章详细阐述了本模型的主要创新部分及其实现算法，并用实例说 明了该方法的可行性。 第五章对本文采用的开发平台与工具进行介绍，演示了系统的主要功 能，并与相关研究进行功能比较试验。 最后，第六章总结了本论文的贡献，指出了现有工作的局限性和有待 改进的方面。 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w e b 服务发现相关技术介绍 第2 章w e b 服务发现相关技术介绍 本章节将对本课题所涉及的关键概念和技术：w e b 服务、语义w e b 服 务和非功能性服务描述( q o s ) 等予以详细介绍。 2 1w 曲服务介绍 2 1 1w e b 服务的应用背景 随着互联网的出现和信息技术大量应用于生产和商业活动中，越来越 多的企业提出全面实现企业的信息化，以努力实现全球范围的企业电子商 务，利用互联网技术进行全球化的竞争。而传统的软件技术在解决复杂的、 基于互联网技术的电子商务问题时遇到了前所未有的难题： 需求的经常变化：应用的需求总是因为经济环境变化和竞争的加剧 而经常需要修改； 应用之间相互孤立：每个新的业务导入需要新的软件系统去对应， 而这些新系统总是无法立即与已有的系统协同工作，企业内部的信息孤岛 总是不断出现。系统之间的互联互通又是更大的一个课题； 系统平台不同：不同业务系统需要在不同的操作系统上运行，而且 采用的技术构架也不尽相同； 难于复用：老代码或组件的复用似乎永远是一个理论的说法，升级 往往意味着重新购买或者编写一套全新的系统； 诸如此类的问题导致了企业电子商务系统庞大、复杂而且花费巨大， 而且这些系统往往都滞后于业务的需求。因此，人们迫切需要能够方便地 实现i n t e m e t 上跨平台、独立于运行环境和开发技术的、松散耦合的异构应 用。 尽管c o r b a 2 6 和d c o m 2 7 等分布式计算技术承诺能够解决分布式 应用和互操作问题，但是基于x m l 2 8 1 、s o a p 等技术的w e b 服务( w e b s e r v i c e s ) 因为其技术的简单性、兼容性以及成本的低廉而受到越来越多人的 关注。 w 曲服务基于x m l ，它将传统的以提供静态内容为主要服务形式的w e b l o 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w 曲服务发现相关技术介绍 站点转变为向服务消费者或程序( 包括其他w e b 服务) 提供动态的应用服务、 数据服务和其它软硬件资源服务的应用节点；而且服务的使用者( 消费者) 也不再局限于普通用户，还将包括应用程序和机器，从而将i n t e r a c t 从一个 内容服务网络转变为一个动态的应用和资源服务协作网络。 在应用集成的角度，企业的网络电子商务更加关注如何利用现有的语 言和平台以及旧应用程序，用一种增量的方式来集成为一个新的应用。而 w 曲服务技术正好满足了这种应用集成需求，它使应用程序的集成比以前更 快、更容易、更便宜。采用w e b 服务的应用集成是在协议栈中较高层发生的， 它更注重服务语义而不那么注重网络协议语义的消息，从而实现了业务功 能的松耦合集成。w e b 服务的这些特性对于在企业之间和企业内部通过w e b 连接业务功能，也就是不同系统之间的互操作和集成是非常理想的。它们 提供一种一致化编程模型，从而在企业内部和外部都可以利用通用的基础 设施并以一种通用的方法进行应用程序集成。形象地说，用户可根据需要 将网络上现有的不同的w e b 服务装配成一个新的应用系统，而且这个应用系 统的功能甚至可以做到根据业务的动态变化而实时地修改。这样，企业可 以更加关注与应用系统本身的业务功能是否符合业务发展的需要，而不是 花很多精力在如何设计和编写等系统开发方面的课题上。 2 1 2w e b 服务的定义 w e b 服务得到了各大计算机厂商和学术界的广泛关注，也因此从不同 的角度得到了不同的定义。下面是几种关于w 曲服务的主要定义： 【定义一】 w e b 服务嗍是一种设计来“支持网络机器之间互操作的软件系统；它 拥有一个机器可处理的格式描述界面( 具体采用了w s d l l 3 0 l 格式) ，其它系统 按照w e b 服务描述所规定方式与w e b 服务交互。这种采用s o a p 消息的描 述一般是用x m ls e r i a l i z a t i o n 的 i t r p 协议( 同时结合其它w e b 相关的标准 协议) 传输的”。 【定义二】 w e b 服务【3 l 】是一种自我包含的、自我描述的、模块化的应用；w e b 服 务可以提供的功能包括简单请求到复杂商业过程；一旦一个w e b 服务被部 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w e b 服务发现相关技术介绍 署了，其他的应用( 包括其它w e b 服务) 就能够通过网络来发现和调用所部 署的w e b 服务。 【定义三】 所谓w e b 服务【”，是指由企业发布的完成其特别商务需求的在线应用 服务，其它公司或应用软件能够通过i n t e r a c t 来访问并使用这项应用服务。 虽然从不同角度出发，w 曲服务具有不同的定义方法，但是就技术的 观点w e b 服务是一个能够在因特网上提供分布式计算的服务平台，它希望 可以做到以下几个目标： 提供跨平台的一致互通性0 n t e r o p e r a b i l i t y ) 应用程序能更简单的整合网络上的服务 具备动态组合的特色，能够在开放的w e b 环境所使用，同时也应该 要能够被许多企业内部的专属平台所使用 为了达到以上目的，在设计w e b 服务相关标准的时候就必须将几点需 求考虑在内： 依据公认的标准协议构架( s o a p 、u d d i 、w s d l i s j 等) 使用最少的技术便能构架整个架构平台 能够和低阶的应用程序整合，重心在数据讯息( m e s s a g e ) 和文件的处 理，而非应用程序接t l ( a p l ) 的制订 针对这些需求设计出来的w e b 服务，将会是一个具备松散耦合并能够 互相连接的组件，此外还可跨平台、跨语言，彻底解决异构平台信息交换 的问题。w e b 服务的一个主要思想，就是未来的应用将由一组应用了网络 的服务组合而成。只要两个等同的服务使用统一标准和中性的方法在网络 上宣传自己，那么从理论上说，一个应用程序就可以根据价格或者性能的 标准，从两个彼此竞争的服务之中选出一个。除此之外，一些服务允许在 机器之间复制，因而可以通过把有用的服务复制到本地储存库，来提高允 许运行在特定的计算机( 群) 上的应用程序的性能。 2 1 3w e b 服务的模型 w e b 服务体系结构 3 2 e 0 包含服务提供者、服务注册中心和服务消费者 三种角色。它们之间的交互操作构成w e b 服务应用体系，具体模型如图2 1 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w e b 服务发现相关技术介绍 所示： 图2 - iw e b 服务弱业模型 服务提供者：提供一个或一组特定的服务功能，并具有标准的服务接 口和服务描述；服务提供者通过注册，将其服务发布到注册中心。从企业 的角度看，这是服务的所有者；从体系结构的角度看，这是执行服务的平 台。 服务请求者：在服务注册中心内查找所需要的w e b 服务，获得绑定信 息后，根据该信息定位、联系与调用目标服务。从企业应用的角度看，这 是根据要求寻找满足特定功能的企业；从体系结构的角度看，这是寻找并 调用服务，或启动与服务交互的应用程序。服务请求者角色可以由浏览器 来担当，也可以由人或无用户界面的程序( 例如，另外一个w e b 服务) 来 控制它。 服务注册中心：登记并管理服务提供者所发布的服务描述，为服务消 费者提供w e b 服务搜索服务，并将搜索到的服务绑定信息提交给服务消费 者，这是可搜索的服务描述注册中心，服务提供者在此发布他们的服务描 述。在静态绑定开发或动态绑定执行期间，服务请求者查找服务并获得服 务的绑定信息( 在服务描述中) 。对于静态绑定的服务请求者，服务注册中 心是体系结构中的可选角色，因为服务提供者可以把描述直接发送给服务 请求者。同样，服务请求者可以从服务注册中心以外的其它来源得到服务 描述，例如本地文件、f t p 站点、w e b 站点、广告和服务发现( a d v e r t i s e m e n t 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w e b 服务发现相关技术介绍 a n dd i s c o v e r yo fs e r v i c e s ，a d s 田j ) 或发现w e b 服务( d i s c o v e r yo fw e b s e r v i c e s ，d i s c 0 1 3 4 1 ) 。 对于利用w e b 服务的应用程序( 即动态绑定开发的执行期间) ，必须发 生以下三个行为：发布服务描述、查询或查找服务描述以及根据服务描述 绑定或调用服务。这些行为可以单次或反复出现。 具体操作： 发布；为了使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请求者可以查找 它。发布服务描述的位置可以根据应用程序的要求而变化。 查找；在查找操作中，服务请求者直接检索服务描述或在服务注册中心 中查询所要求的服务类型。对于服务请求者，可能会在两个不同的生 命周期阶段中牵涉到查找操作：在设计时为了程序开发而检索服务的 接口描述，而在运行时为了调用而检索服务的绑定和位置描述。 绑定；最后需要调用服务。在绑定操作中，服务请求者使用服务描述中 的绑定细节来定位、联系和调用服务，从而在运行时调用或启动与服 务的交互。 w 曲服务的构件： 服务；在这里，w e b 服务是一个由服务描述来描述的接口，服务描述的 实现就是该服务。服务是一个软件模块，它部署在由服务提供者提供 的可以通过网络访问的平台上。服务存在就是要被服务请求者调用或 者同服务请求者交互。当服务的实现中利用到其它的w e b 服务时，它 也可以作为请求者。 服务描述；服务描述包含服务的接口和实现的细节。其中包括服务的数 据类型、操作、绑定信息和网络位置。还可能包括可以方便服务请求 者发现和利用的分类及其它元数据。服务描述可以被发布给服务请求 者或服务注册中心。 2 1 4w e b 服务的协议栈 要以一种可互操作的方式执行发布、发现和绑定这三个操作，必须有 一个包含每一层标准的w e b 服务协议栈。图2 2 展示了一个概念性w 曲服 务协议栈。上面的几层建立在下面几层提供的功能之上；垂直的条表示在 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w e bs t 务发现相关技术介绍 协议栈中每一层必须满足的需求；左面的文本表示协议栈的那一层所应用 的标准技术。 图2 - 2w e bs e r v i c e 协议栈 w e b 服务协议栈的基础是网络层。w e b 服务要被服务请求者调用，就 必须是可以通过网络访问的。因特网上可以公用的w e b 服务使用普遍部署 的网络协议。h i t p 凭借其普遍性，成为了因特网可用的w e b 服务真正的 标准网络协议。w e b 服务还可以支持其它因特网协议，包括s m t p 和f t p 。 内部网络可以使用可靠消息传递和调用基础结构，如m q s e d e s 和c o r b a 等等。 下一层是基于x m l 的消息传递，它表示使用x m l 作为消息传递协议 的基础。实际中主要使用s o a p 技术，它是使用x m l 传送以文档为中心的 消息以及远程过程调用的标准化封装机制。选择s o a p 作为x m l 消息传递 协议有很多原因： s o a p 很简单，它基本上是一个用x m l 信封作为有效负载的h t i p p o s t 。 s o a p 比对x m l 简单的h t t pp o s t 更受青睐，因为它定义了一个标 准机制，这个机制将正交扩展( o r t h o g o n a le x t e n s i o n ) 合并为使用s o a p 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章w e b 服务发现相关技术介绍 报头和对操作或函数进行标准编码的消息。 s o a p 消息支持w e b 服务体系结构中的发布、查找和绑定操作。 服务描述层实际上是描述文档的一个协议栈。首先，w s d l 是基于x m l 的服务描述的真正标准。这是支持可互操作的w e b 服务所需的最小标准服 务描述。w s d l 定义了服务交互的接口和结构。要指定业务环境、服务质 量和服务之间的关系，我们还需要另外的描述。w s d l 文档可以由其它服 务描述文档来补充，从而描述w e b