（计算机软件与理论专业论文）基于语义web的服务智能组装技术研究.pdf

中文摘要 摘要 近年来，w e b 服务技术以其标准化协议和低耦合的优点得到快速发展，但是 随着越来越多的企业和组织在各自的系统上部署和应用w e b 服务，不同组织的 w e b 服务之间如何有效地进行信息共享和协作成为w e b 服务发展的瓶颈，逐渐成 为研究的热点。w e b 服务的智能组装为解决这一问题带来了新的解决方案，它将 多个w e b 服务组装在一起形成一系列新的应用，以满足最终用户的需求。随着语 义w e b 新技术的发展，w e b 服务与它结合产生了一个新兴的研究课题语义 w e b 服务。语义w e b 服务利用语义w e b 标记语言来描述服务的语义，使w 曲服 务成为计算机可以理解的实体。利用语义w e b 服务丰富的语义信息，w e b 服务组 装的过程更智能，组装结果也更精确。 本文在国家高科技发展“8 6 3 ”计划项目与自然基金项目的基础上，对基于语 义w e b 服务智能组装的关键技术进行了研究，包括语义w e b 标记语言、语义w e b 服务描述模型和语义w c b 服务组装方法。本文系统研究语义w e b 服务描述模型 o w l s ，分析其与传统w e b 服务描述模型相比的所具有的优势和不足，提出基于 模板的服务智能组装系统i s c s 的体系结构，为使i s c s 能够支持对用户偏好的描 述，本文对现有的语义w e b 服务标记语言做了一些改进。本文详细描述i s c s 系 统的各个组成部分和模板规范。在阐述i s c s 系统应用的核心算法后，用j a v a 语言 实现i s c s 的原型系统，并通过文字翻译这个具体的案例初步验证该组装系统的有 效性。 本文的i s c s 系统充分利用模板简单易实现和o w l s 能够精确描述w e b 服务 的优点，将模板用于描述用户的需求，将o w l s 用于服务发现和服务绑定，为语 义w e b 服务智能组装的实现提供一个新的思路，对推动w e b 服务信息共享和协作 的研究具有重要理论和实际意义。 关键词：服务组装；语义w e b 管理；w e b 服务；模板；训卜s 英文摘要 r e s e a r c ho nt e c h n o l o g yo fi n t e l l i g e n tc o m p o s i t i o nb a s e do n s e m a n t i cw e b a b s t r a c t r e c e n t l y w e bs e r v i c e sh a v ear a p i dr i s eb e c a u s eo fi t ss t a n d a r dp r o t o c o l sa n dl o w c o u p l i n g h o w e v e r , a l o n gw i t hm o r ea n dm o r ee n t e r p r i s e sa n do r g a n i z a t i o n sd e p l o y i n g a n du s i n gw e bs e r v i c e si nt h e i rs y s t e m t h ep r o b l e mo fi n f o r m a t i o ns h a r i n ga n d c o o p e r a t i n ga m o n gd i f f e r e n to r g a n i z a t i o n s w e bs e r v i c e sb e c o m e st h eb o t t l e - n e c ki n g r o w t ho fw e bs e r v i c e s n o wt h i sp r o b l e mi sar e s e a r c hf o c u s i n t e l l i g e n tc o m p o s i t i o n b a s e do ns e m a n t i cw e bc r e a t e sn e wa p p l i c a t i o n st om e e te n du s e r s n e e d sb y c o m b i n i n gs e v e r a ls e r v i c e s ；i tb r i n g san e w s o l u t i o nf o rt h ep r o b l e m w i mt h eg r o w t ho f t h es e m a n t i cw e bt e c h n o l o g y ，w e bs e r v i c e sa n dt h es e m a n t i cw e bg i v eb i r t ht o a n o t h e rn e wt e c h n o l o g y s e m a n t i cw e bs e r v i c e s t h es e m a n t i cw e bm a r k u pl a n g u a g e c a l lb eu s e dt od e s c r i b et h es e m a n t i c so fw e bs e r v i c ea n dm a k et l l e m c o m p u t e r i n t e r p r e t a b l ee n t i t i e s w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nc a l lb em o r ei n t e l l i g e n ta n d t h er e s u l tc a nb e m o r ep r e c i s eb yu s i n gt h e s es e m a n t i ci n f o r m a t i o n t h i sp a p e ri sb a s e do nt h en a t i o n a l8 6 3p r o j e c ta n dn a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ， a n dd ot h er e s e a r c ho f t h ek e yt e c h n o l o g yo f i n t e l l i g e n tc o m p o s i t i o nb a s e do ns e m a n t i c w e b ，i n c l u d i n gs e m a n t i cw e bm a r k u pl a n g u a g e s e m a n t i cw e bd e s c r i p t i o nm o d e la n d s e r v i c e sc o m p o s i t i o nm e t h o d a f t e rs y s t e m a t i c a l l yd o i n gt h er e s e a r c ho fs e m a n t i cw e b d e s c r i p t i o nm o d e l ( o w l s 、a n da n a l y z i n gi t sa d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g ec o m p a r e d w i n lt r a d i t i o n a ld e s c r i p t i o nm o d e l t h i sp a p e rp r o p o s a l sas y s t e mo fi n t e l l i g e n ts e r v i c e s c o m p o s i t i o nb a s e do nt e m p l a t e ( i s c s ) t h ep a p e ra l s oe n r i c h e so w l sw i t ht h e e x p r e s s i o np o w e ro fn s e r s p r e f e r e n c e s a f t e rt h a t , i tg i v e sas p e c i f i c a t i o nf o rt h e t e m p l a t ea n dt h ek e ya l g o r i t h m so ft h es y s t e ma n dd e s c r i b e st h ec o m p o n e n t so fi s c s a f t e rd e s c r i b i n gt h ec o r ea l g o r i t h mi ni s c s ，t h ep r o t o t y p et h e ni si m p l e m e n t e du s i n g j a v ap r o g r a m m i n gl a n g u a g e a tl a s t ，a ne x a m p l eo ft r a n s l a t i o ni sg i v e nt ov e r i f yt h e v a l i d i t yo f t h ea r c h i t e c t u r e i s c sn s e st e m p l a t et od e s c r i b eu s e r s r e q u i r e m e n ta n du s e so w l st os e r v i c e s d i s c o v e r i n ga n ds e r v i c e sb i n d i n gb ym a k i n gu s eo ft h ef a c i l i t yo ft e m p l a t ea n dp r e c i s e 英文摘要 d e s c r i p t i o no fo w l - s i tg i v e san e wm e t l l o df o rr e a l i z i n gi n t e l l i g e n tc o m p o s i t i o n b a s e do ns e m a n t i cw 西h e n c et h e r ei st h e o r ya n dp r a c t i c es i g n i f i c a n c ef o rs p e e d i n gt h e r e s e a r c ho f i n f o r m a t i o ns h a r i n ga n d c o o p e r a t i n ga m o n gw e b s e r v i c e s 。 k e yw o r d s ：s e r v i c e sc o m p o s i t i o n ；s e m a n t i cw e b ：w e bs e r v i c e ：t e m p l a r ；o w l - s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：基王蚤竖壁垒的厦釜智能组蕉挂盔婴究：。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发 表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 ， 论文作者签洲砂7 年3 月上午日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、版 权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文 的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编学位论文。 本学位论文属于：保密口 不保密p 7 ( 请在以上方框内打“4 ”) 论文储签硌城新张班慨 日期：2 川年3 月2 铂 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 第1 章绪论 1 1 语义w e b 服务及研究现状 近年来，新的计算机及软件技术在企业资源规划、电子商务和软件过程改进 等领域的应用不断深入。人与人、人与软件系统以及软件系统之间的协同规模不 断扩大，复杂程度也不断增加，这些协同工作的发展深刻改变着人们对软件及软 件系统的认识和使用。同时，无论从企业的信息环境、组织结构，还是与外界的 协作环境来看，都具有明显的分布式特征，如网络的延伸、系统的异构、人员的 分散和供求关系的全球化等。在这样的分布式环境下要完成不同应用系统的集成、 不同组织人员的协作并最终达到业务过程的自动化和高效率，必然考虑采用分布 式的软件开发技术。 网络环境下的分布式软件系统开发技术是目前软件领域研究的主流课题。然 而，由于网络类型、系统软硬件和编程语言的异构性，使得设计、开发和维护这 种系统十分困难。软件系统的研究和开发实践表明，采用基于构件的软件开发技 术，通过自行开发的或商用现成技术c o t s ( c o m m e r c i a l o f f - t h e - s h e l f ) 构件组装系 统，是降低大型分布式软件系统的开发难度、提高开发效率的有效途径之一。 近几年来，我们课题组在软构件技术方面已进行了大量的理论和应用研究。 在国家自然科学基金项目“可重用的软构件开发方法研究”( 编号：6 9 9 7 3 0 0 9 ) 中，对软构件及软件重用基础理论进行了深入研究；在辽宁省自然科学基金项目 “软构件开发及软件重用关键技术研究”( 编号：0 0 2 1 0 3 ) 中，对软构件的建模 及形式规约设计、软构件的质量保证、软件重用进行了研究；在辽宁省重大科技 攻关项目“通用性模块化电子商务平台开发”( 编号：2 0 0 1 3 0 2 0 1 0 ) 中，对基于 构件和构架技术的通用电子商务平台进行了实际开发和应用研究。在国家8 6 3 重 大项目“基于高性能宽带通信网络的软件支撑体系研究”( 编号：2 0 0 4 a a l1 6 0 1 0 ) 中，对软构件库、公共软件工具库、开放源代码库以及对日软件开发协同工作支 持环境等进行了研究与开发。随着我们对软构件技术和分布式计算理论及应用技 术的进一步研究，我们认为，分布式软件系统性能的提高和分布式计算应用领域 第1 章绪论 的扩展，在很大程度上取决于分布式软件开发中软构件之间的协同计算能力，对 分布式软件开发中软构件协同计算关键技术的研究是确保基于构件的分布式软件 系统开发成功的关键所在。为此，我们课题组申请了国家自然科学基金项目“面向 分布式软件开发的软构件协同计算模型及形式化验证”( 编号：6 0 5 7 3 0 8 7 ) ，该基 金项目的一个研究重点是“面向分布式软件开发的软构件协同计算模型”，主要研究 分布式软件开发中的软构件协同计算关键技术。本论文即针对这一研究重点开展 相关研究。 由于软件产业内部、客户以及市场等多方面因素的影响，同时随着构件技术 和分布式技术的不断发展和软件需求的不断变化，构件正朝着服务化的趋势发展。 随着基于h t m l 和h t t p 协议的w e b 迅速地普及和w e b 技术的进一步发展，这 两种技术越来越紧密地联系在一起【i l 。因此，近年来，出现了两个新兴的重要发展 趋势 2 1 ： 一个是w e b 服务( w e bs e r v i c e s ，w s ) 3 1 。w e b 服务是一些自包含、自描述、 模块化的程序，可以发布在w e b 上，并被发现和调用。w e b 服务使构件能够通过 w e b 被调用，是构件服务化的一种最主要的表现。越来越多的服务提供商开始向 用户提供基于w e b 的服务，例如b 2 b 应用、b 2 c 应用等【4 】。 另一个是语义w e b ( s e m a n t i cw e b ，s w ) 。语义w e b 的概念5 】 6 1 【刀由t i m b e m e r s l e e 于1 9 9 8 年首次提出。语义w e b 研究的目标是扩展当前的w e b 赋予w e b 中的所有信息以定义良好的语义，让计算机能够更好地理解和处理这些信息，从 而使人和计算机能更好地协作，充分发挥w e b 这个巨大的分布式信息系统的潜力。 语义w e b 的研究不仅提升了计算机对w e b 信息的处理能力，也为w e b 服务的 发展带来了新的方向。如果用语义w 曲的知识标记手段来描述服务的语义，将使 得w e b 服务成为计算机可以理解的实体，从而支持服务的自动发现、执行和组装 等嘲 9 1 。而w e b 服务的一个重要思想就是，未来的应用将由一组利用网络的服务 组装而成。i n t e m e t 环境的动态、异构等特性要求基于w e b 提供的服务可以灵活、 可靠地满足客户的需求，实现“按需服务”，即根据用户的需求将各种已有的服务 组合起来、协同工作完成用户的任务。本文研究的就是如何将语义w e b 技术和w e b 2 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 服务结合起来，以实现服务的自动组装。 下面分别就w e b 服务、语义w e b 和语义w e b 服务等概念作进一步阐述。 1 1 1 语义w e b 与w e b 服务 1 1 1 1 w e b 服务概述 w e b 服务是一种新型的w e b 应用程序。w 3 cw e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r e 小组为 w e b 服务暂行的定义是：“w e b 服务是由u r i 标识的软件应用程序，其接口和绑定 可以通过x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 构件进行定义、描述和发现，w e b 服务支持通过基于因特网的协议使用基于x m l 的消息与其他软件应用程序直接 交型1 0 l ”。w e b 服务所执行的功能可以是简单的请求，也可以是复杂的商业过程。 服务可以提供信息，例如天气预报、股票报价服务；也可以对现实世界产生影响， 例如机票预订、信用卡交易等服务。 w e b 服务的体系结构是基于三个角色( 服务提供者、服务请求者、服务中介) 和三个操作( 发布、发现、绑定) 构建的。服务提供者通过在服务中介处注册来 发布可用的服务，服务请求者通过在服务中介处查找服务登记记录来发现合适的 服务，并绑定服务提供者以使用该服务。w e b 服务的角色及操作如图1 1 所示。 图1 1w e b 服务的角色及操作 f i g1 1r o l e sa n do p e r a t i o n so f w e bs e r v i c e w e b 服务是由一套协议栈构成的层次化体系结构，如图1 2 所示1 1 1 ，其中底层 第1 章绪论 传输协议是广泛使用的因特网标准：h t t p ，f t p ，s m t p 等。中间部分是目前w e b 服务的相关协议标准，包括简单对象访问协议s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s s p r o t o c o l ”2 】、统一描述发现集成协议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 d i n t e g r a t i o n ) 【”】、w 曲服务描述语言w s d l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ”4 1 。s o a p 是一种基于x m l 的不依赖于传输协议的表示层协议，用于应用程序以 对象形式方便地交换数据。u d d i 是一套信息注册中心的规范，所有w e b 服务注 册信息都存储在u d d i 商业注册中心，以便查找。w s d l 通过一套x m l 语法描述， 将w e b 服务定义为一个能交换消息的通信端点集合。在中间层之上，是一些支持 复杂工作流和业务逻辑的工作流建模语言，如i b m 的w e b 服务流语言w s f l ( w 曲 s e r v i c e sf l o wl a n g u a g e ) 1 5 1 、微软用于w e b 服务业务过程之间信息交换的 x l a n g 1 6 】和微软、i b m 等共同提出的业务过程执行语言b p e l 4 w s ( b u s i n e s s p 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 ) 【1 7 】等。右边部分是各个协议层的公用 机制，包括安全和管理的协议或机制。 图1 2w e b 服务的体系结构 f i g1 2a r c h i t e c t u r eo f w e bs e r v i c e w e b 服务允许在w e b 站点上放置可编程的元素，能进行基于w e b 的分布式 计算和处理，把w e b 从一个信息的集合变成一个分布的计算环境，显著增强了 4 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 w e b 体系结构的潜力，因此成为近年来软件业界研究和开发的热点。然而，目前 w e b 服务的描述都是基于半形式化的自然语言，如u d d i 、w s d l 等，对服务的自 动发现、协商、组合等的支持还很有限。 1 1 i 2 语义w e b 的研究 语义w e b 是对未来w e b 体系结构的一个重大构想，被定义为“由一些可以被 计算机直接或间接处理的数据组成的w e b ”。当前基于h t m l 的w e b 网页是设计 给人看的，计算机并不能理解其中信息的含义。而语义w e b 的基本思想是通过本 体( o n t o l o g y ) 和w e b 内容的语义标记，使计算机( 程序或智能a g e n t ) 能够理解 并处理w e b 上的信息，从而更好地协助人们在w e b 上发现知识、处理事务。o n t o l o g y 是共享概念的形式化、显式的定义。在语义w e b 中，隐含在数据、页面、程序和 其它w e b 资源中的语义都通过合适的语义w e b 标记语言来显式表示，构成一个基 于知识的w e b ，使计算机可以智能地处理和集成这些信息，从而使w e b 提供的服 务实现一次质的飞跃，因此语义w e b 技术被誉为“下一代的w e b 技术”，“w e b 技 术的革命”等。 语义w e b 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 带有语义的形式。b e m e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 国际会议上提出了语义w e b 的层次结 构【埽1 ，如图1 3 所示。它主要基于x m l 和r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) r d f s ( r d fs c h e m a ) w l ，并在此之上提供本体和逻辑推理规则，以完成基于语 义的知识表示( k r ) 和推理，从而能为计算机所理解和处理。语义w e b 在理论上 以知识工程( k e ) 成熟的理论、技术和方法为核心f l 】，知识表示、o n t o l o g y 和智能 a g e n t 2 0 蜂都是重要的研究内容，它们是不可分割的。 第l 章绪论 图1 3b e m e r s - l c e 提出的语义层次结构例 f 培1 3l a y e r a r c h i t e c t u r eo f s w i n t e m e t 上的资源不仅仅局限于数据和数据所表示的信息，随着信息技术的发 展和人们实际的生产和生活需要，越来越多的资源通过服务封装之后，都可以而 且都需要通过i n t e m e t 访问得到。在这种情况下，如何将语义w e b 技术和w e b 服 务技术结合起来，通过w e b 服务的语义封装为人们提供所谓的语义w e b 服务，是 一个非常值得研究和探讨的问题。 1 1 1 3 语义w e b 服务 语义w e b 研究的兴起为w e b 服务带来了新的活力，结合语义w e b 技术的w e b 服务( 即语义w 曲服务，s e m a n t i c w e bs e r v i c e s ，s w s ) s l 2 1 】将是一种更为智能的 服务，是w e b 服务未来的发展趋势，如图1 4 所示。 6 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 图1 4 语义w e b 服务是w e b 服务的发展趋势 f i 9 1 4 s w i s t h e n e n d o f w s 表1 1 给出了传统w e b 服务与语义w e b 服务几个主要的不同之处。下面通 过举例来解释这些不同之处。 表1 1 传统w e b 服务与语义w e b 服务的比较 t a b1 1c o m p a r i n gw sw i t hs w s 比较项 “传统”的w e b 服务 语义w e b 服务 服务简单的复合的 服务请求者人 计算机( 程序或a g e n t ) 服务描述基于词汇 基于o n t o l o g y 数据交换基于语法的基于语义的 例如，假设一位教授要从大连去上海参加一个国际会议，他想在网上预订机 票和酒店房间。 在目前的w e b 上，他必须自己先通过门户网站查询到可以订购机票的网站。 然后逐个访问，直至找到符合自己要求( 如航空公司、付费方式等) 的服务并访 问调用它。然后再同样地去寻找合适的酒店房间预订服务并访问它。 在这种传统的方式下，w 曲所提供的服务( 如机票预订服务、酒店房间预订 服务等) 是简单的、单个的。对它们的查找、访问和组合是用户自己来完成的。 而且这种查找和访问是基于关键词的，靠用户自己来理解服务的语义。 7 第1 章绪论 而在未来的语义w e b 上，用户可以委托自己的程序帮他查找符合自己要求的 服务，然后用户自己再去访问该服务，提交订单。或者，他可以进一步要求程序 直接帮他从找到的网站订购机票或订房间。再或者，他可以直接要求程序帮他安 排参加这次会议的所有行程( 包括查找服务、订机票和订房间等) 。 上述第一种应用是服务的自动发现，是指计算机程序自动地为用户寻找符合 特定要求的服务。第二种是服务的自动执行，是指计算机程序根据用户的个人信 息自动为该用户执行某个服务。第三种是服务的自动组装和交互，是指计算机程 序自动选择、组装和交互服务来完成特定的复杂任务。 通过语义w e b 标记语言来标记w e b 服务、用户的要求以及计算机程序的处理 过程，这些目前w e b 服务技术不可能实现的任务都将通过语义w e b 服务来实现。 在这种语义w e b 服务的方式下，服务的发现、执行和组装不再需要由人来完成， 而是可以由计算机程序来自动完成。由于服务的描述是基于o n t o l o g y 的，是计算 机能够理解的形式，因此服务的查找可以是基于语义的匹配，单个的服务也可以 由程序自动地组装起来，以完成用户提出的复合任务。 1 1 2 基于语义w e b 的服务自动组装 单个简单的w e b 服务往往无法满足实际的应用需求，人们常常需要组合多个 w e b 服务以完成一个较复杂的任务。这就是服务的组装问题，它包括服务的选取 和执行。传统方式下服务的选取和执行通常是由用户来完成的，在语义w e b 环境 下，计算机可以根据必要的信息自动地、动态地选取和组装服务，即w e b 服务自 动组装。不过现阶段，人们尚无法完全从技术上来实现服务的自动组装，这就使 得如何通过尽可能少的人工干预来实现服务的智能组装这个问题有了现实意义， 本文要研究的就是这个问题语义w e b 服务的智能组装。 1 2 语义w e b 服务智能组装的关键技术及相关研究 支持语义w e b 服务智能组装的主要关键技术包括： ( 1 ) 语义w e b 标记语言 w e b 服务的语义信息需要通过合适的语言来标记。标记语言的语义和形式化 8 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 支持直接影响到w 曲服务组装的智能化程度和灵活性。因此，服务智能组装技术 与语义w e b 标记语言的发展密切相关。 ( 2 ) w e b 服务的语义描述模型和本体 有了语义w e b 标记语言的支持，还需要考虑描述服务的哪些信息，也就是为 w e b 服务建模。完整的模型既需要能描述服务的属性，如功能信息、性能信息、 物理信息等，也需要能描述用户的需求、个人偏好和约束等。模型建立后，需要 用合适的语义w e b 标记语言将其描述为大家可以共享的本体。本文中，w e b 服务 的语义描述模型和语义w e b 服务描述模型是同义的术语。 ( 3 ) w e b 服务的组装方法 如果服务资源的语义描述模型已经建立，用户的需求描述模型也已经确定了 组装后的服务需要实现的目标，则需要考虑如何将多个子服务集成在一起完成组 合服务的任务，即研究服务智能组装规划的方法。 下面对上述三方面的相关研究做一个简单的综述。 1 2 1 语义w e b 标记语言 在语义w e b 的发展过程中，除了w 3 c 的语义w e b 成员之外，世界各地的研 究机构和科研人员都在密切关注着它的发展，从理论到实践、从标准到规范，都 在做着不懈的努力，其中语义w e b 标记语言的研究是其核心内容，这其中又以欧 洲的o n - t o k n o w l e d g e 项目吲资助开发的o i l ( o n t o l o g yi n t e r c h a n g el a n g u a g e 或 o n t o l o g yi n f e r e n c el a y e r ) 2 3 1 1 2 4 1 1 2 5 】和美国d a r p a 资助的d a m l ( d a r p aa g e n t m a r k u pl a n g u a g e ) 踟【2 7 】【2 8 】这两个最为有名。 为了推出w e bo n t o l o g y 语言的标准，w 3 co w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 工作组在d a m l + o i l 的基础上进行了一定的改进，于2 0 0 3 年7 月w 3 c 公布了 o w l 语言的最初工作草案。2 0 0 4 年2 月1 0 日，o w l 正式成为w 3 c 推荐的标准 【2 9 】。 d a m l + o i l 和o w l 都是建立在r d f 和r d f s 之上，基于描述逻辑以提供形 式化的语义和推理功能，从而为语义w e b 提供了o n t o l o g y 层。o n t o l o g y 层的研究 己经比较成熟，但其之上的逻辑规则层还没有出现成熟的语言。因此，目前的语 9 第1 章绪论 义w e b 语言能表达的语义仅限于描述逻辑，而不能表达一般形式的规则。 1 2 2 b 服务的语义描述模型 d a m l 框架下的d a m l s ( d a m l s e r v i c e ，简写为d a m l s ) 1 3 0 是国际上语 义w e b 服务描述模型方面的主要研究成果，它是b b nt e c h n o l o g i e s ，n o k i a ，s r i i n t e m a t i o n a l ，c m u ，s t a n f o r d ，y a l e 等联合定义的一种描述w e b 服务的标记模型， 为提供机器可解释的、精确的、关于w e b 服务属性和能力的描述而提供了一系列 标记符。它是基于d a m l 语言为描述w e b 服务而定义的一个本体，主要通过 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 r o u n d i n g 三个类来描述服务做什么、服务 如何做、服务如何访问等三方面的语义，从而允许服务的自动发现、执行、组合 和运行的监视。 随着o w l 成为w 3 c 推荐的w e bo n t o l o g y 语言标准，d a m l - s 也演化为相应 的o w l s 【3 1 1 ，目前最新版本为1 1 版的o w l s 本体。o w l s 是用o w l 语言写 的本体，因此它具有定义良好的语义，可以根据对象和它们之间的复杂关系来定 义w 曲服务的词汇表，并可以包含x m l 的数据类型信息。o w l s 和当前的w e b 服务标准u d d i 、w s d l 等结合可以较好地支持未来的语义w e b 服务，如图1 5 所示1 1 ”。 1 0 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 u d d i o w ls h c o w l - s n 嘲瀚l c 掰l - sp m 6 i 则d o w ls g r o t a d i n g & w s t x , g r i l l , a c l 8 0 l mg i p , e - r m t l 尊 j 服务流组台 i f 。1 0 0 。o o o o o o o _ _ - _ - _ o o _ i 服务交互 i i 晨务发布 j i 服务播逑 i 图1 5 语义w e b 服务的体系结构 f i g1 5a r c h i t e c t u r eo f s w s 然而，由于o w l 在规则方面表达能力的局限性，o w l s 模型没有包含用户 在选择和使用服务时所表现出来的偏好和约束的描述，因为它们通常表现为规则 的形式。这使得用户偏好和约束不能为计算机所理解并处理，意味着程序在执行 组装服务时如果遇到不确定的情况( 例如，有多个服务可供选择) 则需要用户的 干预，还不能实现完全的智能化。 1 2 3 w e b 服务的组装方法 w e b 服务组装方法从组装方案生成方式来分有两大类；静态组装和动态组装。 静态组装意味着请求者应在组装计划实施前创建一个抽象的过程模型。抽象的过 程模型包括任务的集合以及任务间的数据依赖关系，每个任务包含一个查询的子 句，用来查找完成任务的真正的w e b 服务。因此这里的智能仅指程序能智能地完 成w e b 服务的选择和绑定工作。静态组装中最常用的是用图来描述过程模型。而 动态组装不仅智能地选择、绑定w e b 服务，同时更重要的是智能地创建过程模型。 第1 章绪论 这需要请求者指定一些约束关系，包括w e b 服务间的依赖关系、用户的偏爱等。 目前静态组装方法主要有：硬编码模式和基于b p e i a w s 或b p e l 的模板化组 装。其中硬编码模式将服务组装以硬编码的方式来实现，是组装服务最原始的方 法，也最不灵活，形成的服务适应性差f 3 2 1 。由于w 曲服务是动态变化且自治的， 所以这种方法面临淘汰。模板化组装方法是目前主流的方法，它能够将w e b 服务 调用、操作数据、抛出故障或终止一个流程等不同的活动连接起来，从而创造出 复杂的流程，这些活动可以嵌套到结构化活动中，结构化活动定义了活动的运行 方式和控制流程。模板化组装方法简单并容易实现，它主要利用了w s d l 使得服 务的动态绑定成为可能，但是不支持在应用运行时的流程模型的调整。 动态组装主要以基于a i 规划为主，这些方法将w e b 服务看成a i 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。在服务组装时，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 服务组装 为目标，通过形式化的推理来得出w e b 服务的组装序列，动态形成服务组装方案， 同时也能够保证规划结果的正确性和完整性【3 2 1 。但是如何高效、准确地在w e b 服 务空间中查找适合的w e b 服务，如何描述用户的需求，如何评价生成的w e b 服务 组装方案与需求吻合度等一系列问题制约着它的发展。 本文研究的智能组装技术基于模板化组装，它在语义服务匹配、描述客户需 求及限制( 偏好) 方面做了一些积极的尝试，从而使得服务的组装有更好的灵活 性。 1 3 本文的主要研究工作 本文研究基于语义w e b 的服务智能组装技术，目标是：一方面，给出合适的 标记方法来标记w e b 服务和用户需求的语义，使程序能够理解；另一方面，研究 让程序无需用户太多的干预便能自动选取并执行多个服务以完成用户提出的复杂 任务。通过对相关研究的分析，本文希望从以下几个方面来进一步推进当前的研 究： ( 1 ) 选取一种合适的语义w e b 服务描述语言，为服务的智能发现打好基础，提 1 2 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 高匹配的精度。 ( 2 ) 设计一个w e b 服务组装模板，提供一个可视化的编辑环境。 ( 3 ) 设计并实现一个智能组装引擎利用语义信息进行推理，自动选择服务，并 进行服务的绑定。 本论文研究的理论及现实意义： ( 1 ) 本论文研究w e b 服务智能组装的关键技术，对构造基于语义的w e b 服 务应用的有效方法和实用技术进行研究，能够解决服务的智能组装问题。 ( 2 ) 能够在分布式环境下构造和组织大粒度的业务级服务，使得最终业务用 户自行组装出恧向服务的应用，从而更好、更灵活地构造出个性化的、能适应业 务变化和满足即时需求的网络应用。 ( 3 ) 分布式软件系统开发技术是目前软件领域研究的一个热点，本文的研究 为解决分布式环境下异地协同软件开发闯题提供了解决方案。 1 4 本文的组织与结构 本文的组织与结构如下： 第1 章是引言，主要介绍了论文课题研究的必要性，w e b 服务智能组装的关 键技术及国内外的研究现状，给出本文的主要研究工作。 第2 章介绍和分析o w l s 的描述能力，与传统w e b 服务描述模型相比所具 有的优势，对支持w e b 服务智能组装存在的不足之处。 第3 章提出基于模板的服务智能组装系统i s c s 总体架构，介绍i s c s 的各个 组成部分及主要功能，详细描述i s c s 的模板规范。 第4 章阐述i s c s 组装系统应用的核心算法，给出i s c s 实现的图形界面。 第5 章用一个具体案例介绍i s c s 系统的使用，初步验证i s c s 中的模板规范 和基于模板组装方法的有效性。 第6 章是对本文工作的总结和对进一步工作的展望。 第2 章语义w e b 服务描述模型o w l - s 第2 章语义w e b 服务描述模型o w l - s 本章首先介绍和分析语义w e b 服务描述模型o w l s 的描述能力，它较传统 w e b 服务描述模型所拥有的优势，以及它对于支持w e b 服务组装存在的不足之处。 2 1 0 w l s 的结构和描述能力 语义w e b 的研究将使得访问w 曲资源不再仅仅依靠关键字来查找和访问，而 是根据内容来访问。w e b 服务作为w e b 上的一类越来越最重要的资源，同样要求 语义w e b 对其提供广泛的语义支持，从而实现语义w e b 服务。o w l - s 就是一种 用来描述w e b 服务属性和功能的o w l 本体规范，它使用一系列基本的类和属性 来描述服务，提供了一个可共享的框架。它的目标是使得w e b 服务成为计算机可 理解的实体，从而便于实现以下任务：服务的自动发现、选择、调用、互操作、 组合、执行监控等【3 3 】。 2 1 1 顶层本体 在o w l s 中，描述服务的基本信息主要有三类本体：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 n d i n g ，如图2 1 所示。 s e r v i c e p r o f i t e ：类似于服务的黄页，它描述了服务查询代理用来判断 服务是否满足它要求的一组属性信息，例如服务所提供的功能、它的 输入、输出、执行的前提条件、执行后产生的结果等。它描述了服务 做什么，用于服务的自动发现。 s e r v i c e m o d e l ：描述了服务的过程模型( 使用服务时所涉及的控制流和 数据流) 。它描述了服务是如何工作的，和s e r v i c e g r o u n d i n g 配合用 于服务的自动组装和执行。 s e r v i c e g r o u n d i n g ：将过程模型的描述和w s d l 中的通讯协议及消息描 述联系起来。它描述了如何访问一个服务。 1 4 基于语义w e b 的服务智能组装技术研究 图2 1o w l - s 模型的顶层本体 f 逸2 it o pl e v e lo f t h es 口v i c eo n t o l o g y 2 1 2s e r v i c e p r o f _ | e w e b 服务“市场”的一次“交易”涉及到三方：服务的请求者、服务的提供 者和服务中介。服务的请求者寻找服务来完成自己的工作。服务的提供者提供服 务并供请求者查找。在i n t e m e t 这样一个开放的环境中，服务的请求者事先可能不 知道服务提供者的存在，因此请求者通过类似注册中心的服务中介来查找合适的 服务。注册中心的作用就是匹配服务请求和提供的服务，并确定最佳匹配。在 o w l s 模型中，s e r v i c e p r o f i l e 既可描述提供者提供的服务，又可描述请求者所需 的服务。 o w l sp r o f i l e 将服务描述成三类基本信息( 提供服务的组织、服务完成的功 能、服务的特征) 的函数。具体来说，p r o f i l e 本体模型分为以下四个部分： 1 描述连接s e r v i c e p r o f i l e 类、s e