（计算机应用技术专业论文）基于环境的web+services描述研究及原型实现.pdf

中文摘要 w e bs e r v i c e s 是基于i n t e m e t 进行分布式计算的基本元素，面向s e r v i c e 的计 算将成为未来计算技术发展的趋势。一些传统的服务，例如购物，银行交易，商 品贸易等都可在i n t e m e t 上由w e bs e r v i c e s 提供。w e bs e r v i c e s 的出现在一定程 度上克服了传统软件模式在现有i n t e r n e t 环境下的缺陷。 w e bs e r v i c e s 的互联、互通、协作和联盟是w 曲s e r v i c e s 组合的关键，而 w e bs e r v i c e s 的描述是实现关键的前提。准确的描述使得别的资源能够理解、发 现、组合w e bs e r v i c e s 。一个好的描述方法应能支持语义理解和组合。 在i n t e m e t 环境下如何描述w e bs e r v i c e s 成为新的软件形态下的新问题。目 前工业界和学术界提出了一些w e bs e r v i c e s 描述方法。如w s d l ， o w l - s ， b p e l 4 w s ，形式化方法中的p e t r i 网等。但是，这些描述只支持手工检索和手工 组合，采用名调用的方式，对w e bs e r v i c e s 能力的刻画还停留在服务的输入输出 描述上。 本文研究了基于环境本体的w e bs e r v i c e s 描述方法，将对w e bs e r v i c e s 的描 述从语法层提高到了语义层，引入了环境实体，将w e bs e r v i c e s 具备的功能和交 互都能映射到这些公共环境实体上，从而为w e bs e r v i c e s 组合的自动规划、自动 组合做好准备。在环境模型基础上的w e bs e r v i c e s 语义刻画、理解和发现，以及 以环境合成为约束的s e r v i c e 组合，将成为实现自主自治的w e bs e r v i c e s 发现、 调用和组合的一个全新的解决方案。 本文实现了个w e bs e r v i c e s 描述、发布的平台原型，为i n t e r n e t 环境下基 于环境的w e bs e r v i c e s 描述方法提供一个实现工具。服务发布者可通过该原型描 述发布服务，领域专家也可通过该工具管理环境领域本体。该原型能够支持w e b s e r v i c e s 的语义层理解和基于语义的组合。 本文首先介绍了w e bs e r v i c e s 相关研究背景，然后详细阐述了基于环境的 w e bs e r v i c e s 描述方法。接着仔细分析了w e bs e r v i c e s 发布平台，并用网上书店 的案例进行说明。最后总结了论文工作并展望了下一步的研究方向。 关键词：w e bs e r v i c e s ，服务描述，环境，本体，w e bs e r v i c e s 发布原型 w e bs e r v i c e sa eb a s i ce n t i t i e sf o rd i s 扛i b u t i n gc o m p u t i n go ni n t e r a c t 。 s e r v i c e ，o r i e n t e dc o m p u t i n gw i l lb e c o m et h ed i r e c t i o no f c o m p u t i n gt e c h n o l o g y s o m e t r a d i t i o n a ls e r v i c e ，s u c ha ss h o p p i n g ，b a n k i n gb u s i n e s s ，a n dt r a d i n gc a nb ep r o v i d e d b yw e bs e r v i c e s t h ee m e r g e n c eo f 、w e bs e r v i c e s o v e r c o m e st h el i m i t a t i o n so f 仃a d i t i o n a ls o f t w a r em o d eo ni n t e m e t t h ea f f i l i a t i o n c o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i o na r ek e y sf o rw e bs e r v i c e s c o m p o s i t i o n , a n dt h ed e s c r i p t i o ni st h ep r e c o n d i t i o nf o rt h e s ek e y s e x a c td e s c r i p t i o n s 1 1 e l po t h e r r e s o u r c eu n d e r s t a n d ，d i s c o v e ra n dc o m p o s ew e bs e r v i c e s ag o o d d e s c r i p t i o nu s u a l l ys u p p o r t ss e m a n t i cu n d e r s t a n d i n ga n dc o m p o s i t i o n h o wt od e s c r i b ew e bs e r v i c e si ni n t e r a c te n v i r o n m e n ti san e wp r o b l e m a tp r e s e n t , t h ei n d u s t r ya n da c a d e m eb o t hp u tf o r w a r ds o m ed e s e r i p t i o nm e t h o d s s u c ha s w s d l ，0 w l s ，b p e l 4 w sa n dp e t r in e t h o w e v e r , t h e s ed e s c r i p t i o n sc a no n l y s u p p o r tm a n u a ld i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o n ，a n dt h ed e s c r i p t i o n sj u s t r e s to nt h e e x p l a n a t i o no f w e bs e r v i c e s i n p u ta n do u t p u t t h i sp a p e rw o r k so v e raw e bs e r v i c e sd e s c r i p f i o nm e t h o db a s e do ne n v i r o n m e n t o n t o l o g y t h i sm e t h o de n h a n c e st h ed e s c r i p t i o nf r o ms y n t a xl e v e lt os e m a n t i cl e v e l i t i n t r o d u c e s e n v i r o n m e n t e n t i t i e s ，m a p p i n g w e bs e r v i c e s f u n c t i o n s a n d c o m m u n i c a t i o nt ot h e m i tp r e p a r e sf o ra u t o m a t i cd i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o n s e m a n t i cd e s c r i p t i o na n dd i s c o v e r yb a s e do ne n v i r o n m e n tm o d e lw i l lb e c o m ea f r e s h l yn e w s o l u t i o nf o rw e bs e r v c i e s t h i sp a p e ra l s oi m p l e m e n t sat o o lp r o t o t y p ef o rw e bs e r v i c e sd e s c f i p t i o na n d p u b l i s hb a s e do ne n v i r o n m e n t w e bs e r v i c e sp r o v i d e r s c a r tu s et h i sp r o t o t y p et o p u b l i s ht h e i rs e r v i c e ，a n dd o m a i ne x p e r t s c a l lu s ei tt om a n a g ee n v i r o n m e n to n t o l o g y t h i sp r o t o t y p ec a ns u p p o r ts e m a n t i cu n d e r s t a n d i n ga n dc o m p o s i t i o no f w e bs e r v i c e s t h ep a p e rf i r s ti n t r o d u c e sr e s e a r c hb a c k g r o u n do fw e bs e r v i c e s ，t h e ne x p a t i a t e s t h ed e s c r i p t i o nm e t h o db a s e do ne n v i r o n m e n to n t o l o g y a f t e rt h a t , t h ep r o t o t y p ei s a n a l y z e da n da b o o k s t o r ec a s ei sg i v e n f i n a l l y , t h ec o n c u s i o na n df u t u r ew o r ka r e d i s c u s s e d k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，s e r v i c ed e s c r i p t i o n ，e n v i r o n m e n t ，o n t o l o g y , w e b s e r v i c e sp u b l i s hp r o t o t y p e 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生盘茎或其他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。 学位论文作者签名：昊够诗 签字日期：2 0 。g 年2 月z 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫奎盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗盘茔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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：吴嘭舟导师签名学位论文作者签名：天少了忑导师签名 签字日期：z 咖6 年2 月幻日签字日期：z 咖6 年z 月z 日 l 可乙砖 签字日期：砂喇年2 月刁日 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 随着i n t e m c t 技术的发展和广泛应用，w e bs e r v i c e s 1 越来越受到人们的重 视。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。 w e bs e r v i c e s 体系结构是面向对象分析与设计( o o a d ) 的一种合理发展 ( 1 0 9 i c a le v o l u t i o n ) ，同时也是电子商务解决方案中，面向体系结构、设计、实 现与部署而采用的组件化的合理发展( 1 0 9 i c a le v o l u t i o no fc o m p o n e n t sg e a r e d t o w a r d st h ea r c h i t e c t u r e ，d e s i g n , i m p l e m e n t a t i o n , a n dd e p l o y m e n to fc b u s i n e s s s o l u t i o n s ) 。这两种方式在复杂的大型系统中经受住了考验。和面向对象系统一 样，封装、消息传递、动态绑定、服务描述和查询也是w e bs e r v i c e s 中的基本概 念，而且，w e bs e r v i c e s 另外一个基本概念就是：所有东西都是服务，这些服务 发布一个a p i 供网络中的其他服务使用，并且封装了实现细节。如图卜1 所示， w e bs e r v i c e s 的体系结构面向服务的体系结构( s o a ) 包括三种角色：s e r v i c e p r o v i d e r ，s e r v i c eb r o k e r ，s e r v i c er e q u e s t e r ，三种操作：p u b l i s h ，b i n d ，f i n d 。 图1 - 1 面向服务的体系结构( s o a ) 为支持结构中的三种操作( p u b l i s h 、f i n d 和b i n d ) ，s o a 需要对服务进行一 定的描述，这种服务描述( s e r v i c ed e s c r i p t i o n ) 应具有下面几个重要特点：首先， 第一章引言 它要声明s e r v i c ep r o v i d e r 的语义特征。s e r v i c eb r o k e r 使用语义特征将s e r v i c e p r o v i d e r 进行分类，以帮助具体服务的查找。s e r v i c er e q u e s t e r 根据语义特征来匹 配那些满足要求的s e r v i c e p r o v i d e r 。( 因此，语义特征中重要的一点就是对s e r v i c e p r o v i d e r 的分类。) 其次，服务描述应该声明接口特征，以访问特定的服务。最 后，服务描述还应声明各种非功能特征，如安全要求，事务要求，使用s e r v i c e p r o v i d e r 的费用等等。接口特征和非功能特征也可以用来帮助s e r v i c er e q u e s t e r 对s e r v i c ep r o v i d e r 的查找。 服务描述和服务实现是分离的，这使得s e r v i c er e q u e s t e r 可以在s e r v i c e p r o v i d e r 的一个具体实现( i m p l e m e n t a t i o n ) 正处于开发阶段、部署阶段或完成 ( e x e c u t i o n ) 阶段时，对其( 具体实现) 进行绑定。另外，s o a 中的组件相互 之间必须能够进行交互，才能进行上述三种操作。所以w e bs e r v i c e s 体系结构的 另一个基本原则就是使用标准的技术，包括服务描述、通讯协议以及数据格式等。 这样一来，开发者就可以开发出平台独立、编程语言独立的w 曲s e r v i c e s ，从而 能够充分利用现有的软硬件资源和人力资源。最后，s o a 体系结构没有对w e b s e r v i c e 的粒度进行限制，因此一个w e bs e r v i c e 既可以是一个组件( 小粒度) ， 该组件必须和其他组件结合才能进行完整的业务处理，也可以是一个应用程序 ( 大粒度) 。 w e bs e r v i c e s 目前没有统一的定义。w 3 c 曾给出这样一个定义，即它是能被 u 砒标识的一个软件应用，它的接口和绑定能够由订l 程序来定义、描述和发 现，并且通过基于i n t e m e t 的协议，采用基于x m l 的消息支持与其它软件应用 的直接交互。这个定义有点过于依赖当前的实现平台，从中抽取出其关键特征， 可以得出，w e bs e r v i c e s 是i n t e m e t 使能的，自含的计算实体，是完全封装好的 一段计算机程序。分布在i n t e m e t 上的各种各样的w 曲s e r v i c e s 已经成为一类重 要的w e b 资源。设想当这样一些w e bs e r v i c e s 能够在i n t o r n e t 上真正实现自由的 互联、互通、协作和联盟的时候，就形成了一种与当前的信息w e b 类似的软件 w e b 。一种理想的情况是，这些w e bs e r v i c e s 能够自主感应它们所处的环境中的 需求，并实现这一需求。而且，在单个w e bs e r v i c e s 不能实现全部需求的情况下， 多个小粒度的w e bs e r v i c e s 能够自主组合形成更大粒度的w e bs e r v i c e s ，最终实 现需求。这些为了实现新的需求自发组织起来的，在软件w e b 上运行的系统， 将能够感知外部网络环境和系统需求的变化，并随着这种变化按照一系列指标进 行静态调整和动态演化，尽可能使自己能够具有更高的用户满意度。 目前，w e bs e r v i c e s 的协议栈结构如图1 2 所示。 2 第一章引言 图1 - 2w e bs e r v i c e s 的协议栈 如果把w e bs e r v i c e s 出现之前访问网络资源和后来使用w e bs e r v i c e s 都看成 对i n t e m e t 资源的访问，那么i n t e r n e t 上对资源的描述方法就从单一的u r l ， h t m l ，h t l 甲发展到s o a p 2 ，w s d l 3 ，u d d i 4 ，w s f l 5 与原有描述方式 的结合。s o a p 是在分布式环境中通过沮。编码进行通信的一种简单网络协议。 w s d l 是定义如何使用x m l 6 语法描述w e bs e r v i c e s 的规范。u d d i 是统一描 述，发现和集成协议的简称。w s f l 是描述服务的组成和流程的服务流语言。 s o a p ，w s d l ，u d d i ，w s f l 的出现，为w 曲s e r v i c e s 提供了建立在原有底层 传输协议之上的不同层次的描述。新的描述更准确丰富地描述了w e bs e r v i c e s ， 而且带来了描述上的灵活性，一个可以使用的w e bs e r v i c e s 可按照需要选用若干 层次的功能，而无需所有的特性。 1 2w e bs e r v i c e s 描述相关研究 在面向s e r v i c e 计算模式中，s e r v i c e s 的互联、互通、协作和联盟是整个软 件运行的关键，而w 曲s e r v i c e s 的描述是实现一切互联、互通、协作和联盟的前 提。因为对w e bs e r v i c e s 的描述是w e bs e r v i c e s 开发出来后的第一步，描述使得 别的资源识别、理解w 曲s e r v i c e s ，在这个基础上，才能根据理解的语义实现 w e bs e r v i c e s 间的互联、互通、协作和联盟。一个好的w e bs e r v i c e s 描述方法应 能支持w 曲s e r v i c e s 的语义理解和组合。 1 2 1w s d l 和u d d i 目前工业界常用的w e bs e r v i c e s 描述和发现方法是w s d l 和u d d i 。w s d l 第一章引言 是用来描述网络( n e t w o r k ) 服务或终端( e n d p o i n t ) 的一种x m l 语言，它用于 定义w e bs e r v i c e s 以及如何调用它们( 描述w e b 服务的属性，例如它做什么， 它位于哪里和怎样调用它) 。w s d l 文档可用于动态发布w e bs e r v i c e s 、查找已 发布的w e bs e r v i c e s 以及绑定w e bs e r v i c e s 。在w s d l 中包含了使用s o a p 的服 务描述的绑定，也包含了使用简单h t t pg e t 和p o s t 请求的服务描述的绑定。 w s d l 将w e b 服务定义成一系列的端口( p o r t ) ，每个端口用来表示从抽象端口 类型( p o r t t y p e ) 到用于调用w e b 服务的具体通信协议的一个映射。端口类型由 一组与s e r v i c ep r o v i d e r 交换信息的操作组成，它支持对包含消息的数据类型的 定义。u d d i 提供了在w e b 上描述并发现商业服务的框架。u d d i 通过服务注册， 以及使用s o a p 访问这些注册信息的约定来实现上述目标。u d d i 计划的核心组 件是u d d i 商业注册，它使用一个x m l 文档来描述企业及其提供的w e b 服务。 从概念上来说，u d d i 商业注册所提供的信息包含三个部分：”白页( w h i t ep a g e ) ” 包括了地址，联系方法，和已知的企业标识；”黄页( y e l l o wp a g e ) ”包括了基于标 准分类法的行业类别；”绿页( g r e e np a g e ) ”则包括了关于该企业所提供的w e b 服 务的技术信息，其形式可能是一些指向文件或是u r l 的指针，而这些文件或u r l 是为服务发现机制服务的。所有的u d d i 商业注册信息存储在u d d i 商业注册中 心中。 1 2 2o w l w 曲本体语言 w s d l 和u d d i 关注w e bs e r v i c e s 消息交换服务接口的描述，以及输入输出 数据的类型和连接细节，而缺乏服务的语义信息。这使得仅通过推理w s d l 的 服务描述无法得出w e bs e r v i c e s 的具体功能。语义w e b 是对未来w e b 的展望， 在语义w e b 中，信息被赋予明确的含义，使w e b 上信息处理和集成的自动化更 为容易。语义网将建造于x m l 自定义标签模式的能力和r d f 灵活的描述数据 的方式上。语义w c b 需要首先建立在r d f 之上的标准就是能够描述应用在w e b 文档的术语含义的本体语言。如果希望机器能够对w e b 文档进行有效的推理工 作，这个语言必须超越r d fs c h e m a 的基本语义。o w lw e b ( o n t o l o g yw e b l a n g u a g e ) 本体语言【7 】在对w e bs e r v i c e s 描述中加入了语义信息。o w lw e b 本 体语言被设计用于那些处理信息的内容、而不是仅向人类呈现信息的应用。o w l 通过提供更多具有形式语义的词汇，使之在w e b 内容的机器可理解性方面要强 于x m l 、r d f 和r d fs c h e m a ( r d f s ) 等所能达到的程度。o w l 有三个表达 能力递增的子语言：0 w ll i t e ，o w ld l ，和o w lf u l l 。o w ll i t e 用于提供 给那些只需要一个分类层次和简单约束的用户。例如，虽然o w l l i t e 支持基数 限制，但只允许基数为0 或1 。o w ld l 支持那些需要最强表达能力的推理系 4 第一章引言 统的用户，且这个推理系统能够保证计算的完备性( c o m p u t a t i o n a lc o m p l e t e n e s s ， 即所有的结论都能够保证被计算出来) 和可判定性( d e c i d a b i l i t y ，即所有的计算 都在有限的时间内完成) 。它包括了o w l 语言的所有成分，但使用时必须符合 一定的约束。o w lf u l l 支持那些需要尽管没有可计算性保证，但有最强的表达 能力和完全自由的r d f 语法的用户。在表达能力和推理能力上，每个予语言都 是前面的语言的扩展。 1 2 3i r s o w l 服务描述语言用语义表示出了w e bs e r v i c e s 的功能，但没有明确指出 服务的发现地址，而服务发现是使用服务的关键。针对o w l 的服务描述，发现， 组合工具目前也没有开发出来。英国o p e nu n i v e r s i t y 开发的i r s i i 8 是一种框 架结构，也是一种已实现的工具。它在w e bs e r v i c e s 描述、发布、组合领域作出 了很好的实践性示范。它可以支持w 曲s e r v i c e s 的发布，定位，组合和执行，并 且对每个w e bs e r v i c e s 增添对其功能的语义描述，有三大不同于其他语义w e b s e r v i c e s 方法的特点：1 可以很方便地将标准的程序代码发布成一个w e b s e r v i c e s 。2 它将任务描述，方法描述，和领域描述区分开来。其中方法是解决 任务的途径，领域是任务方法所处的领域。因此服务调用是功能驱动的，也就是 通过查找能解决某一问题的服务来实现服务调用。3 i r s i i 是w e bs e r v i c e s 兼容 的。标准的w e bs e r v i c e s 可以很容易地在i r s i i 上发布，而任何i r s i i 的s e r v i c e 也可以成为其他w e bs e r v i c e s 结构的标准w e bs e r v i c e s 。i r s ，i i 是已实现的工具， 其体系结构由三大部分组成：i r s 服务器，i r s 发布器和i r s 客户端。这三部分 通过基于s o a p 的协议进行交互，如图1 - 3 所示。 ，一i r sp u b i i s h e ri 】_ v r 1 叫i r sp l i b l l s h e ri 】l l v i l lw 暑 叮葡再石丽面i 】i l l v mw s 图i - 3i r s i i 体系结构 瓜s i i 将语义信息加入w e bs e r v i c e s 描述中，并且在此基础上实现了服务的 自动调用和组合。服务发布组合工具也在不断改版可供研究者使用，具有如下四 函 第一章引言 个优点。 第一，领域知识在i r s i i 中起到了重要作用，i r s - i i 客户端软件中可视化地 给出了领域任务模型。k m i 对领域知识的定义是：k n o w l e x i g ea b o u tap a r t i c u l a r d o m a i n , a sd i s t i n c tf r o mt a ： km e t h o do ra p p l i c a t i o nk n o w l e d g e 。i r s - i i 的领域任务 模型解决以下问题： 应用( a p p l i c a t i o n ) 的需求分析过程就是任务分解过程。i r s - - r 具中的 a p p l i c a t i o n s 中定义了任务和问题求解方法可以解决的问题；t a s km o d e l s 为 某一领域内新应用的开发提供了可复用的任务模块，任务和问题求解方法提 供可复用的软件资产。 i r s i i 的领域任务模型提高了用户的自主性、灵活性和应用的可扩充性。当 某一领域内的新应用出现时，有权限的用户可以自行编写任务，问题求解模 型来扩充领域任务模型，注册实现问题求解模型的w e bs e r v i c e s 之后就可以 实现新的应用。因此承s h 是一个实现以领域任务为模型，面向任务的应用 的软件平台。 第二，i r s i i 用问题求解方法( p s m ) 【9 】来抽象地表示w e bs e r v i c e s ，向任务 模型屏蔽了具体的实现，从而使系统的搭建更为灵活。在i r s i i 中，简单p s m 可以解决一定粒度的任务。假如去掉p s m ，直接将w e bs e r v i c e s 与一定粒度的 任务相对应则会产生一系列的问题； 一个任务要有多个接口来对不同语言编写的w e bs e r v i c e s 进行识别。而有了 问题求解方法，一个任务只需要对应一个问题求解方法或少数几个问题求解 方法( p s m 间有父子继承关系时) ，而让不同语言编写的w 曲s e r v i c e s 内部 来处理其与问题求解方法的接口。 w e bs e r v i c e s 没有统一管理。一个任务下的问题求解方法可以有父子继承关 系，例如e x c h a n g e - r a t e - p r o v i d e r 这个父p s m 有两个孩子p s m s ： e m o p e a n e x c h a n g e r a t e - p r o v i d e r 和n o n e u r o p e a n - e x c h a n g e - r a t e p r o v i d e r 。这种 继承关系反映p s m 解决同一任务的强弱能力，用户可以根据应用的不同， 用不同强弱版本的p s m s 及其相应的w e bs e r v i c e s 来解决具体应用中的任务。 第三，i r s i i 采用u p m l 中任务t a s k 和问题求解方法p s m 区分的机制。任 务是聚集s e r v i c e s 的基本机制，一个任务可以聚集多个s e r v i c e ，只要找出一个 s e r v i c e 在哪个t a s k 下就可以得知这个s e r v i c e 的类型，而不需要查询服务提供者 来得知该s e r v i c e 的类型。在d a m l s 1 0 1 中，一个任务被定义成一个服务类， 具体解决任务的s e r v i c e 就是该类的一个对象。这样，s e r v i c e 和任务间是i s - a 的 继承关系，我们无法清楚地区分任务与s e r v i c e 的区别。而实际上，i s - a 的继承 关系并不总是有效的，一个问题求解方法可能只能解决一个t a s k 的弱版本，用 6 第章引言 一个弱版本的方法来解决其任务是不完全的。任务和方法的区分为匹配代理对二 者的匹配程度进行推理提供了基本框架。 第四，i r s i i 在对d o m a i no n t o l o g i e s ，t a s km o d e l s ，p s mm o d e l s 的描述中增加 了与本模块描述相联系的模块描述，使得任务推理更加灵活准确。d o m a i n o n t o l o g i e s ，t a s km o d e l s ，p s mm o d e l s 之间关联成一个复杂的网络，当一个需求生 成时，i r s - i i 就面向任务依照网络自动分解任务进行推理，并找到需求所要求的 其它任务，这是i r s i i 中服务的检索方式。直到将所有需求所要求的任务都分解 到可以用简单p s m 解决的粒度后，i r s 服务器调用各个p s m 相应的w e b s e r v i c e s 运行整个应用，由i r s 服务器负责服务的组合。因此，一个应用能实现的前提条 件不仅是i r s i i 中存在完成该应用的所有t a s k ，p s m ，和注册的w e bs e r v i c e s ： 还必须在d o m a i no n t o l o g i e s ，t a s km o d e l s ，p s mm o d e l s 之间存在关联网络，这样 i r s - i i 才能依照网络进行推理分解任务，找到相应的w e bs e r v i c e s 。 分布式计算是实现网络环境中资源共享和平衡负载的技术。随着i n t e m e t 的 普及和延伸，i n t e r n e t 环境上跨平台、跨语言和松耦合的w e bs e r v i c e s 分布式计 算模式应运而生，成为了分布式计算的新热点。它融合了网格计算中“无处不在 的、集成的计算与资源环境”的思想，将w 、w ( w o d dw i d ew e b ，万维网) 上 静态的、无结构的w e b 页面扩展到i n t e m e t 上自主行为的、具备执行任务能力的 服务( w e bs e r v i c e s ) ，试图实现分布式系统【1 1 】间的跨平台、跨语言和松耦合。 实现自主自治的w e bs e r v i c e s 发现、调用和组合是该领域的最终研究目标。 i r s i i 告诉我们，领域知识将在自主自治的w e bs e r v i c e s 发现、调用和组合 中起到重要作用，恰恰是当前大部分关于w 曲s e r v i c e s 的研究所忽略的地方。 1 r s i i 中的领域任务分解策略和领域任务模型是支持w e bs e r v i c e s 发现、调用和 组合的核心，是服务请求理解、服务分解和服务发现及调用整个流程的依据和支 撑。同时，i r s i i 用问题求解方法抽象地表示w e bs e r v i c e s ，向任务模型屏蔽了 具体的实现，从而使服务的组合更为灵活。i r s - i i 中的丰富的本体库资源支撑了 这种基于任务的推理。 当然，i r s i i 的领域模型是面向任务的，服务请求的分析过程实际上就是任 务分解过程。这种结构的缺点是，对任务变化的适应性不强，领域任务模型限制 了它能够满足的服务请求，这种固定的任务分解策略局限了面向s e r v i c e 的计算 的能力。原因是仅有的任务模型不能很好地描述软件体系结构。i r s i i 的领域特 征模型即任务模型的作用非常大，基本上是确定了任务模型，再找到相应的w e b s e r v i c e s 就可以构造一个可执行的应用。这样的任务模型方便并加快了应用的生 成执行，却限制了任务模型中还未涉及的新应用，对于新应用则需要根据新的领 域知识而不仅仅是任务知识来对原领域任务模型进行剪裁和扩充。因为，一方面 7 第一章引言 新应用可能不需要复用领域模型内的所有信息，另一方面新应用可能具有一些领 域模型所没有覆盖的特殊需求。 1 3 本文的目标工作 目前工业界和学术界提出了一些w e bs e r v i c e s 描述方法，如w s d l ，o w l s ， b p e l 4 w s 1 2 ，形式化方法中的p e t r i 网，进程代数等也有在服务描述中的应用。 但是，这些描述目前大部分只支持手工检索和手工组合，采用名调用的方式，对 w e bs e r v i c e s 能力的刻画还停留在服务的输入输出描述上。 本文希望使用一种新的w e bs e r v i c e s 描述方法，将现有的语法层方法提高到 语义层，支持基于该方法的w 曲s e r v i c e s 发现和组合，并提供使用该方法的w e b s e r v i c e s 描述、发现、组合工具。 本文结合国家9 7 3 课题：i n t e m 融环境下基于a g e n t 的软件中间件理论和方 法研究，对w e bs e r v i c e s 描述方法和发布组合工具进行了研究，主要工作如下： 研究了基于环境本体的w e bs e r v i c e s 描述方法，实现了一个w e bs e r v i c e s 描述、 发布、查找的平台，目的在于为i n t e m e t 环境下w e bs e r v i c e s 描述方法提供一个 工具，并对w e bs e r v i c e s 的语义理解和语义组合提供支持。 1 4 本文的结构 本文的整体结构如下： 第一章是引言部分，主要介绍i n t e m e t 上的新技术w e bs e r v i c e s 及相关的研 究背景；介绍w e bs e r v i c e s 涉及的主要关键技术，综述相关的研究现状，并详细 阐述了研究较成熟的i r s i i 方法的概况和优缺点；提出本文的研究目标并概括本 文的主要工作；说明论文的整体结构。 第二章介绍了基于环境本体的w e bs e r v i c e s 描述方法的理论基础，环境本体 和描述体系。 第三章详细阐述了基于环境本体描述方法的w e bs e r v i c e s 描述发布平台的 设计思想，体系结构，后台管理，运行步骤。 第四章给出一个网上书店的实例，展示w e bs e r v i c e s 描述发布平台的应用。 第五章是对全文工作的总结和对进一步工作的展望。 第二章基于环境本体的w e bs e r v i c e s 描述方法 第二章基于环境本体的w e bs e r v i c e s 描述方法 本章首先介绍在w e bs e r v i c e s 描述中引入环境的原因，然后阐述w e b s e r v i c e s 的环境本体，在此基础上分析基于环境的w e bs e r v i c e s 描述方法，最后 介绍环境驱动的w e bs e r v i c e s 组合。 2 1 环境的引入 w e bs e r v i c e s 的出现将分布式计算的潮流向前推进了一大步。在未来的应 用中，人们希望i n t e r a c t 上具备各种功能的w e bs e r v i c e s 具有一定的智能性。 i n t e r a c t 发展呈现出以下特征：无统一控制的分布性，节点的自制性和不可预测 性，链接的开放性和动态性，人、设备和软件的多重异构性，使用方式的个性化 和灵活性，网络连接环境的多样性。这要求w e bs e r v i c e s 适应i n t c m c t 环境特征， 具备自主性：软件实体具有相对独立性、主动性和自适应性；协同性：软件实体 之间多种方式的互连、互通、协作和联盟；反应性：软件实体具有感知外部运行 和使用环境的能力；演化性：结构和实体的演化能力，包括元素数目的可变性、 结构关系的可调节性和结构形态的动态可配置性；多态性：软件实体具有目标制 导能力和多目标的特征协同能力，从而使系统的效果体现出相容的多目标性。 在这种环境下，一种典型的应用场景如图2 1 所示【1 3 】。需求抽取单元 e x t r a c t o r 通过与软件需求方r c q u c s t o r 的沟通提取需求，然后分析需求，并在环 境本体的约束下将需求模型发布在i n t c m c t 上等待响应；另一方面w e bs e r v i c e s 供应商p r o v i d e r 将自己的w e bs e r v i c e s 产品也发布到i n t e m e t 上，同样也遵守环 境本体的约束。当某些w e bs e r v i c e s 有能力满足全部或部分新发布需求时，就自 主决定是否响应需求。所有响应需求的w e bs e r v i c e s 就构成了一个备用库s t a n d b y c o m p o n e n t s ，最后由组合单元c o m p o s e r 中的组合算法模型来判断和决定这些备 用w e bs e r v i c e s 的组合和协同机制。组合后形成的软件经过验证和测试之后便可 以提交给用户了。 9 第二章基于环境本体的w e bs e r v i c e s 描述方法 图2 - 1w e bs e r v i c e s 组合软件生成过程 在w e bs e r v i c e s 组合软件生成过程中，许多问题需要解决。必须解决的基本 问题包括： 如何约束发布在i n t e r a c t 上的需求和w e bs e r v i c e s 的描述，这些描述必 须支持w 曲s e r v i c e s 能力和需求间的相互理解； 满足部分需求的w e bs e r v i c e s 如何组合协同完成大粒度的需求任务。 无论是传统的c b s e ( c o m p o n e n tb a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) ，还是现在广泛 应用于电子商务的s o c ( s e r v i c eo r i e n t e dc o m p u t i n g ) ，都是着眼于有小粒度的部 件组合、协同完成大粒度的需求任务的。由于这些部件对于开发人员来说是可控 甚至是透明的，所以部件的组合控制机制是由开发人员预先设计和定义的。目前 已有的关于w 曲s e r v i c e s 的组合工作，也只是局限于在已有机制的指导下执行语 法层上的自动组合。而理想的w e bs