（计算机软件与理论专业论文）一种基于与或图的语义web服务自动组合方法的研究.pdf

中文摘要 一种基于与或图的语义w e b 服务 自动组合方法的研究 计算机软件与理论专业硕士研究生卢锦运 指导教师张为群教授 摘要 随着w e b 服务技术的快速发展和应用，w e b 服务的数量与日俱增，提供的功能也越来越 多样化。然而，单个w e b 服务提供的功能有限，很多时候都不能满足用户多样性的需求，这 就需要将已有的w e b 服务进行组合，以创造出功能更为强大更能满足用户需求的复合服务。 另一方面，w e b 服务的服务质量q o s 对于服务的成功应用也非常关键，它是服务请求者能从 众多具有相同功能的服务中选择出具有最好服务质量的服务的主要依据。因此如何快速、准 确、高效地组合已有的分布在i n t e ：m e t 中的各类服务，实现服务之间的无缝集成，同时提供具 有q o s 保证的w 曲服务以满足用户的需求已经成为一个迫切需要解决的问题。 本文通过语义w e b 和w e b 服务组合技术的学习，在已有研究的基础上提出了一种基于与 或图的语义w e b 服务自动组合方法s c b a o ，主要从以下几个方面进行探讨和研究： ( 1 ) 本文给出了一种语义w e b 服务描述方法，该方法对w 曲服务本体描述语言o w l - s 进行q o s 扩展，并将扩展后的o w l s 用来描述w e b 服务，使得w e b 服务同时具有 语义信息和q o s 信息。 ( 2 ) 本文给出了一种基于w e b 服务输出的倒排索引结构，并在此结构基础上通过为服务 库中所有注册服务的语义输出建立倒排索引记录，即为每个服务的语义输出维护一 个能够生成该输出的服务列表，以此来降低服务搜索空间，提高服务搜索的效率和 准确性进而降低创建服务组合与或图的时间开销。 ( 3 ) 本文提出了一种基于与或图的语义w 曲服务自动组合方法s c b a o ，该方法将基于图 搜索的w e b 服务组合方法与语义w e b 服务自动组合方法相结合，同时能够将搜索空 间受限于服务组合与或图中，提高了w e b 服务自动组合的成功率及效率。在对w e b 服务进行语义描述后，s c b a o 分为2 步实现服务组合的目标：1 ) 服务组合与或图 的自动生成：2 ) 最佳组合图的选取。 ( 4 ) 本文通过实例来说明s c b a o 方法的执行过程，并通过仿真实验验证了s c b a o 的可 行性和有效性。仿真实验表明s c b a o 方法能够提高w e b 服务组合效率和成功率。 关键词：语义w e b 服务，服务组合，与或图，倒排索引 a b s t r a c t am e t h o do fa u t o m a t i cs e m a n t i cw e b s e r v i c e sc o m p o s i t i o nb a s e do na n d o r g r a p h m a jo r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y d i r e c t i o n ：s o f t w a r ea n de n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gw e i q u n a u t h o r ：l uj i n y u n ( 1 1 2 0 0 7 3 2 1 0 0 0 0 2 8 ) a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fw e bs e r v i c et e c h n o l o g y , t h en u m b e ro fw e b s e r v i c ei si n c r e a s i n gv e r yf a s ta n dt h ef u n c t i o n so fw e bs e r v i c e sa r em o r ea n dm o r ed i v e r s i f i e d h o w e v e r , t h ef u n c t i o no f as i n g l ew e bs e r v i c ei sl i m i t e da n di to f t e nf a i lt om e e tt h ed i v e r s en e e d so f c u s t o m e r s s oi no r d e rt oc r e a t eac o m p o s i t es e r v i c ew h i c hi sm o l ec o m p l e x ，m o r ep o w e r f u la n d m e e t i n gu s e r s d e m a n db e t t e r , w en e e dc o m p o s et h ee 】【i s t i n gw e bs e r v i c e s o nt h eo t h e rh a n d ，t h e q u a l i t yo fw e bs e r v i c ei sa l s oc r i t i c a lt ow e bs e r v i c e s ，w h i c hi st h em a i nb a s ef o rp e o p l et oc h o o s e t h eb e s tw e bs e r v i c e sf r o man u m b e ro fw 曲s e r v i c e sw h i c hh a v et h es a i n ef u n c t i o n i th a sb e c o m ea c r u c i a lp r o b l e mt ob es o l v e dt h a tc o m p o s i n gt h ee ) 【i s t i n gw e bs e r v i c e si nt h ei n t e r n e tt oi n t e g r a t e t h e s es e r v i c e ss e a m l e s s l ya n dt op r o v i d et h ew e bs e r v i c e sw i t hq o st om e e tc u s t o m e r s 。n e e d s r a p i d l y , a c c u r a t e l ya n de f f i c i e n t l y b ys t u d y i n gt h et e c h n o l o g yo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e sa n dw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，b a s e d o nt h ep r e 讥。髑r e s e a r c hr e s u l t s ，w ep r o p o s ea na p p r o a c hb a s e do na n d o rg r a p ht oc o m p o s e s e m a n t i cw e bs e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y t h em a i nf o c u s e so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h i sp a p e rp r o p o s e sad e s c r i p t i o nm e t h o do fs e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，t h i sm e t h o de x t e n d s 0 w l - sw i t hq o s i n f o r m a t i o n i no r d e rt ol e tw e bs e r v i c e sh a v et h es e m a n t i ca n dq o si n f o r m a t i o n ， w ed e s c r i b et h ew e bs e r v i c e sw i t ht h ee x t e n d e d 0 蹄z sd o c u m e n t s 。 s e c o n d l y , t h i sp a p e rp r o p o s e sa ni n v e r t e di n d e x i n gs t r u c t u r eb a s e do nt h eo u t p u t so fw e b s e r v i c e s o nt h eb a s i so ft h i ss t r u c t u r e ，w eg e n e r a t ei n v e r t e di n d e x i n gr e c o r df o re v e r ys e m a n t i c o u t p u tt or e d u c et h es e r v i c e ss e a r c hs p a c ea n di m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n da c c u r a c yo fs e r v i c e s s e a r c ha n dt h u sw er e d u c et h ec o s to ft h es c a o g g e n e r a t i o n t h i r d l y , t h i sp a p e rp r o p o s e sam e t h o do fa u t o m a t i cs e m a n t i cw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nb a s e d i i i 西南大学硕士学位论文 o na n d o rg r a p hn a m e ds c b a o ，s c b a oi m p r o v e ss u c c e s s f u lr a t ea n de f f i c i e n c yo fw e bs e r v i c e s c o m p o s i t i o nt h r o u g hc o m b i n i n gg r a p h b a s hs e a r c hm e t h o d sa n ds e m a n t i cw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o nm e t h o d sa n dl i m i t i n gt h es e a r c hs p a c ew i t h i ns c a o ga f t e rb e i n gd e s c r i b e db y 。s e m a n t i ci n f o ，w 曲s e r v i c e sw i l lb e c o m p o s e db yo u ra p p r o a c hf o ra u s e r t h r o u g ht w o s t e p s ：1 ) a u t o m a t i c a l l yc r e a t es e r v i c e sc o m p o s i t i o na n d o rg r a p h ；2 ) s e a r c h e sf o rt h eo p t i m a l c o m p o s i t i o ng r a p h f i n a l l y , w ee x p l a i nt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fs c b a oa p p r o a c hb ye x a m p l e sa n dw e v a l i d a t es c b a oa p p r o a c h sf e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yb yas i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s i m u l a t i o n e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w ss c b a oa p p r o a c hc a ni m p r o v eb o t ht h ee f f e c t i v ea n ds u c c e s s f u l 矗i t eo f w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，s e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，a n d o rg r a p h ， i n v e r t e di n d e x i n g i v 独创性声明 学位论文题目： 二弛基王皇剪图的适竖坠堡腿釜 自麴组金友法趁硒究 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及取得的研 究成果。据我所知，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，也不包含为获得西南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谢意。 学位论文作者：签字日期：年月 e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，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，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生院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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：团不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名： 锄签名豁 签字e t 期：年月 日签字日期：年 月日 第一章绪论 第一章绪论 本章对论文研究的背景、国内外相关研究现状、研究的内容和意义以及论文的内容安排 予以说明。 1 1 论文研究背景 随着w e b 技术的不断发展，现有网络体系结构中出现了多种网络和多种技术平台共存的 情形。多种网络和技术平台共存所产生的弊端随着人们对互联网络应用要求的不断提高而日 趋明显。如何实现不同网络及技术平台之间的互通与融合成为了当前网络技术发展亟需解决 的问题。为了解决这些问题，业界提出了8 0 a ( s e r v i e - o d e n t e d a r c h i t e c t u r e ) 【l l 【2 1 和w e b 服务【3 1 解决方案以顺应网络发展的需要。 s o a 是一个组件模型，它是为了解决在网络环境中企业应用集成的需要将具有特定功能 的服务通过服务之间定义良好的标准规范和接口联系起来的一种软件系统架构。服务是s o a 的基本元素，组成s o a 的w e b 服务具有独立性、可互操作、模块化、松耦合等特点。 w e b 服务是基于w e b 的，自描述的，模块化的一种分布式计算模型，它主要思想是将软 件作为一种服务，由于w e b 服务具有自包含、模块化、独立性等特点，使得w e b 服务成为目 前最适合实现s o a 的一种技术。目前，工业界和学术界广泛认可w e b 服务这种开放的业务提 供方式，全球范围内包含语义w e b 、分布式计算、软件工程及人工智能等多个领域在内的研 究人员已经对w e b 服务进行了不同角度、细致全面的研究工作。 随着w e b 技术的发展及s o a 理念和技术的逐步成熟，业务提供商越来越倾向于将已有的 业务转换为w e b 服务的方式提供给客户使用。然而，由于单个w e b 服务提供的功能有限，很 多时候都不能很好地满足用户的需求，这就需要将现有的功能单一的w e b 服务进行组合以创 造出更能满足用户个性化需求的复合服务。因此如何快速、准确、高效地组合已有的分布在 i n t e m e t 中的各类服务，实现服务之间的无缝集成，从而满足用户的需求，已经成为了w e b 服务领域的热点问题。 传统的w e b 服务模式在服务发现上采用u d d i t 4 】规范( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n d i n t e g r a t i o n ) ：在服务描述上采用w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 【5 】；在服务调用 与消息传递上采用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 ) 协议【6 】：在服务执行上采用 b p e i a w s ( b u s i n e s sp r o c e s se x e g u t i o nl a n g u a g ef o rw e bs e i c e sv e r s i o l l ) 标准【n 。然而传统w e b 服务发现机制是通过关键字匹配技术实现的，w e b 服务描述只注重描述服务的语法和技术信 息并不支持语义级别信息，同时由于传统w e b 服务不支持基于概率和语义约束的模糊匹配， 因此服务的查准率和查全率都较为低下。 为了解决w e b 服务中缺乏语义信息的问题，研究界提出了将语义w e b 技术引入w e b 服务 的解决方案。通过为w e b 服务的描述增加语义信息，使得w e b 服务更加灵活且更具有表现力， 同时使得w e b 服务描述能够同时被人和机器所理解，因此机器也可以代替人实现自动的w e b 西南大学硕士学位论文 服务发现、执行、组合和交互。 近年来，工业界和学术界从不同角度对w e b 服务组合进行了大量研究，提出了不同的 w e b 服务组合方法。目前，工业界提出的服务组合方法大多是基于业务流的人工组合方式 【8 】【9 】【1 0 1 ，这类方法具有较好的工程可实施性，但在组合过程中的很多步骤都需要人工参与，开 发难度大，效率低，系统的灵活性和可扩展性较差，正确性也无法保证。而学术界提出的组 合方法还停留在理论层次上，缺乏对应的工业实现方案，实施起来难度较大。因此，w e b 服 务组合仍然是服务计算领域中的核心和难点。 本文通过对w e b 服务组合和语义w e b 技术的研究，实现了文献 1 1 】提出的基于与或图的 w e b 服务组合方法中服务输入、输出对象的语义转化，提高了服务组合的成功率和查全率。 对o w l - s 进行q o s 扩展，使o w l - s 能够支持q o s 信息。为服务库中的所有服务的输出对象 建立服务输出索引记录，通过降低服务查找时间降低了创建服务组合与或图的时间开销，从 而进一步提高了服务组合效率。 1 2 国内外相关领域的研究现状 本小节介绍w e b 服务组合在国内外的一些研究现状以及尚且存在的问题。 目前w e b 服务组合尚未有统一的定义，文献 1 2 】认为w e b 服务组合是关于将多个功能相 对简单的基本服务合成可以满足用户需求的增值服务的问题。文献 1 3 】认为服务组合是为了满 足用户需求，按照一个计划来动态发现、集成、调用和执行当前存在的服务，从而创建一个 定制服务的过程。文献 1 4 】认为：在服务组合支撑平台的支持下，根据用户的应用需求，自动 地选择合乎需求的现有的w e b 服务，并将这些服务按照一定的规则协同完成服务请求。文献 【1 5 综合众多观点，给出了一个较好的定义：w e b 服务组合是指当单个w e b 服务无法满足用户 需求时，将若干w e b 服务进行有机合成，以形成大粒度的具有内部流程逻辑的组合服务，并 通过执行组合服务而达到业务目标的过程n 钉。 w e b 服务组合方法根据不同标准可以分成不同的类型。根据自动化程度可以分成手工w e b 服务组合、半自动服务组合和全自动服务组合；按照动态性程度可以分成静态w e b 服务组合 和动态w e b 服务组合；文献【1 5 】根据服务组合所解决的问题类型的不同将服务组合方法分为： 业务流程驱动的w e b 服务组合和用户即时任务求解的w e b 服务组合。 语义w 曲服务组合问题吸引了工业界和学术界的广泛关注，国内外学者围绕语义w e b 、服 务组合建模语言、服务的非功能属性、服务组合方法、服务组合执行、服务组合验证等方面 问题进行了研究，启动了一系列研究项目并开发了一些原型平台。本文对几种比较成熟的w e b 服务组合技术和平台进行介绍。 m e t e o r - s 【1 6 1 m e t e o r s 项目是由美国乔治亚大学l s d i s ( l a r g es c a l ed i s t r i b u t e di n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 实验室承担的研究项目，该项目主要研究如何将语义应用于w 曲服务组合的描述、发现、组合 2 第一章绪论 和执行环节，从而实现基于语义w e b 和工作流的服务组合。m e t e o r - s 包含了三个子系统语义 w 曲服务标注框架：m w s a f ( m e t e o r ss e m a n t i cw e bs e r v i c ea n n o t a t i o nf r a m e w o r k ) 、 m e t e o r - sw e b 服务发现体系m w s d i ( m e t e o r - sw e bs e r v i c ed i s c o v e r yi n f i a s t r u c t u r e ) 和 w e b 服务组合框架m w s c f ( m e t e o r - sw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k ) 。 e f l o w e f l o w 是h p 实验室开发的电子商务服务组合系统。它支持将各种应用部署为w e b 服务，同 时支持服务的注册、查询和调用。 e f l o w 是基于工作流技术的服务组合系统，它采用工作流模型来描述服务组合的结构，并 由c f o w 流程引擎执行模型，实现描述、设定和管理组合式。e f l o w 主要包括3 个部分： e f l o w 流程引擎、服务中介、基本的e s e r v i c e 。在e f l o w 中钉例，一个复合服务描述成一个工作流过 程，包含了其它的基本服务或复合服务。e f l o w 在实现组合式服务流程的动态性及适应性方面 提供很好的基础且能够组合出比当前服务更复杂的复合服务，但是系统不提供运行时自动组 合功能，且没有考虑根据相关参数进行组装的优化。 b p e i a w s b p e l 4 w s 是由b e a 、m i c r o s o f t 、m m 于2 0 0 2 年8 月联合发布的专为整合w 如服务而制定的 一项规范标准。它主要用于商业流程描述的规范化和标准化，它将一组现有的服务整合起来， 从而定义一个新的w 曲服务。在b p e l 4 w l 中特定业务的处理逻辑和算法使用流程图来表达， 流程的每一步称为一个活动。它能够将w e b 服务调用、操作数据、抛出异常或终止一个流程等 活动连接起来，从而创造出复杂的流程。但b p e l 4 嘟支持运行时的流程模型的调整，并且 b f e l 4 w l 用来组建组合服务的方法复杂、难以手工处理。此外，b p e i a w s 的服务行为模型是 由用户显示指定，不包括自动化服务组合功能。 s e l f - s e r v s e l f s e r v 是由新南威尔士大学开发的采用对等服务协调模型的w e b 服务合成系统。它使 用离散状态图s t a t ec h a r t 进行服务组合建模，同时也引进了服务社区( s e r v i c ec o m m u n i t y ) 的 概念来构架大规模动态的组合服务。相关构件服务的初始化、控制和监控由协调者负责，而 服务执行的管理则由协调者和协调者所在的端点( p e e r ) 合作管理。由于s t a t ec h a r t 具有形式 化语义，因此能够准确无误的解释和分析服务组合流程2 2 1 。 1 3 所做的研究工作 本文提出了一种基于与或图的语义w e b 服务自动组合方法。该方法利用本体来描述w e b 服务的语义信息，通过为服务库中所有服务输出对象建立服务输出索引的方法来构建服务组 合与或图，并将基于图搜索和基于语义w e b 的服务自动组合方法结合起来，同时以服务质量 为依据在服务组合与或图中选取最佳组合图，进而根据最佳组合图组合出能够满足服务请求 且具有最好服务质量的组合服务。 3 两南大学硕士学位论文 本文所做的研究工作包括： ( 1 ) 本文对o w l s 进行q o s 扩展，并将扩展后的o w l s 用来描述本文服务组合方法中 的w e b 服务，使得w e b 服务同时具有语义信息和q o s 信息。当前，主流的w e b 服 务本体描述语言有o w l - s ( o n t o l o g yw e bl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 扭劓，w s m l ( w e b s e r v i c em o d e l i n gl a n g u a g e ) ，w s d l s ，u s d l ( u n i f i e ds c t v i c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 乜铂等。o w l - s 作为w e b 服务描述本体语言，其优点是从服务发现、服务 交互和服务通信等不同侧重点描述了w e b 服务2 扪。本文在分析和比较上述几种语言 后，选择o w l - s 作为本文服务组合方法中的w e b 服务描述语言。 ( 2 ) 本文给出了一种倒排索引结构，并在此倒排索引结构的基础上通过为服务库中所有 注册服务的语义输出建立索引记录，即为每个服务的语义输出维护一个能够生成该 输出的服务列表，并在此基础上生成服务组合与或图，降低了创建服务组合与或图 的时间开销。 ( 3 ) 本文提出了一种基于与或图的语义w e b 服务自动组合方法s c b a o ，该方法将基于图 搜索的w e b 服务组合方法与语义w e b 服务自动组合方法相结合，同时能够将搜索空 间受限于服务组合与或图中，提高了w e b 服务自动组合的成功率及效率。在对w e b 服务进行语义描述后，s c b a o 分为2 步来实现服务组合的目标：1 ) 服务组合与或 图的自动生成；2 ) 最佳组合解图的选取。 ( 4 ) 本文通过实例来说明了s c b a o 的执行过程，并通过仿真实验来为验证s c b a o 的可 行性和有效性。仿真实验表明该方法能够在加快w 曲服务组合效率的同时提高了w e b 服务组合的成功率。 1 4 论文的意义和创新 w e b 服务组合问题已经有大量研究人员进行了相当广泛且深入的研究，提出了多种服务组 合方法。这些服务组合方法大致可以分为4 大类：1 ) 基于a ip l a n n i n g 的方法冽【3 0 】；2 ) 基于工 作流( w o r k l o w ) 的方法【3 1 1 【3 2 】；3 ) 基于图搜索的自动服务组合方法【3 3 】；4 ) 基于组件的服务 组合方法。 以上这些组合方法在推动w e b 服务的发展上起着举足轻重的作用，但它们也存在一些问 题【3 3 】： 1 ) 基于a ip l a n n i n g 的服务自动组合方法虽然能够实现服务的全自动合成，但这些方法 都需要在服务组合前对服务进行预处理和形式化转化，对用户而言使用起来较为复杂、不易 掌握，此外这些方法的复杂度较高，不易实现； 2 ) 基于工作流的服务组合方法需要大量的人工参与，因此该方法自动化程度较低，服务 组合的效率也不高； 3 ) 基于图搜索的服务自动组合方法采用有向图来表示服务库中服务之间的关系，并在有 4 第一章绪论 向图中进行遍历寻找服务组合的目标路径，这种方法较为直观，容易掌握，然而构建服务关 系图的时间开销会随着服务库中服务数量的增多而变得异常庞大，不易处理。 4 ) 基于组件方法将软件工程中软件合成领域获得的研究成果与服务组合相结合，能够减 少执行引擎在服务组合执行期间的开销，但这类方法灵活性较差，分析手段较为固化，不能 很好适应需求的动态变化。 基于以上分析，本文提出了一种基于与或图的语义w e b 服务自动组合方法。该方法将基 于图搜索与基于语义w e b 的服务自动组合方法融为一体，利用本体来标注w e b 服务的语义信 息，同时通过为服务库中的所有w e b 服务的输出建立倒排索引记录的方法构建服务组合与或 图，并以服务质量为依据在服务组合与或图中选取最佳组合图，进而根据最佳组合图组合出 具有较好服务质量且能够满足服务请求的复合服务。本文创新点： ( 1 ) 本文对o w l - s 进行q o s 扩展，并将扩展后的o w l - s 用来描述本文服务组合方 法中的w e b 服务，使得w e b 服务同时具有语义信息和q o s 信息。 ( 2 ) 将基于图搜索与基于语义w e b 的自动服务组合方法融为一体，提出一种基于与或 图的语义w e b 服务自动组合方法模型； ( 3 ) 通过为服务库中所有注册服务的输出建立倒排索引，对于所有服务的语义输出都 维护一个服务列表，用于记录在服务库中所有能产生该输出的服务，从而快速定 位候选服务，降低搜索空间，进而达到降低构建服务组合与或图开销的目的； ( 4 ) 提出基于与或图的语义w e b 服务自动组合的核心算法( g s c a o g 和s o c g ) ， g s c a o g 能够完成服务组合与或图的自动生成，s o c g 算法能够从服务组合与或 图中完成最佳组合图的搜索，仿真实验表明该方法能够提高服务组合的成功率和 效率。 1 5 论文内容安排 本文系统的介绍了w e b 服务、语义w e b 服务、w e b 服务组合的相关技术，并提出了基于 与或图的语义w e b 服务自动组合方法。具体内容如下： 第一章绪论。主要介绍了本论文的研究背景和国内外的研究现状、课题的研究意义、主 要研究的问题。 第二章介绍了语义w e b 服务组合的相关理论和相关技术，包括：w e b 服务、语义w e b 、 服务质量q o s 、服务组合等相关内容。 第三章提出了一种基于与或图的语义w e b 服务组合方法s c b a o ，并对s c b a o 方法中的 语义w e b 服务、w e b 服务请求、倒排索引和服务组合与或图等进行了介绍和形式化定义。 第四章详细详细介绍了s c b a o 方法中的两大核心算法：服务组合与或图生成算法 g s c a o g 和最佳组合图的选取算法s o c g ，并分别通过实例演示了g s c a o g 和s o c g 算法 的执行过程。 5 西南大学硕士学位论文 第五章通过仿真实验对s o c g 方法进行了分析与评价。 第六章总结了论文的研究成果并提出了未来的工作方向。 6 第二章相关基础理论 第二章相关基础理论 本章将对本课题所涉及的相关基础理论进行详细介绍，主要包括w e b 服务、语义w e b 服 务、服务质量和w e b 服务组合。 2 1w 曲服务 2 1 1w e b 服务简介 随着i n t e r n e t 和计算机应用的快速发展以及互联网的迅速普及，分布式计算得到了长足的 发展。然而传统的分布式计算面临两大难题：一个是平台之间的互操作问题；另一个是客户 端和服务端之间的紧耦合问题 3 4 1 。为了解决这些问题，w 如服务作为一种崭新的分布式计算 模型应运而生。w e b 服务是由u r i 标识的软件系统，它通过i n t e m e t 实现远程访问，具有自治 性、开放性、自描述性和平台无关性等特点。目前对w e b 服务还没有一个统一的定义，但相 对而言w 3 c 给出了较为精确的定义： 定义2 1 ( w 曲服务) w e b 服务是一种通过u r i 标识的软件应用，其接口及绑定形式可 以通过x m l 标准定义、描述和检索，并能通过x m l 消息及互联网协议完成与其它应用的直 接交互【3 5 1 。 从定义可以看出，w e b 服务是通过用h t i p ，x m l 序列化以及其它的w e b 相关标准进行 交互的。对于技术本身而言，w e b 服务技术本身不是一门新技术而是一系列技术的组合，这 些技术包括u d d i 4 、x m l 3 6 1 、w s d l i s 、s o a p 6 ；】、耵1 p 、s s l 等等。而对于用户而言，w 曲 服务的提供的是使用接口，具体的实现细节对于用户而言是完全透明的，w e b 服务可以被认 为是一种部署在w e b 上具有松耦合、面向组件和跨技术实现等特点的软件对象。w e b 服务的 出现使得w w w 由传统的静态松散的页面集合演化为动态的、互联的应用和服务平台。 2 1 2w e b 服务架构 w e b 服务体系架构是基于三个参与者( 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 er e g i s t e r ) 、服务请求者( s e r v i c ec l i e n t ) ) 和三个基本操作( 发布( p u b l i s h ) 、检索( f i n d ) 、 绑定( b i n d ) ) 构成的。其参考模型如图2 1 所示【3 刀。 w e b 服务豹参与者分成三类： 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：是w e b 服务的拥有者，它负责w 如服务的创建、发 布和维护，它既要维护w e b 服务的功能同时也要确保w e b 服务能够通过网络提供客 户访问。 服务请求者( s e r v i c ec l i e n t ) ：是对w e b 服务感兴趣的客户，它可以是人也可以是某 个软件代理，它通过在服务注册中心搜索所需的服务，然后利用服务来完成所需的 目的。 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) - 是一个提供服务描述信息的可搜索的注册库，它通 7 西南大学硕士学位论文 过执行一系列的机制使服务提供者可以发布他们的服务信息。同时它也为服务请求 者提供服务定位和获取服务绑定信息等功能。 w e b 服务包括三个基本操作： 技布( p u b h s h ) ：是将服务信息在服务注册中心进行注册这样就憧得用户可以发现 该服务。 查找( f r e d ) ：是指在服务注册中心击查询需要的某个服务井返回该服务的描述信息。 绑定( b i n d ) ：当获取到服务描述信息后，通过服务绑定信息去定位、调用服务。 等 一一7 、 j ，蓖、j 潞。1 忑而唯 图2 - 1w 3 cw a b 服务参考模型 从w e b 服务的参考模型图可以看出，服务提供者首先将描述w e b 服务信息的w s d l 文档 通过茬布操作将w e b 服务发布到服务注册中心进行注册；当用户需要某种服务的时候，首先 通过查拄操作在服务库中壹找是否有满足需要的服务：若有满足需要的服务，则获取该服务 信息，井通过绑定和调用操作使用服务提供者提供的服务。 213 w e b 服务技术规范 文献 3 7 】给出了一个w e b 服务技术栈，如图2 - 2 所示。该w e b 服务技术栈是对w 3 c 提出 了w e b 服务技术栈的一个扩展，它包含了5 个关键层：通信层、消息层、描述层、发现层和 处理层。同w 3 c 服务技术栈相似之处在于该服务技术栈中的每一层都提供了特定的功能来支 撑服务与服务、服务与服务请求青之间的互操作。该服务技术栈将互操作性分成句法和语义 两方面，与w 3 c 的服务技术栈相比，它进一步区分了消息层以上其它层所提供的句法和语义 上的互操作性。 雾兰m t 。 w e bs e r v i c es t a c k 鬣薹篓鍪盈龉鹾函电盘罄盎坐翌璺蛊霉矗谶豳 器_ 面前i 一。零磊 ；i t 磐堕婴一l i c a t l * 。一。女女i 嘶 r 枷o n f r a p i 啪n t 6 帅 s y n t a d k - $ m n t i c 0 雌c 嘶o * m e s g i n g d o 删聆h 9 l n “r 硼t 出p r 州m c a l l c o 口l _ 【m i i n t e r o p e r a b i l l t y 。! i 目口_ _ _ _ _ l o k e y d m 酬$ 1 0 n 圈2 - 2w e b 服务技术栈 w e b 服务是建立在一系列标准上的w e b 应用程序这些标准和协议对w e b 服务元素的角 色和相关括动进行了定义使得w e b 服务可以在异构平台下通过网络进行互相通信。下面对w c b 服务的主要标准和技术进行介绍。 x m u 弼 ) 0 咀，( e x t c a s l h l e m u k 呻山g u a g e ) 扩展标记语言是由w 3 c 组织于1 9 9 5 年2 月制 定的一种通用语言规范，它是整个w e b 服务技术架构的基石，是一种界定文本数据的简 便而标准的方法，它允许用户用来创建描述数据信息，以一种开放的自我描述方式定义 数据结构，在描述数据内容的同时能突出对结构的描述。 x m l 开发的目的在于： 1 、札能够在互联网上直接使用。 2 、x m l 能够支持各种应用。 3 、x m l 应报好的兼容s g m l ( s t a l l d a r d g e n e r a l i z e d m a r k u p l a n g u a g e ) 。 4 、x m l 文档应能很容易开技程序来处理。 5 ，x m l 可选特性应该减到最小，最好不会有二义性。 6 、x m l 应能够让人易于理解，具有较好的可续性。 7 、3 , 3 v l l 应该能够很方便设计。 8 、x m l 设计麻该规范而简洁。 9 、x m l 文档应该根容易创建。 】0 、x m l 标记应该简沾。 x m l 这些优点使得它能同时在行、组织内部和外部使用，并且具有较好的弹眭平可 ocpljj01mm再m mnc、，日一，；o miz再乏m01m_p里j zo5一zm0口m_一_ 西南大学硕士学位论文 扩展性。 w s d l 5 】 w s d l 基于x m l 格式，它由a r i b a 、i n t e l 、m m 、m s 等共同提出，w s d l 文档结构 如图2 3 所示。w s d l 是w e b 服务描述的a p i ，服务的w s d l 描述是一个具有特定格式 的咀。文档，w s d l 提供服务技术方面的信息。w s d l 描述信息包括服务可执行的操作、 相关的数据类型、支持的传输协议和服务所处的位置。客户可以根据该服务描述信息使 用工具来生成可以访问该服务的客户端代码。w s d l 支持四种访问入口调用模式【5 1 ：单请 求( o n e - w a y ) ；单响应( n o t i f i c a t i o n ) ：请求响应( r e q u e s t - r e s p o n s e ) ；响应请求 ( s o l i c i t - r e s p o n s e ) 。请求是指从客户端到w 曲服务端，而响应指的是从w e b 服务端到客 户端。w s d l 描述了w e b 服务的三个基本属性： 服务能做什么一服务所提供的功能 如何访问服务一和服务交互的数据格式以及必要的协议 服务所在的位置一一协议相关的地址 w s d l 文档在主要使用下面几个元素来定义w e b 服务【5 】： 1 ) t y p e s ：使用某类型系统的数据类型定义的容器 2 ) m e s s a g e ：对通信数据的抽象类型化定义，使用类所定义的类型来定义整个消息的 1 0 3 ) 4 ) 5 ) 6 ) 7 ) 数据结构 o p e r a t i o n ：对w e b 服务所支持的操作的抽象描述，每个o p e r a t i o n 一般会引用一 条输入消息和一条输出消息 p o r t t y p e ：由一个或多个端点所支持操作的抽象集合，不包含任何与具体传输协 议和数据格式编码规范相关的内容 b i n g d i n g ：采用具体的协议和数据格式来规范化特定的端口类型 p o r t ：定义了一个w 曲服务绑定地址，即定义了一个单个的通信端点 s e r v i c e ：用于合并一组相关的端点。 第二章相关基础理论 w s d l s e r v i c ei n t e r f a c e d o c u m e n t w s d ls e r v ic e i m p l e m e n t a t i o n d o c u m e n t 图 3w s d l 文档结构图 u d i ) i 4 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 即统一描述、发现和集成协 议。u d d i 诞生于2 0 0 0 年，由m m 、m i c r o s o f t 和其他3 3 家公司联合创立