（计算机软件与理论专业论文）基于owls的web服务发现与组合方法研究.pdf

摘要 摘要 本文着重分析了w e b 服务研究最核心的问题发现与组合技术，指出了当前所存在的困难； 并在分析、总结现有w e b 服务发现和组合技术优点与不足的基础之上，提出了个w e b 服务发现和组合 的新框架w s d c f 。该框架从w e b 服务的语义映射入手，设计了一个较为准确、高效的语义匹配 方法：针对服务组合过程中的复杂匹配情况，设计了一个服务组合的复杂匹配算法，并基于该算法 设计了一个具有较高组合成功率的服务组合算法，实现了w e b 服务的动态发现和组合。 本论文的主要研究成果如下： ( 1 ) 将w s d c f 系统设计成一个独立于u d d i 与用户的a g e n t ，使之既能实现w e b 服务动态发 现和组合，又保持了与现有w e b 服务模型的完全对接。 ( 2 ) 通过o w l s 与u d d i 的映射，以及在本地的服务描述库中保存服务的u u i d 和t m o d e l 信息，实现了w s d c f 系统与现有u d d i 的无缝集成，为在本地进行服务匹配和组合提供了语义信 息基础。 ( 3 ) 提出了服务查询匹配算法，针对服务的语义匹配，采用两阶段运算的方式，通过定理证明， 将服务匹配验证过程转化为图论问题，从而实现了基于语义的服务自动发现，既提高了查询速度， 又具有较高的准确性。 ( 4 ) 提出了多对一匹配算法，在服务组合中考虑了多对一匹配的情况，通过增加服务组合的约 束，使w s d c f 能够在有效控制时间耗费的同时，提高服务组合匹配成功率及所获服务组合的质量。 ( 5 ) 提出了依赖图生成算法，根据参数的匹配和用户偏好，以两种不同的方式生成依赖图，通 过删除无用路径、设定阈值等方式来优化依赖图，有效地降低了算法的时间耗费，并为服务组合结 果的生成提供了便利。 ( 6 ) 提出了生成服务组合结果算法，通过综合依赖图中各个路径q o s 参数的加权值因素，将 生成服务组合结果的问题转化为图论的前n 条最短路径问题并加以解决。 ( 7 ) 通过在a g e n t 中设立质量评估模块，对w e b 服务的q o s 信息进行维护，实现了服务组合 和调用过程中的o o s 参数约束，提高了服务组合结果的质量。 通过上述工作，本文实现了在实验室环境下的w e b 服务的动态发现和组合。对服务匹配和服务 组合的实验结果表明，本文提出的服务匹配算法和服务组合算法的综合性能是比较理想的。由于本 文的服务发现和组合算法综合考虑了语义匹配和q o s 约束两种w e b 服务研究的新方向，因此本文的 w s d c f 解决方案不但能够满足目前应用的需求，而且也能够适应未来w e b 服务技术发展的需要。 关键字：w e b 服务，o w l s ，服务发现，匹配，服务组合 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ya n a l y s i st h et e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o m t h ec o r e p r o b l e mo fw e bs e r v i c e sr e s e a r c h ，a n dp o i n t so u tt h ed i f f i c u l t i e si nr e c e n tr e s e a r c h b ya n a l y z i n ga n d s u m m i n gu pt h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fc u r r e n tt e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ya n d c o m p o s i t i o n ，t h i sp a p e rp r o p o s e s an e wf r a m e w o r kf o rw e bs e r v i c e s d i s c o v e r y a n d c o m p o s i t i o n - - - - - w s d c et h i sf r a m e w o r ks t a l t sw i t hi n v e s t i g a t i o no fs e m a n t i cm a p p i n go fw e bs e r v i c e s ， a n dt h e nd e s i g n sav e r a c i o u sa n de f f i c i e n tm e t h o df o rs e m a n t i cm a t c h i n g a c c o r d i n gt ot h ec o m p l e x m a t c h i n gi ns e r v i c ec o m p o s i t i o n , t h ea u t h o rd e s i g n sac o m p l e xm a t c h i n ga l g o r i t h mo fs e r v i c ec o m p o s i t i o n b a s e do nt h i sa l g o r i t h m ，an e ws e r v i c ec o m p o s i t i o na l g o r i t h mw i t hh i 【g hs u c c e s sr a t eh a sb e e nd e s i g n e d , t h e r e f o r e r e a l i z e sd y n a m i cd i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e s t h em a i na c h i e v e m e n t so ft h i sp a p e ra r ea sb e l o w ： ( 1 ) d e s i g n sw s d c fa sa l lu n a i d e da g e n ts e p a r a t e df r o mu d d ia n du s e r s ，t h u s ，r e a l i z e sd y n a m i c d i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e sa sw e l la sk e e p st h ec o m p l e t e l yc o n n e c t i o nw i t hc u r r e n tm o d e l o fw e bs e r v i c e s ( 2 ) b yt h em a p p i n go fo w l - sa n du d d ia n ds a v i n gt h eu u i da n dt m o d e li n f o r m a t i o ni nl o c a l s e r v i c ed e s c r i p t i o nb a s e ，t h i sp a p e rr e a l i z e st h ec o m p l e t e l yi n t e g r a t i o nb e t w e e nw s d c fa n du d d i ( 3 ) p r o p o s e ss e r v i c em a t c h i n ga l g o r i t h m a c c o r d i n gt ot h es e m a n t i cm a t c h i n go fs e r v i c e s ，t h e a l g o r i t h me x e c u t e si nt w os t e p st or e a l i z es e r v i c ea u t o m a t i cd i s c o v e r yw h i c hb a s e ds e m a n t i c s t h e r e f o r e ， t h ea l g o r i t h mi m p r o v e st h es e a r c h i n gs p e e da n dt h ev e r a c i t y ( 4 ) p r o p o s e sm u l t i p l e - t o - s i n g l em a t c h i n ga l g o r i t h m t h i sp a p e r c o n s i d e r st h es i t u a t i o no f m u l t i p l e - t o s i n g l em a t c h i n gi ns e r v i c ec o m p o s i t i o n b ya d d i n gr e s t r i c t i o nt os e r v i c ec o m p o s i t i o n ，w s d c f c a l lr e d u c et h em a t c h i n gt i m e ，a tt h e $ a n l et i m e ，i m p r o v e st h es u c c e s sr a t ea n dt h eq u a l i t yo fs e r v i c e c o m p o s i t i o n ( 5 ) p r o p o s e sd e p e n d e n tm a pb u i l d i n ga l g o r i t h m a c c o r d i n gt ot h em a t c h i n go fp a r a m e t e ra n dt h e p r e f e r e n c eo fu s e r s ，t h ea l g o r i t h mb u i l d st h ed e p e n d e n tm a pi nt w ow a y s ，o p t i m i z e st h ed e p e n d e n tm a pb y d e l e t i n gu s e l e s sp a t h sa n ds e t t i n gu p p e rl i m i tv a l u e ，a n da sar e s u l t , i tg r e a t l yr e d u c e st h ee x e c u t i o nt i m e c o s ta n df a c i l i t a t e st h es e a r c h i n go fs e r v i c ec o m p o s i t i o nr e s u l t s ( 6 ) p r o p o s e ss e r v i c ec o m p o s i t i o nr e s u l ts e a r c h i n ga l g o r i t h m b ys u m m a r i z i n gq o sp a r a m e t e ro fa l l p a t h s i nd e p e n d e n tm a p ，t h ea l g o r i t h mt r a n s f o r m st h ec o m p o s i t i o nr e s u l ts e a r c h i n gp r o b l e mt ot h en s h o r t e s tp a t hp r o b l e m , a n ds o l v e si ts u c c e s s f u l l y ( 7 ) r e a l i z e st h eq o sp a r a m e t e rr e s t r i c t i o ni ns e r v i c ec o m p o s i t i o na n di n v o c a t i o nb yb u i l d i n gt h e q u a l i t yv a l u a t em o d u l ei nt h ea g e n t t h em o d u l em a i n t a i n st h eq o si n f o r m a t i o no fs e r v i c e s ，a n di m p r o v e s t h eq u a l i t yo fs e r v i c ec o m p o s i t i o nr e s u l t s b yc a r r y i n go u ta b o v ew o r k s ，t h i sp a p e rr e a l i z e dd y n a m i cs e r v i c e sd i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o ni nl a b e n v i r o n m e n t t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h i sp r o p o s e ds e r v i c em a t c h i n g a l g o r i t h ma n ds e r v i c ec o m p o s i t i o na l g o r i t h ma r es a t i s f y i n g s i n c et h i sp a p e rh a si n t e g r a t e dc o n s i d e r e dt h e n e wr e s e a r c ha r e ao fs e m a n t i cm a t c h i n ga n dq o s ，t h ew s d c fc a nn o to n l ys a t i s f yc u r r e n ta p p l i c a t i o n , b u t a l s oc a l lm e e tt h ed e m a n do ff u t u r ed e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c e s k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ，o w l s ，s e r v i c ed i s c o v e r y , m a t c h i n g ，s e r v i c ec o m p o s i t i o n 东南大学学位论文独创性声明 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，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 得东南大学或其它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。 研究生签名： 筌蛾日期：二丝笔l _ 垒- 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密 期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、 英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名导师签名： 一日期： 第一章绪论 第一章绪论 随着信息技术的发展，i n t e m e t 已成为现代社会重要的信息基础设施。伴随着i n t e m e t 的繁荣， 越来越多的数据资源、计算资源与应用资源依托i n t e m e t 成为可被公共获取和访问的网络资源， i n t e m e t 逐渐由传统意义下的信息发布平台演变为一个开放的分布式计算基础设施，纷繁复杂的网络 资源遍布i n t e m e t 的各个角落。如何有效地聚合开放网络环境下的各种资源成为具有广泛应用需求的 基础性研究问题。 1 1 研究背景 随着企业信息化的深入和信息技术的发展，企业的业务模式发生了巨大变化，信息应用系统不 仅支撑企业战略的实施，而且逐渐成为一种影响现代企业战略制定的关键性因素。因此，企业资源 的信息化问题日益受到企业的普遍重视。 根据统计，一家典型的大型企业平均拥有4 9 个应用系统，3 3 的i t 预算是花在传统应用的集 成上，通过零星的“点对点”连接，使众多的“信息孤岛”联系起来，以便让不同的系统之间交换 信息【5 mt 2 0 0 5 1 。根据摩根斯坦利公司对各个领域大企业c i o 所进行的调查，这些大企业主管信息化 人士最关注的热点，就是如何将众多的企业应用系统集成起来【9 9 9 1 。 由于企业的信息化建设是一个长期的过程，新系统与原有系统之间的兼容和集成成为了企业的 难题，造成了企业各个时期建设的信息系统成为了互不关联的“孤岛”。孤立的信息系统无法有效 地提供跨部门、跨系统的综合性的信息。例如，在统计企业相关数据时，可能需要了解某个订单的 状况、最重要客户的名单、所管辖部门任务完成情况等。这些涉及多个部门、多个工序的问题，一 般难以通过信息系统找到直接答案。另一方面，孤立的信息系统也无法实现实时的信息存取和对业 务流程的透视，无法实现对客户、供应商、项目、订单、资产等的全面掌控。于是，企业对应用整 合的需求应运而生。近来，由于集成软件开发商的积极推动以及无数次的成功实践，各个领域的大 公司已逐渐接受“企业集成骨干网”的概念。所谓“企业集成骨干网”，实际上是建立一个集成的 可扩展的应用软件总线结构，所有的应用均可以“即插即用”。 企业应用集成( e a i ) 是基于“企业集成骨干网”的最成功架构之一，其最显著的特征是将传统 的应用整合成采用统一接口定义的“w e b 服务”。w e b 服务是一个可编程的应用，可以用标准的 i n t e m e t 协议来访问。现有的w e b 服务主要依托以下几种技术：利用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 ) 【o 山“咖l j 进行描述，从而使w e b 服务达到相互理解和组合的目标；利用s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 【o n l l 哪0 2 】定义一个消息框架，使得分布式环境中的不同计算机上的应用程序之间能 够方便地进行通信：而u d d i 规范【o n l “咖3 】提供了整合w e b 服务的一个开放的服务描述、发现和集 成的平台，实现了一组使企业能将自己提供的w e b 服务登记并让别的企业用户能够查询并访问到的 标准。与传统的分布式架构技术不同的是，w e b 服务采用的是松耦合架构，使用一种基于消息的异 步技术来实现高可靠性的系统性能，通过诸如h r r p 、简单邮件传输协议( s m t p ) 以及可扩展标记 语言( x m l ) 来实现统一的连接。这样使得服务提供者可以将自己的软件以服务的形式提供给用户， 用户可以在分布的环境下根据自己的需求选择想要使用的服务。同时，服务提供者通过将不同层次 的应用和资源抽象成统一的形式并提供标准的服务使用方法，可以简化复杂的软件应用方式，为分 布环境下资源共享与协同工作提供了很好的支持。基于上述这些特征，w e b 服务这种统一格式的资 东南大学硕士学位论文 源形式有着其他w e b 技术不可比拟的优势，因此，w e b 服务得到了非常广泛的应用，如：基于浏览 器w e b 应用的改造、对企业应用的w e b 服务封装、对传统业务系统功能的扩展以及网格计算上的 应用等。w e b 服务的出现使得人们对未来的w e b 应用产生了新的构想：就是未来的应用将由一组基 于i n t e m e t 的服务组合而成，只要两个协同的服务使用统一标准在网络上宣传和发布自己，一个应用 程序就可以根据功能或者性能的标准，从多个彼此竞争的服务之中选出一个。这种方式既充分利用 了现有的网络资源，又提高了应用程序的执行效率。 通过引入上述“服务”，e a i 将企业内和企业间的多个系统互相连接，实现多应用软件系统的 互相协作1 8 m 他0 0 5 】。这样的架构使得e a i 能够增进与客户联系、加强供应链、优化内部流程、更快地 实施新应用程序，成为企业内部各应用系统之间及企业与企业之间信息共享的有效机制。当前e a i 的主要支撑技术包括分布式组件和消息代理技术、工作流技术以及基于x m l 的w e b 服务技术等。 特别是x m l 和w e b 服务技术的采用，使得应用集成跨越了平台限制，统一了数据的语法表示，实 现了应用系统的松散耦合。并且，以此为基础的面向服务的体系结构( s o a ，s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ) 已经在e a i 中得到了成功的应用，并已经成为目前主流的e a i 方式。 但是另一方面，由于传统的w e b 服务描述不带有语义信息，服务参数缺乏语义，因此只能通过 关键字来查找服务，而不能以计算机可理解的方式实现业务关系、协议和业务规则的语义表示 i l s h e n 2 0 0 4 ，这给w e b 服务的复用带来了巨大的困难。如何解决w e b 服务中参数缺乏语义的问题成为 w e b 服务研究领域的一大难题。就在w e b 服务技术的发展遇到瓶颈之时，语义w e b l lb a m 2 0 0 3 1 的研究 取得了很大的进展，这为w e b 服务参数语义问题的解决带来了契机。语义w e b 技术通过在x m l 和 o w i o w l s 的基础上构建本体和逻辑推理规则，实现基于语义的知识表示和推理，从而使得w e b 上的资源能够被计算机理解和处理【九1 1 2 0 0 1 】。于是在2 0 0 1 年，s h e i l a a m c l l r a i t h 等人发表了 s e m a n t i c w e bs e r v i c e s ) ) a m c l l 2 0 0 1 1 ，率先提出语义w e b 服务的框架，该框架利用w e b 服务独立于具体应用的 松散耦合特性和语义w e b 服务提供的语义信息，可以自动地发现和调用w e b 服务，动态生成和执 行业务流程，更好地实现企业间各应用系统的集成。 随着语义w e b 服务的提出，w e b 服务的应用日趋复杂，服务的需求也更加多样。与此对应，服 务开发者的工作量急剧增加。特别是面对若干已有服务可以完成的需求，他们不得不重新开发一个 新的服务来满足服务请求，这不仅是对资源的浪费，而且过多的人工干预使得w e b 服务缺乏自动化 的弊端日益显现。开发人员与研究人员都深刻意识到，单个w e b 服务提供的功能非常有限，只有对 多个w e b 服务进行组合，w e b 服务的潜力才能真正发挥出来。通过把一些现有的，简单的服务动态 组合起来，使其成为一个功能更强大的复合服务，不仅可以降低程序员繁多的编码任务，而且还可 以有效地利用现有的资源。因此，如何在w e b 服务中添加语义信息，并且实现w e b 服务的动态发 现和组合，成为w e b 服务研究领域最热点的研究问题。本文的工作正是围绕这一具有深刻技术背景 和广泛应用背景的热点研究问题展开的。 1 2 存在的问题与研究目标 自s h e i l aa m c l l r a i t h 等人提出语义w e b 服务的框架后，学术界对语义w e b 服务发现和组合技 术进行了深入探讨，语义w e b 服务目前已经逐步成为w e b 服务的发展趋势，很多成型的语义w e b 服务系统不断出现。但另一方面，这些系统【l 8 h 眦0 0 4 1 【k f u j i 2 0 0 s l s v a h i 2 0 0 5 1 【d r 。咖0 0 5 】【s k 讲1 a 2 0 0 7 1 o b e l l 2 0 0 7 1 大都 只能部署在理想的环境中，并且只能在某些方面表现出较好的性能，而在其他方面则不尽如人意， 因此很难在现实中得到应用。根据我们对当前语义w e b 服务发现和组合技术应用现状的研究，目前 2 第一章绪论 的系统主要有以下几方面需要改进： ( 1 ) 服务的匹配和组合算法对语义的支持还比较弱。这主要是由于本体( o n t o l o g y ) 的构建困 难以及匹配算法的复杂度比较大造成的【t s y e “t 2 0 0 5 1 。 ( 2 ) 服务发现( 匹配) 算法中，查准率和查全率比较低。在现存的主流语义匹配算法中，都是 基于输入输出的完全匹配方法，难以保障查全率。对于可能出现的多概念匹配一个概念的问题，在 没有进行验证筛选的情况下返回匹配结果，致使查准率也不高。 ( 3 ) 服务的发现和组合算法中，对服务质量( q o s ) 和用户偏好的考虑还在起步阶段，有一些 解决方案 l s h 砒0 0 4 ，但复杂度比较高，很难保障系统的性能。 ( 4 ) 基于语义的w e b 服务组合算法有很大的局限性，没有考虑复杂的服务组合情况，仅考虑 一对一匹配【k f u j 边0 0 6 1 3 v 址0 0 5 】，并且对多个输入参数或多个输出参数的服务请求的支持也不理想。 鉴于语义w e b 服务存在上述这样一些尚未解决的问题，因此我们有必要在现有研究成果的基础 上，对语义w e b 服务的发现和组合技术进行更深入的探讨，并通过解决上述问题，使w e b 服务发 现和组合技术在实际中能够得到更广泛的应用。所以，本文在总结和分析现有语义w e b 服务研究成果 的基础上，结合人工智能等领域的技术，提出个基于o w l s 的w e b 服务发现和组合的解决方案，以达 到以下效果： ( 1 ) 在服务的发现和自动组合过程中，解决w e b 服务参数的语义匹配问题。 ( 2 ) 服务发现算法中，通过改进产生备选服务的算法，使得系统在保障性能的前提下，具有 更高的查准率和查全率。 ( 3 ) 服务组合过程中，考虑复杂的匹配情况，在保障一定性能的前提下，提高组合过程中服 务匹配的准确性。 ( 4 ) 服务组合和调用过程中，考虑服务质量( q o s ) 和用户的偏好，使w e b 服务组合和调用 返回的结果能够更加符合服务请求者的实际需要。 1 3 论文的结构 本论文共分七章。 第一章，引言。主要介绍本文所做工作的研究背景、存在的问题及研究目标。 第二章，w e b 服务技术及研究现状。主要讨论当今w e b 服务的关键技术以及研究的现状。 第三章，系统设计与分析。结合现存与本文相关的研究工作，提出了本文解决方案的系统架构，并按 照模块的划分，对系统的组成和功能设计进行了分析。 第四章，服务发现方法。主要介绍本文提出的语义映射方法与w e b 服务发现算法。 第五章，服务组合算法。从服务组合中的复杂匹配方法入手，设计服务组合依赖图生成算法以及获 取服务组合结果的算法。 第六章，服务匹配与服务组合实验。主要介绍本文实验环境的搭建、分析实验环境的合理性。在此基 础上，用模拟服务验证本文服务匹配算法和服务组合算法的合理性。 第七章，总结与展望，对本文的研究工作进行总结，提出对下一步工作的展望。 3 东南大学硕士学位论文 第二章w e b 服务技术及研究现状 在上一章中我们已指出，为了解决现有w e b 服务技术难以应用于现实环境的问题，本文的主要 研究内容是语义w e b 服务的发现和组合技术。这些研究涉及w e b 服务的相关标准、w e b 服务的体系 结构以及当前w e b 服务发现和组合的研究现状，故本章将分别从上述三个方面讨论w e b 服务的相关 技术，并以此作为本文研究的依据和出发点。 2 1u d d i 由于w 曲服务存在于i n t e m e t 的各个角落，因此无论对于服务请求者还是服务提供者，都迫切地 需要有一种能够快速检索w e b 服务的方法，才能保证w e b 服务的用户能够在满意的时间内找到自己需 要的服务。为了实现这个目标，由a r i b a 、i b m 、m i c r o s o f t 等技术领域和商业领域的牵头企业合作 启动了u d d i 计划，研究制订了u d d i 规范，并且在i n t e m e t 上部署u d d l 服务。 统一描述、发现和集成协议( 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 ) l o n l ”删3 1 是 一套基于w e b 的、分布式的、为w 曲服务提供信息注册中心的标准规范，它包含了服务描述与发现 的标准规范。u d d i 构建于网络传输层和基于s o a p 【o n l ”e 0 0 2 1 的x m l 消息传输层之上，提供了一组公 用的s o a p a p i ，在w e b 服务的查询和调用中行使一个服务中介者的作用。 对于用户来说，使用u d d i 可以搜索提供服务的公司，并了解所提供的服务内容。从这方面看， u d d i 中心非常类似于目录辅助供应商或电话在线“黄页”系统。u d d i 商业注册提供的信息包括三 个部分：w h i t ep a g e ( 白页) 包括了地址、联系方法和已知的企业标识；y e l l o w p a g e ( 黄页) 包括了 基于标准分类法的行业类别：g r e e np a g e ( 绿页) 则包括了该企业所提供的w 曲服务的技术信息。在 这里服务的定义是通过一个称为类型模型( t m o d e l ) 的文档来完成的。通常t m o d e l 包含的是一个 w s d l 【o n l i n 。0 0 u 文档，w s d l 是一种专门用来描述w 曲服务和说明如何与w 曲服务进行通信的x m l 语 言，在u d d i 中，w s d l 用于说明访问w 曲服务的s o a p 接口。上述这些u d d i 商业注册信息都存储在 u d d i 商业注册中心中，其形式可能是一些指向文件或u r l 的指针，这些文件或u r l 是为服务发现机 制服务的。为适应分布式计算的需要，u d d i 商业注册中心在逻辑上是集中的，物理上是分布的，由 多个根节点组成，并且相互之间按一定的规则进行数据同步。因此，企业在一个商业注册中心的实 例上注册服务后，其注册信息会被自动的复制到其它的u d d i 根结点，于是就能够被需要服务的请求 者发现。 因此，u d d i 规范为w 曲服务提供了一组标准，用于描述和发现服务。在具体应用过程中，u d d i 的使用包含三部分的内容：首先，服务提供者在u d d i 注册中心发布那些希望被服务请求者发现的 w 曲服务信息；其次，服务请求者利用u d d i 注册中心提供的分类目录、关键字等发现机制，找到服 务提供者提供的适合于自己的w 曲服务；最后，服务请求者将众多服务提供者提供的w e b 服务集成在 一起，完成其商业目标。总的来讲，u d d i 通过内部各模块的协作，为w 曲服务描述信息的发布、发 现和调用提供了便利。其中u d d i 商业注册中心是模型中最重要的基础设施，服务提供者、请求者、 代理都在其控制下运彳亍【o 山“。0 0 3 1 。 u d d i 的以上特性，为后文的w e b 服务语义映射技术提供了方便，同时，u d d i 中的、e b 服务描 述信息也为服务发现和组合算法奠定了基础。 4 第二章w e b 服务技术及研究现状 2 2w e b 服务的模型与结构 从2 1 节中u d d l 的应用过程分析可以看出，与u d d i 交互的用户是服务请求者和服务提供者。因 此，研究人员根据w 曲服务的参与者分工，提出了w 曲服务的基本模型。一般情况下w 曲服务由三个 部分组成：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 ) 和服务注册中心( s e r v i c e r e g i s t r y ) 。这三个部分通过三个基本的操作发布( p u b l i s h ) 、发现( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 互相 连接，密不可分。其基本模型如图2 - l 所示： 服务发布者 l 服务请求者 绑定 图2 1w 曲服务基本模型图 三种角色的功能如下。 ( 1 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 服务提供者负责使用w s d l 来描述和定义那些可以通过编程来访问的应用程序的功能，在服务注册中 心( 即l d d i 商业注册中心) 中发布这些服务的信息，使其可以被其它应用访问、接收和处理。 ( 2 ) 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 服务请求者是拥有某种功能需求的用户，也称服务用户( s e r v i c eu s e r ) 。从体系结构的角度看，这是 寻找并调用服务，或启动与服务交互的应用程序。服务请求者角色可以由浏览器来担当，由人或由无用户 界面的程序( 如另外个w 曲服务) 来控制它。 ( 3 ) 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) 服务注册中心是可搜索的服务描述注册中心。服务提供者在此发布( p u b l i s h ) 他们的服务描述。服务 请求者发现( f 砌) 服务并从服务描述中获得服务的信息。 从图2 1 中w 曲服务的基本三个操作来看，对于w e b 服务的应用来说，必须发生以下三个功能操作： 发布服务描述( p u b l i s h ) 服务提供者为了使自己的服务能够被使用，需要向服务注册中心发布服务描述，以使服务请求者可以 查找它。 发现服务描述( f i n d i n g ) 在发现操作中，服务请求者直接检索服务注册中心，查询满足要求的服务，获取服务的描述信息。 绑定服务( b i n d i n g ) 在绑定操作中，服务请求者使用服务描述中的绑定细节来定位、联系和调用服务，从而在运行时调用 或启动与服务的交互。 从上面w 曲服务角色和操作的介绍来看，w 曲服务的工作原理可以概括为：服务提供者将其服务发布 到服务注册中心的个目录上，当服务请求者需要调用该服务时，它首先利用服务注册中心提供的目录去 搜索该服务，得到如何调用该服务的信息，然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。当服务请求 5 东南大学硕士学位论文 者从服务注册中心得到调用所需服务的信息之后，通信是在服务请求者和提供者之间直接进行，无须再经 过服务注册中心。 通过研究服务提供者、服务请求者和服务注册中心之间的联系，我们就可以根据应用的需要来 设计w 曲服务的架构，并在此基础上研究服务的发现和组合算法。 2 3w e b 服务标记语言o w l s 为了提高服务发现和组合的成功率，我们需要对服务概念加入语义信息。正如1 1 节中所指出， 语义w e b 的研究成果，给w 曲服务的研究提供了新的思路。其中最具代表性的成果就是o w l 。2 0 0 4 年2 月，万维网联盟( w 3 c ) 在总结了s h o e 、r d f ( s ) 、d a m l + o i l 等w e b 本体语言开发经验的基 础上，推出了标准化的w e b 本体语言o w l 。作为r d f ( s ) 的扩充，o w l 是语义w e b 发展过程中的一个 重要里程碑。 o w l 之所以能够作为w e b 本体语言的标准，很大程度上因为o w l 以描述逻辑作为语义基础。描 述逻辑是人工智能领域研究的分支，是一阶谓词逻辑的可判定子集。描述逻辑研究概念知识的表示 问题，为此，它提供了良好定义的语义和推理机制，并且在知识表达力和推理效率之间有一个好的 折衷，因此它特别适合于表达w e b 上的知识。o w l 本体主要由三种元素及其公理所组成：类( c l a s s ) 、 属性( p r o p e r t y ) 、个体( i n d i v i d u a l ) 。 类提供了一种组织具有相似特征资源的抽象方式，对应于描述逻辑中的概念。每一个类联 系到一个个体的集合，这个集合叫做它的外延，集合中的个体叫做它的实例( i n s t a n c e ) 。 可以通过指定一个类的名字或说明一个匿名类的外延来描述一个类。另外，可以使用 r d f s ：s u b c l a s s o f 属性将类组成为一个层次化的结构。 属性提供描述类之间关系的抽象机制，它可看作类之上的二元关系，对应于描述逻辑中的 角色( r o l e ) 。属性之间也可以通过s u b p r o p e r t y o f 形成层次化的关系。o w l 里有两类属性： 对象属性( o b j e c t p r o p e r t y ) 和数据类型属性( d a t a t y p e p r o p e r t y ) ，前者表示个体间的联系， 后者表示个体的属性值。 个体是类的成员，通过使用r d f ：t y p e 来将自己绑定到某个类上。 通过以上三个元素，o w l 可以建立复杂的概念关系，从而赋予概念语义信息。正因为如此，在 o w l 的开发过程中，研究人员发现将资源描述语言的表达能力和w e b 服务联结起来，会在很大程度 上加强服务描述的语义。由此他们提出t o w l s ( w 曲o n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 【d _ m a 以0 0 4 】， o w l s 是用o w l 语言描述的w 曲服务的上层本体，因而能够为w e b 服务提供语义支持和推理机制。 通过引入o w l s ，服务的自动发现、服务的自动调用、服务的自动组合和互操作成为了可能。 ( 1 ) 自动服务发现 自动服务发现是一个自动化的过程，用于定位满足特定请求的w 曲服务。例如，用户可能想要 买一张某个航班的机票，现在，这个任务必须有人通过搜索引擎发现合适的服务，阅读网页，决定 它是否满足需求，并且手工地调用执行。有了o w l s 服务标记，w e b 服务发现的必要信息可以以一 种计算机可理解的形式在网站上给出，除此之外，服务注册处或者支持本体的搜索引擎也可以自动 定位服务。另一种选择是，提供服务的服务器可以以o w l s 的形式在服务注册处发布关于它自己的 广告，而服务请求者便可以通过服务注册处查询想要的服务。 ( 2 ) 自动服务调用 6 第二章w e b 服务技术及研究现状 自动服务调用是指给定一个服务描述声明，计算机程序或代理能够自动地对服务进行调用。w e b 服务的执行可被认为是一个远程过程调用的集合，o w l s 标记提供了一个计算机可理解的a p i ，包 括了服务执行所需参数的语义，以及服务成功或失败的返回消息的语义。软件代理解释这个标记， 并理解什么输入是服务调用所需要的，返回什么样的信息。o w l - s 和用o w l 表示的领域本体相结合， 能够提供w 曲服务a p i 所需的标准语义，使得服务自动调用能够执行。可见，服务调用之前首先选择 好满足需要的服务，这也说明了服务发现的重要意义。 ( 3 ) 自动服务组合及互操作 自动服务组合及互操作，是指给定一个高级服务目标后，进行服务自动选择、组合。例如，用 户想要参加一个会议，需要机票预定、酒店预订、汽车租赁等服务。现在用户必须手工搜索这些服 务，并安排它们如何组合，同时还要保证用于服务互操作的软件必须共享相同的信息。为此，o w l s 提供了前置条件和结果的声明规范，并且声明了数据流组合标记。这是一个比较复杂的任务，需要 结合规划技术实现。但是，服务的选择和组装都是以服务的描述和发现为基础的，由此可见服务发 现对于服务组合的重要性。 因此，除了像w s d l 一样考虑服务调用问题之外，o w l s 还考虑了服务的自动发现和组合问题。 因此，它是一个比w s d l 更为完善的w 曲服务描述语言，更适合于服务的语义描述。而服务发现作为 本文所关注的主要问题，在o w l s 的目标中具有基础性的地位。 为了达到以上三个目标，o w l s 将w e b n 昆务的描述信息分为三部分：s e r v i c e p r o f i l e ，s e r v i e e m o d e l 和s e r v i c e g r o u d i n g ，其结构如图2 2 所示。其中s e r v i c e 类是对一个声明了的w e b 服务的结构化的引用 点，每个s e r v i c e 实例将对应一个发布的服务。而p r e s e n t s ，d e s c r i b e d b y 和s u p p o r t s 作为s e r v i c e 类的三个 属性，分别将值域映射至u s e r v i c e p r o f i l e ，s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g m u n d i n g 。 图2 2o w l s 上层服务本体模型 这三个类的实例根据它们所描述的服务的不同其内容可能大不相同。但是它们都描述了一个 w e b 服务的重要信息。简单来说，s e r v i c e p r o f i l e 一方面用来描述服务为潜在的客户提供哪些功能， 它主要是为一个寻找服务的a g e n t 提供有关信息，来帮助a g e n t 决定该服务是否能满足其需求；另 一方面