（计算机科学与技术专业论文）面向语义web服务的发现机制研究——基于chord的语义web服务发现.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 摘要 面向语义w e b 服务的发现机制研究 基于c h o r d 的语义w e b 服务发现 摘要 w e b 服务作为工业界的一个标准，是未来互联网重要趋势之一。 将语义w e b 的核心技术本体应用于w e b 服务，形成了语义w e b 服务。语义w e b 服务在标准的w e b 服务描述中添加了语义信息，使 计算机可以理解其内容，从而支持w e b 服务的自动化发现、选择、 组合、协商、执行和监控。 在语义w e b 服务的整个生命周期中，w e b 服务发现处于首要位 置，只有查找到了满足需求的的w e b 服务后才能进行后面的选择、 组合、协商、执行和监控等操作。本文研究的重点就是在分布式对等 网络环境中如何高效的发现w e b 服务，在综合考虑用户的功能性需 求和非功能性需求的前提下找出最能满足用户需求的w 曲服务。 传统的w 曲服务发现方法是基于集中式的注册中心，如统一描 述、发现和集成( 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 d i n t e g r a t i o n ) ，但是它经常导致单点失败和性能瓶颈。为此，本文结合 实际，提出了一种基于分布式对等网络c h o r d 的语义w 曲服务的发 现算法，此算法能够根据w 曲服务的语义分类词( c a t e g o r y ) 进行路由 查找到正确的存储满足要求的w e b 服务的结点，在未找到足够多的 满足要求的w e b 服务的情况下，还能进行分类词扩展查询。基于此 算法，实现了一个简单的语义w e b 服务发现系统。 论文共分为六章：第一章，介绍本文的工作背景以及主要内容； 第二章，概述w ，e b 服务和语义w e b 的主要思想，包括结构、特性和 功能，介绍对等网络及其拓扑结构分类；第三章，简要介绍c h o r d 算 法，重点讲述一种基于c h o r d 的语义w e b 服务发现方法；第四章， 详细描述在分布式对等网络中语义w e b 服务发布和发现系统的设计 和实现过程；第五章，基于测试结果，分析系统的性能，包括查全率， 查准率和负载；最后一章，总结论文的主要工作，并对今后工作进行 展望。 北京邮电人学硕士学位论文摘要 关键词：语义w e b 服务对等网络服务发现 扩展查询分类词p i s o m w a r e 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 r e s e a r c h0 nc i u t i c a lt e c h n o l o g yo f s e n 【a n t i c 慢bs e i v 1 c e d i s c o v e r yo f s e m a n t i c 、砸bs e r v i c eb a s e do nc h o r d a b s t r a c t w e bs e r v i c ei sa l li m p o r t a n tt r e n di nt h ew o r l dw i d ew e b ( w w w ) a s a l li n d u s t r i a ls t a n d a r d a p p l y i n go fs e m a n t i cw e b t e c h n o l o g yi n t ow e b s e r v i c eg i v e sb i r t ht oa n o t h e rn e wt e c h n o l o g y - - - - - - - - - - - s e m a n t i cw e b s e r v i c e o n t o l o g y , c o r et e c h n o l o g yo fs e m a n t i cw e b ，c a nb eu s e dt o d e s c r i b et h es e m a n t i c so f 胎6s e r v i c ea n dm a k et h es e r v i c e u n d e r s t a n d a b l eb yc o m p u t e r s ，s oa st oe n a b l ec o m p u t e r st od i s c o v e r , s e l e c t ，c o m p o s e ，n e g o t i a t ea n de x e c u t ew e bs e r v i c ea u t o m a t i c a l l y d i s c o v e r yi st h ef i r s ts t e pd u r i n gt h ew h o l el i f e c y c l eo fs e m a n t i cw e b s e r v i c e o n l yf i n d i n gt h ep r o p e rw e bs e r v i c e ，c a nw ed ot h es e l e c t i o n , c o m p o s i t i o n ，n e g o t i a t i o n ，e x e c u t i o na n dm o n i t o r t h i sp a p e ri sf o c u s e do nh o wt of i n do u ts e m a n t i cw e bs e r v i c e e f f e c t i v e l yi nt h ed i s t r i b u t e dp e e rt op e e rn e t w o r k c o n s i d e r i n gb o t ht h e f u n c t i o n a la n dn o n f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t si tc a nf i n do u tt h ew e b s e r v i c et h a tm a t c h st h er e q u i r e m e n t so fu s e r st h eb e s t t h et r a d i t i o n a ld i s c o v e r ym e t h o do fs e m a n t i cw e bs e r v i c ei sb a s e d o nc e n t r a l i z e dr e g i s t r y , s u c ha su 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 y a n d i n t e g r a t i o n ) b u t i to f t e n l e a d st o s i n g l ep o i n to ff a i l u r ea n d b o t t l e n e c k t h u s ，t h i sp a p e rp r o p o s e dad i s c o v e r ym e t h o do fs e m a n t i c w e bs e r v i c eb a s e do np e e rt op e e rn e t w o r kc h o r d i tc a l lr o u t et ot h e r i g h tn o d ea c c o r d i n gt ot h es e m a n t i cc a t e g o r yo ft h er e q u i r e dw e bs e r v i c e i tg o e so nt h ee x t e n t i o nq u e r yu n d e rt h ec o n d i t i o nt h a th a v i n gn o tf o u n d o u te n o u g hw e bs e r v i c e st h a tm a t c ht h er e q u i r e m e n t so ft h eu s e r s a c c o r d i n gt ot h em e t h o d ，t h i sp a p e ri m p l e m e n t sas i m p l es e m a n t i cw e b s e r v i c ed i s c o v e r ys y s t e m v 些室堂皇奎堂堡上学位论文摘要 t h i sp a p e ri ss e p a r a t e di n t os i xc h a p t e r s c h a p t e ro n ei n t r o d u c e st h e r e s e a r c hb a c k g r o u n da n dm a i nw o r ka c c o m p l i s h e dd u r i n gt h e p a p e r w r i t i n gp r o c e s s i nc h a p t e rt w o ，ac o m p r e h e n s i v ei d e ao fs e m a n t i cw e b s e r v i c e ，i n c l u d i n gt h ew e bs e r v i c ea n ds e m a n t i cw e bt e c h n o l o g y , i s p r o f o u n d l yd i s c u s s e d ；a l s o ，p e e rt op e e rn e t w o r ki si n t r o d u c e di nt h i s c h a p t e r i nc h a p t e rt h r e e ，c h o r da l g o r i t h mi si n t r o d u c e da tf i r s t ，a n dt h e n ad i s c o v e r ym e t h o do fs e m a n t i cw e bs e r v i c eb a s e do nc h o r di sp r o p o s e d c h a p t e r f o u r e x p l a i n s t h e d e s i g n a t i o na n di m p l e m e n t a t i o n o ft h e p u b l i s h i n ga n dd i s c o v e r i n go fs e m a n t i cw e bs e r v i c ei np e e rt op e e r n e t w o r k i nc h a p t e rf i v e ，b a s e do nt h e1 i s t e d t e s t i n gr e s u l t s t h e p e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi se s t i m a t e d ，i n c l u d i n gr e c a l l ，p r e c i s i o na n d l o a db a l a n c e f i n a l l y ，t h eg a i n sa n dp r o s p e c t sih a v eb e e na w a r d e do fi n t h ep r o c e s so f w r i n t i n gt h i sp a p e ra r es u m m a r i z e di nc h a p t e rs i x k e yw o r d s ：s e m a n t i cw e bs e r v i c e p e e rt op e e rn e t w o r k s e r v i c ed i s c o v e r ye x t e n s i o nq u e r y c a t e g o r y p e e rt op e e rb a s e di n t e l l i g e n ts e r v i c eo r i e n t e dm i d d l e w a r e v i 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学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。 卑申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：奎鱼垦旦旦日期：圣! 竖：圣：兰z 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：奎鱼塾璺 日期：呈! 盟：圣：兰2 导师签名： 盔鑫 日期： 磁：主：盔 - 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论弟一早殖下匕 互联网的迅速发展使得现有网络成为一个巨大的异构平台，大量的软件服务 部署于此平台之上。用户如何方便的使用这些服务，服务之间如何进行灵活的互 操作成为学术界与工业界共同关注的重要问题，由此面向服务计算( s o c ，s e r v i c e o r i e n t e dc o m p u t i n g ) 的概念应运而生。 面向服务计算是一种新生的、跨学科的分布式计算理念。该理念中，服务是 自治的、平台无关的基本计算单元，每个服务都可按照标准被灵活的描述、发布、 发现和组合，这些相互协作的应用程序构成了跨越组织边界的分布式网络。目前， 服务计算环境正向两个方向飞速发展。一方面，网络访问方式由过去单一的固定 互联网与普通计算机结合的访问方式向着多种接入、多种终端设备参与的访问方 式发展；另一方面，大型分布式应用的规模和范围不断扩大，跨越多个自治领域 的服务需求激增，在实际的服务环境中，用户需求不断变化，服务提供者也不断 的改进其服务，网络中随时会出现新服务，也随时会有服务退出。 由m i c r o s o f t 、i b m 和h p 等公司提出的w e ；b 服务技术是一种基于可扩展标 记语言( 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 ) 协议族的新型网络软件模型，其主 要目标是提高异构应用的整合效率，具有平台无关、无状态、松散耦合等特点。 w e b 服务技术的出现标志着新一代互联网软件革命，被认为是面向服务计算技 术的最有前景的应用。w e b 服务作为一种开放的业务提供方式，已经成为分布 式计算和面向服务计算中主流计算范型。w c b 服务技术从当前的w e ；b 技术扩展 而来，提供了在不同的应用之间进行互操作的方式，通过w e b 服务的接口与平 台独立性，可以容易的将异构应用集成起来。一个典型的w e b 服务架构包含三 个实体：服务提供者发布可用的服务，服务注册中心支持服务发现和查找，服务 请求者调用服务。 语义网( s e m a n t i cw e b ) 是由”互联网之父”t i mb e m e r s l e e 提出的，它扩展 自当前的w e b 技术，其目标是将当前的w e b 内容加入智能的机器可理解的信息 来提供对异构和分布式信息的智能访问。语义网技术的核心是将网络资源进行良 好的语义描述，使得应用程序可以理解这些信息的含义从而对网络资源进行自动 化处理。 语义w e b 服务计算技术是最近出现的互联网软件计算技术，它结合了传统 w e b 服务技术和语义网技术的优点。使用语义信息对w e b 服务的功能属性和非 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 功能属性进行描述，使得w e b 服务的自动发现、选择和组合成为可能。本体技 术在语义w e b 中扮演着关键作用，它为w c b 资源的描述提供了共享的、精确定 义的语义术语。 语义w e b 服务是传统的w e b 服务技术引入语义网技术的结果，使w e b 服 务的自动化和智能化成为了可能。在语义w e b 服务中，本体具有同样的作用。 为了实现w e b 服务的语义描述，出现了基于w e b 本体描述语言，可以为服务的 发布者和请求者提供语义基础，使得发布者能够精确描述自己要发布的服务，请 求者能够找到自己需要的服务。然而在动态、异构和多样化的服务环境中，发现 合适的服务是实现服务计算的重要前提。 w e b 服务发现技术是w e ；b 服务系统架构中的重要组成部分，它用于从可复 用的服务中以及从互联网上快速准确的找到用户所需要的服务，有助于实现企业 和行业异构系统的集成和快速实现灵活的业务流程。w e ；b 服务发现中面临的主 要问题有两个：一是如何准确细致的描述服务的能力，从而支持用户需求与服务 描述之间更精确的匹配操作；二是如何存储和索引服务信息，既保证服务发现的 搜索广度，又将搜索时间限定在用户可接受的范围内。目前的w e b 服务发现机 制存在着一些问题：首先，语义信息不足和依赖关键字匹配容易造成查找精确度 不够，缺乏服务描述和灵活有效的服务匹配算法，难以保证服务发现的性能和质 量；其次，集中式的服务发现机制很难提供动态的服务发现，而且其本身具有单 点失败和性能瓶颈等缺点。 针对这些问题，国内外开展了分布式语义w e b 服务发现研究。针对语义信 息不足的问题通过应用领域本体实现了基于语义扩展的服务发现，在发现算法中 进行了语义扩展，使得对服务语义的计算更加全面和准确；针对集中式服务查询 服务器的不足提出了通过分布式叠加网络结构将互联网上的服务提供结点组织 前来，实现分布式的动态服务发现。 分布式语义w e b 服务发现的研究可以为面向服务计算中的后续环节，如服 务选择、服务组合、服务协商以及服务执行等工作提供支持，具有重要意义。本 文研究工作正是在上述背景和需求下进行的有意义的尝试。 1 2 主要工作 本文作者在硕士研究生期间，参与了“i p 多媒体子系统操作管理维护子 模块”的研究开发工作，本课题研究内容属于信息产业部电子信息产业发展基金 项目“3 g 核心网m 多媒体子系统”。主要工作包括： 1 深入研究i m s 最新标准，对目前网络管理体系结构进行研究和分析，完 成i m s 域网络管理系统的设计，并编码实现。最后设计出测试用例以验 2 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 证系统的可用性； 2 2 0 0 6 年3 月参与中国移动研究院“i m s 设备及业务测试”项目。顺利完成 所有测试用例的测试。 本文作者还参与了国家9 7 3 项目j 新一代互联网体系结构理论研究”项目 中的子课题“新一代互联网服务模型和服务管理理论”的研究工作。主要工作包 括： 1 学习w 曲服务相关标准； 2 学习语义w 曲相关标准； 3 学习对等网络相关知识； 4 调研了已有的关于w e b 服务发现的研究成果，实验性质的开发了一个基 于c h o r d 的语义w e b 服务发布和发现系统原型； 5 针对现有方法的不足，提出了改进的语义w e b 服务发布和发现算法。 1 3 论文内容和结构 本文主要研究了在分布式对等网络中，如何有效、快速的发现满足用户要 求的语义w e b 服务。本文共分为六章，内容组织如下： 第一章，绪论。本章论述论文选题的背景和意义，并简要介绍了作者在研 究生阶段所做的工作。 7 。 第二章将对w 曲服务和语义w e b 进行介绍，同时概述了对等网络及其拓扑 结构。 第三章首先介绍c h o r d 算法和语义w e b 服务描述的方法，然后在c h o r d 基 础上介绍本文提出的基于c h o r d 的语义w e b 服务发布和发现算法，最后是仿真 实验。 第四章将介绍p i s o m w a r e 的需求和设计，并重点讲述p i s o m w a r e 中服务 管理模块的两个关键问题的解决方案及其设计和实现过程。 第五章将通过用例测试，分析测试结果，对本文提出的语义w 曲服务发现 算法进行评价。 第六章对整篇论文进行总结，包括个人工作的总结和下一步的研究工作展 望。 本论文中并没有包含“3 g 核心网口多媒体子系统”项目的工作，完全是基于 “新一代互联网体系结构理论研究”项目的工作和研究成果而书写。 北京邮电大学硕士学位论文 第二二章w e b 服务和语义w e b 服务 2 1 引言 第二章w e b 服务和语义w e b w e b 服务技术从当前的w e b 技术扩展而来，已经成为分布式计算的主流计 算范型。w e b 服务提供了在不同的应用之间进行互操作的方式，通过w e b 服务 的接口与平台独立性，可以容易的将异构应用集成起来。w e b 服务架构中包含三 种实体，它们是服务提供者、服务注册中心和服务请求者。服务提供者发布可用 的服务，服务注册中心支持服务发现和查找，服务请求者调用服务。语义网 ( s e m a n t i cw e b ) 也是扩展自当前的w e b 技术，其目标是向当前的w 曲内容加入 机器可理解的信息来提供对异构和分布式信息的智能访问。语义w e b 服务是传 统的w e b 服务技术引入语义网技术的结果，使w e b 服务的自动化和智能化成为 了可能。 随着互联网环境下w e b 服务集成和组合等技术的不断发展，需要一个可扩 展的、灵活的、动态的w e b 服务发现机制来支持网络中服务的自动化选择、组 合、协商、执行和监控等过程。 在过去的几年中，以n a p s t e r t 2 2 】和g u n t e l l a 2 4 】为代表的文件夹共享软件在互 联网上迅速传播，用户数量急剧增长。在这样的系统中，数据被保存在对等网络 中用户的计算机里( 一般称之为一个对等结点，即p e e r ) ，而不是以往的客户端 服务器模式那样把数据存放在集中式的服务器上。 在对等网络的发展过程中，又以全分布式结构化拓扑结构最为常见。而在常 见的动态哈希表( d h t ，d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ) 对等网路中，c h o r d 2 8 】是最简单的 也最容易理解的。c h o r d 能够根据关键字哈希后的d 精确路由到存储此关键字 的结点上，同时c h o r d 能够平稳的处理结点加入和退出时存储的关键字的转移操 作。 本章结构如下：第二节介绍w 曲服务( w e bs e r v i c e ) ，包括w e b 服务的基本 介绍、w e b 服务架构和协议栈、w e b 服务与面向服务的体系结构( s o a ) 的关系； 第三节介绍语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 的相关技术、目标和架构；第四节分析当前 的语义w e b 服务描述的相关技术；第五节介绍对等网络，包括其发展过程和特 点；第六节介绍对等网络的四种拓扑结构；最后是本章小结。 4 北京邮电大学硕士学位论文第二章w e b 服务和语义w e b 服务 2 2w e b 服务 2 2 1w e b 服务简介 w e b 服务的概念非常复杂，因此对于什么是w c b 服务并没有统一的意见，不 同的企业、组织对w e b 服务的定义各不相同。本文采用w 3 c 的定义： w e b 服务是一种软件系统，它支持网络上机器与机器之间的互操作；它有一 个以机器可以处理的格式描述的接v i ；其它系统通过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 ) 消息与w e b 服务进行通信，s o a p 消息通常以x m l 序列化的形式采用 h 丁r p ( h y p l e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 协议以及其它w c b 相关协议进行传输【。 从上面的定义可以看出，w e b 服务本质上是一种应用程序之间的通信机制， 它独立于硬件平台、操作系统和编程语言。w 曲服务有一个软件接口，它描述了 一组在网络上可以通过标准化的x m l 消息传递进行访问的操作。更重要的是， w e b 服务采用的协议都是开放的标准，如x m l ，、s o a p 和h t r p 。 w e b 服务试图解决的主要问题是数据和应用程序集成。以前的许多分布式技 术都试图解决这个问题，如c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 、 d c o m c o m + ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 和r m i ( r e m o t em e t h o d i n v o k e ) 等。但是，这些技术要么过于复杂、难于使用；要么不能穿透防火墙，不 能在互联网上进行工作，并且不同标准之间不能很好地实现互操作。w e b 服务则 很好地解决了这些问题，提供了更强的互操作性。 2 2 2w 曲服务架构 w e b 服务是一个描述采用标准的x m l 消息通过网络可以访问的操作集的接 口【2 l 。w e b 服务用于解决程序与程序之间的交互，实现w e b 服务的关键技术是 可扩展标记语言( 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 ) 、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 sp r o t o c 0 1 ) 、w e b 服务描述语言( w s d l ，w e bs e r v i c e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 和统一描述、发现和集成( 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 ) 。它能够在互联网上面通过w e b 接口提供计算能力和 资源。w e b 服务通过w s d l 描述服务接口，使用u d d i 将服务注册、发布到注 册中心，采用s o a p 封装调用请求和服务响应消息，目前w e b 服务的传输采用 h t r p 协议承载。 w e b 服务使用标准的、正式的x m l 来描述服务交互的所有必须细节，包括 消息格式、传输协议和位置。它的接口隐藏了实现的细节，可以保证它独立于编 写它的编程语言和实现它的软硬件平台。这样基于w e b 服务技术实现的应用具 5 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w e b 服务和语义w e b 服务 有松耦合性，w e b 服务能够组合完成复杂的功能，实现商业事务。 w e b 服务的架构建立在服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务注册中心( s e r v i c e r e g i s t r y ) 和服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 三者交互的基础上。服务提供者定 义它所能提供的w e b 服务描述，发布到注册中心。服务请求者依据需要到注册 中心检索服务，找到合适的服务描述，根据服务描述，绑定服务提供者提供的服 务并调用它。图2 - 1 表示了w e b 服务的架构。 黪一一 图2 1w e b 服务架构 w e b 服务架构中服务提供者是服务的拥有者，它是提供服务接入的平台。服 务请求者需求特定的功能，它查找、调用或启动与服务的交互，它既可以是人使 用浏览器来请求，也可以是程序自动调用。服务注册中心保存了服务的描述用于 检索，服务请求者可以查找服务得到绑定信息。服务注册中心在w e b 服务的架 构中不是一个必须的角色，因为服务请求者可以通过本地文件、f t p 站点、w e b 网站和广播发现服务( a d s ，a d v e r t i s e m e n ta n dd i s c o v e r yo f s e r v i c e s ) 等方式得 到它需要的服务描述。 在w e b 服务的架构中服务描述的发布( p u b l i s h ) 、服务描述的查找( 1 0 0 k u p ) 和发现( f i n d ) 、服务的绑定( b i n d ) 和调用( i n v o k e ) 这三个行为是不可或缺的。 它们既可以依次发生也可以重复发生。在w e b 服务的调用过程中，首先服务的 6 北京邮电大学硕士学位论文第二章w e b 服务和语义w e b 服务 描述必须发布出来以便服务请求者可以找到它。然后服务的请求者可以直接的得 到服务描述或者在服务注册中心查询需要的服务描述。服务的发现过程可以在程 序设计阶段静态的得到服务描述，也可以在程序运行时动态得到服务位置、绑定 服务执行。最后服务的调用需要服务请求者使用服务描述中的绑定细节定位、连 接和调用服务。 在w e b 服务的架构中服务是一个软件模块布置在可以访问的网络平台上，它 的接口描述在服务描述文件中，它由服务提供者提供。它既向服务请求者提供服 务，又可以作为服务请求者调用其他的w e b 服务。服务描述中包含了服务接口 和实现的细节，包括了数据类型、操作、绑定信息和网络位置，也能够包括帮助 服务发现和使用的分类信息以及其他的元数据( m e t a d a t a ) 。 2 2 3w 曲服务协议栈 w e b 服务的运行，需要在w e b 服务体系的每一层具有一系列的标准和协议。 w 曲服务协议栈的概念结构如图2 2 所示。 b p e l 4 w $ ，w s f lx l a n g ，w s - c d l u d d i w s d l s o a p x m l x m ls w h e m a h 丌甲，h t l p s s m t p t c p p 图2 - 2 w e b 服务协议栈 网络层 w e b 服务协议栈的底层是网络层，w e b 服务的交互必须通过网络层的某种具 体的协议承载，事实上在互联网上w e b 服务的传输协议是h r r p 。 s o a p s o a p r 3 】作为标准的基于x m l 的消息封装机制用于文档通信和远过程调用 ( r p c ，r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 。s o a p 消息由s o a p 信封、s o a p 消息头和s o a p 消息体构成。s o a p 结构如图2 3 所示。 7 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w e b 服务和语义w e b 服务 图2 - 3s o a p 结构 s o a p 可以用于单向通信，也可用于复杂的事务，如电子文档交换( e d i ， e l e c t r o n i cd o c u m e n ti n t e r c h a n g e ) 和r p c 等。一个s o a p 消息如图2 4 所示。 2 0 0i 舶2 2 t 14 ：0 0 ：0 0 掰：0 0 ，h ：a l e r t c o n t r o l p i c ku pm a r y a ts c h o o la t2 p m e d m ：m s g 可e n v ：b o d y c 4 霉n v ：e n v e t o p c w s d l 图2 _ 4 s o a p 消息例子 8 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w e b 服务和语义w e b 服务 w s d l t 4 1 是基于x m l 的服务描述语言，是实际上的服务描述标准。它描述了 w e b 服务交互的最小信息集合，通过对w s d l 的扩展或进一步发展可以将诸如 事务上下文、服务质量和服务间关系等信息加入到服务描述文档中。 w 曲服务的描述分为抽象定义和具体定义两部分，w s d l 组成的概念模型如 图2 5 所示。 图2 5 w s d l 模型 w s d l 抽象定义用消息( m e s s a g e s ) 来描述w e b 服务发送和接收的内容，消 息交换模式( m e s s a g ee x c h a n g ep a t t e r n s ) 定义了一个操作( o p e r a t i o n ) 中的消息 顺序和消息数。一个操作与消息交换模式中的一个或多个消息相关。一个接口 ( i n t e r f a c e ) 包括了一些与传输格式和协议无关的操作。 w s d l 具体定义用绑定( b i n d i n g ) 来规定接口传输格式和协议，服务端点 ( e n d p o i n t ) 规定绑定的网络地址，最后服务( s e r v i c e ) 组织服务端点成为一个 w e b 服务提供的接口。 w s d l 文档结构如图2 - 6 所示。 9 北京邮电大学硕士学位论文第二章w e b 服务和语义w e b 服务 - 帅l _ l 涮婚咖“l 黼枷l i l 宦l o 辩 一 8 l l 图2 6 w s d l 文档结构 w s d l 文档中，类型( t y p e s ) 定义了消息，通常使用w 3 c 的x m ls c h e m a 规范的数据类型。 接口( i n t e r f a c e ) 封装了抽象操作和消息的集合，规定了操作用到的消息类 型和消息交互顺序。 绑定说明了接口消息的格式和传输协议。 服务包括了一组服务端点，服务端点定义了服务绑定的网络地址。 u d d i w s d l 、s o a p 、h t i t 提供了w 曲服务交互最基本的协议栈。但是没有服 务信息的发布和发现，w e b 服务的使用就只能局限在较小的范围内，每一个w e b 服务都会变成孤立的服务结点，失去了它能在互联网范围内提供服务的意义。 u d d i 5 】提供了服务的发布和查找服务描述的方法。u d d i 数据实体提供对定 义业务和服务信息的支持。w s d l 中定义的服务描述信息是u d d i 注册中心信 息的补充。u d d i 提供对许多不同类型的服务描述的支持。因此，u d d i 没有对 w s d l 的直接支持，也没有对任何其它服务描述机制的直接支持。u d d i 组织已 经发布了如何将w s d l 文档映射到u d d i 注册中心的文档【6 】。u d d i 数据类型如 图2 - 7 所示。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文第二章w e b 服务和语义w e b 服务 图2 - 7 u d d i 数据类型 b u s i n e s s e n t i t y 提供关于商家的信息，可以包含一个或多个b u s i n e s s s e r v i e e 。 这个商家是服务提供者。w e b 服务的技术和业务描述在b u s i n e s s s e r v i e e 和其 b i n d i n g t e m p l a t e 中被定义。每个b i n d i n g t e m p l a t e 包含一个或多个t m o d e l 的 引用。t m o d e l 被用于定义服务的技术规范。 2 2 4w e b 服务与s o a 面向服务的体系结构( s o 八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 ) 是一种通过已发布 的、可发现的接口向分布在网络上的用户应用或者其他软件系统提供服务的软件 系统构建方法【7 】【引。s o a 的核心和基本概念是服务，w 3 c 对服务的定义如下： 服务是一种表示执行任务的能力的抽象资源，一个服务必须被具体的提供者软件 实体实现才可以被使用【l l 。服务作为s o a 中的系统构建模块，也可以看成是一 种特殊的构件。s o a 的基本结构包含三个角色( 服务请求者、服务提供者、服务 注册中心) 和三个操作( 服务发布、服务发现、服务绑定) 。s o a 各个角色之间是 松耦合的，并且它们之间的交互一般是通过一种广泛接受的标准协议。 s o a 是一种非常适合互联网环境中软件系统的体系结构模型和系统构建方 式，并且s o a 没有限定某种具体实现的技术，这里特别需要强调的是以下三点： s o a 并不意味着一定要使用w e b 服务技术，不过从前面s o a 和w e b 服务 介绍和分析可以看出w e b 服务的松耦合、互联网范围内的互操作性等特点使得 w e b 服务是s o a 实现中的最佳候选技术之一，但是需要根据具体应用情况综合 考虑( 例如性能方面) ，然后合理选择技术。 作为一种体系结构模型和系统构建方式，s o a 体现了一种设计理念，采用 了w e b 服务技术并不一定意味着实现了s o a ，w e b 服务在不同应用场景中也有 北京邮电大学硕士学位论文第二章w e b 服务和语义w e b 服务 不同使用场景，例如有的应用仅仅利用s o a p 实现两个系统r p c 方式的互操作， 这样一个应用系统并不能说就是s o a 。 w e b 服务和s o a 仍然是正在发展中的技术，w e b 服务对s o a 的支持也不 是足够完善的，包括本文在内的一些工作也可以看成是这方面的研究。 2 3 语义w r e b 语义w e b 的概念在2 0 0 1 年由t i mb e m e r s l 甜9 】等人提出，它不是一个独立 的概念而是对现有w 曲的一个扩展。语义网是当前w e b 技术的扩展和延伸。语 义网的信息具有充分的、完备的语义定义，能够在人与计算机之间建立语义上的 理解与合作。可以说，语义网是具有语义信息的互联网，是能够理解语义信息的 互联网。语义网的目标是，为因特网上的信息提供机器可理解的语义信息，从而 满足用户对互联网上异构、分布式信息的有效检索和访问，实现互联网上信息资 源在语义层面上的互通，进而实现基于知识的应用自动化和智能化。 语义网构建在自定义标记的x m l 和数据表示灵活的资源描述框架( r d f ， r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 基础之上，其目标是应用有效的标准和技术使得 计算机能够理解互联网上的信息，从而实现智能的信息检索、知识发现和数据集 成。语义网提供了一种方式将特定的信息添加到互联网上，以使信息自动化，并 以此为基础进行知识发现和关联。 语义网体系所应用的关键技术包括： 用x m l 1 0 】代替超文本标记语言( h t m l ，h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 来 承载网页内容，以使这些内容蕴含x m l 标签所携带的元数据信息： 用本体库( o n t o l o g y ) 】定义x m l 标签的语义以及标签之间的关系； 使用逻辑系统，依托规则( r u l e s ) ，对知识( k n o w l e d g e ) 进行推理，以产 生新的知识； 使用各种智能代理程序( i n t e l l i g e n ta g e n t ) ，以逻辑推理为核心，利用 o n t o l o g y 定义的语义，对x m l 文档进行处理，从而替代人工操作。 t i mb e r n e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 大会上描绘了语义网的体系结构【1 2 1 ，如图2 8 所示。该结构从底层到上层依次为u n i c o d e 和u r i 、x m l 、r d f 和r d fs c h e m a 、 本体( o n t o l o g y ) 、逻辑( l o g i c ) 、证明( p 啪f ) 和信任( t r u s t ) 。 1 2 北京邮电大学硕士学位论文第二章w e b 服务和语义w e b 服务 厂、 n d a t a 5 e l f - 童 勘、r u t e sl 讯s t fr 一t 一 d a t aj； p r o o f 墅 lb i u 母 一 黪爹 ；1 f 鞫螺黟蕾萎1 1 1 1 c 翌 o n t o o g yv o c a b u l a r y 焉 竺 瓣瓣纛蘸 凸 图2 - 8 语义w e b 体系结构 下面对语义网的体系结构中每层的概念和功能做一个简要的介绍。 u n i c o d e 和u r i w e b 环境下的应用之间需要相互通信，以机器可读的格式传递发布信息。这 些信息中大部分都是对w 曲上资源的描述，因此需要用明确的方式来标识这些 资源。语义网采用统一资源标识符【1 3 1 ( 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 s ) 表示资源 及其属性。由于语义网的最终目的是要构建一个全球信息网络，在这个网络上应 该涵盖各种语言和文字的信息资源，所以它采用统一编码u n i c o d e 作为字符的编 码方案，这一层是整个语义网的基础，它成功的解决了互联网上资源的定位和跨 地区字符编码的标