（计算机应用技术专业论文）基于本体的语义web服务发现机制的研究.pdf

太原理：c 大学硕士研究生学位论文 基于本体的语义w e b 服务发现机制的研究 摘要 自万维网之父t i mb e m e r s l e e 提出了语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 的概 念以来，语义w e b 和w e b 服务成为目前万维网中发展的两个重要趋势， 这两种技术的结合产生了一个新兴的研究课题，那就是语义w e b 服务。 语义w e b 服务是指用语义w e b 标记语言来描述w e b 服务的语义，从而 能够使w e b 服务成为计算机可以理解的实体，进一步能够支持w e b 服务 的自动发现和复合。在服务发现的过程中涉及到服务之间的语义匹配算 法和服务复合模式。本文研究的是基于本体的语义w e b 服务发现机制， 目标是利用一个合理的语义w e b 服务匹配算法，使得在服务发现时服务 之间的语义匹配可以得到合理的匹配度，并根据匹配度得到服务之间的 匹配关系，进而指导动态的服务查找及服务复合。服务复合是服务发现 中很重要的一步，它可以在很大程度上重用现有的资源来满足用户的需 求，在这里服务之间的匹配度决定了服务复合时将采用何种复合模式。 研究的意义是软件a g e n t 可以按照服务请求者的需求自动对服务之间的 语义匹配度进行计算，根据计算的结果自动发现，执行，复合已经注册 的语义w e b 服务，从而使服务可以动态的，灵活的满足用户的需求。 本文对语义w e b 服务发现技术，包括w e b 服务技术及存在的问题， w e b 服务的语义化理论，描述语言o w l 、o w l s ，u d d i 服务注册发现 机制，基于功能性的服务匹配算法，及服务复合模式进行了研究。在匹 太原理工大学硕士研究生学位论文 配算法的研究中，本文结合国外较为知名的语义消解算法提出了修改后 的服务匹配算法，修改后的算法在缩小搜索空间上给出了合理性建议， 在原算法中增加了新的属性匹配规则。同时，为了实现服务发现的动态 性与自动化，基于上述算法进一步提出了服务复合的两种基本模式一一 顺序模式和并行模式，并对这两种复合模式给出了判定规则及相关证明。 在论文的实验部分，结合w e b 应用实例e l e a r n i n g 中的的选课服务，初 步实现了本文中的服务匹配算法及服务复合判定，并对每一个构建好的 服务本体给出了服务的语义描述。在论文的最后对论文的相关研究进行 了总结，并对下一步工作重点进行了展望。 关键词：本体，语义w e b ，语义w e b 服务，服务匹配，服务发现，服务 复合 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ho n d i s c o v e r ym e c h a n i s mo fs e m a n t i c w e bs e r v i c e sb a s e do no n t o l o g y a b s t r a c t s i n c et h ee n v i s i o no fs e m a n t i cw e bw a sp r o p o s e db ym r t i m b e m e r s l e ei n2 0 0 0 w h oh a sp u tf o r w a r dt h ec o n c e p to fw 州t h e s e m a n t i cw e ba n dt h ew e bs e r v i c e sh a v eb e c o m et w oi m p o r t a n tt r e n d so ft h e d e v e l o p m e n to fw n t h ec o m b i n a t i o no ft h e s et w ot e c h n i q u e sg e n e r a t e sa n e wr e s e a r c hd i r e c t i o n ：t h es e m a n t i cw e bs e r v i c e s t h es e m a n t i cw e b s e r v i c e s ，w h i c hd e s c r i b e st h es e m a n t i c so ft h ew e bs e r v i c e st h r o u g hu s i n gt h e s e m a n t i cr e m a r k l a n g u a g e ，m a k e s t h ew e bs e r v i c e sb e c o m et h e c o m p u t e 卜c o m p r e h e n s i b l ee n t i t ya n df u r t h e rs u p p o r t st h ea u t o m a t i cd i s c o v e r y a n dc o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e s t h es e r v i c e sc o m p o s i t i o ni s av e r y i m p o r t a n tp a r td u r i n gt h es e r v i c ed i s c o v e r y , w h i c hc a ns a t i s f y t h eu s e r ，s r e q u i r e m e n t sb yr e u s i n gt h ee x i s t i n gr e s o u r c e s t h es e r v i c e sc o m p o s i t i o n m o d e li sd e t e r m i n e db yt h em a t c h i n gd e g r e eb e t w e e nt h es e r v i c e s t h e s i g n i f i c a n c eo ft h i sr e s e a r c hi st h a tt h es o f t w a r ea g e n t sc a l ld y n a m i c a l l ya n d f l e x i b l ys a t i s f y t h e u s e r s r e q u i r e m e n t st h r o u g h a u t o m a t i c d i s c o v e r y , e x e c u t i o na n dc o m p o s i t i o no ft h er e g i s t e r e ds e m a n t i cw e bs e r v i c e sa c c o r d i n g t ot h em a t c h i n gd e g r e eb e t w e e nt h es e r v i c e s t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yf o c u s e so nt h er e l a t i v et e c h n i q u e so fs e m a n t i c w e bs e r v i c e sd i s c o v e r y i n c l u d i n g t h ew e bs e r v i c e s t e c h n i q u e s ，t h e s e m a n t i c i z i n gt h e o r yo fw e bs e r v i c e s ，t h es e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g es u c h i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 a so w la n do w l s ，t h es e r v i c e sd i s c o v e r ym e c h a n i s mu d d i ，t h ef u n c t i o n a l s e r v i c e sm a t c h i n ga l g o r i t h ma n dt h es e r v i c e sc o m p o s i t i o nm o d e l s i nt h e r e s e a r c ho ft h em a t c h i n ga l g o r i t h m ，a ni m p r o v e ds e r v i c e m a t c h i n ga l g o r i t h m ， w h i c hi sb a s e do na ni n t e r n a t i o n a lf a m o u ss e m a n t i cr e s o l u t i o na l g o r i t h m ，i s p r e s e n t e d t h i si m p r o v e da l g o r i t h ma l s og i v e st h er a t i o n a ls u g g e s t i o n sa b o u t t h er e d u c t i o no fs e a r c h i n gs p a c ea n da d d sn e wp r o p e r t y m a t c h i n gr u l e s a tt h e s a m et i m e ，i no r d e rt or e a l i z et h ed y n a m i ca n da u t o m a t i cs e r v i c e sd i s c o v e r y , t h i sd i s s e r t a t i o na l s op r o p o s e st w os e r v i c e sc o m p o s i t i o nm o d e l s ：s e q u e n t i a l m o d e la n dp a r a l l e lm o d e l ，t h er e l a t i v ej u d g m e n tr u l e sa n dt h er e l a t i v e t e s t i f i c a t i o n i nt h ee x p e r i m e n tp a r t ，ac o u r s es e l e c t i o ns e r v i c ei nt h e e - - l e a r n i n ga p p l i c a t i o ni se m p l o y e dt oc h e c kt h es e r v i c e - m a t c h i n ga l g o r i t h m a n dt h es e r v i c e sc o m p o s i t i o nj u d g m e n to ft h i sd i s s e r t a t i o n a tl a s t ，t h e c o n c l u s i o na n df u t u r ew o r ka r ep u tf o r w a r d k e yw o r d s ：o n t o l o g y , s 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 e r v i c e m a t c h ，s e r v i c ed i s c o v e r y , a n ds e r v i c ec o m p o s i t i o n i v lillll叫叫i】 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 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 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：堑釜日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：幻哥 导师签名： 锄面 日期： 兰! ! ! ：曼：12 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 近年来，随着电子商务的迅速崛起，w e b 应用从局部化发展到全球化，从 b 2 c ( b u s i n e s s t o c u s t o m e r ) 发展到b 2 b ( b u s i n e s s t o b u s i n e s s ) ，体系结构从集中式发展到 分布式，w e b 服务作为一种新兴的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。从电子商务应用领域来看，复杂的应用连接 和程序代码造成了电子商务应用的高维护代价和更新代价，为了使当前w e b 应用适 应全球化和复杂商务处理的需求，进行w e b 上已有的网络计算组件的集成，要求基 于现有协议提高w e b 应用的互操作能力及服务质量，而w e b 服务正好能够解决这一 问题，它成为目前应用环境中最为合理的解决方案【l 】，那么进行研究w e b 服务核心支 撑技术具有重要的意义。 众所周知，w o r d lw i d ew e b ( w w w ) 是一种在t c p i p 协议之上的特殊结构框架， 通过链接机制可以访问遍布全球的i n t e m e t 资源，有关w w w 的各种技术统称为w e b 技术。当前w e b 技术的体系结构主要是基于h t m l 和h t t p 协议，在服务器端存放有 u r l 标识的各种w e b 资源，客户端通过浏览器访问w w w 上的文档资源。w w w 自 上个世纪9 0 年代初由t i mb e m e r s l e e 提出以来，经过1 0 余年的发展，已经在i n t e m e t 中完全占据了主导地位。随着w e b 迅速地普及，基于w e b 的应用也由最初的简单应 用延伸到种类日益繁多的复杂应用和计算。然而，传统的w e b 体系结构已越来越不 能满足新的发展需求，w w w 的潜力也还远远没有发挥出来。因此，近年来，w w w 的发展出现了两个新兴的重要发展趋势2 】【3 l ： 一个是w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 。w e b 服务是描述一些操作的接1 2 1 ，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 服务是一些自包含、自描述、模块化的程序，可以发布 在w e b 上，并被发现和调用，越来越多的服务提供商开始基于w e b 向用户提供服务【4 l 。 另一个是语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 。语义w e b 的概念【5 】【6 】【7 1 由t i mb e m e r s l e e 于 1 9 9 8 年首次提出。语义w e b 研究的目标是扩展当前的w e b ，赋予w e b 中的所有信息 太原理工大学硕士研究生学位论文 以定义良好的语义，让计算机能够理解和处理，从而使人和计算机能更好地协作，充 分发挥w w w 这个巨大的分布式信息系统的潜力。 语义w e b 的研究不仅将使w w w 由信息的海洋变为知识的海洋，也为w w w 上 的另一种重要资源一一w 曲服务带来了新的活力。如果用语义w e b 的知识标记手段 来描述服务的语义，将使得w e b 服务成为计算机可以理解的实体，从而支持服务的 自动发现、执行和复合等博j 。 下面就w e b 服务、语义w e b 和语义w e b 服务等概念作简要阐述。 1 。1 w e b 服务技术及存在问题 1 1 1w e b 服务技术概述 w e b 服务是一种新兴的分布式技术，它的使用将改变目前的开发模式和应用部 署的费用规模。w e b 服务能够统一地封装信息，行为，数据表现以及商务流程，而无 需考虑应用所在的环境是使用何种系统和设备。它成为目前应用环境中最为合理的解 决方案【9 】。w e b 服务提供了一种崭新模式：人们通过程序来自动启动和处理商业事务， 并能够在一个分布式的计算环境中动态地描述，发布，发现和调用所需的服务，而不 用去关心服务在什么地方，以及它是怎么实现的。 w e b 服务是一系列标准且还在发展中，它们由万维网协会( w 3 c ，w o r l dw i d e w e bc o n s o r t i u m ) 设计和指定，用来促进跨平台的程序对程序通信。再具体一些，w 3 c 目前已经指定了一个模板w e b 服务描述语言( w s d l ， w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 幕d 一个过程通用协议简单对象访问协议( 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 ) 的编程接口作为”正式的”w e bs e r v i c e 标准。从技术上讲，w e b 服务是可以通 过标准的w e b 层或更高层协议如m 1 p ，s o a p ，s m t p 等访问的应用组件。当前 w e b 服务在商业界的应用相当成熟，主流的软件公司都支持w e b 服务，各行各业对 w e b 服务也报之以极大的热情，w e b 服务的数量和广度正在以爆炸速度增加。随着 w e b 服务的快速发展，它自身不完善或弱点也逐渐暴露出来，其中主要的是 h i ： 1 ) w e b 服务的管理：数量巨大的w e b 服务资源时刻在产生，消亡，发展，升级， 如何有效地管理和组织并协调调用这些资源； 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 ) 服务复合问题：正确集成、复合现有w e b 服务的功能快速完成复杂的任务； 3 ) 服务互操作：现有通信基础对服务互操作过程的语义转换的能力不足。 w e b 服务系统中重要的是发布、查找和绑定，这涉及服务发布和发现两层协议。 总结目前的研究情况，w e b 服务中存在三类关键的问题【1 2 】【1 8 】：分别是w e b 服务描述 和w e b 服务发现模式，以及服务之间的匹配。 1 w e b 服务描述。为了能够表达w e b 服务的有关操作和消息格式，那么必须进 行w e b 服务描述。w e b 服务描述定义了w e b 服务体系中所有的特定类型，像服务的 功能、行为，及其它类型的信息。目前大多数w e b 服务描述都是语法性的，如w s d l 。 在实际应用中要求服务的执行具有动态性，并且能够达到自动化。其它w e b 服务描 述语言如w s c l t ”1 ，或描述语法如e s p e a k 则根据不同的目的扩充基本w e b 服务描 述，使w e b 服务的商业会话、服务质量、类型以及其它附加属性能够方便的描述出 来。但是这些服务描述语言共同的弱点是语义表达能力差，不能实现w e b 服务的智 能化。 2 w e b 服务发现。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。服务发现是根据w e b 服 务描述语言w s d l 定位或发现一个或多个描述特定的w e b 服务的文件的操作。它让 w e b 服务客户端得知一个w e b 服务是否存在并且到哪里找到这个w e b 服务的描述文 件【1 。 3 w e b 服务之间的匹配【4 2 】。 服务之间的匹配用于查找满足服务需求的w e b 服务，目前这种匹配一般是基于 u d d i 所支持的关键字或输入输出类型进行的。由于缺乏语义支持，无法满足今 后大量的各式各样的w e b 服务发现应用的要求。设计有语义支持的w e b 服务查询匹 配算法，也是今后w e b 服务发现中研究的一个关键。 1 1 2 目前的w e b 服务发现技术 在传统的服务发现方法中绝大多数服务发现是3 s 模型：即服务的管理者( s e r v i c e m a i l a g e r ) 服务的提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 和服务的消费者( s e r v i c ec o n s u m e r ) 。例如： 3 太原理： 大学硕：b 研究生学位论文 s l p 【4 0 ( s e r v i c el o c a t i o np r o t o c o l ，简称s l p ) ，j i n i 等。另外一种流派的服务发现模型 是对等模型，例如：u p n p 4 l l ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ，简称u p n p ) 。s l p 有很高的灵 活性因而其适用范围广泛，同时也是进行广域网内服务机制研究的参考协议。u p n p 缺乏s l p 所具有的目录服务机制，它比较适用于家用范围内的连网，扩展性不强。j i n i 是一种分布式环境，它的分布式对象技术和移动代码特性，以及它的查找服务、远程 事件和事务处理机制为服务的开发、发现和访问提供了完备的支持；这与当前分布式 对象计算的大趋势是一致的，其缺点是执行效率低。总结起来，工业标准的服务发现 大多基于框架和关键字进行精确匹配，实际应用中，w e b 服务发现技术的结构有以 下几种： 1 ) 直接检索：效率和实用性不高，其技术实现方式是基于关键字的，类似传统的搜 索引擎的工作方式【1 3 1 ； 2 ) 集中式架构：服务提供者在此架构提供的注册中心中注册服务，发布服务公告及 引用。典型的架构是u d d i ，其技术实现方式是：基于框架的，根据分类法和功能将 服务归类，服务发现归结为结构化查找； 3 ) 分布式架构：如p 2 p 发现机制，提供了良好的可扩展性和灵活性，但是效率无法 保证。典型的发现标准有w s i n s p e c t i o n 。 1 1 3w e b 服务发现存在的问题 因为现有的w e b 服务技术没有利用任何语义信息，所以不能满足客户提出的基 于服务功能性描述寻找服务的需求，这使得w e b 服务的发展面临着关键的挑战。首 先基础资源互联网本身存在缺点：网页功能单调、搜索引擎智能化程度低等，这是因 为大部分w e b 上的内容是设计给人阅读的，而不是让计算机程序按其意义进行操作 的。面对基于互联网存在的大量服务，如何检索，使用这些服务，更好地满足用户的 需要，成为目前迫切需要研究的问题。要实现这个目的，软件代理需要一个计算机可 以理解的服务描述和可以访问的方法，才可实现自动w e b 服务。对于目前的w e b 服 务描述语言w s d l 只给出了服务能作什么和如何绑定，发现服务的描述，而不知道 智能代理需要哪些服务以及所满足的约束。它虽然在x s d 中定义了输入和输出类型 太原理 ：大学硕士研究生学位论文 的概念，但它并不支持在输入和输出参数之间的逻辑约束的定义，u d d i 也没有给出 服务的性能描述，只局限于服务的名称，一个指向服务提供者的指针和一个表明在什 么地方可访问服务的端口。 总而言之，w e b 服务强调的是如何让计算机系统来使用w e b 上的应用，迫切需 要解决信息交互中语义理解的问题。目前主流的w e b 服务技术如w s d l u d d i 仅 提供服务的基本描述和基于框架的发现机制，显然不能满足w e b 服务自动发现和动 态复合的要求。而且针对服务发现过程中的服务描述的匹配，仅提供了基于框架 ( 行a m e b a s e d ) 和精确匹配的方法，不能根据语义或上下文信息自动准确的发现所需要 服务。目前，在w w w 基础上出现了一种新的技术，那就是语义w e b ( s e m a n t i c w e b ) ， 语义w e b 的核心概念是w e b 上的数据被赋予恰当的定义，以机器可解释和阅读的的 方式来表达，使计算机和人更好地协同工作。所以它可以解决w e b 服务中不含语义 的问题，考虑将二者有效的结合。下面就语义w e b 进行简单的介绍。 1 2 语义w e b 服务概述 t i m b e m e r s l e e 对语义w e b 作了如下的描述：语义网并不是一个孤立的万维网， 而是对当前万维网的扩展，语义万维网的信息具有良好的定义，使得计算机之间以及 人类能够更好的彼此合作。根据上面的描述，可以简单的描述为：机器可以理解数据 含义的下一代万维网，称之为语义万维网，语义网的语义表示计算机对某一个概念、 术语或者符号可以理解的“含义”【1 4 1 。语义w e b 研究的主要目的就是扩展当前的w e b ， 使得w e b 中所有信息都具有语义而且能被计算机理解和处理，便于人和计算机之间 的交互和合作。 考虑将语义w e b 和w e b 服务的研究相结合，实现它们的功能互补是一种自然的选 择【1 0 1 。有很多学者认为w e b 服务也是一种w e b 之上的资源，是语义w e b 的一种应用 1 2 1 ”1 。基于这种想法，提出了语义w e b 务的概念，语义w c b 服务是语义w e b 和w e b 服务的结合，可为w e b 服务的发现、执行、解释和组合的自动化提供有效的支持。将 语义引入w e b 服务中，为解决w e b 服务中出现的不含语义的问题提供了一种可以解决 的办法。这种办法就是将w e b 服务的功能或者行为转换为结构化的语义信息，使其对 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 计算机在语义上是可理解的，使机器自动识别w e b 服务包含的功能性属性，然后进行 匹配查找，最终实现w e b 服务发现的自动化。所以在w e b j 艮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 e b 服务的质量。 本体( o n t o l o g y ，在3 2 节中描述) 是语义w e b 的基础，在w e b 服务中有效利用本体 对服务的概念进行建模，可以指导语义w e b 服务的设计。目前在众多的研究机构中， 研究语义w e b j 务的主要方法是利用o n t o l o g y 来描述w e b j 务，然后通过这些带有语 义信息的描述实现w e b 服务来实现服务的自动发现，调用和复合。语义w e b 和w e b 服 务是语义w e b 服务的两大支撑技术。o w l s 是连接两大技术的桥梁，目前研究也主要 围绕o w l s 展开。它由几个高层本体组成。这些本体包括了构造描述服务的各个方 面。在第三章会对o w l s 做出详细的介绍。 1 3 课题的提出及意义 如前所述，由于w e b 服务的描述缺乏足够的语义信息，所以w e b 服务发现具有 不确定性。用于描述w e b 服务的w s d l 并不能很好地表达w e b 服务的语义信息；并 且所描述的是静态的w e b 服务，且不包含任何有关服务执行过程的信息，而在实际 应用中要求服务的执行具有动态性，并且能够达到自动化。为了能够根据用户提供的 信息更加准确地描述并执行w e b 服务，考虑更加丰富的语义和上下文信息，首先， 本课题通过研究语义w e b 和w e b 服务，研究国内外将二者进行结合的理论，在w e b 服务中有效利用本体对服务中的概念进行本体建模；其次，分析语义w e b 服务的语 义描述的方法，在服务发现研究过程中提出了语义w e b 服务的发现框架，在查找服 务时提出了改进后的服务匹配算法以及服务复合的两种基本模式，此匹配算法用于服 务发现过程中服务之间的语义匹配，而且服务复合的两种模式在很大程度上解决了服 务之间利用语义进行的动态服务复合。 高效的w e b 服务发现技术和架构是w e b 服务的核心支撑技术之一，针对上述问 题，w e b 服务发现的自动化、基于语义的w e b 服务发现技术都是重要的研究方向。 本课题对这个研究方向进行了探讨，目的是更能体现用户预期的目标，能正确、高效 地找到用户想要的服务，从而提高w e b 服务发现结果的准确性。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 4 国内外研究动态 自1 9 9 8 年t i mb e r n e r s l e e 提出语义w e b 的构想和2 0 0 1 年正式提出语义w e b 的 概念以来，语义w e b 已经吸引了越来越多的研究者的注意。目前在语义w e b 服务发 现中，研究集中在服务的语义匹配上【1 6 1 ，匹配过程中有效的利用了语义信息描述。在 服务的描述中，技术信息的匹配较为简单，例如：关键字，语法，类型等：比较复杂 的是将服务之间的功能性属行进行匹配，这直接关系到服务发现的准确与否。在 1 8 中提出了基于o w l s p r o f i l e 的分级匹配的语义w e b 服务发现策略。文献i l 州提出了 对w s d l 的扩展，加入了体现语法形式的语义标注，其语义表示完全基于x m l 规范， 与原w s d l 进行了无缝结合，使服务的执行更符合预期目标。文献1 2 0 j 提出了一种基 于语义w e b 、利用过程本体的w e b 服务发现技术。该技术将服务的功能作过程模型 定义了过程本体。该技术中的本体，查询都以x m l 格式定义，具有较高查准率和易 实现的特点。但服务的过程本体的定义直接影响到服务发现的最终结果。 c h a k r a b o r t h t 引肄提出了以一种语义w e b 描述语言d a m l 描述服务，以p r o l o g 语言为 推理语言的服务发现系统。t r a s t o u r t 2 2 1 等提出以r d f 描述服务为一棵树形结构，通过 树的遍历，得到匹配结构。w 3 c 组织提出了以o w l s 语言( 在第三章介绍) 描述服 务，通过服务输入输出的概念匹配得到匹配的结果。s w o r d 是美国斯坦福大学s w i g 研究组提出的一种可以快速在服务发现中复合已有的w e b 服务实现新的w e b 服务的 工具【2 3 1 。在s w o r d 中，单独的w e b 服务根据其输入和输出来定义。它的前提是相 关的服务描述已经加载到了服务引擎中，在服务复合过程中没有新的服务发现。 在语义w e b 服务发现的研究中，涉及到服务匹配算法，此算法的研究还不成熟。 在现有的研究中，主要有m a s s i m op a o l u c c i 等人提出的匹配算法1 2 4 】和y u np e n g 等人 提出的语义消解算法【2 5 】。文献h 4 】在【2 4 的基础上，提出了一种基于o w l s 的发现机 制，在发布服务时允许o w l sp r o f i l e 嵌入到u d d i 中；基于文献【4 5 j 的l a r k s m a t c h m a k e r 方法中给出了一套过滤机制来减少参与匹配的服务。本论文在进行服务 发现过程的服务匹配时就是借鉴m a s s i m op a o l u c c i 等人和y u np e n g 等人所提出的算 法，将其用于w e b 服务，并对二者进行了改进，改进后的算法中有了三点：( 1 ) 增加了 按照服务类型匹配，用来缩小服务匹配空间；( 2 ) 属性的权值，它用来判断某个概念 7 太原理i l 大学硕士研究生学位论文 或属性的重要性，并用神经网络的方法提出修正；( 3 ) 在服务功能性匹配时，对于属性 其他的方式进行了判定。 1 5 本文的主要工作和结构 在本文的研究过程中，作者对语义化w e b j 艮务技术，服务匹配算法及服务复合机 制进行了深入的研究。这些工作包括：采用w e b l 艮务描述语言o w l s 来描述服务，建 立知识库，包括建立领域本体和服务本体，改进了服务匹配算法，设计了服务动态复 合时的两种复合模式。下面的章节结构安排如下： 第二章对w e b 服务技术基础进行了详细的说明，其中包括w e b j 务的技术构架和 几个重要标准，以及w e b 服务的描述方法，重点写了目前的w e b 服务的服务发现方法。 第三章对w e b 服务语义化进行了阐述，其中包括语义w e b 服务的理论基础，语义 w e b 的体系架构，以及语义w e b 的基础o n t o l o g y ，和语义w e b l 暇务的描述语言o w l s 。 第四章介绍了语义w e b j 报务的服务发现机制，提出了改进后的服务匹配算法，基 于此算法提出了服务复合的两种基本复合模式。在这部分中，建立了能合理描述用户 需求的多维用户模型。 在试验部分，基于e 1 e a r n i n g 系统，用形式化的方法描述了试验中的若干服务本 体，提取出各个服务的输入输出参数。初步实现了服务匹配算法和服务复合，进一步 证明了论文中的理论部分。 第五章对已完成的工作作了总结，并提出了对下一步工作的展望。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章w e b 服务的技术基础 在第一章中简要说明了w e b 服务的相关概念，我们知道了w e b b 务是与平台无 关的、基于标准的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。它能够解决目前异构平台中应用系统的集成问题，减少了维 护和更新代价。它成为目前应用环境中最为合理的解决方案。因此有必要对w e b 服 务技术的模型、体系、标准作一个系统而全面的讨论，从而掌握其本质。 2 1w e b 服务技术构架 2 1 1w e b 服务的体系结构 图2 - 1 从分层的角度来描述了w e b 服务的整体架构。和网络的分层结构类似， 上一层需要下一层的支持。安全性，可管理性，服务质量则需要在各个层次上都有体 现。w e b 服务涉及到一些新的规范，如u d d i ，w s d l ，w s f l ( w e bs e r v i c ef l o w l a n g u a g e ，w e b s e r v i c e 流语言) ，s o a p 等。通过这样一个层次分明的架构，w e b 服务希望打到一个目标：实现动态的应用集成，将电子商务推向智能化和更加实用的 阶段【2 6 】。 w s f l u d d i u d d i w s d l s o a p h 1 w ，f t p ，e m a i l ，等 服务流 服务发现 服务发布 可服 安管务 全理质 服务描述 性量 基于x m l 的消息 网络 图2 - 1w e b 服务的整体架构 f i g 2 - 1t h ef r a m e w o r ko f w e bs e r v i c e w e b 服务主要利用h t t p 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 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 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【4 1 1 。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 1 所示： 2 12w e b 服务的运行模式 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) 。 w e b s e r v i c e 是独立的，模块化的应用，能够通过因特网来描述，发布，定位以及调用。 w e bs e r v i c e 的体系架构中包括三个角色：服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ，服务请求者 ( s e r v i c er e q u e s t e r ) 和服务注；0 珊器( s e r v i c er e g i s t r y ) 。角色间有三个操作：发布( p u b l i s h ) ， 查找( f i n d ) ，绑定( b i n d ) 。如图2 所示。 图2 - 2w e bs e r v i c c 的运行模式 f i g 2 - 2w e bs e r v i c er u n n i n gp a a e m 典型的w e b 服务的运行模式是：服务提供者开发一个通过网络可以被访问到的服务， 然后将服务的描述注册到服务注册器或者发送给服务请求者；服务请求者通过查找动 作在本地或服务注册器中检索服务描述，找到后，通过服务描述中的绑定就可以使用 该项服务。总的来说，在w e b 服务架构中，使用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。 那么w e b 服务是怎样工作的呢? 通过下面进行说明1 5 5 j ： 1 0 太原理： 大学硕士研究生学位论文 = 班璁 位置a 位置b 图2 - 3 使用s o a p 和h t t p 通过w e b 调用的方法调用远程对象 f i g2 - 3i n v o k e ”m o t eo b j e c tv i aw e bi n v o k i n gm e t h o du s i n gs o a pa n dh t t p w e b 服务是一种分布式计算体系结构。通过设计和指定w e b 服务来促进跨平台 的程序通信。在图2 3 中，服务“a ”( 一个“服务请求者”应用程序) 使用简单对象 访问协议( s o a p ) 和一个注册中心( u d d i ) 来定位服务“b ”。在因特网上使用h t t p 作为底层通信协议，使用w s d l 来帮助程序确定用来互相通信的服务。 服务”a ”服务”b “ i n t e m e t w e b 或内部i n t r a n c t , 或 w e b s e r v i c e 1 企业伙伴间的 7 s e r v i c e v p n 协议和注册协议和注册 图2 - 4w e b 服务的工作方式 f i g 2 - 4t h ew o r k i n go f w e bs e r v i c e w s d l 的用途是“描述”w e b 服务。业务之间将通过交换w s d l 文件来理解对 方的服务。一旦知道对方的服务并希望调用它们，简单对象访问协议s o a p 就派上用 场了，如前所述，它用来进行远程调用，可以将服务看作是通过s o a p 访问的对象。 2 2w e b 服务的描述方法 w e b 服务的描述是进行服务发现和复合的基础。随着通信协议和消息格式在w e b 中的标准化，以某种格式化的方法来描述通信变的越来越重要，其实现的可能性也越 来越大。服务提供者向一个或多个服务注册处发布服务描述。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 服务的消息格式以及目标网络地址。 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 3 认为服务描述按照描述的层面可以分为目标描述，接口描述，实现描述和非 功能性描述等。在这个基础上结合服务的语义描述可分为功能性描述和非功能性描 述，功能性描述例如：服务目标描述，输入，输出，调用格式等。非功能性描述包括 服务提供者的信息，相关产品信息，工业分类，价格，最大和最小响应时间等。 目前大多数的w e b 服务描述规范都是语法性的【4 ”，典型的就是w s d l 。w s d l 由a r i b a 、i n t e l 、i b m 和m i c r o s o f t 等开发商提出，采用标准的x m l 格式描述w e b 服 务。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。w s d l 定义了一套x m l 语法描述的网络服务方式。它是描述w e b 服务的规范。 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，比如对参数数 目和参数类型等都作了详细的描述。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w s d l 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。一个w s d l 文档在定义网络服务时使用如下元素： ( 1 ) 类型( t y p e s ) ：- - 种使用某种类型系统( 如x s d ) 定义数据类型的容器，定义了所 有数据类型集合。 ( 2 ) 消息( m e s s a g e ) ：通信数据抽象的、有类型的定义，定义了通信中使用的消息的 数据结构。 ( 3 ) 操作( o p e r a t i o n ) ：w e b 服务支持的某种行为的抽象描述。 ( 4 ) 端e l 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，使用 m e s s a g e s 部分的消息定义来描述方法( 操作名称、输入输出参数等) 。 ( 5 ) 绑定( b i n d i n g ) ：将特定端口类型的具体协议和数据格式规范绑定。 ( 6