（计算机软件与理论专业论文）基于agent的语义web服务挖掘策略的研究.pdf

基于a g e n t 的语义w e b 服务挖掘策略的研究 学科：计算机软件与理论 研究生签字：砖汤眉， 指导教师签字：乏名够 摘要 面向服务的体系架构( s o a ，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 ) 是一种全新的软件体系架 构，指导人们站在业务的高度去思考应用，利用新的方案解决软件重用和软件集成问题， 使得企业可以构建灵活的i t 基础设施，从而实现真正意义上的按需计算。作为一种指导 应用设计的思想，其实现方式可以采用不同的技术。w e bs e r v i c e s 技术由于具有完好的封装 性、松散的耦合性、协议规范的标准性以及高度的可集成性等特点，且得到广泛的工业界 支持而成为目前实现s o a 的首选技术。但由于其支撑技术w s d l 、u d d i 标准本身 缺乏对服务语义信息的描述，因而在服务的自动定位、智能匹配、自动组合等方面受到限 制。而语义网技术的不断发展为语义w e b 服务领域贡献了不少成果，使语义w e b 服务技 术不断发展和成熟。 本文在分析s o a 理论的基础上，通过对比传统w e b 服务技术和语义w e b 服务技术 在解决服务的描述、注册和匹配时的不同解决方案，分析传统w e b 服务技术实现s o a 的 不足之处，进而对如何利用语义w e b 服务技术解决这些不足进行了研究，并且基于服务 总线( e s b ) 的架构将服务集成起来。 本文主要提出了基于语义的s o a 服务挖掘的模型，包含以下四个方面：( 1 ) 给出了， 利用o w l s 和本体技术对服务功能进行语义标注并扩展t m o d e l 提供o w l sp r o f i l e 到 u d d i 的转换方法：( 2 ) 在服务匹配过程中转换用户查询请求为o w l sp r o f i l e 并提取关 键要素以便进行语义的匹配；( 3 ) 改进和提出了语义匹配算法，即基于服务功能的语义相 似度分级匹配算法：( 4 ) 利用e s b 实现服务的集成。 关键词：s o a ；o w l s ；语义w e b 服务；e s b t h er e s e a r c ho fs e m a n t i cw e bs e r v i c ed i g g i n go na g e n t d i s c i p l i n e ：c o m p u t e rs o f t w a r e & t h e o r y s t u d e n ts i g n a t ur e ： s u p e r v i s o rs i g n a t u r e a b s t r a c t 施呀小 s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r ei sak i n do fb r a n - n e ws o f t w a r ea r c h i t e c t u r et og u i d ep e o p l e t os t a n do na h i g hd e g r e eo fb u s i n e s st ot l l i n ka b o u ta p p l i c a t i o n s ，t ou s et h en e wp r o g r a m st o r e s o l v e s o f t w a r er e u s ea n ds o f t w a r ei n t e g r a t i o ni s s u e s ，t oa l l o wc o m p a n i e st ob u i l daf l e x i b l ei t i n f r a s t r u c t u r e ，t h e r e b yr e a l i z et h et r u es e n s eo ft h eo n d e m a n dc o m p u t i n g a sak i n do ft h e t h o u g h ta b o u tg u i d i n gt h ea p p l i c a t i o no fd e s i g n , i t si m p l e m e n t a t i o nc a nu s e d i f f e r e n t t e c h n o l o g i e s w e bs e r v i c e st e c h n o l o g yb e c o m et h ec u r r e n tt e c h n o l o g yo fc h o i c ef o rs o a i m p l e m e n t a t i o nb e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i z e da b o u te n c a p s u l a t i o n , l o o s ec o u p l i n g ，t h es t a n d a r d p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o na n dah i g hd e g r e eo fi n t e g r a t i o n , a n dr e c e i v e d 、玑( 1 ei n d u s t r ys u p p o r t i n g h o w e v e r , b e c a u s eo fi t ss u p p o r t i n gt e c h n o l o g i e s - w s d la n du d d is t a n d a r da r ev o i do ft h e d e s c r i p t i o no nt h ei n f o r m a t i o na b o u tt h es e m a n t i cs e r v i c e s ，a n di nt h es e r v i c eo fa u t o m a t i c p o s i t i o n i n g ，i n t e l l i g e n tm a t c h i n g ，a u t o m a t i cc o m b i n a t i o na b o u ts u c ha r e a si sr e s t r i c t e d t h e c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fs e m a n t i cw e bt e c h n o l o g yh a sb e e nc o n t r i b u t e dal o to fs u c c e s sf o r t h ef i e l do fs e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，a n dm a k e st h es e m a n t i cw e bs e r v i c e st e c h n o l o g i e st o d e v e l o pa n dm a t u r e t h e p a p e ri sb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et h e o r e t i c a lo fs o a ，b yc o n t r a s tt ot h ed i f f e r e n t s o l u t i o n sa b o u tt r a d i t i o n a lw e bs e r v i c e st e c h n o l o g i e sa n ds e m a n t i cw e bs e r v i c e st e c h n o l o g yi n r e s o l v i n gt h es e r v i c ed e s c r i p t i o n ，r e g i s t r a t i o na n dm a t c h i n g ，a n a l y z et h ei n a d e q u a c i e so ft h e t r a d i t i o n a lw e bs e r v i c e st e c h n i c a li ni m p l e m e n t a t i o no fs o a , a n dt h u sr e s e a r c hh o wt ou s et h e s e m a n t i cw e bs e r v i c e st e c h n o l o g yt os o l v et h e s ed e f i c i e n c i e s ，a n di n t e g r a t et h es e r v i c e sb a s e d o i lt h es e r v i c eb u s ( e s b ) a r c h i t e c t u r e t h ep a p e rp u tf o r w a r dam o d e la b o u tt h es o as e r v i c e sm i n i n gb a s e ds e m a n t i c ，c o n t a i n s t h ef o l l o w i n gf o u ra s p e c t s ：( 1 ) g i v et h eu s eo fo w l sa n do n t o l o g yt e c h n o l o g yf o rs e m a n t i c t a g g i n gs e r v i c ef u n c t i o n sa n de x p a n dt h et m o d e lp r o v i d e so w l sp r o f i l et ou d d i c o n v e r s i o n m e t h o d ；( 2 ) i nt h es e r v i c em a t c h i n g p r o c e s so fc o n v e r t i n gt h eu s e r sq u e r yr e q u e s tf o rt h e o w l - sp r o f i l ea n de x t r a c tk e ye l e m e n t sf o rs e m a n t i cm a t c h i n g ；( 3 ) i m p r o v ea n dp u tf o r w a r da s e m a n t i cm a t c h i n ga l g o r i t h m , t h a ti sb a s e do nt h es e r v i c ef u n c t i o no fs e m a n t i cs i m i l a r i t y i c l a s s i f i c a t i o nm a t c h i n ga l g o r i t h m ；( 4 ) u s et h ee s bt oi m p l e m e n tt h ei n t e g r a t i o no fs e r v i c e k e yw o r d s ：s o a ：o w l s ；s e m a n t i cw e b s e r v i c e ：e s b 学位论文知识产权声明 学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成 果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。学校有权保留送( 提) 交的学位论文，并对学位论文进行二次文献加工供其他读者查阅和借阅；学校可以在网络 上公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：砌眉 指导教师签名：寥锄j 日期： 盆。d 7 午。钥名f 圈 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师 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的地 方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人 已申请学位或其他用途使用过的成果。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致谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 翥兰薹嘉塞耋亍名：一 指导教师签名：z 么施么： ， 嗍：如口7 年d 钥2 1 日 8 1 本文盼研究背景 绪论 由予越来越多的用户要求在w e b 上定制囱己的服务。一方面，用户有根据不同网络 骡壤和不同资源条件灵活选择w e b 服务静需求；勇一方面，w e bs e r v i c e 技术熬发震_ ；辩相 关基础设施的部署也为这种需求提供了实现的技术基础。因此，针对这种需求，在s o a 架构下对w e b 服务的发现及选择尤显重要。 1 1 w e b 服务挖掘机制的研究现状 w e b 上的信息发现的查找精准率一直困扰酱人们，因为信息量相当的庞大，基于传 统翁关键字匿配酌查找方式蓑查找的精难度下降，露高耩度的框巢匹配方式叉降低了查全 率，而这也困扰着w 曲服务的发现。 在现有的w e bs e r v i c e 架构中，随着w e b 服务的日益增多，寻找符合骥求的服务变得 越来越难，磊采用u d d i ( u n i v e r s a dd e s c r i p t i o n 、d i s c o v e r y 、i n t e g r a t i o n ) 是解决这个难题 的一个方案。u d d i 是一种框架的服务发现投寒，个摇述和发现w e b 服务的工监标准， 提供描述和注册服务的平台，支持商业发现和集成满足自身需求的w e b 服务。它的很多 优点使箕成为主要的w e b 服务注姗中心。但是，它的发现机制又存在着缺陷。 建立于u d d i 之上戆主要服务发现方式：基于关键字匹配的集中霹录酶查运方式。 它采用基于注册目录服务的m d s ( m e t ac o m p u t i n gd i r e c t o r ys e r v i c e ) ，主要分为集中 式m d s 机制、分布全局式m d s 机制和分布局部式m d s 机制三种。 这三种黄统机制都是剩蔫骚务广告孛斡各顼和查询语匈中戆各项周框架的模式来描 述。二者匹配是指服务项的值和相应查询项的俊完全一致，这种精确匹配方式导致了查全 率低的结果。因此分别存在着一些缺陷，集中式m d s 机制存在着较高的故障发生率和较 高韵网络带宽需求。分布全局式m d s 飙制存在着大量的信息冗余和较高的网络带宽需求。 努布局部式f d s 枫露l 存在着较高的霹络连接费爝、有隈煎搜索范匿帮较低鲍搜索精确性。 而且，基于u d d i 和w s d l 的w e b 服务技术没有利用语义信息，对服务描述缺少菇 活性，使得在服务匹配时只能采用简单的关键字搜索方法，这显然不能满足服务发现的需 要。 因此，需要一种能理解w e b 内容及用户需求的信息区配方式。这就要求在w s d l 之 外提供服务的语义描述信息和性能信息，使得w e b 服务成为计算机可理解的实体，丽语 l 义w e b 服务的研究就是当前的热点问题。 官方的研究组织包括有b ，： ( 1 ) w 3 c ( w e b 技术制定组织) ，该组织在语义w e b 服务的发展过程中一直起着关键 性的推动和规范化作用，其下属的“语义w e b 服务行动组 进行着语义w e b 服务相关规 范的研究制定工作并已经发布了o w l sv e f l 1 ( 语义w e b 服务描述语言的1 1 版本) ，“本 体研究行动缀进行着本体语言规范的制定和推广工作； ( 2 ) d a m l ( d a r a a g e n tm a r k u pl a u g u a g e ) ，这是从2 0 0 0 年8 月开始的一个项目， 其目标是为语义网建立一个便利的语亩和工具，它是内美国国防部高级研究项圈机构所赞 助并实施的。 非官方的研究组织或个人包括有： ( 1 ) 英国曼彻斯特大学的i a nh o r r o c k s 和f r a n zb a a d e r 、u l r i k es a t t l e r 共同提出了将 描述逻辑运用到语义网本体语言中的思想，并在其论文中提出将d a m l + o i l 本体翻译为 s h i q 描述逻辑语言，实现对d a m l + o i l 本体的推理； ( 2 ) 美国卡内基梅隆大学的m a s s i m op a o l u c c i 在其论文中提出了基于w e b 服务能力 的语义匹配思想，它成为后来服务发现研究的核心思想； ( 3 ) 荚匿马萨诸塞州理工学院的m a r kk l e i n 和美国纽约大学的a b r a h a mb e m s t e i n 提出了基于过程本体论的服务发现技术。过程本体论将每个w e b 服务分解成几个过程的 集合，前一个过程的输出是后一个过程的输入。过程本体论的运用有赖于m i t 过程手册 项匿的发展。 国内对子语义w e b 服务的研究起步相对较晚，缺乏领军人物。但是，也不芝佼佼者。 其中比较具有代表性的是中国科学院的史忠植等人，他们研制了多主体服务环境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c o n c e p t ：a c t i o n ( 概念：动作) 的格式，然磊运焉摇述逻辑对本体概念进行分层推理，从 而实现相似度匹配。 。1 2 研究的意义 由于越来越多的用户要求在w e b 上定制自己的服务。一方面，用户有根据不同网络 环境和不同资源条件灵活选择w e b 服务的需求；另方面，w e bs e r v i c e 技术的发展和相 关基础设施麴部署也为这种需求提供了实现的技术基础。因此，针对这种需求，对w e b 服务资源的发现及选择尤显重要。而基于w e bs e r v i c e 技术，从u d d i 上发现所注册的服 务，或直接使用它们，或间接动态地调用组装它们形成的新型的、功能更强大的w e b 服 务，是未来w e b 服务资源发现机制的发震趋势。 本文基于传统w e b 服务结构的特点，提出了基予a g e n t 的语义w e b 服务挖掘机制。 它基于语义的w e b 服务发现模型，建立在u d d i 和语义w e b 之上的，通过在它们之间加 2 入代理( a g e n t ) 来实现基于语义的w e b 服务发现，将w r e b 服务本体映射到u d d i 中的t m o d e l 以扩展w e b 服务语义。这样既可以利用语义w e b 来提高w e b 服务发现的效率和精确度； 又可以利用工业上的标准、通讯协议、现有的工具和w e b 服务，以实现基于机器的w e b 服务自动发现。同时，将w e b 服务请求端、基于语义的u d d i 以及w e b 服务提供端通过 s o a 的服务总线集成在一起，构成松耦合的s o a 体系架构下的挖掘系统。 总之，该系统应用基于语义的w e b 服务发现模型，利用多个a g e n t 之间的合作，快 速高效地完成w e b 服务的挖掘和检索工作。 1 2 研究重点 目前改进w e b 服务发现技术的主流方向是在w e b 服务体系中引入w e b 服务的语义描 述，进而探讨实现基于服务功能的语义匹配方案。 在结合语义w e b 和w e b 服务技术的基础上，本文将主要设计语义w e b 服务挖掘模型 以及o w l - s u d d i 匹配器。该模型利用本体建模方法来建立领域本体库，解决w e b 服务 发现过程中存在的语义异构问题，达成领域内一致的语义理解。并采用语义w e b 服务本 体描述语言o w l s 分别对w e b 服务和服务请求进行语义描述，产生的w e b 服务本体使 服务请求者能够了解服务的功能细节，加强服务描述信息的机器可理解性，同时服务请求 p r o f i l e 能精确描述服务请求者所需服务的功能信息，并通过智能代理和u d d i 进行交互， 为实现基于服务功能的语义匹配提供充分的语义信息以及高自动化匹配程度。 o w l s u d d i 语义匹配器通过扩展u d d i 注册中心，使其能支持服务功能的语义描述。 同时，本文将给出一种基于j a n a 推理机的o w l s 匹配算法，结合语义推理实现服务的模 糊匹配及选择，从而提高查准率和查全率。最后，将w e b 服务请求端、基于语义的u d d i 以及w e b 服务提供端通过s o a 的服务总线集成在一起，构成松耦合的s o a 体系架构下 的挖掘系统。 按照以上分析，研究重点在于： ( 1 ) 分析传统的w e b 服务发现技术存在的问题，并在对国内外研究成果进行分析和 比较基础上，确定结合语义w e b 和w e b 服务技术，以实现基于服务功能的语义匹配的技 术路线。 ( 2 ) 通过总结语义w e b 服务发现机制来分析语义w e b 服务发现的原理及技术依据， 并分别对本体建模方法及描述语言、描述逻辑和o w l s 语言技术进行详细阐述，建立领 域内本体库，从而为语义w e b 服务发现模型的设计提供理论和技术支持。 ( 3 ) 设计语义w e b 服务挖掘模型，给出各模块的功能设计。查询处理器是为了解决 原有的服务发现技术缺乏抽取有用信息的能力的问题，它结合智能代理可以高效自动化的 分析查询需求中的语义信息。o w l - f i ；u d d i 匹配器是为了扩展u d d i 注册中心，使其能 够存储服务的语义信息。语义服务发现引擎是为了实现基于服务功能的语义匹配而设计。 3 该服务发现模型的设计是本文的研究重点。 ( 4 ) 设计基于服务麓力的语义褶似度匹配算法，该算法是对e 有一些语义延配算法 的改进，不仅强调服务资源的查全率，也强调了对服务资源的藤量和信誉度的选择。 ( 5 ) 构建s o a 的服务总线架构，将w e b 服务请求端、基于语义的u d d i 以及w e b 服务提供端集成在一起，构成松耦合的s o a 体系架构下的挖掘系统。 1 3 论文结构 论文各章酶蠹容安排如下： 第一章绪论 简要介绍本文研究的背景和意义，着重介绍语义w e b 服务挖掘的策略，并概述本文 的工作。 第二章w e b 旅务发现的相关技术 介绍s o a 、网格及w e bs e r v i c e 的特征、体系结构以及它们之间的关系，基于w e b s e r v i c e 的多a g e n t 技术，当前w e b 服务挖掘研究的现状和研究趋势。 第三章语义w e b 瓣努发现概述 给出语义w e b 和语义w e b 服务的概念，通过总结语义w e b 服务发现机制来分析语义 w e b 服务发现的技术依据，并分别就本体方法、基于描述逻辑的语义推理和语义w e b 服 务本体描述语言( o w l - s ) 等技术进行阐述。 第四章基于语义的s o a 服务挖掘模型设计 介绍了基于语义的s o a 服务挖掘机制以及系统的模型，系统的各模块功能，实现的 关键技术及所用工具软件。 第五章基于语义豹s o a 驻务挖掘模型豹验证 综述实现代理的编程类及模型，o w l s u d d im a t c h m a k e r 的鼠置实现，利用j a n a 推 理机搭载基于服务能力的语义相似度分级匹配算法进行服务发现选择的描述朔分析以及 构建s o a 的服务慈线架构。 第六章总结与展望 总结本文工作，提出进一步的项目设想和工作。 4 2 1 引言 2 基于$ 0 a 的服务发现框架 面囱缀务麓体系结鹩j ( s o a ，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 是一种异释系统阕共享信意 的软件设计方式，它用新的方案解决软件蘑用和软件集成问题。采用s o a ，企业能够迅速便 捷的构建开放的、模块化的、可重用的软件组件。在基于s o a 的研究中，目前业已实现了 s o a 蕊较有代表性酶是w e b 服务技术以及网据技术。 w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 是一系猁标准和正在发展中的标准，它们是由w 3 c ( w o r l d w i d ew e bc o n s o r t i u m ) 设计和指定的，用来促进跨平台程序对程序的通信。w e bs e r v i c e 传失实现s o a 戆一种方式，能够提供离层的业务描述、注j l | 量移发现机制，并进一步实现 监务环境孛的事务概铡、安全橇翻和蛾务流程。 网格( c , d d ) f l o 作用是将分散在网络上的信息及信息存储、处理能力以合理的方式“粘 合起来，烨成有机的整体，以提供比任何单台高性能计算机都强大得多的处理能力，实 现售意的高度融合释共事。 开放式网格体系结构( o g s a , o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是在原来“五层沙漏 结构 的基础上，结合最新的w e bs e r v i c e 技术提出来的，其最突出的思想就是以“服务 为中心。o g s a 是符合标准豹w e bs e r v i c e 框架鲍，w e bs e r v i c e 鳃决了发现和激发永久服 务酶窝题。但是在霹格审，大量豹是糕时服务。因此o g s a 对w e bs e r v i c e 进行了扩展， 提出了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 的概念，使得它可以支持临时服务实例，并且能够动态 创建和删除。因此它失网格服务的表示( 规范和描述) 和使用( 发布、发现和组会) 提供 了技术基础。o g s a 定义了露捂服务的接叠娃及透信协议，使魇有的薅格骚务都基于这些 接口实现，所以可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的组合服务，这些服务可 以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待啦! 。 壶以上描述可戳看劐，实现s o a 这种松敖耦含架梭的技术有多种，但是始终重绕鲶 是对服务的描述和处理，翻此，髓着越来越多的用户簧求在w e b 上定制自己的服务。一 方面，用户有根据不同网络环境和不同资源条件灵活选择服务的需求；另一方面，s o a 技术的发展和基础设施的部署也为这种需求提供了实现的技术基础。因此，针对这种需求， 对w e b 中服务资源的发现及选择茏最重要。两基于s o a ，麸w e b 上发褒w e b 服务；或 直接使用它们，或间接动态地组装它们形成的新型的、功能更强犬的w e b 服务，是w e b 服务资源发现机制的发展趋势。 s 2 2s o a 相关概念 2 21s o a 与网格、w e b 服务 传统的软件体系结构由于在大型软件的设训巾，面临模块划分过细，功能之间叠加过 多模块与模块间接口连接较为紧密，导致开发后期“牵一发而动全身”，多个模块一起 修改，工作量增加。 很多程序员都不断的畅想，有这样一种软件架构，通过先期对各种行业的操作分析梳 理出业务的“操作流程”，把流程划分为“服务”，而服务又是由各个“构件”组合而成， 构件的功能模块就是“组件”。这样层层划分，可以根据用户的业务流程需要进行服务自 动组台义可随意根据需要解除服务构件的绑定，这就是所谓的“松耦合”。这样的话就 需要构件问的数据接口、数据标准、访问协议要统，并且设计的软件构件要具有高可重 用性。 面向服务的体系结构( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 就可以实现这种需要，它是 一种异构系统间共享信息的软件设计方式，它用新的方案解决软件重用和软件集成问题。 采用s o a ，企业能够迅速便捷的构建开放的、模块化的、可重用的软件组件。“，如图2l 所示。 可组台的服务 ( s o a l 图2i 应用了s o a 的灵活商务模型 它将应用程序的不同功能单元( 称为服务) 通过这些服务之间定义良好的接口和契约 联系起来。接e l 是采用中立的方式进行定义的，它应该独立十实现服务的硬件平台、操作 系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务町以以一种统一和通用的方式进 行变互。 这种具有中立的接口定义( 没有强制绑定到特定的实现上) 的特征称为服务之间的松 鬻一l ；些 ：坌墼墅叁堇堡壁堡 耦台。如幽2 2 所示，所有企业级越础服务通过企业服务总线( e n t e r p r i s es e r v i c eb u s ， e s b ) 连接，其他业务服务也是同样，他们通过标准服务接口相连，有统一的通信、调度 方式。松耦合系统的好处有睡点，点是它的灵活性，另一点是，当组成整个应用程序的 每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时它能够继续存在。而另一方面，紧耦合意 味着应用程序的不同组件之间的接口与其功能和结构是紧密相连的，因而当需要对部分或 整个应用程序进行某种形式的更改时，它们就显得非常脆弱。 蠕嚣器露野粥；i 瓣一i 一? ：嚣茹攀长；戮鬲鬻2 一茹蔷；i 豁瑟蔷g 露 鐾霸嘲嘲 谴孓一。l 。茹害恐i “” l l 同黔哮零鬻熊嘲 澜嘲_ 翮 _ 西 c - “ h 哺o t 憎i_ 畏啊舅$ ，n j t ! 黛厕孵圈黑 “h “ l 图22 典型商用$ 0 a 的基本结构 虽然面向服务的体系结构不是一个新鲜事物，但它却是更传统的面向对象的模型的替 代模型，面向对象的模型是紧耦合的，已经存在二十多年了。虽然基于s o a 的系统并不 排除使用面向对象的设计来构建单个服务，但足其整体设计却是面向服务的。由于它考虑 到了系统内的对象，所以虽然s o a 是基于对象的，但足作为一个整体，它却不是面向对 象的。币同之处在于接口本身。s o a 系统原型的一个典型例子是通用对象请求代理体系 结构( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 它已经出现很长时间了， 其定义的概念与s o a 相似。 然而，现在的s o a 已经有所不问了，因为它依赖于一些更新的进展，这些进展是以 可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 为基础的。通过使用基于x m l 的 语言( 称为w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c e s d e f i n i t i o n l a n g u a g e ，w s d l ) ) 来描述接口， 服务已经转到更动态且更灵活的接口系统中，非以前c o r b a 中的接口描述语言 ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，i d l ) 可比了”1 。 在基于s o a 的研究中，目前业已实现了s o a 的较有代表性的是w e b 服务技术以及网 格技术。 w e b 服务( w e b s e r v i c e ) 是一系列标准和f 在发展中的标准，它们是由w 3 c ( w o r l d 7 w i d ew 曲c o n s o r t i u m ) 设计和指定的，用来促进跨平台程序对程序的通信。w e bs e r v i c e 作为实现s o a 的一种方式，能够提供高层的业务描述、注册和发现机制，并进一步实现 业务环境中的事务机制、安全机制和业务流程。 网格( g r i d ) 的作用是将分散在网络上的信息及信息存储、处理能力以合理的方式“粘 合”起来，形成有机的整体，以提供比任何单台高性能计算机都强大得多的处理能力，实 现信息的高度融合和共享。 s o a 可以为网格应用提供一种基于标准的资源描述方式，使之能支持更广泛的平台 和环境，扩展网格应用的使用范围；而网格可以为基于s o a 的应用提供一种虚拟化的基 础设施服务，提供资源虚拟化、服务水平管理、计费管理等功能。 在互联网时代，企业的传统应用具有两大局限性。其一为无法有效利用现代互联网技 术，其二为无法编写互联网应用。这两大局限使得互联网的优势无法被传统应用充分利用。 s o a 的体系架构正是为了突破这两大局限而产生的。s o a 将应用程序的不同功能单 元封装，能够在互联网上运行与被呼叫的独立功能模块。这种w e b 上的模块被称之为“w e b 服务”或“网格服务”。 当这些“服务”被基于业务流程而被连成“流程”时，仍将它叫作“网格服务”。服务间通 过基于标准的接口和协议连接。这种服务间的接口能够独立于实现服务的硬件平台、操作 系统和编程语言，因此可以采用统一和通用的方式进行信息交换。 由于这是一种松耦合的集成方式，所以可以保证应用的最大灵活性，以满足在不断变 化的环境中客户应用的需求，实现一种随需应变( o nd e m a n d ) 的业务模式。 面向服务的体系架构并不是一个新鲜事物，面向对象( o b j e c t - o r i e n t e d ) 的概念早在 二十多年前就诞生了，分布式对象技术也在近十余年来得到了广泛的发展，如c o r b a ， e j b 等。 s o a 的主要不同点是采用了网格服务标准来描述应用接口，由于网格服务都是基于 开放标准的，在其定义中就保证了体系结构和平台的无关性，因此基于s o a 的应用程序 可以部署到各种平台上，可以极大地简化基于s o a 应用程序的部署和分布。 此外，除了服务描述以外，在s o a 中还需要定义整个应用程序如何在服务之间执行 其工作流，将业务的商业流程与具体实现的技术流程联系起来。 网格计算是分布式网络发展的下一代产物，它可以让我们分享分散的计算系统资源。 有了网格计算技术，用户可以将服务器、存储系统和网络联合在一起，组成一个大的系统， 从而为用户提供功能强大的多系统资源来处理特定的任务，解决一些以前由于工作量太大 而在一台计算机上很难处理的问题。 简而言之，网格是一种将分布的i t 资源“虚拟化”的技术。 由于网格要利用很多技术组件，并需要在构成网格的多个功能域之间进行交互，因此 标准就在网格的持续扩展中扮演了一个至关重要的角色。它们可以规范不同组件之间的交 互操作，让供应商集中精力在自己的应用实现中提供更高的价值。 8 如果没有网格解决方案框架中的标准，用户就不可能利用一种模块化和协调的方法来 为自己的网格环境持续增加能力。 目前，网格正在向网格服务架构发展，首先是g l o b u s 采用o g s i ，然后是新发布的 g l o b u s 工具包g l o b u st o o l k i t4 0 ( g t 4 ) 对网格服务资源框架( w s r f , w e bs e r v i c e s r e s o u r c ef r a m e w o r k ) 的支持，可以看到网格标准和网格服务正在走向统一。 s o a 可以为网格应用提供种基于标准的资源描述方式，使之能支持更广泛的平台 和环境，扩展网格应用的使用范围；而网格可以为基于s o a 的应用提供一种虚拟化的基 础设施服务，提供资源虚拟化、服务水平管理、计费管理等功能。 用户可以方便地添加i t 资源来扩展应用的处理能力和提高服务质量，由此简化s o a 的部署，降低系统运作和管理成本。通过企业服务总线( e s b ) ，两者可以有机结合，为 企业提供一个随需应变的运作环境。 基于s o a 的网格程序和传统的网格应用相比，可以分解为一系列独立的互联网服务 功能组件，并且可以在不同平台上运行，提供了更大的灵活性；同时，依赖于网格服务的 描述和发布机制，可以实现网格资源的自动发现和配送，能大大提高网格的自治性。 将网格应用移植到s o a 平台上，能够提高资源的利用效率，简化资源的管理，进一j ， 步地推动企业范围内的协作。可以预见到，网格技术将在企业架构的s o a 发展之路中起 重要作用。这种技术终将使企业的应用在未来能充分的发挥互联网的优势。 2 2 2s o a 体系结构 2 2 2 1s o a 中的角色及其协作 图2 3 展示了s o a 中角色的协作。这些流程遵循“查找、绑定和调用 范例，其中， 服务使用者执行动态服务定位，方法是查询服务注册中心来查找与其标准匹配的服务。如 果服务存在，注册中心就给使用者提供接口契约和服务的端点地址。 9 查找发布 绑定和调 图2 3s 0 中的协作 下面列出几个重要的s o a 术语畸1 ，这对理解s o a 体系结构十分重要。 ( 1 ) 服务逻辑实体：由一个或多个已发布接口定义的契约。 ( 2 ) 服务提供者：实现服务规范软件实体。 ( 3 ) 服务使用者或请求者：调用服务提供者的软件实体。传统上，它称为“客户端”。 服务使用者可以是终端用户应用程序或另一个服务。 ( 4 ) 服务定位器：一种特殊类型的服务提供者，它作为一个注册中心，允许查找服 务提供者接口和服务位置。 ( 5 ) 服务代理：一种特殊类型的服务提供者，它可以将服务请求传送到一个或多个 其他的服务提供者。 图2 4 表示了这些术语之间的关系。 服务提供者 s c i v i g ep r o v i d e r 图2 4s 0 的术语 1 0 1 a r 1 a r 1 a r 2 2 2 2s o a 分层体系结构 图2 5 为s o a 分层体系结构图，其中，遗留系统是己存在的系统，是有价值的系统， 会加以利用。服务组件是由一些应用或者其他的组件组成，使用者不能够直接调用组件， 而是应该调用服务。服务是一个逻辑实体，由一个或多个接口对外公布服务。是企业包装 好的具有接口的标准服务。调用者可以直接调用服务。任何调用服务的都是消费者，消费 者可能是一个服务。 图2 5s o a 分层体系结构 2 2 2 3 基于服务总线的s o a 体系结构 基于服务总线的s o a 体系结构可以由下列元素组成1 ，如图2 6 所示。 服务：i l l 务是一组软件组件，具有明确的功能，通常封装了业务。服务合约是一个信 息规范，说明服务的作用、功能、约束和使用。服务的接口将服务向服务客户公开。服务 的实现通常由程序、配置和数据库等组成。 服务总线：将s o a 的所有参与者相互连接在一起。两个服务或多个服务间通过服务总 线进行通信。 策略：是一组规则，在这样的规则下，服务使用者可以使用服务提供者提供的服务。 安全：用于服务使用者的身份验证，权限等。 事务：保证服务的原子性。如果使用一组服务来完成一项业务功能，那么要么全部完 成，那么一个也不完成。 管理：管理服务提供者提供的服务。 二二】至二二 垦南 鹱i 盘蔓“霸 图26 基于服务总线的$ o a 组成元素 223 基于w e bs e r vic e 及网格技术的开放网格服务体系结构( o g s a ) 开放式网格体系结构( o g s a o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是符合标准的w e b s e r v i c e 框架的，即符合s o a 体系的标准。o g s a 框架的推出和广泛认同标志着网格计算 进入了一个新的时代基于服务的时代。同时，o g s a 确赢了网格技术与w e b 服务技 术相结合的路线方针。对于w e b 服务技术，网格界没有被动地照单全收，而是根据网格 计算的实际和需求，对w e b 服务进行了创造性的改进和探索，提出了基于w e b 服务核心 标准的网格服务。目前最新的嘲格服务规范是w e b 服务资源框架( w s r f ，w e bs e r v i c e r c s o u r c ef r a m e w o r k ) 。 w e bs e r v i c e 解决了发现和激发永久服务的问题。但是在网格中，大量的是i 临时服务。 因此o g s a 对w e bs e r v i c e 进行了扩展，提出了网格服务( g r i d s e r v i c e ) 的概念，使得它 可以支持临时服务实例，并且能够动态创建和删除。因此它为网格服务的表示( 规范和描 述) 和使用( 发布、发现和组合) 提供了技术基础。o g s a 定义了网格服务的接1 ：3 以及通 信协议，使所有的网格服务都基于这些接d 实现，所以可以很容易地构造出具有层次结构 的、更高级别的组合服务这些服务可阻跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。 o g s a 包括两大关键技术，即网格技术和w e bs e r v i c e 技术，它是在五层沙漏结构的 基础上，结合w e bs e r v i c e 技术提出束的，解决了两个重要问题标准服务接1 ：3 的定义 和协议的识别。以服务为中心是o g s a 的基本思想，在o g s a 中一切都是服务。这一结 錾 构的意义就在于它将网格从科学和工程计算为中心的学术研究领域，扩展到更广泛的以分 布式系统服务集成为主要特征的社会经济活动领域。 o g s a 最基本的思想就是以“服务”为中心。在o g s a 框架中，将一切抽象为服务， 包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，简而言之，一切都是服务。这 种观念，有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。 o g s a 定义了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 的概念，网格服务是一种w e bs e r v i c e ，该服务 提供了一组接口，这些接口的定义明确并且遵守特定的管理，解决服务发现、动态服务创 建、生命周期管理、通知等问题。在o g s