（计算机科学与技术专业论文）基于语义的web服务匹配和选择算法研究.pdf

譬21 cl r e s e a r c ho nw e bs e r v i c em a t c h m a k i n ga n d s e l e c t i n g m e t h o db a s e do ns e m a n t i c s s p e c i a l t y ：c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： p r o f x ud e z h i c o l l e g eo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e & e n g i n e e r i n g c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y c h a n g s h ah u n a np r c 0i 8 咖77眦m卅i，iii1洲y 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 立益盔 日期： 丝! ! 年上月丑日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：二麦盏生导师签名皇金鱼日期：旦年日 摘要 面对海量的w e b 服务，服务请求者要想快速高效地得到理想的 服务，必须要有一种高效的w e b 服务匹配和w e b 服务选择方法，因 此对w e b 服务匹配和w e b 服务选择方法的研究具有重要意义，本文 将着重对此进行研究。 首先，简要介绍了课题的研究背景，并总结了w e b 服务匹配和 w e b 服务选择相关技术的研究现状。 其次，针对目前语义w e b 服务匹配方法中缺少对服务行为约束 的考虑及传统推理匹配的结果中同一级别不能再区分的缺点，设计 了一种带服务行为约束的基于推理和语义相似度计算的匹配方法。 该方法首先对服务做行为约束检测，然后对服务进行推理匹配和相 似度计算得出最终的匹配度。实验结果表明，该方法较之传统的 o w l s 舢d d i 匹配方法在查准率和查全率方面得到了很大改进。 最后，针对以往w e b 服务选择算法中缺少对w e b 服务q o s 数 据可信度考虑的缺点，以及实际网络中有大量虚假服务存在的事实， 设计了一种考虑q o s 数据可信度的w e b 服务选择方法，本方法首先 利用误差分析的方法计算出服务q o s 数据的可信度，再利用信息熵 的理论确定服务总体q o s 、服务q o s 数据的可信度与服务匹配度的 权重系数，最终得出服务的总体评价。经过理论和实例分析表明该 方法能有效的削弱虚假服务对服务选择的影响，增强了w e b 服务选 择结果的准确性。 关键词语义w e b 服务，行为约束，q o s ，服务匹配，服务选择 a b s t r a c t t h ew e bs e r v i c e su s e r sa r ev e r yd i f f i c u l tt og e tt h eb e s ts e r v i c e s u n l e s st h e r ei sav e r ye f f e c t i v em e t h o da b o u tw e bs e r v i c e sm a t c h i n ga n d s e l e c t i n g ，s ot h es t u d yo fw e b s e r v i c e sm a t c h m a k i n ga n ds e l e c t i n gi sv e r y u s e f u l t h i st h e s i sf o c u s e so nt h i si s s u e f i r s t l y , t h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h et h e s i si sb r i e f l yi n t r o d u c e d ， a f t e rw h i c ht h es t a t eo ft h ea r to ft h er e l e v a n tt e c h n o l o g ya b o u tw e b s e r v i c e sm a t c h i n ga n ds e l e c t i n gi se l a b o r a t e d s e c o n d l y , a i m i n ga tl a c k i n go fc o n s i d e r i n gt h es e r v i c eb e h a v i o r c o n s t r a i n t sa n dt h ed e f i c i e n c yo ft h et r a d i t i o n a lr e a s o nm a t c h i n gw h o s e r e s u l tc a nn o tt e l lt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h es a m ed e g r e ei nc u r r e n t m a t c h i n ga l g o r i t h mo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e ，an e wm a t c h i n ga p p r o a c ho f s e m a n t i cw e bs e r v i c ew i t hs e r v i c eb e h a v i o rc o n s t r a i n t sb a s e do nt h e r e a s o n i n ga n dt h ec o m p u t a t i o n o fs e m a n t i cs i m i l a r i t yi sp r o p o s e d i tf i r s t c h e c k st h ec o m p a t i b i l i t yo ft h es e r v i c eb e h a v i o rc o n s t r a i n t s ，a n dt h e n r e a s o n i n ga n dc o m p u t i n g t h es e m a n t i cs i m i l a r i t yb e t w e e nt h es e r v i c e sa n d g e tt h em a t c h i n gd e g r e e s c o m p a r e dt oo w l s u d d i ( w e bo n t o l o g y l a n g u a g e ，u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r yi n t e r g r a t i o n ) ，t h e r e s u l t s s h o w st h a tt h i sa p p r o a c hc o u l di n c r e a s er e c a l la n dp r e c i s i o nr a t i og r e a t l y f i n a l l y , a i m i n ga tl a c k i n gc o n s i d e r i n gt h ec r e d i b i l i t yo ft h eq o sd a t a i nw e bs e r v i c e ss e l e c t i n gm e t h o d sa n db a s e do nt h ef a c to fm a n yf a l s e s e r v i c e si nt h en e t w o r k ，aw e bs e r v i c e ss e l e c t i n gm e t h o dc o n s i d e r e dt h e c r e d i b i l i t yo f t h eq o sd a t ai sp r o p o s e d i tf i r s tc o m p u t e st h ec r e d i b i l i t yo f t h eq o sd a t au s i n gt h em e t h o do fe r r o ra n a l y s i s ，a n dt h e nc o m p u t i n gt h e w e i g h tc o e f f i c i e n to ft h eq o s ，t h ec r e d i b i l i t yo ft h eq o sd a t aa n dt h e m a t c h i n gd e g r e e ，f i n a l l yc o m p u t i n gt h eo v e r a l le v a l u a t i o n t h e o r e t i c a l a n de x a m p l ea n a l y s i sc o n f i r m e dt h a tt h i sm e t h o dc a ne f f e c t i v e l yw e a k e n t h ei n f l u e n c eo ft h em a l i c i o u ss e r v i c e so nt h ep r o c e s so fs e r v i c es e l e c t i n g ， t h u si tc a ns 仃e n g t h e nt h ea c c u r a c yo ft h es e r v i c es e l e c t i o n k e yw o r d ss e m a t i cw e b s e r v i c e ，s e r v i c eb e h a v i o rc o n s t r a i n t s ，q o s ， s e r v i c em a t c h i n g ，s e r v i c es e l e c t i n g n 目录 摘要i a b s l r a c t i i 第一章绪论1 1 1 课题研究背景2 1 1 1w e b 服务简介2 1 1 2 语义网简介2 1 1 3 语义w e b 服务介绍4 1 2 国内外研究现状。5 1 3 主要研究内容6 1 4 论文组织结构7 第二章w e b 服务匹配和选择相关技术概述9 2 1w e b 服务概述。j 。9 2 2w 曲服务的语义描述1 l 2 2 1 本体描述语言介绍1 2 2 2 2w e b 服务本体的描述语言1 3 2 3w 曲服务匹配和选择技术1 4 2 4 爿、l 砉1 ：； 第三章考虑行为约束的语义w e b 服务匹配方法研究。1 6 3 1 服务行为约束及其兼容性1 6 3 2 该匹配方法的三个步骤1 7 3 2 1 服务行为约束的兼容性检测1 8 3 2 2 两个服务间的推理匹配1 8 3 2 3p o s s i b l e 级的概念语义相似度计算1 9 3 3o w l s u d d i 算法思想及本文的具体匹配算法2 1 3 3 1o w l s u d d i 匹配算法。2 l 3 3 2 本文提出的匹配算法2 1 3 3 3 算法时间复杂度分析2 3 3 3 4 实例分析2 3 3 4 实验结果分析2 3 3 4 1 测试数据集2 3 3 4 2 评价标准2 4 3 4 3 实验环境及过程2 5 3 4 4 对比试验及结果分析2 5 3 5 小结2 7 第四章考虑q o s 数据可信度的w e b 服务选择方法研究2 8 4 1 获取高质量服务难的原因分析2 8 4 2w e b 服务的q o s 数据的可信度量度量2 9 4 3 服务选取策略与算法3 3 4 4 实例分析3 5 4 5 小结3 8 第五章总结与展望3 9 5 1 研究工作及成果总结3 9 5 2 进一步研究方向4 0 参考文献4 1 致谢4 7 攻读学位期间主要研究成果。4 8 l l 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 随着网络技术的发展，网络智能化无疑是未来w w w 发展的一个重要特征和 方向。网络环境的改变以及网络技术的更新，网络业务的供给和研发面临着新的 机遇与挑战。面对现有的综合、开放和复杂的网络环境，需要有一种与平台无关 的技术为业务服务做支持将是一个趋势。由于耽6 服务【h 】具有松耦合、语言无 关、平台独立等特点，所以w e b 服务技术成了现有网络环境中所需要的技术，w e b 服务逐渐被信息提供商所采用，成为了他们提供信息的载体。w e b 服务已经成为 了现有i n t e r n e t 和下一代网络的核心服务模式，很多领域已经注意或开始注意到 了基于面向服务的体系结构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a 【5 】) 的耽6 服务 的独特优点，并开始在业务的供给和研发中引入w e b 服务技术。与传统的组件系 统不同的是w e b 服务本身处于i n t e r n e t 这样开放、分布式的环境中，这样的环境 有很大的不确定性，这样的环境中随时都会出现意想不到的异常情况，因此，在 这样的环境中要想快速准确的找到所需w e b 服务，研发出一种高效、自动化和智 能化的w e b 服务匹配和w e b 服务选择方法显得尤为重要。 语义w e b l 6 j 是t i mb e r n e r s l e e 于1 9 9 8 年提出的下一代网络，其用意是使得 w e b 上的信息具有计算机可以理解的语义，从而使得计算机能够理解文本文档和 图像等网络信息。有了语义w e b ，w e b 上异构和分布的信息通过语义标识使得智 能代理可以对它们进行访问和搜索。语义w e b 其实是对未来网络的一个设想，在 这样的网络中，所有信息都被赋予了明确的含义，对于那些可用的信息机器能够 通过逻辑推理自动地处理和集成，大大加快了网络上信息的处理速度。在语义网 中，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 ) 7 j 允许用户自己定义自己的格式，它常用 来定义定制的信息格式，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 ) 【8 】具有灵活性的 特点，可以用它灵活地表达数据，o n t o l o g y1 9 是语义网络中的核心技术，许多网 络信息都是用本体来进行描述本体的中的各种概念信息都是组织在一个树形的 结构中，例如概念树就是一个很好的例子；o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) o o 】是 一种最重要的w e b 本体描述语言。 随着网络的飞速发展，w e b 服务的数目也快速增长起来。为了使w e b 服务智 能化，语义w e b 服务应用而生。语义w e b 服务的目标是以一种明确的、计算机能 够理解的语言来描述w e b 服务的内容和功能，从而使机器能够理解w e b 服务，使 些w e b 服务的操作比如w e b 服务匹配【1 2 1 等能够在机器中自动或者半自动的 进行，大大提高各种操作的执行效率。 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1w e b 服务简介 w e b 服务其实是一种软件系统，它支持网络上机器与机器之间的交互，它有 一个以机器可以处理的统一格式来定义的接口，其通信方式是其它系统通过 s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l1 消息机制与w e b 服务进行通信，s o a p 消 息通常以x m l 序列化的形式采用册协议以及其它w e b 服务相关协议进行传 输。从上述表达可以看出w e b 服务本质上是一种应用程序之间的通信接口，它独 立于硬件平台、操作系统和编程语言。w e b 服务有一个软件接口，它描述了一组 操作，该组操作在网络上可以通过标准化的x m l 消息传递进行访问。更重要的 一点是，w e b 服务采用的协议都是标准协议，如x m l 、s o a p 和册，所以便 于广泛使用。 耽6 服务由s o a p 和w s d l ( 耽6s e r v i c ed i s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 1 1 3 两个部分 组成。s o a p 协议是w e bs e r v i c e 之间最基本的通信协议，w s d l 是w e bs e r v i c e 描 述语言，它定义了该w e b 服务的功能是什么，该w e b 服务是怎么定义的和怎么去 访问该w e b 服务。w s d l 描述语言一般包含三部分：w h a t 部分是指w e b 服务的 功能是什么；h o w 部分是指该w e b 服务是怎样去进行访问的；w h e r e 部分是指该 w e b 服务的具体地址信息。 1 1 2 语义网简介 语义网作为下一代网络，是目前w w w 的扩展，语义网的目的是使得现有万 维网上的内容可以让计算机理解，使机器能够理解和操作这些内容，这样一来人 们可以更好的更快的使用网络。 为了使网络信息的智能处理能够进行，对信息进行明确的语义表示是必须的 过程，从而使得计算机能够理解该信息。通过对信息的语义表示，能够把人类知 识组织成一个巨大的语义网络，进而能够通过计算机的自动处理来实现智能化。 在语义网下许多智能的自动化服务能够被机器理解，机器可以处理这些服务，因 此可以极大的减少人类劳动，同时使得网络信息检索更加的方便快速。 t i mb e r n e r s l e e 提出的语义网的体系结构如图1 1 所示，这个体系结构就 是o s i 的七层模型【1 4 】。该模型是以x m l 和r d f r d f s 为基础，在此基础上建立 本体用以实现知识的语义表示，并建立相应的推理规则用来表达智能推理，从而 使得现有的网络知识、信息能够被机器自动的理解和处理。 2 硕士学位论文第一章绪论 语义网体系结构分为七层，其系统结构图如图1 1 所示： 最底层的是唧o d e 和u r i ，这两者是语义网的最基础部分，眦o d e 是 表示资源的统一编码格式，u r i 指对资源进行唯一化的标识： 第二层是x m l + n s + x m ls c h e m a ，这层主要用于表达所包含的数据和该数 据的结构； 第三层是r d f + r d fs c h e m a ，这层是资源描述框架，主要用于描述w e b 上 的一些资源及该资源的种类； 第四层是o n t o l o g y 层，这一层是语义w e b 的核心层次，它能够表达资源与 资源之间的联系，而语义的实质就是通过资源间的联系来产生的，所以各种资源 的语义信息可以用该层来表达； 第五层是l o g i c 层，这一层是逻辑推理层，该层对一些已经组织成本体的知 识库进行逻辑推理，从而得到一些蕴含的知识，该层是实现语义网智能化的关键 技术之一，具有很重要的研究意义； 最高两层分别是m 矿层和t r u s t 层，这两层主要用于对信息可靠性和真实 性的验证。 图l 一1 语义w e b 的体系结构 处于上层的是m o f ，l o g i c ，t r u s t 这三个层次，对这三个层次的研究比较 少：而u n i c o d e 和u r i 的相关技术已经比较的成熟，这些技术已经产生了很多 的应用，所以在这里不进行详细的介绍；因此，目前语义网的研究热点主要集中 在第二、三和四这几个层次上。 处在第二层的x m l 语言，它是一种可扩展的标记语言，有了该语言用户可 以定义自己的标记。换句话说，x m l 语言是一种与领域无关的标记元语言，即 x m l 语言是一种可以定义其他标记语言的语言。用户可以自己定义网络资源， 通过这种方式可以实现让机器能够认识这些网络资源的构想，从而实现网络智能 化。x m l 语言的出现，为数据在网络上的传输等操作消除了平台的障碍，使得 3 硕士学位论文 第一章绪论 数据可以跨平台交换，因而x m l 成为了w e b 上数据交流的标准。 r d f 和r d f s 层，其中r d f 是资源描述框架的的意思，r d f s 是 r d fs c h e m a 的意思，是w 3 c 推荐的一个标准，它提供了用户描述资源的基本框 架标准，目的是用来表示任何的资源信息。 1 1 3 语义w e b 服务介绍 语义w e b 技术的出现不仅为万维网上的网页内容提供了一种语义标识的方 法，使得机器能够认识这些网页内容从而使之自动化和智能化，也为w e b 服务的 描述提供了一种增加语义层次内容的手段。语义w e b 被认为是w e b 未来的发展方 向，它是现有w w w 的扩展与延伸。2 0 0 0 年1 2 月t mb e r n e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 会 议报告中首次给出了s e m a n t i cw e b 层次结构图。语义网技术增强了计算机对网络 信息的理解能力与互交换能力，w e b 服务具有将分布式的网络信息集合转变为分 布式的服务集合的能力。很自然地将二者结合起来的语义w e b 服务，既可以使网 络面向服务，又可以使网络具有机器可以理解的语义，使网络的功能大大增强。 语义w e b 服务的生命周期包括：首先对w e b 服务进行语义描述注释 ( d e s c r i p t i o n a n n o t a t i o n ) 0 s 1 ；第二是对服务进行广告( a d v e r t i s e m e n t ) ；第三是服 务的发现( 如w 秽) 【1 6 】阶段；第四是服务选择( s e l e c t i o n ) 【l 刀时期；第五是服务组 合( c o m p o s i t i o n ) 1 1 8 】阶段；最后是服务执行( e x e c u t i o n ) 阶段。其中语义耽6 服务 发现技术【1 9 。2 2 1 和语义w e b 服务组合 2 3 之6 】模型是当前研究的热点。 服务匹配策略【2 7 。3 0 】是语义w e b 服务研究中的关键，在耽6 服务中我们要解决 的问题是：面对海量的服务请求，要在海量的w e b 服务提供中选择最有效的服务 来与之匹配，有一个高效的服务匹配策略显得尤为重要。现有的服务匹配方法主 要可以分为：语法级别的匹配方法和语义级别的匹配方法，其中语法级别的匹配 方法通过对服务注册信息( 如服务名称、分类和公司名称等) 进行关键词的精确 匹配来发现服务，这种语法级的服务匹配在服务的查全率和查准率方面都无法达 到令人满意的效果。语义级别匹配方法是指将语义信息加到服务匹配中来，其代 表是基于推理的服务匹配和基于语义相似度计算的服务匹配方法。 在对w e b 服务进行匹配时，由于现有匹配策略的限制，服务之间的匹配算法 执行效率不高，方法返回的匹配服务在查准率和查全率方面也有待提高。因此， 本课题的研究试图在这些方面有所突破。 4 硕士学位论文第一章绪论 1 2 国内外研究现状 在w e b 服务匹配方法方面，目前都是基于一个共享的领域本体来消除概念之 间的二义性，通过概念之间的层次树来表示概念之间的包含关系，在此基础之上 通过推理或者通过概念语义相似度的计算来实现服务请求与服务提供之间的匹 配。 国外比较有代表性的语义w e b 服务匹配方法是m a s s i m op a o l u c c i 等1 3 1 l 提出 了一种基于d a m l s 的服务匹配方法，该方法是基于逻辑推理的，应用描述逻 辑的推理能力对树形关系的本体概念进行推理，得出输入输出之间的关系。该方 法是这样的，首先通过对服务本体文件进行分析，该本体文件是用d a m l s 进 行描述的，通过对s e r v i c ep r o c e s s 进行分析得到服务的输入输出参数。然后对输 入输出参数进行推理匹配，得到四个等级的匹配度，这四个等级分别是e x a c t ， p l u g l n ，s u b s u m e s 和f a i l 。e x a c t 意味着提供的服务刚好满足请求的服务的要 求，一般要分输入和输出两个方面进行讨论；p l u g l n 指的是提供的服务虽然与请 求的服务没有完全匹配，但是提供的服务可以满足请求服务的需求；s u b s u m e s 指 的是服务提供可以部分满足服务请求；f a i l 指的是服务提供者完全不能满足服务 请求者的要求。 l e il i 等【3 2 】人对上述四种匹配类型进行了补充，在s u b s u m e s 和f a i l 之间添 加了i n t e r s e c t i o n 等级，以输出为例，提供的输出和请求的输出有一部分是重合的， 但是这两者之间不存在包含的关系，s u b s u m e s 与i n t e r s e c t i o n 的区别就是前者有 包含关系，而后者没有这种关系，只有交集的关系。从上述介绍可以看到，基于 推理的服务匹配方法将服务间的匹配程度分为5 个等级，这5 个等级的匹配度的 大小关系是e x a c t 大于h u g l n 大于s u b s u m e s 大于i n t e r s e c t i o n 大于而f ，但在同 一等级内部无法进一步区分结果的匹配度。 这种基于描述逻辑推理的匹配算法实现起来比较简单，但是由于同一等级中 的匹配结果不能进一步的进行区分，查准率比较低，算法执行效率不高。 国内在这方面的研究主要是集中在语义级别，以上述的5 个等级为蓝本，通 过概念语义相似度的计算来实现服务之间的匹配，下面是这方面的一些有代表性 的研究。 史忠植【3 3 1 等人通过对本体中概念的分析，然后计算概念之间的相似度，用相 似度的方法来进行w e b 服务的匹配。他们提出的算法是以经典的o w l s u d d i 匹配算法为蓝本，同时与经典匹配算法相比在性能方面得到了一定程度的提高。 5 硕士学位论文 第一章绪论 自东伟等【3 4 1 人分析了传统服务匹配方法的一些不足，通过增加语义信息来提 高推理能力，然后提出了一种本体概念语义距离的计算方法，通过语义距离来衡 量服务之间相似度，以此来增强w e b 服务匹配的精确度。 王树义等【3 5 】人通过对传统的语义w e b 服务匹配方法的研究，针对推理匹配方 法的不足，以基于推理的语义w e b 服务匹配方法为蓝本，设计了一种语义相似度 的计算方法来计算w e b 服务的匹配度。 上述方法虽然比最初基于逻辑推理的匹配策略有了一定的改进，但是都只是 考虑了输入输出参数类型之间的匹配。缺少对服务行为约束的考虑，这样做其实 是有很大缺陷的。考虑以下实例：有两个服务请求服务w s i 和提供的服务w s 2 ， w s l 的可用时间是8 ：0 0 - - - 1 0 ：0 0 ，服务覆盖区域是长沙，w s 2 的可用时间是 9 ：o l l ：0 0 ，服务覆盖区域是深圳，他们之间的输入输出参数类型完全匹配，按 照传统的匹配策略这两个服务是属于完全匹配类型，但实际上这两个服务匹配没 有任何的价值，只是增加了算法的执行时间，降低了算法的效率的同时降低了查 准率。另外上述方法中的概念语义相似的计算方法也不够精确，这直接影响了匹 配的精确性。 1 3 主要研究内容 耽6 服务具有松散耦合、位置透明、协议独立的特点【3 6 1 ，这些特点使得它 不必依赖于某个特定的实现环境，对运行环境的要求也比较宽松，因此特别适合 i n t e r n e t 上分散应用的互联。由于这些优良特性，使得w e b 服务成为近年来研究 的重点。语义w e b 服务的目的是使w e b 服务具有人工智能，使机器能够认识这些 w e b s e r v i c e s ，从而使w e b 服务组合、发现等技术具有自动或半自动的能力，而 在这些技术中，w e b 服务匹配和选择方法是基础且非常关键的技术。所以本文试 图在语义w e b 服务匹配和选择方法的研究上有所突破。 本文研究的核心内容包括：考虑服务行为约束的语义w e b 服务匹配方法研 究；考虑q o s 数据可信度的耽6 服务选择方法研究；算法的实验评估。 1 考虑服务行为约束的语义w e b 服务匹配改进方法研究 针对目前语义w e b 服务匹配方法中缺少对服务行为约束的考虑及传统推理 匹配的结果中同一级别不能再区分的缺点，设计了一种带服务行为约束的基于推 理和语义相似度计算的匹配方法。本方法分为三步：第一步进行服务行为约束兼 容性检测：第二步对待匹配的两个服务进行推理；第三步在第二步基础上进行本 体概念间的语义相似度计算，得出待匹配服务的精确匹配度。 6 硕士学位论文第一章绪论 2 考虑q o s 数据可信度的w e b 服务选择方法研究 在w e b 服务匹配和服务组合中，由于网络上各种虚假的w e b 服务大量存在的 事实，以及目前的服务选择方法虽然考虑n yq o s 数据的好坏，但是没有考虑到 它的可信度的缺点依然没有得到改正，针对这些问题提出了一种考虑服务q o s 数 据可信度的w e b 服务选择方法。 3 算法的实验评估 使用行业标准数据测试集o w l s t c 对算法进行测试，利用信息检索领域的 查全率、查准率对算法的好坏进行评估，并与其他的匹配方法进行对比分析。 1 4 论文组织结构 论文共分五章，依次为绪论、w e b 服务匹配技术研究综述、考虑服务行为约 束的语义耽6 服务匹配方法研究、考虑q o s 数据可信度的w e b 服务选择方法研究 以及结论与展望。 第一章绪论 首先介绍了本文的研究背景，包括w e b 服务、语义w e b 、语义w e b 服务介绍； 然后，对国内外的一些研究现状进行了介绍；最后给出了本文所要研究的核心内 容。 第二章w e b 服务匹配技术研究综述 首先介绍了w e b 服务的相关概念和w e b 服务相应的体系结构；然后介绍了语 义w e b 服务相关技术及其w e b 服务本体描述语言；最后对w e b 服务匹配和w e b 服 务选择相关技术和研究进行了介绍。 第三章一种改进的语义w e b 服务匹配方法研究 本章是本文研究重点之一。首先对语义w e b 服务行为约束的相关概念进行了 阐述，然后介绍了该服务匹配方法的三个步骤，最后给出具体的匹配方法并对该 方法进行了理论分析和实验对比。 第四章考虑q o s 数据可信度的w e b 服务选择方法研究 本章是本文的研究重点之一。提出了一种考虑q o s 数据可信度的w e b 服务选 择方法，本方法利用误差分析的方法能够根据服务间的交互情况而反馈的各种 q o s 数据动态地计算服务q o s 数据的可信度，再利用信息熵的理论确定服务总 体q o s 、服务q o s 数据的可信度与服务匹配度的权重系数，最终得出服务的总 7 硕士学位论文 第一章绪论 体评价并将总体评价最大的服务返回给用户。 第五章结论与展望 本章是全文的最后一章，对本文的研究工作及研究成果进行了总结和展望。 8 硕士学位论文第二章w e b 服务匹配和选择相关技术概述 第二章w e b 服务匹配和选择相关技术概述 w e b 服务匹配方法是w e b 服务研究中的核心技术，无论是w e b 服务组合技术 研究还是w e b 服务发现技术的研究都必须有w e b 服务匹配技术作为支撑。w e b 服 务选择指的是服务请求者在与之相匹配的提供服务中选择一个最好的服务，能提 高w e b 服务匹配方法的查准率而显得很有研究价值，w e b 服务选择同时也是w e b 服务组合的基础。语义w e b 服务是在w e b 服务的基础上使w e b 服务智能化，使 w e b 服务能够被机器理解和调用。因此w e b 服务匹配和选择技术【3 7 - 3 9 的研究非常 有意义，下面的部分就是要对这些技术进行一个概述。 2 1w e b 服务概述 w 3 c 对耽6 服务的定义【4 0 】如下：“w e b 服务在本质上是一些软件系统，这 些软件系统由u r i 进行统一标识，其i n t e r f a c e 和绑定用x m l 进行定义、叙述和 发布，w e b 服务支持通过基于i n t e r n e t 的协议使用基于x m l 的消息与其他w e b 服 务或者其他软件系统进行直接交互。 从定义可以看出，w e b 服务是发布在m 上，并被发现和调用的程序模块，这些程序块具有自己描述自己和模块化等特点。 由于多个w e b 服务可以组合在一起完成一个任务，因此w e b 服务所执行的功能可 以是一个简单的请求，也可以是一个复杂的过程，例如飞机票价服务，书本订购 服务这些都是简单的服务，描述一个人去北京开会的服务就是一个复杂的服务， 因为它是由飞机订票服务，酒店选订等等简单的服务组合而成的。总的来说，w e b 服务是一种新型的网络应用程序，它建立在一系列的i n t e r n e t 标准之上，其基本 规范包括x m l 、s o a p 、w s d l 和u d d i ，其体系结构如图2 1 所示。 图2 1w 曲服务体系结构 其中最底层的是普通网络层，第二层是基于x m l 的消息机制层，第三层是 服务描述层，第四层是服务发布层，第五层是服务发现层，第六层是服务协调层 次。其中普通网络层的协议标准就是现有网络的传输层和网络层的协议标准，中 9 硕士学位论文 第二章w e b 服务匹配和选择相关技术概述 间四层部分的协议标准是目前w e b 服务的相关协议标准。该体系结构还有相关的 安全、管理和q o s 数据部分。 w e b 服务相关协议是基础，也是关键，下面对w e b 服务的相关协议进行简单 介绍。 1 w s d l 介绍 w s d l ( 耽6 s e r v i c ed i s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 是耽6 服务描述语言的意思。目前 由于w e b 服务的广泛使用，w e b 服务需要标准化流程和操作来进行规范，这就要 求有一种结构化的方式对w e b 服务加以描述，以方便w e b 服务的调用或者通信， 所以w s d l 语言应用而生。它是由a r i b a 、i n t e l 、i b m 、m s 等公司共同提出来 的，该语言用来对w e b 服务的各种信息进行集中描述，这些信息是与w e b 服务的 调用息息相关的，比如网络协议、消息格式、参数的类型等信息，这些信息都是 w e b 服务执行时所涉及的各种细节信息。通过w s d l 语言，可对w e b 服务的三个 基本属性进行描述：该服务是做什么的即服务所提供的操作；如何访问服务即指 服务的数据格式以及相关的协议信息是怎么样的；服务位于何处即指协议相关的 一些地址信息如u r l 。 w s d l 文档在w e b 服务的定义中使用的元素如下： 1 ) 类型元素是数据类型定义的容器，表示服务使用的某些类型系统( 这里 一般使用x m ls c h e m a 中的类型系统) ； 2 ) 消息元素是指通信消息的数据结构的抽象类型化定义，使用类型元素所 定义的类型来定义整个消息的数据结构； 3 ) 操作元素是指对服务中所支持的操作进行一些抽象描述，一般单个操作 描述了一个访问入口的请求或响应消息对； 4 ) 端口类型元素是指对某个访问入口点类型所支持的操作的抽象集合，这 些操作可以由一个或多个服务访问点来支持； 5 ) 绑定元素是指对特定端口类型的绑定，这些端口类型主要包括一些具体 协议和一些数据格式规范； 6 ) 端口定义为单个服务访问点，这些点是协议或数据格式绑定与具体w e b 访 问地址组合的访问点； 7 ) s e r v i c e 元素是指相关服务访问点的集合。 w s d l 文档被分为两种类型即服务接口和服务实现。 1 0 硕士学位论文第二章w e b 服务匹配和选择相关技术概述 2 s o 暇尸介绍 s o a p ( s i m p l eo b j e aa c c e s sp r o t o c 0 1 ) 【4 1 j 是简单对象访问协议的意思。该协 议是用来最后完成w e b 服务调用的协议，它是一种基于x m l 语言的协议，有了 该协议，可以在松散的、分布的环境中对结构化和类型化的信息进行对等地交换， s o a p 本身并不定义任何应用语义，它只是定义了一种模块化的封装机制和一种 对数据进行编码的编码机制。 s o a p 消息以s o a p 信封为根元素，包含两个子元素分别为s o a p 头部和 s o a p 主体。 简洁和可扩展性是s o a p 所追求的设计目标，它要求既可以用于单工通信， 也可以用于复杂的事物通信，如电子文档交换等。 3 u d d i 介绍 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e r g r a t i o n ) 【4 2 彤1 是统一描述发 现和集成的意思，是为w e b 服务提供信息注册的一个标准规范。u d d i 注册中心 是一个由多个根结点子系统组成的注册系统，该系统具有逻辑上集中和物理上分 布等特点，由于这些特点使得w e b 服务信息的发布及w e b 服务发现变为可能，使 得w e b 服务的使用不再局限在很小的范围内，每一个w e b 服务都可以由于u d d i 的存在而不再是孤立的服务结点，而是一些逻辑上连接的节点，从而实现了在 i n t e r n e t 范围内提供服务的目的。u d d i 业务注册需要用到三个元件，即白页、 黄页和绿页。白页是用来描述服务发布企业的基本信息，如地址、联系方式以及 已知的一些其他信息；黄页是用来描述一个基于标准分类的目录；绿页是用来描 述与服务相关联的一些绑定信息。u d d i 是核心的w e b 服务标准之一，它通过简 单对象访问协议进行消息传输，用w e b 服务描述语言w s d l 语言来描述w e b 服务 及其应用接口。 2 2w e b 服务的语义描述 根据上文的介绍，w e b 服务的描述信息主要有两个部分，即w s d l 和 u d d i ，w s d l 描述了w e b 服务的功能，以及消息结构、数据类型和协议绑定信 息，而u d d i 则描述了发布w e b 服务的公司，联系信息以及一些w e b 服务的分类， 这里所说的分类一般按照地理，产品等方式进行。但是不管是w s d l 还是u d d i 对w e b 服务的描述都是基于语法级别，智能化程度很低。要想使w e b 服务具有智 能化的特点，则只好对w e b 服务通过增加语义级别的描述信息才能做到，这样语 义w e b 服务的研究成为一个热点。下面对语义w e b 服务的一些关键技术进行