（计算机软件与理论专业论文）基于语义web服务的异构系统集成研究.pdf

哈尔演理t 大学t 学硕1 ：学位论文 基于语义w e b 服务的异构系统集成研究 摘要 随着网络化制造的迅速发展，制造企业间各信息系统需要更多的通信和 交互，需要共享相关数据，共同合作来完成企业业务流程。而由于历史的及 其他方面的原因，企业信息系统大部分是异构的。因此，如何提供一种有效 机制，实现异构的企业信息系统的应用集成和互操作，消除企业信息孤岛， 优化企业业务流程，就成为企业信息化进程中一个亟待解决的问题。 本文在s o a 、w e bs e r v i c e s 、语义w e b 等技术的基础上，研究语义 w e b 服务技术，构建了企业异构系统集成平台，并研究了平台的拓扑模 型、层次模型、功能模型和基于平台的语义集成技术。基于w e b 服务本体 语言o w l s ，建立了w e b 服务语义表示模型，实现了平台集成对象服务的 语义建模。分析了w e b 服务发现面临的问题和语义w e b 服务发现基本算法 的不足，进行了语义本体的设计，通过实例研究服务注册机制，并基于语义 匹配度的定义和计算深入研究了语义w e b 服务匹配算法。分析了w e b 服务 组合的关键问题，基于q o s 提出了语义w e b 服务组合模型。最后，开发了 基于语义w e b 服务的制造企业异构系统集成平台原型系统，介绍了该系统 的开发背景、设计、实现、主要功能及应用界面，并结合应用实例验证了该 软件的性能。 本文坚持理论研究与实验研究的紧密结合，不仅建立了理论模型，而且 进行了系统实现，并结合应用实例验证了模型的准确可信。本文在基于语义 、e bs e r v i c e s 的基础之上，进一步完善和建立具有丰富语义的企业资源描述 模型和系统服务语义表示模型，形成语义层次的集成解决方案，可以有效降 低集成成本，优化业务流程，提高流程集成的灵活性和自动性，具有非常广 阔的潜在的应用前景。另外，本研究基于企业应用集成领域扩展了i n t e r n e t 环境下语义w e bs e r v i c e s 的匹配和组合模式，对其它语义相关的领域的研究 也有一定的借鉴意义。 关键词本体；语义w e b 服务；集成平台；服务匹配；服务组合 哈尔滨理t 人学t 学硕ij 学位论文 r e s e a r c ho fi n t e g r a t i o nf o r h e t e r o g e n e o u ss y s t e m s b a s e do ns e m a n t i c 胁bs e r v i c e s a b s t r a c t a st h er a p i dd e v e l o p m e n to fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n s y s t e m s ( e i s ) n e e dm o r ec o m m u n i c a t i o na n di n t e r a c t i o n ，s h a r er e l a t e dd a t aa n d c o o p e r a t et oc o m p l e t ee n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s s h o w e v e rb e c a u s eo fh i s t o r y a n do t h e ra l l a s p e c t s ，e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m s a r em o s t l yi s o m e t r i c t h e r e f o r e ，h o wt op r o v i d ee f f e c t i v em e c h a n i s m ，r e a l i z ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n b e t w e e ni s o m e t r i ce i s ，e l i m i n a t ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n da n d o p t i m i z e de n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s sh a sb e c o m eo n ep r o b l e mu r g e n tt os o l v ei n i n f o r m a t i o np r o c e s s t h i sp a p e rb u i l d si n t e g r a t i o np l a t f o r mf o re n t e r p r i s eh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s b a s e do ns e m a n t i cw e bs e r v i c e sa n ds t u d i e st o p o l o g ym o d e l ，h i e r a r c h ym o d e l ， f u n c t i o nm o d e lo fp l a t f o r ma n ds e m a n t i ci n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do n p l a t f o r m b a s e do n _ o w l s ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) i tb u i l d s s e m a n t i cr e p r e s e n t a t i o nm o d e lo fw e bs e r v i c e sa n dr e a l i z e ss e m a n t i cm o d e l i n g f o ri n t e g r a t e do b j e c ts e r v i c eo fp l a t f o r m t h r o u g ha n a l y z i n g d e f i c i e n c yo f d i s c o v e r yb a s i ca l g o r i t h mo ns e m a n t i cw e bs e r v i c e sa n dd e s i g n i n gs e m a n t i c o n t o l o g y ，i ts t u d i e ss e r v i c em a t c h i n ga l g o r i t h mo ns e m a n t i cw e bs e r v i c e sb a s e d o nd e f i n i t i o na n dc a l c u l a t i o no ns e m a n t i cm a t c h i n gd e g r e e a n dt h r o u g h a n a l y z i n gk e yp r o b l e m so nw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o ni tp u t sf o r w a r ds e r v i c e s c o m p o s i t i o nm o d e lo ns e m a n t i cw e bs e r v i c e sb a s e do nq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) f i n a l l y , i t d e v e l o p e dp r o t o t y p es y s t e m f o r m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si n t e g r a t i o np l a t f o r mb a s e do ns e m a n t i cw e bs e r v i c e s ， i n t r o d u c e dd e v e l o p m e n tb a c k g r o u n d ，d e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o n ，t h em a i nf u n c t i o n a n da p p l i c a t i o ni n t e r f a c eo fs y s t e m ，a n dc o m b i n e dw i t ha p p l i c a t i o ne x a m p l e st o v e r i f yt h ep e r f o r m a n c eo ft h es o f t w a r eo nt h isp a p e r u 哈尔演理t 人学t 学硕f j 学化论文 t h ed i s s e r t a t i o ni n s i s t so n i n t e g r a t i n gt h e o r y r e s e a r c hw i t h e x p e r i m e n t r e s e a r c h ，n o to n l ye s t a b l i s h e st h et h e o r y m o d e l ，b u ta l s od o e ss o f t w a r ei m p l e m e n t ， a n dv a l i d a t e sm o d e lp r e c i s ea n dc r e d i b i l i t y a n do nt h eb a s i so ft h ec u r r e n t s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，t h ed i s s e r t a t i o n f u r t h e r _ _ p e r f e c t sa n ds e t su pe n t e r p r i s e r e s o u r c e sd e s c r i p t i o nm o d e la n ds y s t e ms e r v i c er e p r e s e n t a t i o nm o d e lw i t hr i c h s e m a n t i cf o r m i n gs e m a n t i c - l e v e li n t e g r a t i o ns o l u t i o ns oa st or e d u c ei n t e g r a t i o n c o s t s ，o p t i m i z eb u s i n e s sp r o c e s s e sa n di m p r o v ef l e x i b i l i t ya n da u t o m a t i c i t yo n f l o wi n t e g r a t i o nw i t hav e r yw i d ep o t e n t i a la p p l i c a t i o np r o s p e c t s i na d d i t i o n ，t h i s s t u d yw a st h ee x p a n s i o no fm a t c h i n ga n dc o m p o s i t i o nm o d e l so fs e m a n t i cw e b s e r v i c e si nt h ei n t e m e te n v i r o n m e n tb a s e do nt h ef i e l do f e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o n ，a n dt h e r ea r ec e r t a i nr e f e r e n c e st ot h eo t h e rs e m a n t i c r e l a t e dr e s e a r c h f i e l d k e y w o r d so n t o l o g y ，s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，i n g e t r a t i o np l a t f o r m ， s e r v i c em a t c h i n g ，s e r v i c ec o m p o s i t i o n i i i 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于语义w e b 服务的异 构系统集成研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位 期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外 不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：争茗弦日期：7 年3 月夕同 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 基于语义w e b 服务的异构系统集成研究系本人在哈尔滨理工大学攻 读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。论文的研究成果归哈尔 滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全 了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有 关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。授权哈尔滨理工大学 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分 内容。 本学位论文属于 保密口在5 年解密后适用授权书。 不保密团 ( 请在以上相应方框内打4 ) 作者签名：争茗强日期：沪7 年岁月廖日 翮鹕：焉i _ 嗍叩胛 哈尔滨珲t 人学t 学硕i ：学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 网络化制造是指制造企业基于网络技术开展产品设计、制造、销售、采购 和管理等系列活动的总称。其核心是利用网络，特别是i n t e m e t ，跨越不同 企业之间存在的空间差距，通过企业之间的信息集成、业务过程集成、资源共 享对企业开展异地协同的设计制造、网上销售和供应链管理等提供技术支撑环 境和手段，实现产品商务的协同、产品设计的协同、产品制造的协同和供应链 的协同，从而缩短产品的研制周期和研制费用，提高整个产业链和制造群体的 竞争力。网络化制造的关键问题是如何有效地检索、组织、集成和利用异地异 构的制造资源，形成资源的全球共享、不同层次资源的自动配置等。网络化制 造的最终目的是提高各种资源的利用率、加快企业产品的开发进程、协调上下 游联盟企业产品开发步伐，从而促进企业的快速发展。 随着企业信息化进程的不断推进，制造企业内部出现了越来越多的应用系 统，包括独立或委托开发的各种m i s 系统，成套购买的e r p 、s c m 、c r m 和工业控制系统等，在操作系统方面有u n i x 、s o l a r i s 、w i n d o w s 等不同的平 台，大型数据库有o r a c l e 、s q ls e r v e r 、d b 2 等，硬件平台呈现大型机、小 型机、微机等并存。这些系统的引入在一定程度上提高了企业的信息化程度， 但由于各个系统之间的相对独立性和差异性，同样也给企业信息化建设带来不 少问题。由于企业的传统结构是按照职能来组织各个部门，各个部门分别担负 相关的职能，分别使用不同的应用信息系统来协助他们完成规定的职能，如企 业资源规划、客户关系管理、供应链管理以及其它商业应用系统都是自包含的 独立系统，每个系统都包含它自己的应用、流程以及数据，导致众多关键的信 息被封闭在相互独立的系统中，相互之间缺乏有效的通信，形成一个个所谓的 “信息孤岛”。 因此，集成企业内及企业问的异构系统己成为现阶段各个企业的当务之 急。无论是信息集成、功能集成，还是过程集成，都离不开软件工具的支持。 因为企业集成水平的提高在很大程度上取决于软件系统集成水平，所以良好的 软件支持工具可以帮助企业实现应用的快速集成。集成平台与集成框架就是企 业应用的一种先进集成支持工具。 哈尔滨理t 人学t 学硕l j 学化论文 企业应用集成，是一种全新战略的企业解决方案，它利用通用的中间件技 术，融合了企业已有应用软件、商业封装式应用软件以及由通用中间件编写的 新代码的功能。它能够使企业简单、快速的将业务流程、应用软件、硬件和各 种标准联合起来，在两个或更多的企业应用系统之问实现无缝集成，使它们像 一个整体一样进行业务处理和信息共享。企业应用集成是企业信息化的重要目 标。 集成框架与集成平台及运行支撑技术是企业集成系统应用开发与运行的 环境，它提供了企业各应用系统之间的集成技术与方法。集成平台是一个支 持复杂信息环境下企业集成系统应用开发和运行的软件平台，它在异构分 布环境( 包括网络、操作系统和数据库) 下提供透明、一致的信息访问和交 互手段，对其上运行的应用进行管理，为应用提供服务，并支持企业集成 系统信息环境下各特定应用领域应用系统的集成。构建统一的集成平台是企 业应用集成的发展趋势，是企业信息化的关键解决方案。 应用集成平台的产生首先来自企业实际应用对软件系统的需求，其次来自 于计算机软件技术本身发展的要求。软件技术的发展越来越明显地表现出以下 特征：软件系统越来越庞大，但是软件系统内部组成模块的规模却越来越小； 软件系统的功能越来越复杂；但是系统的开放性却越来越好。计算机应用软件 j 下在向着不依赖于特定的硬件和操作系统以及具有高度可重用性的方向发展。 开发企业应用集成平台的目的就是为企业实施集成提供开放的、易维护的、可 重构的应用开发与系统运行的集成支持工具。 集成平台的发展既要满足企业应用集成的需求，也要符合软件技术的发展 趋势。当今的软件技术，j t l c o r b a 标准、软构件( c o m p o n e n t w a r e ) 和软代理概 念及其支持系统( 女1 m i c r o s o f t 的o l e ) 、w 曲服务技术、i n t e r n e t 技术的发展趋 势，为集成平台的开发展示了发展方向，即向着高度的软件可重用、完全独立于 各种异构系统、具有一定程度的智能化方向发展。 1 2 集成架构评价指标 企业在进行集成时，会根据自身的资源分布及使用情况、业务需求而提出 特定的方案，这些方案在集成的层次、所使用的集成技术上都各有不同，但若 将这些方案按照它们所采用的核心技术及结构来划分，它将分为几大类，如面 向表示的集成、基于事务处理的集成、面向服务的集成等，这些按大类划分的 集成方式，我们将其称之为集成架构。可以参照如下指标来衡量一个集成架构 哈尔滨理t 人学t 学硕f ：学位论义 的优劣。 1 耦合度耦合度衡量了两种组件之间的独立性以及其中一个组件的改变 对另一个的影响程度。在任何集成项目中，最重要的成果之一就是降低其中软 件组件的耦合程度。好的集成架构应从技术上保证所使用的组件之间相互依赖 性变得很少或不存在，即通常所说的松耦合。 2 灵活性企业的生产经营、业务活动随着市场环境的变化时时刻刻发生 着变化，如果企业在进行时跟不上变化的节奏，那么项目将形同虚设，如何能 够适应这种变化一个好的集成架构应能够将企业多个独立业务部门间的所有关 键业务数据、系统和全异的应用程序集成到一个公共平台上，同时优化核心的 内部和外部业务流程，创建一个能快速响应实时变化的业务状况的灵活机构， 从而能够快速安全地实现与合作伙伴、供应商和客户的无缝连接。 3 集成方案的完备性集成可以在不同的层次上进行，也可以根据实际需 要选择不同的集成技术，但无论怎样选择集成方案，有一点是必须要实现的结 构应能解决企业的多种集成问题。一个好的集成架构至少要包括数据集成与功 能集成，表示集成虽然不是必须使用的，但也应予以考虑。 4 体系结构的统一性绝不仅仅是某种产品，它首先是一种体系结构。在 许多企业中，结构体系在建立时缺乏前瞻与协调，其结果是结构一团混乱。这 种混乱的体系结构阻碍了企业的发展，所以企业要进行集成首先要统一体系结 构，好的架构不只包括技术，它还在接口控制、信息标准以及系统管理等诸多 方面有所考虑。 1 3 相关问题的国内外研究现状 1 3 1 集成平台的国内外研究现状 集成平台经历了逐步发展的过程。早期对集成平台概念的理解是把平台当 成支持“应用编程”的基础，即通过应用编程接口( a p i ) 的方式给应用编程提 供通用服务。其优点是应用软件的开发可以在较高的层次上进行，无需象传统 的软件开发那样从操作系统逐层向上进行。采用这种结构的集成平台软件产品 有d e c 公司的b a s e s t a r 、h i l c o 公司的m o n i t r o l 。这些早期集成平台产品的缺点 是：每个平台基本上都是运行在单一的或少数的硬件平台和操作系统环境上， 支持异构分布环境能力差；每个平台都是针对某个具体应用领域( 如车问控制 器) 开发的，覆盖范围小；这些平台本质上都是应用软件开发平台，集成其它 哈尔滨理t 人学t 学硕f j 学位论文 应用的能力不足。 9 0 年代初陆续出现了一批能够支持异构环境的集成平台产品，为了支持异 构分布环境和在更广的范围内支持应用开发，新的计算机软件设计思想、标准 和方法在集成平台产品的设计开发中得到了应用。这些思想和方法包括中间件 概念、客户服务器结构、面向对象方法、开放性互连标准( o s l ) 、分布计算环 境( d c e ) 和c o r b a 标准。 美国和欧洲一些研究单位对集成平台和集成框架的研究主要集中在建立企 业内和企业间信息集成的框架。如w r i g h t p a t t e r s o n 空军基地等单位进行的e i s 项目；i b m 、m o t o r o l a 、g e 等1 0 家公司( 单位) 参加的企业集成框架研究项 目；由美国制造技术委员会等单位主持的d a p r o 项目；欧洲a n s a ( a d v a n c e d n e t w o r k e ds y s t e m sa r c h i t e c t u r e ) 和欧共体e s p r i t i s a 项目共同研制的开发环 a n s a w a r e ；欧共体c c e 项目等f 1 2 3 1 。 目前，国内外研究的应用集成平台体系架构主要有如下几种： 1 基于c o r b a 架构的企业应用集成平台c o r b a ( 公共对象请求代理体 系结构) 是由o m g ( 对象管理组织) 提出的应用软件体系结构和对象技术规范， 其核心是一套标准的语言、接口和协议，以支持异构分布应用程序间的互操作 性及独立于平台和编程语言的对象重用。 c o r b a 体系的主要内容包括以下几个部分：对象请求代理o r b 、对象服 务、公共设施、应用接口、领域接口。 c o r b a 技术为实现e a i 提供了全套的构架和解决方案，其优点是大而全， 互操作性和开放性非常好，缺点是庞大而复杂，并且技术和标准的更新相对较 慢。 2 基于m o m 的企业应用集成平台m o m ( m e s s a g eo r i e n t e dm i d d l e w a r e ) 指 的是利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交流，并基于数据通信 来进行网络应用系统的集成。m o m 产品在架构上又可分为以下两类：基于 t c p 协议和队列管理的m o m 以及基于i p 可靠多播的m o m 。 它与基于c o r b a 的通信中间件相比优点为跨平台能力强、应用之问实现 松散的耦合集成、消息异步通信、提供自描述的消息格式、通讯程序可在不同 的时问运行。 m o m 的优点是：发送和接收方不必在线等待( 松耦合) 。缺点是：规范 较少，消息、格式大多是私有的，这样，不同的产品之间并不能相互通信，需 要有适配器。会发生过载情况，此外，异步消息传递并不总是支持安全的传播 方式。 哈尔滨理t 人学t 学硕i ：学位论文 3 基于j 2 e e j c a 架构的企业应用集成平台j 2 e e 应用服务器是如今企业 应用集成中使用的最广泛的一种集成平台。j c a ( j 2 e e 连接器架构) 是用来简 化j 2 e e 应用服务器和e i s 之i 日j 的集成而提出的一种规范。它定义了将应用服务 器连接到不同的e i s 的标准体系结构，解决了人们在面对与e i s 系统集成时面临 的问题。 j c a 规范由以下三个部分组成：资源适配器、系统协议和通用客户接口。 j c a 的优点很明显，它为厂商提供了一种按照开放的产业标准定义接口的 途径。同时，j c a 建立在己经取得极大成功的语言j a v a 之上，采用技术能有 效地进行软件复用，提高开发人员的效率，降低软件的开发和维护成本，提高 软件的质量，控制系统的复杂性。其局限性和缺点在于：调用e i s 应用时，采 取同步消息传输方式；它不能处理来自应用的异步消息或向应用传递异步消 息；没有提供基于x m l 的接口来实现与非j a v a 的异构系统的集成；只定义了 从客户端到应用的单向调用，却没有定义应用如何回调客户端。 概括来讲异构环境下传统集成技术的不足主要体现在以下三个方面： 1 ) 它们要求服务客户端与系统提供的服务本身之间必须紧密耦合，即要求 一个同类的基本结构。这样的系统往往十分脆弱。如果一端的执行机制发生变 化，那么另一端便会崩溃； 2 1 基于c o r b a 等分布式对象技术不能实现透明地跨越防火墙通信。例 如，防火墙有时会阻止o r b 通信，这也使得其不适合在网络环境企业应用集成 的发展要求； 3 ) 传统的d c o m 或是c o r b a 组件，由于每种组件都必须使用自己特定的 规范来开发，组件之间的通信也必须使用特定的协议，这样不同组件之间无法 进行直接的数据交换和数据共享。 、 因此传统的集成技术由于其自身的局限性和互操作性问题，难以适应网络 环境下的企业应用集成的发展需求。近年来，随着网络在各个领域应用的普及 和深化，人们迫切需要能够方便地实现网络上跨平台、语言独立、松散耦合的 异构应用的交互和集成，这对集成技术提出了新的要求【4 5 】。 s o a ( 面向服务的架构) 是最近国内外研究的一个非常热门的领域。它并不 是一种现成的技术，而是一种架构和组织基础结构及业务功能的方法。s o a 是 一种架构模型，是一种粗粒度、松耦合的服务架构。s o a 是服务的集合，服务 之间通过标准、精确定义的接口通信。它可以根据业务需求通过网络对松散耦 合的粗粒度应用组件服务进行分布式部署、组合和使用，服务之间通过简单、 精确定义的接口进行通信而不涉及底层编程接口和通讯模型。 哈尔滨理t 人学t 学硕i ：学化论义 s o a 是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元( 称为服务) 通过服 务问定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它 独立于具体实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在多个这 样的系统中的服务可以以一种统一和标准的方式进行通信。它最大的特点是强 调中立接口和服务之间的松耦合。s o a 的主要组件包括服务、动态发现和消 息，要求开发人员将应用设计为服务的集合【6 1 。 s o a 是理论概念模型，需要具体的实现技术，也就是说，s o a 本身并没有 限定实现它的技术。c o r b a 和d c o m 等可以用于实现s o a ，但由于c o r b a 和 d c o m 本身存在着不足，所以用c o r b a 或d c o m 实现的s o a 并没有得到十分 广泛的应用。实践表明，w e bs e r v i e e s 技术是实现s o a 的最佳选择。w e b s e r v i c e s 力f l 上s o a ，将是下一代企业应用系统的开发和构建的主流方法。 “w e b s e r v i c e s + s o a ”的面向服务集成能够克服传统应用系统集成实施中的不 足，消除现存解决方案中的互操作性问题，简化应用集成的复杂度，实现异构 系统的无缝动态集成。 由于w e bs e r v i c e s 有一套开放标准，它将促进s o a 被广泛采纳。在s o a 架构下运用w e bs e r v i c e s 技术进行集成是面向服务的集成( s o i ) ，它主要关注 企业被共享的数据与可重用服务，使得集成具有更大的灵活性和可预见性【7 1 。 目前为止，w e b 服务得到了广泛应用。w e b 服务的基础体系结构也已成 熟，从w e b 服务的开发、部署直到运行都有了商业化产品。但w e b 服务技术依 然存在许多问题亟待解决，主要有如下几个方面： 1 w e b 服务的自动化问题。( 1 ) 自动化的w e b 服务发现。目前，w e b 服务的 搜索与发现采用的普遍方法是由客户使用搜索引擎找到服务，或者在相关的 w e b 页面中考查其是否满足服务请求的要求。因此，w e b 服务发现的自动化， 基于语义和约束进行w e b 服务的查找及发现，特定应用环境中的w e 服务发现 技术都是重要的研究方向。( 2 ) 自动化的w e b 服务组合。传统的方法是客户端根 据需要人为的选择一些合适的w e b 服务，然后定义这些w e 服务之间的交互过 程，并对其进行硬编码来完成w e b 服务组合。这样做使得w e b 服务组合是不灵 活和难以维护的。例如w s c i 和b p e i a w s 都对如何将多个简单服务组合成一个 复杂服务做了描述，但都仍然是语法级别的，做不到w e b 服务的自动组合。而 w e b 服务组合自动化是指程序或代理使用w e b 服务的语义信息自动挑选、组装 和配合适当的w e b f l 蔓务来完成任务，只需用户给出一个形式化的任务描述即 可。 2 资源的按需配置问题。 哈尔滨理t 大学t 学顾f ：学位论文 3 w e b f l t 务的访问控制问题。 1 3 2 语义w e b 服务的国内外研究现状 随着w e b 服务的迅速发展，w e b 服务的自动化问题被逐渐重视，语义 w e b 服务也就应运而生。语义w e b 和w e b 服务相结合称为语义w e b 服务。语 义w e b 服务将是一种更为智能的服务，是w e b 服务未来的发展趋势。 语义w e b 服务是用标记语言增强语义描述的w e b 服务。语义描述使外部 代理和程序能发现、组合并调用语义w e b 服务。语义w 曲服务研究的根本任 务就是对w 曲服务进行标记，使w e b 服务成为计算机可理解的、用户透明的 和易处理的实体。如果在w e b 服务中利用了语义信息，服务的执行就更能体 现用户预期的目标和限制条件，能够得到更精确的结果，从而提高w e b 服务 执行结果的准确性；从组合w e b 服务的角度来看，基于语义信息进行w e b 服 务的组合能够有效地利用知识表示及推理来指导和监督服务的组合。例如，可 以通过规则的推理来确定满足条件的w e b 服务，从而确定合理的w e b 服务， 从而确定合理的w e b 服务调用顺序和工作流。语义w e b 服务的目标是【8 】： 1 ) 使服务成为机器可解释的、用户明了的、能够使用智能主体的； 2 ) 个性化的机器代理支持自动的w e b 服务发现、执行、组成和互操作； 3 ) 突破虚拟领域，扩展到现实世界。 语义w e b 服务在现有的w e b 服务标准和语义w e b 的基础之上，采用一种 无二义性的计算机能解释的语义来描述w e b 服务的性能和内容，并且提高了 现存任务的敏捷和健壮性，语义w e b 服务的关键部分是创建一种描述w e b 服 务的语言o w l s 。o w l s 可以实现w e b 服务的自动发现、调用、组合和监 控。 对语义w e b 服务的研究是从d a m l s 起步的【9 1 。d a m l s 使用一种形式 化语言来准确定义w e b 服务的行为。众所周知，w s d l 是对w e b 服务最基本 的描述，它较为简单，只着重于w e b 服务的操作，因而这些描述对于自动化 的w e b 发现和组合来说是不够的。于是需要一种更丰富的、更深层的和更便 于机器处理的描述方法。d a m l s ( 现在是o w l s ) 组织给w e b 服务增加了 p r o f i l e 、p r o c e s s 、g r o u n d i n g 描述。其中，p r o f i l e 通过输入( i ) 、输出( o ) 、前置 条件( p ) 和结果( e ) 等术语描述了w 曲服务的功能，p r o c e s s 说明了如何通过组件 来构建w 曲服务，而g r o u n d i n g 则将这些信息映射到w s d l 。许多的语义信息 就包括在l o p e 的详细说明中。而o w l s 将推动w e b 服务自动化，包括w e b 哈尔滨理t 人学t 学硕l j 学位论文 服务的发现、执行和组合的自动化。当前版本的o w l s 是基于o w l 创建 的，o w l 则由w 3 c 的w 曲本体工作组( w e b - o n t o l o g yw o r k i n gg r o u p ) 铝1 定。 o w l s 是第一个发展较好的w e b 服务本体。 除了主要的o w l - s 项目以外，另外还有两个正在开发的语义w e b 服务项 目，包括美国的l s d i s m e t e o r s 项目和欧洲的d e r i s w w s 项目。 其中，m e t e o r s 着重于整个语义w e b 过程生命周期中的语义的使用 【1 0 1 。此过程表现为各个语义w e b 服务之间的复杂交互。m e t e o r s 项目的目 标在于研究语义w e b 过程中的四个重要阶段，即注解、发现、组合和执行。 一种针对生命周期中每个研究阶段的框架已经被开发和实现。首先m e t e o r s 的语义w e b 服务注解框架( m w s a f ) 胄g 够半自动化的使用本体标记w e b 服务描 述，用相关本体匹配和注释w s d l 文件的算法也已经给出。其次m e t e o r s 的w e b 服务发现构架( m w s d i ) 使用基于本体的方法来组织注册信息，这样使 得所有的w e b 服务可以基于领域进行语义分类。每一条注册信息都支持w e b 服务的语义发布。这些注册信息将被w e b 服务发现所使用。再次，m e t e o r - s 的w 曲服务组合框架( m w s c f ) 对现有w e b 过程组合技术进行了改进，它使 用语义模板来获取w e b 过程的语义需求。最后，m e t e o r s 的动态过程管理 器( m w s d p m ) 允许基于事务和过程约束将w e b 服务的部署态和运行态绑定到 一个抽象的过程。 d e r i 项目的标题是语义w e b 使能的w e b 服务( s w w s ) 。d e r i 的研究人 员考虑围绕u d d i 、w s d l 和s o a p 等即有技术来发掘w e b 服务的全部潜力。 因为，尽管当前的技术只能对自动化的w e b 服务发现、组合和执行提供非常 有限的支持，但是它们仍然是使用语义所必不可少的部分。s w w s 最初的重要 目标包括为w e b 服务描述和发现提供一个更丰富的框架，以及提供一个可伸 缩的w e b 服务仲裁中间件。任何需要的仲裁都必须基于语义数据、过程本体 以及语义互用【l 。 另外，d e r i 还在致力于w s m o 、w s m l 和w s m x 的开发。w s m o 是用 来定义语义w e b 服务的完全本体。w s m o 本身是由基于一阶逻辑的本体语言 定义。它包含所有语义w e b 服务所必需的概念，包括：本体、介体、目标以 及w e b 服务接口。w s m l 是一系列语言，它们允许语义w e b 服务设计者以形 式语一言来定义语义w e b 服务。w s m x 则为语义w e b 服务的执行提供了一种 标准体系结构。这种体系结构是基于组件的，就好比s o a ，w s m x 本身有执 行语义。 除了对w e b 服务功能的描述的研究以外，还有对其行为描述的研究。服 哈尔滨理t 人学t 学硕f j 学位论文 务的行为特征描述了该服务如何与其他服务进行交互。在w e b 服务组合中提 供行为特征是关键。例如两个正在交互的服务可能由于都在等待对方消息而都 无法进行下去。因此，有人建议w e b 服务组合( 无论是自动化的还是半自动化 的) 应该决定性地依赖于行为规定中的交互模式。一种最近开发出来的称为 w s a t 的工具可以分析w e b 服务交互和w e b 服务行为。 为了使w e b 服务成为面向语义服务计算的平台，工业界和学术界的研究 者们需要创建各种术语、技术和产品以完善w e b 服务的宣传、发现、选择、 组合和执行。最近学术界和工业界的先行研究者( s w s i ) 已经联合起来准备开发 一个将语义w e b 和w e b 服务合并的基础框架，以实现w e b 服务中所有方面的 自动化。除了推进o w l s 的发展外，s w s i 还将致力于将o w l s 与s w w s 、 w s m o 、w s m l 以及w s m x 等项目的研究工作进行融合，为w e b 服务提供 者提供一系列的核心构架，方便他们用计算机可解释的方式来描述自己的服 务。 1 4 课题来源与研究内容 本课题来源于黑龙江省科技攻关项目。项目编号：g c 0 6 a 1 2 8 。 本课题的研究内容主要包括以下几部分： 1 讨论并分析企业应用集成的国内外研究现状和存在的问题，明确实现 异构环境下企业应用软件集成在企业信息化中的重要作用，指出异构环境下传 统企业应用集成技术存在的优缺点。通过对s o a ( 面向服务架构) 、 w e b s e r v i c e s 、语义w e b 等相关技术的研究，提出一种基于语义w e bs e r v i c e s 的企 业间异构系统集成平台体系框架，并对其中的关键技术进行了研究。 2 分析语义w e b 服务主流建模框架，基于w e b 服务本体语言o w l - s 建 立w e b 服务语义表示模型，并对平台集成对象服务进行语义建模。 3 在深入分析传统的w e bs e r v i c e s 发现机制所存在的问题的基础上，介 绍集成平台中的服务描述模型及其注册机制，以及在这种服务描述模型下基于 语义的服务发现与匹配。 4 集成平台的一个重要方面是实现业务流程的集成，业务流程的实现通 过服务的组合来完成。在分析w e b 服务组合关键问题的基础上，对w e b 服务 组合策略进行深入研究。 5 基于提出的框架在j 2 e e 平台下，使用e c l i p s e 为开发工具、o r a c l e 为数 据库服务器，采用w e b 开发技术进行原型系统开发，支持企业语义互操作， 哈尔滨理t 人学t 学硕i j 学位论文 实现企业内部和企业间各异构系统的资源共享与无缝集成，并结合某应用实例 进行了系统验证。 1 5 论文的组织结构 全文共分六章。 第一章：绪论。首先讨论了课题研究的背景和意义，接着分析了相关问题 的国内外研究现状，然后介绍本课题的来源和研究内容，最后指出了本文的主 要工作与创新点。 第二章：基于语义w e b 服务的异构系统集成平台架构。本章基于s o a 、 w e bs e r v i c e s 、语义w e b 等关键技术，重点建立了基于语义w e b 服务的异构系 统集成平台，从平台的拓扑模型、层析模型、功能模型等角度对平台的功能做 了详细描述，并详细论述了基于平台的语义集成技术。 第三章：基于语义w e b 服务的集成平台语义建模。本章首先分析了语义 w e b 服务主流建模框架，然后建立了w e b 服务语义表示模型，基于w e b 服务 本体语言o w l s 对平台集成对象服务进行了语义建模。 第四章：语义w e b 服务的发现和匹配。本章首先分析了语义w e b 服务发 现基本算法的不足，基于语义本体的设计，通过语义匹配度的定义和计算，提 出一种语义w e b 服务匹配算法。 第五章：语义w e b 服务的组合。本章通过对语义w e b 服务组合问题和自 动化w e b 服务组合技术的分析，研究了w e b 服务组合的关键问题，提出了基 于q o s 的语义w e b 服务组合模型。 第六章：集成平台原型系统实现和应用实例。本章实现了基于语义w e b 服务异构系统集成平台的原型系统。介绍了系统的开发背景及软硬件环境，给 出了j 2 e e 平台下的系统实现，描述了系统的功能模块与主要界面；结合某应 用实例，验证了系统的性能。 哈尔滨理t 人学t 学硕i j 学位论文 第2 章基于语义w e b 服务的集成平台架构 针对w e b 服务的自治性、异构性和动态性，用户希望拥有新一代的应用 集成技术和工具以帮助其利用现有的w e b 服务快速、动态地创建各种新的应 用。本文的研究着眼于将w e b 服务技术与语义本体技术相结合，提出了一种 基于语义w 曲服务的应用集成平台的框架。该框架以成为标准的w e b 服务作 为集成的元素，并利用语义和本体技术对w e b 服务赋予语义定义与描述，建 立了一个基于语义的w 曲服务注册与发现平台，并且可以通过组合不同的 w 曲服务动态的集成出新的应用。 2 1 面向服务的体系构架 2 1 1s o a 的基本概念与相关理论分析 1 s o a 概述s o a 是一种架构模型，它可以