（计算机应用技术专业论文）基于本体的语义web服务匹配算法研究.pdf

i$y1111llllllllilllltiiii!l,74 7 6 7 3 雌 y 1 m a t c h i n ga l g o r i t h mr e s e a r c ho f s e m a n t i cw e bs e r v i c e s b a s e do no n t o l o g y b y a i x i aw a n g u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f s h o u n i n gq u at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fs c i e n c e u n i v e r s i t yo f j i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y1 8 ，2 0 1 0 原创性声明 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 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作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责任由本人承担。 论文作者签名：量鬟邋e l 期：2 业：互：2 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或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 文被查阅和借鉴；本人授权济南大学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、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：王鳝疑导师签名： 日期：独处厅 2 2w e b 服务规范6 2 3w e b 语言9 2 4 语义w e b 1 0 2 5 语义w e b 的体系结构1 1 2 6 语义w e b 的应用1 2 2 7o w l - s 1 3 2 8 数据挖掘和数据仓库1 6 2 8 1 决策树1 6 2 8 2 树剪枝1 6 2 8 3 数据仓库的相关知识1 7 第三章构建本体1 9 3 1 本体构建1 9 3 1 1 本体1 9 3 2 本体构建方法研究2 0 3 2 1 本体分类2 0 3 2 2 骨架法方法的研究2 1 3 3 本体的创建一以构建现代交通工具本体为例2 2 3 3 1 领域需求分析2 2 3 3 2 利用决策树构建本体2 4 3 3 3 本体评估2 5 3 3 4 文档化2 5 3 4 本体推理机2 6 t 基于本体的语义w e b 服务匹配算法研究 第四章基于树剪枝的语义w e b 服务匹配算法2 9 4 1 基于本体的语义w e b 服务匹配算法研究2 9 4 2 其它语义w e b 服务匹配算法研究3 0 4 3 利用树剪枝实现的基于本体的语义w e b 服务匹配算法3 1 4 4 相关算法研究3 2 4 4 1 分析文献 1 3 算法3 2 4 4 2 树剪枝的语义w e b 服务匹配算法3 5 4 4 3 小结3 7 第五章工作总结和展望4 1 5 1 工作总结4 1 5 2 进一步工作4 2 参考文献4 3 致谢4 7 附录a ( 攻读学位期间论文发表参与项目目录) 4 9 i l 济南大学硕士学位论文 摘要 语义w e b 研究的主要目的就是对当前的w 曲服务进行扩展，借助本体等技术使得 w e b 上所有信息都是具有语义的，使得计算机能够理解和处理的，便于人和计算机之间 的交互与合作，通过给w e b 上的信息添加能够被计算机所理解的语义标注从而使整个 w e b 成为一个通用、方便的信息共享与交换平台。 对语义w e b 上的动态行为即语义w r e b 服务及其相关应用技术的研究一直是近年 来学术界研究的热点问题，其中语义w | e b 服务匹配算法作为语义w 曲服务的主要研究 内容之一，是语义w e b 服务研究的关键问题之一。随着i n t e m e t 的飞速发展，w e b 上 可应用的服务急剧增多，其应用领域也越来越广泛，用户对w 曲服务的查找和选择 面临较大的挑战，通过为w 曲服务添加语义标记，如何从众多的语义w 曲服务中准 确、快速的发现与用户需求相匹配的语义w 曲服务是关系到语义w - e b 服务能否能够得 到实际应用的关键问题之一。 这个问题的解决依赖于对于语义w r e b 服务，是否存在构建合理的语义标记和服务 匹配算法。语义w | e b 服务发现就是要利用某种发现机制来实现计算机在网络上自动 找到用户所需的服务，服务匹配是其中的核心问题，服务匹配即是将请求者提供的所 需服务的描述与服务提供者已发布的服务描述进行匹配，判断后者是否满足用户需 求，当一个发布的服务描述与一个请求的服务描述一模一样时，这是最完美的匹配， 然而这种严格的定义使得服务查找的查全率和查准率很低，甚至会导致服务匹配的失 败，所以要找出一个好的服务匹配算法来进行相似度计算，以便能为请求者找到尽可 能满足要求的服务。 本文利用数据仓库和数据挖掘相关技术，以骨架法的中心思想作为参考和指导方 针来构建领域本体，然后对构建好的本体模型进行文档化处理，并在此基础上，提出 基于树剪枝原理进行基于本体的语义w e b 的服务匹配算法研究，实现了一种新的语 义w | e b 服务匹配方法，以解决在o w l s u d d i 注册中心大量的语义w 曲服务中尽快挖 掘出满足用户请求的服务，即将数据挖掘和数据仓库中的一些关键技术与语义w 曲服 务中的相关关键技术相结合，在前人工作的基础上，提出一种构建本体的具体方法， 以及基于本体进行的语义w e b 的服务匹配算法，这种语义w e b 服务匹配算法具有以下 特点：构建本体的步骤简单明确，具有很好的分类性，能产生良好的预测性而且易 i i i 基于本体的语义w e b 服务匹配算法研究 于文档化；基于本体分类决策树来进行语义w 曲服务匹配，使得服务匹配在查准率和 查全率方面均得到提高，从而能够更快更好的找到满足用户的需求的语义w r e b 服务， 降低无用搜索和匹配的次数，提高匹配的准确度。 关键词：语义w e b 服务；本体构建；o w l s ；分类决策树；匹配算法；树剪枝 i v d y n a m i cb e h a v i o ro nt h es e m a n t i cw e b ( s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ) a n di t sr e l a t e d a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g ya r eo n e o fr e s e a r c hh o t s p o t so fi nr e c e n ty e a r s s e r v i c e sm a t c h i n g a l g o r i t h mi sap r i m a r yi s s u ei ns e m a n t i cw e bs e r v i c e st h a ti sh o w t of i n dt h ee x a c ts e r v i c e w h i c hm a t c h 晰t hu s e r sr e q u i r e m e n t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，m o r ea n d m o r ew e bs e r v i c e sa l ea v a i l a b l eo nt h ew e b n o w , t h ew e bh a sb e c o m em o r ew i d e s p r e a d w i t he x p o n e n t i a lg r o w t ho fo n l i n ei n f o r m a t i o n , u s e r sa r ef a c ew i t ht h ec h a l l e n g et o s e a r c h ，a c c e s s ，a n dm a i n t a i ni n f o r m a t i o nw h i c hb e c o m e sm o r ed i f f i c u l t l y h o wt of i n d t h ee x a c tw e bs e r v i c e sq u i c k l ya n da c c u r a t e l yf o ru s e r si sa ni n c r e a s i n g l yc r i t i c a li s s u e t os o l v et h i sp r o b l e m ，f i r s t l y , n e e d st ob u i l dag o o do n t o l o g yd a t a b a s ea n ds e l e c ta g o o dw e bs e r v i c e sm a t c h i n ga l g o r i t h mf o rs e m a n t i cw e bs e r v i c e s e m a n t i cw e bs e r v i c e d i s c o v e r yi s ：u s i n gn e c e s s a r yd i s c o v e r ym e c h a n i s mt o a c h i e v et h ew e ba u t o m a t i c a l l y d i s c o v e r yr i g h tw e bs e r v i c e s s e r v i c em a t c h i n ga l g o r i t h mi st h ek e yi s s u ew i t h i ns e r v i c e d i s c o v e r yt h a t i sd e c i d es e r v i c er e q u i r e m e n to fr e q u e s t e r sa n dp u b l i s h e ds e r v i c e d e s c r i p t i o no fs e r v i c ep r o v i d e r sm a t c h i n go rn o t ，w h e nap u b l i s h e ds e r v i c ed e s c r i p t i o n a n dar e q u e s t ss e r v i c ed e s c r i p t i o nm a t c h i n ge x a c t l y , t h a ti sap e r f e c tm a t c h ，h o w e v e r , s e r v i c e sw i t ht h o s es t r i c td e f i n i t i o no fs e a r c hr e c a l lr a t ea n dp r e c i s i o nr a t ea l ev e r yl o w , e v e nl e a dt of a i l u r e t h e n ，i ti sn e c e s s a r yt of i n dag o o ds e r v i c em a t c h i n ga l g o r i t h mt o c a l c u l a t es i m i l a r i t yi no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n t so fu s e r s t h i st h e s i sm a k e su s eo fd a t aw a r e h o u s ea n dd a t am i n i n gt e c h n i q u e s ，b u i l d i n ga d o m a i no n t o l o g ya sar e f e r e n c ea n dg u i d i n gp r i n c i p l e sb yt h ec e n t r a li d e ao fl a w , t h ef i n a l s t e pi sb u i l d i n gag o o do n t o l o g ym o d e l ，s e t t i n gu pas e m a n t i cw e bs e r v i c em a t c h i n g a l g o r i t h mw i t ho n t o l o g ya n dt r e ep r u n i n gp r i n c i p l et og e tan e w k i n do fs e m a n t i cw e b s e r v i c em a t c h i n ga l g o r i t h m t h ea l g o r i t h ms o l v e st h ep r o b l e mt h a th o wc o m p u t e rc a n v 摹于本体的语义w e b 服务匹配募法研究 q u i c k l yf i n do u tr i g h ts e r v i c e sa c c o r d i n gt ou s e r sr e q u e s t sw i t h i nt h el a r g en u m b e ro f w r e bs e r v i c e so nt h es e m a n t i cw e b t i l i st h e s i sp u t sf o r w a r dac o n c r e t em e t h o dt ob u i l d o n t o l o g yw h i c hr e d u c e st h ea m o u n to fu s e l e s si n f o r m a t i o ni nac e r t a i ne x t e n t t h e s e r v i c e sm a t c h i n ga l g o r i t h mo ft h i st h e s i sh a sa d v a n t a g e ss u c ha s ：o n t o l o g yc o n s t r u c t i n g i ss i m p l ya n dc l e a r l y , h a sg o o dc l a s s i f i e dc a p a b i l i t y , h a sg o o dp r e d i c t i v ea b i l i t ya n d e a s i l yd o c u m e n t e d m a t c h i n gs e m a n t i cw e bs e r v i c e sw i t l lo n t o l o g y b a s e dd e c i s i o nt r e e e n a b l e ss e r v i c e sp r e c i s i o nr a t ea n dr e c a l lr a t ei m p r o v e dt h a tc o u l df i n dc o m p a t i b l e s e r v i c e sa c c o r d i n gt ou s e rr e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ；o n t o l o g yb u i l d i n g ；o w l s ；c l a s s i f i c a t i o nd e c i s i o n t r e e ；m a t c h i n ga l g o r i t h m v i ( 2 ) w 曲服务的缺点： 缺少语义信息。u d d i 对服务的描述主要是w s d l 文档，而w s d l 语言1 2 】只能描述 w e b j 艮务的技术和语法方面，不支持非功能的语义描述信息。所以w 曲服务技术不能 支持计算机对w e b 服务的自动理解与处理，从而不能满足人们对w r e b 服务自动处理 ( 如自动的w | e b 服务组合) 的需要。 针对当前w e b 缺少语义信息的缺陷，w o r l dw i d ew e b ( w w w ) 的倡导者t i m b e m e r s l e e 早在1 9 9 9 年提出语义w e b 的概念【3 】。并在2 0 0 1 年正式确立了语义w e b 的地 位。 语义w e b 研究的主要目的就是对当前的w e b 技术进行扩展，借助本体技术为w e b 上信息添加语义标记，使得计算机能够自动理解和处理w e b 信息，便于人和计算机之 间的交互与合作。它的核心是：通过给万维网上的文档添加能够被计算机所理解的 语义，从而使整个互联网成为一个通用的信息交换媒介。近年来越来越多的人研究语 义w e b 服务技术4 , 5 , 6 】。 本体是语义w e b 中的重要技术之一，是语义w e b 信息的表示基础，是关于一些主 题的清晰规范的说明。随着语义网的研究与发展，近几年来，有许多学者【7 ，8 ，9 1 对本体 摹于本体的语义w e b 服务算法研究 进行了研究。类是本体的核心，它描述了某一领域的概念。领域本体是专业性的本体， 提供了某个专业学科领域中概念的词表以及概念间的关系，或在该领域里占主导地位 的理论。在本体中有四种基本关系，分别是：p a r t - o f , k i n d o f , i n s t a n c e o f 和a t t r i b u t e o f 无论是哪种关系都可以被认为是概念之间的子类关系，也称为继承关系。由子类关系 定义了概念之间的包含关系，而且这种包含关系是可传递的。概念之间的继承关系是 单继承。所以本体可以表示成一棵分类决策树，这种本体模型中的一种。目前领域本 体构建的方法包括如 1 0 , i h ：知识工程方法、企业建模法、循环获取法、m e t h o n t o l o g y 、 i d e f 5 、b e m e r a se ta l 等。 随着w 曲服务的大量涌现，w e b 上可使用的w 曲服务急剧增多，w 曲服务的应用也 越来越广泛。目前w e b j 艮务用户面临的一个关键问题是：用户仅知道其在网络上需要 得到什么样的服务，而不知道如何去获取满足其需求的合适的服务，同时随着w e b 服务 的急剧增多，传统的服务搜索方法已不能满足用户对服务使用的要求，如搜索的时效 性。因此，目前迫切需要一种新的搜索机制来实现对w 曲服务的自动发现与选择，这 也是语义w 曲服务所要研究的基础问题之一：即w e b 服务的自动匹配问题，如何从众 多的服务中发现与用户需求相匹配的语义w 如服务就成为了语义w e b 实现成功应用 的关键问题之一。 1 2 语义w ，e b 服务的研究状况 t i mb e m e r s l e e 在1 9 9 9 年提出语义w e b 的概念； 2 0 0 1 年，语义w e b 由t i mb e m e r s l e e 公开提出并且正式确立了它的地位； 2 0 0 2 年6 月在意大利的s a r d i n i a 举行了第一届语义w e b 国际会议； 2 0 0 3 1 0 在美国f l o r i d a 举行第二届w e b 国际会议； 语义w e b 服务与w e b 服务的结合推动了服务领域向更高层次发展，掀起了一股 新的热潮； r d f 和o w l 是具体实现语义的基本语言，目前己成为w 3 c 推荐标准；国外最 早为发现w e b 服务而增加语义信息的是d a m l s ( 采用d a m l + o i l 描述) ，w e b 服 务o w l s 是在d a m l s 的基础上发展起来的，这两种语言都是从本体论的角度对 w e b 服务进行语义描述。 典型研究有卡内基梅隆大学的a u g m e n tu d d ir e g i s t r y 系统，乔治亚大学的 c h a k r a b o r t y 等提出了以一种语义w e b 描述语言d a m l 描述服务，以p r o l o g 语言的推 理语言的服务发现方法，服务发现的依据是预先定义的服务属性本体属性值 2 济南大学硕七学位论文 ! i 一一一 。mi。ii i i 一。一。, 。苎鼍皇 p a y n e t 等提出以d a m l s 语言描述服务通过服务的属性和接1 2 的输入输出的 概念匹配，得到匹配的结果。 w 3 c 组织提出语义w e b 服务描述语言o w l s 语言之后，卡内基梅隆大学的 m a s s i m op a o l u c c i 等人提出了语义w e b 服务的o w l s u d d i 匹配算法，该算法通过 对本体中概念包含关系的推理将w e b 服务匹配分为四个不同的等级：精确匹配，包 含匹配，可替代匹配，不匹配。 缺点：不能提供匹配的准确值，效率比较低。 国内对语义w e b 的研究虽然起步比较晚，但是也吸引越来越多的高校和科研机 构研究人员的注意，比较具有代表性的是中国科学院的史思植等人，他们研究了多主 体服务环境m a g e ，并提出了基于描述逻辑的主体服务匹配算法。该算法最主要的 特点在于将w e b 服务表示为概念：动作的格式，然后运用描述逻辑对本体概念进行 分层推理，从而实现相似度匹配。 1 3 研究的目的 随着语义w e b 服务的大量涌现，如何从众多的服务中发现与用户需求相匹配的 语义w e b 服务是一个越来越关键问题。在w 3 c 组织提出语义w e b 服务描述语言 o w l s 之后，卡内基梅隆大学的m a s s i n op a o l u c c i 等人提出语义w e b 服务的 o w l s u d d i 匹配算法，该算法为语义w e b 服务匹配的一个经典算法。有很多学者 多此方法进行研究并加以改进【1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 , 1 6 ，但是当用户提出服务请求时，由于计算机 需要大量时间来做无用功，使得查询速度仍然很低。o w l s u d d i 注册中心有成千 上万，不计其数的语义w e b 服务，如何能在大量的w e b 服务中尽快挖掘出满足用户 请求服务变的越来越重要的问题。换句话说，要对语义w e b 服务发现1 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 1 重要 的是服务发现的匹配算法。 本文使用数据仓库和数据挖掘中的一些相关技术，以骨架法的中心思想作为参考 和指导方针来构建领域本体，最后对构建好的本体模型进行文档化，并在此本体基础 上，提出按照树剪枝原理进行基于本体的语义w e b 的服务匹配算法研究，实现的一 种新的语义w e b 服务匹配方法，以解决o w l s u d d i 注册中心有成千上万，不计其 数的语义w e b 服务，如何能在大量的w e b 服务中尽快挖掘出满足用户请求的问题。 换句话说，主要是借助数据挖掘和数据仓库中的一些关键性技术，来与新一代语义 w e b 服务中的关键技术相结合，借鉴前人的思想，提出一种具体构建本体的方法，以 及对本体来进行的基于本体的语义w e b 的服务匹配算法研究，能够在定程度上减 3 基于本体的语义w e b 服务算法研究 少无用信息的数量。这种语义w e b 服务匹配算法所要达到的目的：使得语义w e b 服 务的匹配在查准率和查全率方面得到提高，使得语义w e b 服务能更快更好的满足用 户的需求，降低计算机做无用搜索的次数，提高搜索的效率。 1 4 课题研究的主要内容和组织结构 在已有技术的基础上，本文提出并实现了种新的基于本体的语义w e b 服务匹 配算法，主要包括本体创建方法研究和语义w e b 服务发现匹配算法的研究。本文分 为五章。 第一章是绪论。主要介绍语义w e b 的研究背景、现状以及目的。 第二章是相关知识介绍。本课题研究用到的一些基础性且重要的知识；包括：数 据挖掘和仓库，语义w e b ，语义w e b 服务。 第三章是本体构建方法。对本体现存的构建方法进行研究，提出了一种新的构建 本体分类决策树的方法并举例说明。 第四章是树剪枝的语义w e b 服务匹配算法。通过对大量现存的语义w e b 服务匹 配算法进行研究，提出了树剪枝的语义w e b 服务匹配算法，把该算法与其它算法进 行比较，同时，在本章结尾处附带了部分代码程序。 第五章是工作总结。总结了自己已经做了的工作和将来的研究计划。 4 置，这样，它们就可以被任意w e b 应用软件或w 曲代理调用，并且一个w e b 服务可 以调用其他的w 曲服务。 w e b 服务的应用【2 4 2 5 】包括三个环节：发布，发现，绑定和三种实体：服务提供者 ( s e r v i c ep r o v i d e r ) ，服务注册( s e r v i c er e g i s t e r ) ，服务请求者( s e r v i c e sr e q u e s t e r ) 。一个 服务提供者将它能提供的服务的描述发布给一服务注册处，该描述( 广告) 包括服务 提供者的信息( 如：公司名称与地址) ，服务本身的信息( 如：名称，类别) ，服务接 口的u r l ( w s d l 描述) ，并对服务申请做出响应。当一个服务申请者需要一个新的服 务时，他将通过查询或浏览登记表找到需要的服务，然后依据对该服务的接口描述的 理解绑定该服务( 通过调用命令) ，服务申请者通过w e b 服务通信协议s o a p 可以自 动调用发现的服务，图2 1 是i b m 公司对w e b 服务体系结构的定义。 图2 1w e b 服务的体系结构 三种角色的功能分别为： ( 1 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 服务提供者负责使用w s d l 来描述和定义那些可以通过编程来访问的应用程序 的功能，在服务注册中心( 即u d d i 商业注册中心) 中发布这些服务的信息，使其可以 5 基于本体的语义w e b 服务算法研究 ! 曼曼曼! ! 曼! 皇曼! 曼! 鼍曼皇詈! 皇! 鼍鼍m ：。 m mm mool ml m i 曼曼曼! 曼曼! ! ! ! 曼! ! ! ! ! 曼曼曼! ! ! 皇曼! 鼍曼鼍 被其它应用访问、接收和处理w e b 服务请求者的调用。 ( 2 ) 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 服务请求者，是要求满足特定服务的用户，也称服务用户( s e r v i c eu s e r ) 。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，由人或由无用户界面的程序( 如另外一个w e b 服务) 来控制 它。 ( 3 ) 服务注册中一t ：, , ( s e r v i c er e g i s t r y ) 服务注册中心，是可搜索的服务描述注册中心。服务提供者在此发布( p u b l i s h ) 他 们的服务描述。服务请求者发现( f i n d ) j 艮务并获得服务的信息( 在服务描述中) 。 对于w e bs e r v i c e s 的应用来说，必须发生以下三个功能操作： 发布服务描述( p u b l i s h ) 服务提供者为了使自己的服务能够被使用，需要向服务注册中心发布服务描述， 以使服务请求者可以查找它。 发现服务描述( f i n d i n g ) 在查找操作中，服务请求者直接检索服务注册中心，查询满足要求的服务。 绑定服务( b i n d i n g ) 最后需要绑定服务。 在绑定操作中，用户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 e b 服务的工作原理为：服务提供者将其服务发布到服务注册中心的一个目录 上，当服务请求者需要调用该服务时，它首先利用服务注册中心提供的目录去搜索该 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。 当服务请求者从服务注册中心得到调用所需服务的信息之后，通信是在服务请求者和 提供者之间直接进行，无须再经过服务注册中心。 w e b 服务具有下列一些主要特点：互访性，即w e b 服务通过s o a p 协议实现相 互间的访问，任何w e b 服务都可以通过s o a p 协议与其他w e b 服务进行交互；广泛 性，即w e b 服务使用h t t p 和x m l 进行通信，任何支持这些技术的设备都可以使用 和访问w e b 服务；方便性，即使用w e b 服务提供商的工具很容易创建和部署自己的 w r e b 服务。 2 2w e b 服务规范 由于一些w e b 服务标准协议的存在，使得w e b 服务提供者和w e b 服务请求者之 6 济南大学硕士学位论文 暑u _i 一 一_ 一 一 i i i 鼍i ! ! ! 詈! 曼鼍! 皇詈詈詈詈詈詈詈! 暑! ! ! 詈詈詈曼! 曼! 詈詈詈! ! 詈! 暑! 暑皇詈! ! 詈! 詈詈詈詈詈詈苎 间可以进行交互。v i l 2 啦7 ，2 8 ，2 9 川s c h e m a ( x m l s ) 为w e b 服务标准和服务间交换的变 量、对象、数据类型提供低层框架，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 ) 是w 3 c 推 荐的x m l 数据传输协议，用于w e b 服务调用的x m l 消息表示，为在一个松散的、 分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化和类型化信息提供了一个简单且轻量级的 机制。使用基本的t c p i p 的应用层协议h 订p 、s m t p 、f t p 等，可以与现有通信技 术最大程度地兼容。s o a p 的优势在于发挥了h t t p 和x m l 的优点，从而能在i n t e m e t 环境下完成应用之间的交互。s o a p 为使用x m l 在松散、分布的应用环境中交换结 构化和类型化信息提供了一个简单的机制，在服务请求者和服务提供者之间定义了一 个通信协议。 w s d l 1 2 】是w 3 c 推荐的描述服务接口的语言，通过两个抽象层次( 原子方法的调 用，操作和相关信息对应的物理端点) 描述w e b 服务，将w e b 服务描述定义为一组服 务访问点，客户端可以通过服务访问点对包含面向文档信息或面向过程调用的服务进 行访问。 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 ) t 6 0 】统一描述、发现和集成协 议【1 4 , 1 5 是一套基于w e b 的、分布式的、为w e b 服务提供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 e b 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 构建于网络传输层和基于s o a p 的x m l 消息传输层 之上，提供了一组公用的s o a p a p i ，完成一个服务中介者的作用。用户使用u d d i 可以搜索提供服务的公司，并了解所提供的服务内容。u d d i 中心非常类似于目录辅 助供应商或电话在线“黄页”系统。u d d i 商业注册提供的信息包括三个部分：w h i t e p a g e 包括了地址、联系方法和已知的企业标识；y e l l o wp a g e 包括了基于标准分类法 的行业类别；g r e e np a g e 则包括了该企业所提供的w | e bs e r v i c e 的技术信息，服务的 定义是通过一个成为类型模型( t m o d e l ) 的文档来完成的。通常t m o d e l 包含的是一个 w s d l 文档，用于说明访问w e b 服务的s o a p 接口。所有的u d d i 商业注册信息都 存储在u d d i 商业注册中心中。其形式可能是一些指向文件或u r l 的指针，这些文 件或u r l 是为服务发现机制服务的。u d d i 商业注册中心在逻辑上是集中的，物理 上是分布的，由多个根节点组成，并且相互之间按一定的规则进行数据同步。企业在 一个商业注册中心的实例上注册服务后，其注册信息会被自动的复制到其它的u d d i 根结点，于是就能够被需要服务的使用者发现。u d d i 的x m l 模式定义了四种基本 数据结构和两个附加数据结构，任何w e b 服务的描述文档中所包含的服务相关信息 7 述服务如何使用各种技术协议。b u s i n e s s s e r v i c e 结构是一个描述性的容器，它将一系 列有关商业流程或分类目录的w r e b 服务的描述组合到一起。这些b u s i n e s s s e r v i c e 的 信息集合可以再次加以分类，使w e b 应用服务的描述可以按不同的行业、产品、服 务类型或是地域划分来进行。 ( 3 ) 1 1 艮务调用技术信息t m o d e l ：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 地址等。u d d i 通过t m o d e l 的概念描绘了 抽象和实现之间的这种区别，t m o d e l 结构代表了接口和元数据的抽象类型，b i n d i n g t e m p l a t e 则是个或多个t m o d e l 的具体实现，在b i n d i n gt e m p l a t e 中，要为t m o d e l 的 特定实现注册访问点。 8 x m l 使用了一种简单灵活的标准格式，为基于w e b 的应用提供一个描述数据和 交换的有效手段。x m l 位于w e b 语言层次模型的底层，提供基本语法标准。 ( 2 ) r d f 和r d f s r d f 为w e b 资源描述提供了一种通用框架，它以一种机器可理解的方式表示出 来，可以很方便的进行数据交换，在语法上完全遵从x m l 。r d f 也提供了w e b 数 据集成的元数据解决方案。 r d f 的含义就是描述资源的框架，它包含三个对象类型： 资源( r e s o u r c e ) ：在w e b 上被命名、具有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 ) 的实 体。如网页、x m l 文档的元素。 描述( d e s c r i p t i o n ) ：对资源属性( p r o p e r t y ) 的一个说明( s t a t e m e n t ) ，表明资源 的特性或者资源之间的联系。 框架( f r a m e w o r k ) ：与被描述资源无关的通用模型，以包容和管理资源的多样性、 不一致性和重复性。 ( 3 ) o i l 、d a m l 和d a m l + o i l o i l ( o n t o l o g yi n f e r e n c el a y e r ) 是一种w e b 标记语言，它表达了机器可理解的 9 基于本体的语义w e b 服务算法研究 语义，继承了框架系统、描述逻辑以及w e b 标准( x m l 和r d f ) 三方面特点： 最大限度地与x m l 和r d f 兼容； 提供具有较强表达能力的、声明性的规范说明语言； 提供建模元语( m o d e l i n gp r i m i t i v e s ) 用来构造面向框架和描述逻辑的本体，并 适合构造大型的知识库，为构造和维护o n t o l o g y 提供了统一的、计算机可读的表达 方式； 具有强大的演绎推理能力。 d a m l 是由美国政府赞助的d a m l 计划开发的一种w e b 标记语言，它的目的是 使w e b 内容具有机器可读性，支持计算机在一定程度上的自动化。d a m l 也支持计 算机进行简单的推理。d a m l 除了提供一种可以将w e b 页面和机器可理解的语义关 联起来的机制，还提供一种显式的表达w e b 服务、过程和商业模型的机制，使人和 机器都能辨认和理解隐含的语义。 d a m l + o i l 是从d a m l 和o i l 演变出来的一种w e b 本体标记语言，是由欧美 研究组织联合开发的本体语言，它比o i l 有更强的表达语义的功能。 ( 4 ) o w l 为了使得计算机上的w e b 资源能够被用于各种应用的机器可读，设计了o w l 语言。o w l 是w 3 c 推荐的语义网络“栈”中的一部分；语义w e b 服务体系结构中， o w l 位于d a m l + o i l 上层。o w l 的作用是表达词汇表中词条的含义以及词条关系 本体。与x m l 、r d f 和r d f s c h e m a 相比，o w l 具有更丰富的表达语义的机制，使 得w | e b 资源具有文档内容的可读性。关于o w l 的特点请参考吲。 2 4 语义w r e b 语义w e b 的发展将使得对w e b 资源的访问往往是通过内容而不仅仅是关键字， 从而实现机器对语义w e b 信息的自动化处理。在所有的w e b 资源中最重要的是那 些可以提供服务的资源，这里的服务是指网站不仅仅能够提供静态信息而且还允许其 执行某些操作或者变化。语义w e b 服务研究的根本任务就是对w e b 服务进行标记， 使w e b 服务成为计算机可理解的、用户透明的和主体易处理的实体。语义w e b 服务 研究的主要内容就是w e b 服务的自动化。具体来说，它包括自动的w e b 服务发现、 执行、组合及互操作和执行监控。其中，自动的w e b 服务发现表示自动的定位能满 足请求条件的w e b 服务。自动的w e b 服务执行表示计算机程序或者主体自动的执行 已发现到的w e b 服务。自动的w e b 服务组合及互操作是一个很复杂的问题，给定一 l o 济南大学硕+ 学位论文 个目标的高层描述，为了完成这样的目标，自动的w e b 服务组合及互操作涉及到多 个w e b 服务的选择、组合和互操作等。自动的w e b 服务执行监控的主要目标是监控 服务的执行过程，特别是组合服务的执行过程。因为服务的完成通常需要一定的时间， 在这段时间中用户可能想了解服务的执行状况，或者服务失败时用户可能想知道失败 的原因，甚至用户想要对服务结果作出解释等情况都要求对服务具有执行监控能力。 关于语义w e b 的逻辑基础可以参考文耐3 3 】。 为了实现语义w e b 服务，必须在语义w e b 的基础上对服务进行标注，即语义 w e b 服务标记。它的内容主要包括：( 1 ) 服务性质和能力的说明性描述，这些信息主 要用于自动的服务发现。( 2 ) 服务的说明性a p i ，主要用于服务的自动执行。( 3 ) 服 务的前提和结果的说明性信息，主要用于服务的自动组合和互操作。( 4 ) 用户约束和 偏好的标记。 2 5 语义w - e b 的体系结构 如何使得w e b 资源能被计算机理解是语义w e b 考虑的内容( 被o w l s 描述为 本体的资源能被计算机理解) 。t i mb e m e r s l e e 提出基于语义的w e b 体系结构【3 训，如 图2 1 所示。w e b 服务的体系结构是基于w e b 服务提供者、w e b 服务请求者、w e b 服务中心三个角色和发布、发现、绑定三个动作构成。服务中心指u d d i ，它是把一 个w e b 服务的请求者和发布者联系起来，是管理的角色。创建u d d i 是为实现w 曲 服务的发布和发现。语义w e b 的体系结构使w e b 上的信息具有计算机可以理解的语 义，从而满足智能软件代理( a g e n t ) 对w w w 上异构和分布信息的