（计算机软件与理论专业论文）规范与情景演算在语义web服务组合中的应用.pdf

摘要 w e b 服务技术和语义网技术是万维网发展的两个重要趋势。w e b 服务是通过i n t e r n e t 标准技 术传递的、松散耦合的软件组件、是在网络上可被访问的程序。随着网络上w e b 服务数量与种类 的增多，将已有的w e b 服务组合起来以提供功能更强大的服务已成为i n t e m e t 发展的一个重要方 向。 w e b 服务组合已经成为人们近年来研究的热点，然而，网络上的服务数量与日俱增，如何能 够从大量的服务中快速准确地寻找剑符合用户需求的服务已成为一个亟待解决的问题。语义网的 出现为解决上述问题提供了有利依据。语义网与w e b 服务的结合产生了新的研究领域，即语义 w e b 服务。语义w e b 服务是指用语义w e b 标记语言来描述服务的各种信息，从而使网络中的服 务具有了语义，成为计算机可以理解的实体。本文所指的语义w e b 标记语言为o w l s 。 目前语义w e b 服务的很多研究都是围绕o w l - s 展开的，然而，由y - o w l 在规则方面表达能 力的局限性，o w l s 模型没有包含不同组织、不同文化背景、不同部门和行为主体等在选择和 使用服务时所表现出来的偏好和约束的描述，这意味着语义w e b 服务组合不能从用户需求出发， 组合符合用户主观意愿的服务。基丁此，本文利用规范的语义可扩展性，弥补o w l s 语义不足 的缺点，并利用情景演算实现规范的形式化描述。本文最后以一个旅游组合服务为例来说明如何 利用规范与情景演算扩展o w l s 的语义描述能力。规范与情景演算理论的结合对最终实现 o w l - s 的语义扩展具有积极意义。 关键词：规范，情景演算，w e b 服务，w e b 服务组合，语义w e b 服务 a b s t r a c t 胎6 $ a v i c e st e c h n o l o g ya n dt h es e m a n t i cf 跆6t e c h n o l o g yi st h ed e v e l o p m e n to ft w oi m p o r t a n t t r e n d si nt h ew o r l dw i d ew e b w 出s 硎c e sa r el o o s e l yc o u p l e ds o f t w a r ec o m p o n e n t sw h i c hi s d e l i v e r e dt h r o u g ht h ei n t e r n e t s t a n d a r dt e c h n o l o g i e sa n do nt h en e t w o r kc a nb ea c c e s s e dp r o g r a m s w i t ht h en u m b e ro fs p e c i e so ft h ew e bs e r v i c e si n c r e a s i n go nt h en e t w o r k i ti sa l li m p o r t a n td i r e c t i o no f d e v e l o p m e n tc o m b i n i n gt h ee x i s t i n gw 曲s e r v i c e st o g e t h e rt op r o v i d eam o r ep o w e r f u l i n t e r n e ts e r v i c e w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h eh o t s p o ti nt h ef i e l do fr e s e a r c hi nr e c e n ty e a r s ， h o w e v e r , i tb e c o m eas e r i o u sp r o b l e mt of i n df a s ta n da c c u r a t e l yt h es e r v i c et om e e tc l i e n tr e q u i r e m e n t s f r o mal a r g en u m b e ro fs e r v i c e s 谢t 1 1a ni n c r e a s i n gn u m b e ro fs e r v i c e so nt h en e t w o r k , i tp r o d u c e sa n o wf i e l do fr e s e a r c hn a m e d $ 豇n a n t i cw 曲s e r v i c e st h a ti st h ec o m b i n a t i o no fs e m a n t i cw e ba n dw 曲 s e r v i c e 。s e m a n t i cf 佟6s e r v i c em e a n st h eu s eo fs e m a n t i c 缪曲m a r k u pl a n g u a g et od e s c r i b eav a r i e t yo f i n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，s ot h a tn e t w o r ks e r v i c e sh a v eas e m a n t i c ，t h e nt h ec o m p u t e rc a nb eu n d e r s t o o d e n t i t y t i l i sa r t i c l er e f e r st ot h es e m a n t i cw 曲m a r k u pl a n g u a g ef o rt h eo w l s n o ws o m es e m a n t i c 砌$ e i w i t t 冶s t u d i e sa l ec a r r i e do u ta r o u n dt h e0 缪z s 。h o w e v e r , 0 绛z s m o d e ld o e sn o tc o n t a i nt h ed e s c r i p t i o no fp r e f e r e n c e sa n dc o n s t r a i n t sw h e nw ec h o i c ea n du s et h e mi n d i f f e r e n to r g a n i z a t i o n s ，d i f f e r e n tc u l t u r e s ，d i f f e r e n ts e c t o r sa n da c t o r sb e c a u s eo fo 觏，c a p a c i t y l i m i t a t i o n si nr u l e s i tm e a n st h a ts e m a n t i cw - e bs a v i c , ec o m p o s i t i o nc a nn o tc o m p o s el l s e f s s u b j e c t i v e s e r v i c e sf r o mt h eu s e rr e q u i r e m e n t s n ep a p e rm a k e su pf o rt h es e m a n t i cs h o r t c o m i n go fo w l - s t h r o u g hu s en o r ms e m a n t i cs c a l a b i l i t y , a n da c h i e v e st h ef o r m a ld e s c r i p t i o no ft h e1 1 0 1 1 1 1b yu s i n gt h e s i t u a t i o nc a l c u l u s f i n a l l y , t h ep a p e ra l s ot a k e sat o u r i s mc o m p o s i t es e r v i c ea sa ne x a m p l eh o wt o e x t e n dt h ea b i l i t yo ft h es e m a n t i cd e s c r i p t i o no fo w l ，- s ，w h i c hs h o w su st h ec o m b i n a t i o no ft h en o r n l a n dt h es i t u a t i o nc a l c u l u s i ti sp o s i t i v es i g n i f i c a n c ef o re v e n t u a l l yr e a l i z i n gs e m a n t i ce x t e n s i o no f o 、m l s k e yw o r d s ：n o r m ，s i t u a t i o nc a l c u l u s ，w e bs e r v i c e ，w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，s e m a n t i cw e b s e r v i c e 独创性声明 本人声明所呈交的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，也不包含为获得宁夏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：彳日袭j 乡 时间：砂p 修月弦日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 余同失吁 翩摊：名字 2 三i 时间：2 4 c ,年3 - 月3 0 日 时间：歹吖。年，月岁，日 c j 。夏人学硕i 。学位论文 第，幸绪论 曼曼曼曼邕寰曼曼曼曼舅舅曼曼曼皇曼曼i i i _ i m i iii,一i i 一, 一一i 鼍皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼 1 1 研究背景 1 1 1 w 曲服务 第一章绪论 互联网技术的应用、发展及普及，改变了w e b 应用发展的格局，将w e b 应用从信息交互领 域发展到服务交互领域。这种服务交互就是当前引起越来越多研究人员关注的w e b 服务。 w e b 服务作为一种新技术受到越来越多人的关注，并且已渗透到了人们的工作、生活、学习 的各个领域中。w e b 服务是被封装成单个的实体并发布到网络上以供其它程序发现和调用的功能 集合。w e b 服务技术的主要目标是在现在已有的各种异构平台的基础上，形成一个通用的与平台 无关、编程语言无关的技术层，各种应用依靠这个技术层来实施彼此的连接和集成。 目前w e b 服务在工业界和学术界分别沿着两个不同的方向进行研究。相对而言，工业界较注 重于服务层的模块化，使之能够很快应用剑商业系统中：而学术界较注重于服务描述的表示。 目前t 业界比较成熟的协议标准包括s o a p , w s d l ，和u d d i 。其中s o a p 坦1 ( s i m p l eo b j e c ta c c e s s p r o t o c o l 即简单对象访问协议) 定义了一个消息框架，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：w s d l 婚1 ( 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 即w 曲s e r v i c e s 描述语言) 描述w e b 服务的功能、服务位置以及服务发送、接收消息的结构等信息；u d d i h l ( u n i v e r s a l d 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) 是一套基于w e b 的分布式的 w e b 服务信息注册中心的实现标准规范。相对工业界而言，学术界将w e b 服务的发展看的更长 远，学术界主要致力于实现一个更人性化的w e b 服务框架，把语义w e b 的研究成果引入到w e b 服务中，基本的思路是为w e b 服务添加语义描述信息，实现智能的w e b 服务，即语义w e b 服务。 “语义”就是文本的含义；语义网就是能够根据语义进行判断的网络。万维网缔造者 t i m - b e r n e r s l e e 对语义万维网做了如下描述：“语义万维网是对当前万维网的扩展，语义万维网 上的信息具有定义良好的含义，使得计算机之间以及人类能够更好地彼此合作州射。语义w 曲的 核心是通过给万维网上的文档添加能够被计算机所理解的语义，使整个万维网成为一个通用的信 息交换领域。语义w e b 研究的主要目的就是扩展当前的万维网，使万维网中所有信息都具有语义， 能够让计算机理解和处理，便于人和计算机之间进行交互。其研究的重点是如何把信息表示为计 算机能够理解和处理的形式，即带有语义。 语义w e b 的出现使得w e b 服务的动态组合变成可能。语义w e b 是对现有w e b 的扩展，它与 传统w e b 的不同在于信息的语义，在语义w e b 环境下能够很好地加以定义，并使得计算机之间 能够更好地协同工作，其目标是让w e b 上的信息能够被计算机理解，从而实现w e b 信息的自动 处理。语义w e b 服务是将语义w e b 技术和w e b 服务技术相结合，利刚语义w e b 丰富的语义描述 能力和强大的逻辑推理能力来准确描述w e b 服务的语义，通过这些带有语义信息的描述米实现服 务的自动发现、组合、监控和调用。 语义w e b 服务( s e m a n t i cw e bs e r v i c e ) 是语义w e b 和w e b 服务的结合，是基于语义的智能的 宁夏人学硕f 。学位论文第一。帝绪论 曼皇曼量曼皇曼曼皇a a 1 a l鼻 mm _ 9l 皇曼! 曼量舅曼皇曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼量 w e b 服务。w e b 服务以服务为目标，语义w e b 以计算机可理解性和可处理性为目标，综合这两 方面研究的优点，在w e b 服务中加入语义的支持，以服务为导向，进行带有语义的服务描述和推 理的研究，构建一种带语义的服务环境，实现功能互补是种自然的选择h 1 。 1 1 2o w l s o w l - s 在o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 基础上，使用语义w e b 规则语言( s e m a n t i cw e br u l e s w r l ) 来表示规则。o w l - s 是连接w e b 服务和语义w e b 两种技术的桥梁，目前语义w e b 服务 的很多研究都是围绕o w l s 展开的。o w l s 是一种基于o w l 的w e b 服务本体旧，它使用标记 语言以一种确定的、计算机可以理解的格式来描述w e b 服务的属性和功能，可以支持w 曲服务 的自动化操作，如自动发现、自动调用、自动组合。 图1 - 1 为o w l s 的本体结构图，类s e r v i c e 为声明w 曲服务提供了组织参考点，每个具体 的w e b 服务都将对应为s e r v i c e 类的一个实例。一个服务类一般有三个对象属性：表示( p r e s e n t s ) 、 被描述( d e s c r i b e db y ) 和支持( s u p p o r t s ) ，这三个对象属性，对应的值域是服务轮廓( s e r v i c ep r o f i l e ) ， 服务模型( s e r v i c em o d e l ) 以及服务基点( s e r v i c eg r o u n d i n g ) ，它们是关于服务的最本质的描述。 o w l - s 本体足在o w l 语法基础上，通过对s e r v i o ep r o f i l e 、 s e r v i c em o d e l 、s e 】 v i c eg r o u n d i n g 这三部分的描述，来表示一个语义w e b 服务。一个语义w e b 服务( 原子或者组合服务) 可以被简 单地看作是一个动作( 原子或者复杂动作) 的实例旧。 如图卜1o w l s 的顶层本体结构图 简单来说，s e r v i c ep r o f i l e 描述服务是做什么的，s e r v i c cm o d e l 描述服务是怎么做的，s e r v i c e g r o u n d i n g 描述如何访问服务。一个s e r v i c e 最多被一个s e r v i c e m o d e l 描述，一个s e r v i c e g r o u n d i n g 必须和一个s e r v i c e 相关联。以下将详细描述这三个部分。 s e r v i c ep r o f i l e ：主要描述w e b 服务能做什么。它类似于w e b 服务的黄页，描述了服务查询 代理用来判断服务是否满足它的要求的一组服务基本属性信息，主要包括：服务的文本描述信息， 服务功能属性信息输入( i n p u t s ) 、输出( o u t p u t s ) 、前置条件( p r e c o n d i t i o n s ) 、执行效果( e f f e c t s ) 即i o p e ) 等。例如一个网上购物的服务可能需要信用卡有效作为前置条件，信用卡号作为输入， 产生一个账单收据作为它的输出，信用卡上余额减少是它的作用效果。此类主要用于w e b 服务的 匹配与发现。此外，s e r v i c ep r o f i l e 也提供服务的非功能性描述，如服务所属分类信息、服务质量 q o s 信息。 s e r v i c ep r o f i l e 最大的特点就是叔向的，服务提供者可以通过p r o f i l e 描述所发布服务的功能， 服务请求者可以通过p r o f i l e 对所需服务进行描述。这样服务发现时，就可以利用这种双向的信息 2 宁夏人学硕f j 学位论史第一章绪沦 进行匹配。 s e r v i c em o d e l ：主要描述w 曲服务如何工作。s e r v i c em o d e l 主要是服务提供者用米描述服务 的内部流程的。o w l - s 把每个服务看成是一个过程，并将其分为三类：原子过程( a t o m i cp r o c e s s ) 、 复合过程( c o m p o s i t ep r o c e s s ) 、简单过程( s i m p l ep r o c e s s ) 。原子过程可以直接调用，是不可再分的 过程；简单过程它可以看作像原子过程一样是一步执行的过程，但它不可直接调用，也没有对应 的g r o u n d i n g 。简单过程是原子过程或组合过程的抽象概念，只提供一种行为的抽象视图，不能 直接被执行。复合过程由原子过程或复合过程通过一些控制构造符来组合而成。其控制构造符包 括：顺序( s e q u e n c e ) 、并发( s p l i t ，s p l i t + j o i n ) 、乱序( a n yo r d e r ) 、选择( c h o i c e ，c o n d i t i o n ，i f - t h e n - e l s e ) 、 循环( i t e r a t e ，r e p e a t - u n t i l ，r e p e a t - w h i l e ) 等。 s e r v i c eg r o u n d i n g ：主要描述w e b 服务是如何被访问的。上面讲到的s e r v i c op r o f i l e 和 s e r v i c em o d e l 都是关于服务抽象表示的，而s e r v i c eg r o u n d i n g 描述的是服务的具体信息，如它 需要指定服务访问的协议、u r i 地址、消息格式、调用端口等。总而言之，s e r v i c eg r o u n d i n g 可 以看成是从调用服务所需元素( 如原子过程的输入和输出) 的抽象描述到具体描述的映射，从而实 现服务调用和集成。 通过上面介绍我们了解到，尽管o w l s 全面地刻画了一个w e b 服务各方面属性的语义信息， 也可用于描述j i j i 户对服务的需求，但由于o w l 语言基于描述逻辑，在表达一般规则方面是有局 限性的”0 ，它不能很好地表示用户在不同场景下的偏好和约束，比如，网上的预订机票服务，不 同的人会根据自己的情况米预订，有的约束条件是日期与天气，有的约束条件可能是价格，不同 的用户有不同的场景约束。因此，本文将利用组织符号学中的规范所具有的语义扩展的特性，来 加强w 曲服务的语义，对o w l s 进一步的扩展和完善。 1 2 课题研究现状 1 2 1 国外研究现状 斯坦福大学的s r i n in a r a y a n a n 等人，采用情景演算理论和p e t r i 网理论研究了o w l s 的操作 语义，他们首先研究了原子服务描述与情景演算之间的转换关系，即用情景演算理论研究了 o w 【广s 中原子服务描述的形式语义；在此基础上，将情景演算作为中间语言，通过把情景演算 转换为p e t r i 网，然后用p e t r i 网的理论来研究了语义w e b 服务的执行推理，即语义w e b 服务的 操作语义；并于2 0 0 3 年在计算机网络上发表了( a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no f w e bs e r v i c e s 1 。 d i s u n i v e r s i t ad ir o m a 的a n d r e a 、f e r r a r a 两人，在s r i n in a r a y a n a n 等人研究的基础上，采 用进程代数的方法来研究w e b 服务的组合，并建立了进程代数与w e b 服务的商业过程执行语言 b p e l 4 w s ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e s ) 的相互映射；并于2 0 0 4 年， 发表了 w e bs e r v i c e s ：an o c e s sa l g e b r aa p p r o a c h ) ) “。 在文献”引中提出了一个名为o w l s - x p l a n 的a i 规划器，进行w 曲服务组合。其中，o w l s 的p r o c e s sm o d e l 用t - 指定目标( 例如复合w e b 服务) 和需要组合的个体w e b 服务的输入、输出、 前提条件和效果。 d w u 等研究如何利j js h o p 2 ( s i m p l eh i e r a r c h i c a lo r d e r e dp l a n n e r 2 ) 来实现自动的o w l s 3 宁夏人学硕l 。学位论史 第一章绪论 量皇曼量曼曼皇! 曼曼曼曼曼舅曼量曼鼍i i ioo i _ i i i i w e b 服务组合问题，还研究如何通过s h o p 2 规划来实现语义w 曲服务的服务组合n4 。 s w s i ( s e m a n t i cw e bs e r v i c e si n i t i a t i v e ) 是主要由d a r p a 和e u ( e u r o p e a nu n i o n ) 资助的一 个项目，目的是建立一个结合语义w e b 和w e b 服务技术的集成框架，使服务提供者和服务请求 者在服务的发现、检索、匹配、调用、监控等方面能够达到最人可能的自动化和动态集成。 1 2 2 国内研究现状 华东师范大学计算机应用研究所的吴明昌和顾君忠，研究了利用情景演算在动态w e b 服务组 合时对o w l s 的语义扩展，但他们只给出了原子服务的语义扩展，他们主要从动作前提、服务 执行前的输入参数，条件效果、条件输出、等来对服务的语义进行扩展，并与2 0 0 7 年，在计算 机应用于软件上发表了在w e bs e r v i c e s 动态组合方面的o w l s 语义扩展n5 1 。 西北大学的郭小群博士及其导师郝克刚研究了如何使用p i 演算来描述w e b 服务，以便从已 有的w 曲服务构造新的增值性的正确的w e b 服务n 引。 电子科技大学计算机科学与：【：程学院的廖军、谭浩和刘锦德，提出了采用p i 演算的方法来描 述w e b 服务组合的思想，并于2 0 0 5 年，在计算机学报上发表了基于p i - 演算的w e b 服务组合 的描述和验证 t t l 文中介绍了，一个采用p i 演算来描述的w 曲服务组合的实例。 ， 河海人学计算机与信息t 程学院的程永上和王志坚，在语义w e b 服务组合的形式化描述与 验证研究驯中给出了基于有色p e t r i 网的语义w e b 服务形式化模型，形式化描述了o w l s 中 几种基本的w e b 服务组合模式，在一定程度上可以构造出满足需求的服务，但对服务的语义信息 表达还有些欠缺。 1 2 3 存在的问题 从上述相关研究丁作和项目中可以看出，在语义w e b 方面和w e b 服务组合方面，研究工作 者目前虽然已取得了一些有价值的研究成果，但是从总体上说，由于研究历史还不长，服务组 合的理论体系、工程方法以及实现技术仍不成熟，尤其是在语义扩展方面，还有许多亟待解决 的研究问题，以提供语义更强人的服务。我们知道目前w e b 服务自动组合还存在一些不足： 虽然很多人提出了各种组合方法提高了网络中服务的利用率，同时也有很多研究工作者都 致力于为w e b 服务增加语义性，语义o w l - s 模型包含服务组合的语义信息、具有定义良好的 语义，但o w l s 是基于规则的，存在着表达能力的局限性，仍不足以提供足够强大的语义表达 能力使得o w l - s 具有全面和精确的语义解释。例如，当不同的用户在不同场景下或同一个用户 在不同场景下是如何对w e b 服务的执行进行约束的；如何表达用户对w e b 服务需求的主观意愿 等这些语义信息都不能被o w l - s 来描述。在本文我们将利用规范的方法来从用户角度出发，分 析用户需求，利h 4 规范对需求进行描述。通过这样的描述方式，可以表达出用户的个性偏好， 为用户提供更符合川户需求的服务。但规范通常是利用自然语言或图形符号进行描述是非形式 化的描述方法，为了保证规范描述的准确性与可执行性本文将采用情景演算来对规范进行形式 化描述。 4 宁夏人学硕i 学位论丈 第一一市绪论 1 3 研究内容 本文在总结以上的优点和不足的情况下，将利用规范所具有的可进行语义扩展特性弥补 o w d - s 语义不足的缺点。并利用情景演算实现形式化描述，保证语义扩展的正确性。 本文的主要工作包括以下两个方面： ( 1 ) 我们通过分析o w l - s ，可以知道o w l s 模型虽然包含服务组合的语义信息，但这不足 以表达更强大的语义。由于o 、l 在规则方面表达能力的局限性“1 ，o w l - s 模型没有包含片j 户在 选择和使h j 服务时所表现出来的偏好和约束的描述，o w l s 无法从用户角度出发，表达出当用 户在不同场景时对服务的约束信息，为此提出利用组织符号学中的规范来描述用户在各种场景下 的约束条件，可以表达出用户的主动意愿性。把规范引入进来，这是一种新的理论和方法的尝试， 在语义w e b 服务组合中提供了一个崭新的理论平台。 ( 2 ) 规范一般是用自然语言或图形符号表示的，是一种非形式化的描述方法，为了保证规范 的正确性和可执行性，本文将采用情景演算的形式化方法对规范实现形式化，主要利用情景演算 中的动作前提公理、效果公理、条件输入、条件输出等公理实现规范到形式化的转变。 1 4 本文结构 第l 章：绪论。介绍本文的选题背景，以及对国内外的研究现状进行分析和总结，阐明本文 的研究内容。 第2 章：阐述了w e b 服务、w e b 服务组合、语义w e b 服务基本概念。介绍了w e b 服务组合 的方法，以及语义w e b 的体系结构。 第3 章：阐述了规范、情景演算的概念，以及情景演算中包含的几种公理。详述了规范对语 义的扩展与情景演算对规范的形式化描述。 第4 章：利用规范与情景演算对一个旅游网组合服务进行规范表示与描述，其中包括原子服 务以及组合服务的描述。 第5 章：总结和展望。总结本文的工作，提出下一步的工作设想。 5 宁夏人学顾f j 学化论文 第一：章；吾义w e b 服务组合皋础理论 第二章语义w e b 服务组合基础理论 2 1w e b 服务技术基础 2 1 1w e b 服务定义及特征 w e b 服务9 i 作为一种新型的分布式计算模型已经在电子商务、企业应用集成等领域扮演着越 来越重要的角色，并不断影响现代企业应 f 的开发与部署。w e b 服务是一种基于w e b 环境的具 有自适应、自描述、模块化并具有良好的互操作能力的应用程序。不同的组织对于w e b 服务的概 念和内涵有着不同的理解和认识。 m m 认为w e b 服务是采用x m l 描述的一组可通过捌l 进行消息传递的操作，而这些操作可 由网络访问而完成目标任务。服务的描述提供了与该服务进行交互所必须的所有细节，包括消息 格式、传输协议和位置。 m i c r o s o i t 认为w e b 服务是一个向其它应用提供数据和服务的应用逻辑单元。应用程序通过 w e b 协议和数据格式访问w e b 服务，如h t t p 、x m l 和s o a p ，而无需关心每个w e b 服务是如 何具体实现的。 s u n 认为w e b 服务是软件构件，这类构件具有被发现、可重用和再组合的特性，用丁解决 用户的问题或要求。 w 3 c 认为，w e b 服务是一个支持互操作的，机器能够通过网络进行交互的系统。它采用了 w s d l 描述服务接口，采用s o a p 消息通过h t t p 协议实现服务之间、服务与客户之间的通信。 以上观点各有侧重，并无冲突。综合以上各种观点，我们认为：w e b 服务的最人特点在于其 互操作性、开放性、可重用性。 对于外部的w e b 服务使用者而言，w 曲服务实际上是一种部署在w e b 上的对象或者组件， 它具备以下特征： 良好的封装性：w e b 服务既然是一种部署到w e b 上的封装良好的对象，很自然它具备对象 的良好的封装性，对于使j j 者而言，仅能看到该对象提供的功能列表。 松散耦合：由于w e b 服务的所有实现都被完好的封装，当一个w e b 服务的内部实现发生变 更的时候，调明者是不会感觉剑的。对于调用者来说，只要w e b 服务的调用接口( 界面) 不发生改 变，w e b 服务实现的任务变更对他们来说都是透明的。 使用标准协议规范：作为w e b 服务，其所有公共的协约完全要使用开放的标准协议进行描述、 传输和交换。同时，相比一般对象而言，其界面调用更加规范化，更易于机器理解。 高度可集成能力：由于w e b 服务使用简单、易理解的标准协议作为组件界面描述，所以完全 屏敞了不同软件平台的差异，无论是c o r b a 、d c o m 、还是e j b 都可以通过这种标准的协议进 行互操作，实现了在当前环境下的高度可集成性。 6 宁夏人学硕i j 学位论丈第二章语义w e b 服务组合桀础卵论 2 1 2w 曲服务的模型 w e b 服务的体系结构可简单地看做是3 个独立的角色及它们之间的关系，图2 一l 给出了 w e b 服务的基本模型。 ，弋、 又服务注册中心太 、- 查投发布 绑定一 图2 - 1w e b 服务的基本模型 w e b 服务体系结构中的3 中独立角色如下： 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：服务的所有者( 企业或个人) ，或指提供服务的平台。服务提供 者发布自己的服务，并且对服务请求进行响应。 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t ) ：利用服务注册中心查找所需的服务，然后使用该服务。 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) ：指存储服务描述信息的注册中心，服务提供者在此发布他 们的服务描述，服务请求者在此查找服务并获得服务的绑定信息。 对应上面3 种角色，w e b 服务体系结构中的3 中行为如下： 发布( p u b l i s h i ) ：服务提供者需要将服务描述发布到服务注册中心，使得潜在的服务请求者可 以查找、发现它。 查找( f i n d ) ：服务请求者根据注册中心提供的接口发出查找请求，从而获得所需服务的相关 信息，包括服务的接口描述、服务的绑定和位置描述等。 绑定( b i n d ) ：服务请求者通过分析从注册中心得剑的服务描述中的绑定细节来定位和联系， 进而调用服务提供者所提供的服务。 2 2w e b 服务组合 2 2 1w e b 服务组合概述 近年来，随着w e b 服务标准的持续完善和支持w e b 服务的企业级软件平台的不断成熟，特 别是s o c 和s o a 概念的蓬勃兴起和应用，越米越多的企业和商业组织参与剑软什服务化 ( s o t h a r ea sas e r v i c e ，s a a s ) 的行列中来，纷纷将其业务功能和组件包装成标准的w e b 服务发布 出去，实现快速便捷地寻求合作伙伴、挖掘潜在客户和达到业务增值的目的。然而，目前网络上 发布的服务大多结构简单、功能单一，无法满足企业复杂应用的需要。如何有效地组合分布于网 络上的各种功能服务，实现服务之间的无缝集成，形成功能强人的企业级流程服务以完成企业的 商业目标，已经成为w e b 服务发展过程中的一个重要步骤，也是s o c 与s o a 能否成功虑用和实 施的关键埋”。 w e b 服务组合正是在这种背景下提出来的，由于目前尚未有统一的定义，不同的研究人员分 7 宁夏人学硕l 。学f t 沦史 第二帚语义w e b 服务组合毕础瑚论 别从不同的角度和侧重点对w e b 服务组合问题进行定义心引： 文献曙引从业务流程的角度出发，认为w e b 服务组合是根据定的业务规则将服务进行有机 连接，使其相互协作从而完成既定的商务目标。 文献旧刮从应用集成的角度出发，认为w e b 服务组合是将来自于不同企业的异质异构信息系 统和软件进行无缝集成，消除信息孤岛，从而形成互通互联的软件联合体的过程。 文献幅纠从问题求解的角度出发，认为w 如服务组合是为达到用户特定目标，在给定的一些 服务中，发现一个能满足这一目标的组合服务。 文献1 2 6 j 从任务规划的角度出发，认为服务组合是将大型任务分解成若干子任务后，分别为每 一个子任务寻找完成该子任务的服务的过程。 在综合以上观点之后，本文认为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，以形成人粒度的具有内部流程逻辑的组合服务，并通过执行组合 服务以达到业务目标的过程怛 。 2 2 2w e b 服务组合特点 我们通过上一节对w e b 服务概念的理解，可以总结w e b 服务组合所具有的基本特点如下啪： ( 1 ) 层次性和扩展性，在已有w e b 服务的基础上，按照一定的流程逻辑，以特定的功能需求 为导向，将小粒度的服务组装成具有新的功能能够满足用户需求的人粒度的服务，使得组合w e b 服务具有明显的层次性和灵活性。 ( 2 ) 动态性和自适应性，w e b 服务组合是一个动态的自适应的过程，在标准协议的基础上，根 据客户的个性化需求，对具有特定功能的现有的服务进行动态的发现、组装和管理。 ( 3 ) 提高了业务执行的自动化程度，w e b 服务通过动态的语义分析与服务的自动化匹配，减少 了人工的不必要干预，达到更大限度的电子商务执行过程的自动化。 ( 4 ) 提高了软件生产效率，重用已有的服务，减少不必要的重复功能代码的编写，并且自动化 或者半自动化的生成新的服务或者系统模块，极大的提高了软件的生产效率。 2 2 3w e b 服务组合的分类 w e b ) 1 务自动组合方法主要有基于上作流的组合方法和基于人工智能规划( a ip l a n n i n g ) 的组 合方法。 基于_ t 作流的w e b 服务组合是通过定义一个w 曲服务得执行流程来实现的，在流程中详细 指明了w e b 服务服务之间的控制流和数据流。 工作流领域中把w e b 服务的组合问题看成是流程问题，组合服务功能被分解为由各个组件服 务完成的活动，并通过描述流程中的活动以及活动之间的依赖关系刻画组合服务的实现逻辑。由 于基于流程的建模方法直观地反映了组合服务的执行过程，并且易丁实现相应的解释运行系统， 因此在当前服务组合研究项目和原犁系统中得到了广泛的采用。 采用：i ：作流思想来进行w e b 服务组合的典型应用有i b m 和微软在2 0 0 2 年联合发布的基于 w e b 服务的商业流程执行语言( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw 曲s e r v i c e s b p e l 4 w s ) 8 宁夏人学硕i 掌化论丈第二帝语义w e b 服务组合雀础理论 的w e b 服务组合幢引。将w e b 服务组合看成为b p e l 4 w s 流程，b p e l 4 w s 流稃是一个流程图，用来表 达特定业务的处理逻辑和算法，流程的每一步称为一个活动。b p e l 4 骼的作用是将一组现有的服 务整合起来，从而定义一个新的w e b 服务。此外还有，b p m l ( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n gl a n g u a g e ， 业务过程建模语言) 提供了一个抽象的模型和语法米表达抽象的、可执行的商业流程。使用b p m l 可以定义企业流程、复杂的w e b 服务以及多方之间的协作与交互。b p m l 中的一个流程是一些活 动的合成，这些活动执行特定的功能，流程中规定了活动的执行顺序。除b p e l 4 w s 与b p m l 外， 像w s c i 、e b x m l 、w s m f 等也都是近年来新提出面向工作流的合成标准啪1 。 基于a l 规划的组合方法，将w e b 服务看成a j 中的动作，通过输入输出参数、前提和结果等 来描述w e b 服务。在服务组合时，只要将w e b 服务的这些描述映射为动作形式化描述，在w e b 服 务空间中以构造w e b 服务组合为目标，通过形式化的推理来得出w e b 服务的组合序列，动态形成 服务组合方案，同时也能够保证规划结果的正确性和完整性。基于m 的规划方法包括情景演算规 划法、层次任务网规划法和基丁规则的规划法旧： ( 1 ) 情景演算是一种形式化的规划方法，是一种用于表示动作和变化的理论，是一种关丁状 态、动作和动作作用于状态结果的形式化谓词演算池。将g o l o g 作为自动构建w e b 组合服务的 语言，g o l o g 是一种建立在情景演算基础之上的逻辑编程语言，通过提供更高层次的过程和用户定 制的约束描述来解决w 曲服务组合问题。 ( 2 ) 层次任务网( h i e r a r c h i c a lt a s kn e t w o r k ，h t n ) 规划法具有任务描述和分解、任务分派、 任务完成的能力以及约束机制和冲突解决机制，可以高效地对复杂问题进行规划。基丁层次任务 网的w e b 服务组合方法是将用户任务分解成越米越小的子任务，将这些子任务再进行分解，直到 分解j 亓的任务是能被单个w e b 服务执行的简单任务为止。 ( 3 ) 基于规则的组合方法通过使用组合服务说明语言( c o m p o s i t es e r v i c es p e c i f i c a t i o n l a n g u a g e ，c s s l ) 描述目标服务。它提出了利用可组合规则来决定两个w e b 服务是否是可以组合， 如果产生多余一个的组合方案，服务请求者在组合质量参数的基础上选择一个组合方案。 2 3 语义w e b 服务 2 3 1 语义w 曲概述 传统的w e b 技术是一种在t c p i p 之上的特殊结构框架，通过链接机制可以访问遍布全球的 i n t e r n e t 资源，其体系结构主要是基于h t m l 和h r r p 协议。目前，以w e b 技术为核心的数据业 务在i n t e m e t 中已经完全r i i 据了主导地位，w e b 技术的发展变化完全引导着i n t e m e t 的发展变化。 虽然w e b 服务的优点很多，但传统的w e b 服务技术只为h t e r n e t 上异构信息的集成提供技术 手段，解决办法集中在语法层次，并没有完全解决语义上的问题。例如传统的w e b 网页假定的阅 读对象是人而不是计算机，h t m l 所描述的仅仅是内容的外观和表现形式，而计算机对基于 h t