（计算机应用技术专业论文）基于fipa+acl的语义web服务通信协议的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 基于f i p aa c l 的语义w e b 服务通信协议的研究 摘要 语义w e b 服务是用本体来描述的w e b 服务，它的目标是使得计算机系 统可以理解并解释w e b 服务的内容，满足智能a g e n t 对万维网上w e b 服务 的自动发现，调用和复合。 w e b 服务采用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 l ，简单对象访问协 议) 作为服务调用的协议，在实现语义w e b 服务通信的过程中，s o a p 协 议本身并不带有任何语义信息，这种不具有语义的应用层协议具有如下的 缺点：1 、缺乏语义，我们通常把协议中信息以硬编码的形式写入到应用 程序中，难以维护。2 、缺乏可重用的组件，在一般的分布式电子商务系统 中，通常要根据特定的通信角色开发不同的通信组件，尽管这些组件差别 很小，但不可重用。3 、协议和策略集成体。企业应用的个特点是业务 逻辑要经常变化，协议和策略集成一体使系统缺乏灵活性。 在本论文中，我们提出了一种a g e n t 访问语义w e b 服务的体系结构， 并分析了a g e n t 访问语义w e b 服务各个阶段所使用到的协议，并提出了一 种基于f i p aa c l 的语义w e b 服务通信协议，该通信协议由本体描述，这种 具有语义的通信协议具有下面的优点：1 、相对于传统的协议和策略集成一 体的方法，通信协议本体使协议和具体的策略相分离。2 、这种抽象协议的 规范提高了协议的可重用性。3 、由于协议是由本体描述的，具有形式化的 语义，使得机器可以无二义的理解通信的内容。 太原理工大学硕士研究生学位论文 把具有语义的通信协议应用到语义w e b 服务中，目的是期望a g e n t 对 语义w e b 服务能够自动发现、调用和复合。使人们可以从海量的信息搜索 中摆脱出来。 在论文的实验部分，结合w e b 应用实例e l e a r n i n g 中的的网络课程指 导服务，初步完成了通信协议本体和规则协议本体的开发，并使其用在 a g e n t 与语义w e b 服务系统的通信中。在论文的最后对论文的相关研究进 行了总结，并对下一步工作重点进行了展望。 关键词：f i p aa c l ，语义w e b 服务，语义协议，语义w e b ，本体，通信协 议本体 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ho nf i p aa c l b a s e dp r o t o c o l sf o rs e m a n t i cw e b s e r v i c e s a b s t r a c t s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，w h i c hd e s c r i b e db yo n t o l o g y , i saw e bs e r v i c e sa n d i t s g o a li s t om a k ec o m p u t e rs y s t e mc o u l d u n d e r s t a n d a n d i n t e r p r e t t h e c o n t e n to fw e bs e r v i c e s t h a tf u r t h e r s u p p o 就s t h e i n t e l l i g e n ta g e n t a u t o m a t i c a l l yd i s c o v e r i n g ，c o m p o s i t i n ga n di n v o k i n gw e bs e r v i c e so v e rw o r d w i d ew e b w e bs e r v i c e sa d o p ts o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) a si t ss e r v i c e i n v o k i n gp r o t o c 0 1 t h e s o a pp r o t o c o li t s e l fn o ti n c l u d e sa n ys e m a n t i c i n f o r m a t i o nw h e nu s i n gi ns e m a n t i cw e bs e r v i c e ss c e n a r i o s oi tc o n s i s t so ft h e f o l l o w i n gs h o r t c o m i n g ：1 l a c ko fs e m a n t i c s w eu s u a l l yp r o c e s st h ec o n t e n to f p r o t o c o lb yh a r dc o d i n gi na p p l i c a t i o np r o g r a m ，s oi t sh a r d t om a i n t a i n 2 l a c k o f r e u s a b l ec o m p o n e n t g e n e r a l l y , i nt h ed i s t r i b u t e de l e c t r o n i cb u s i n e s ss y s t e m s ， p r o g r a m m e rs h o u l dd e v e l o pc o m m u n i c a t i o nc o m p o n e n t sa c c o r d i n gs p e c i a lr o l e s a n di ns p i t eo ft h ed i f e r e n c eb e t w e e nt h e mi sl i t t l e ，i ts t i l lc a n tb er e u s e d 3 i n t e g r a t e di n t ot h ea g r e e m e n ta n ds t r a t e g y af e a t u r eo fe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n s i sf r e q u e n tc h a n g e st ob u s i n e s sl o g i c ，a n dt h ei n t e g r a t e do fa g r e e m e n ta n d s t r a t e g ym a k et h es y s t e ml a c k i n go ff l e x i b i l i t y v 太原理工大学硕士研究生学位论文 i nt h i sp a p e r ，w eh a v ep r o p o s e daa r c h i t e c t u r et h a ta g e n tv i s i t i n gs e m a n t i c w e bs e r v i c e sa n dt h e na n a l y s e st h ep r o t o c o l sw h i c ht h ea g e n tv i s i t i n gs e m a n t i c w e bs e r v i c e su s e si nv a r i o u ss t a g e s f o l l o w e db yas e m a n t i cw e bs e r v i c e s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo nt h eb a s eo ff i p aa c l ，t h ec o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l sa r ed e s c r i b e db yt h eo n t o l o g y s u c hs e m a n t i cc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l h a sf o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：1 c o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a li n t e g r a t i o no ft h e a g r e e m e n ta n ds t r a t e g y ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo n t o l o g ym a k e st h ea g r e e m e n t a n ds p e c i f i cp o l i c ys e p a r a t e 2 t h e s en o r m so ft h ea b s t r a c tp r o t o c o l sc a n i m p r o v er e u s a b i l i t y 3 p r o t o c o l s d e s c r i b e db yt h e o n t o l o g y ，w i t hf o r m a l 二- s e m a n t i c s ，w i l lm a k em a c h i n e sh a v ea ne x a c tc o m m o nu n d e r s t a n df o rs a m e c o m m u n i c a t i o nc o n t e n t u s i n gt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sw i t hs e m a n t i c si n t h es e m a n t i cw e b s e r v i c e s ，w ee x p e c ta g e n tc a na u t o m a t i c a l l yd i s c o v e r ，i n v o k ea n dc o m p o u n d s e m a n t i cw e bs e r v i c e s p e o p l ec a ng e to u to fs e a r c h i n gi nt h ef l o o d o f i n f o r m a t i o n i nt h ep a r to ft h ee x p e r i m e n t ，c o m b i n i n gt h ew e ba p p l i c a t i o ns c e n a r i oo f n e t w o r kc o u r s et u t o r i a ls e r v i c e so fe - l e a r n i n g ，w ei n i t i a l l ya c c o m p l i s h e dt o d e v e l o pt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo n t o l o g ya n dr u l ep r o t o c o lo n t o l o g ya n d w eu s e si ti nt h ec o m m u n i c a t i o ns c e n a r i ob e t w e e na g e n ta n ds e m a n t i cw e b s e r v i c e s i nt h ee n d ，w es u m m a r i z e dt h ea s s o c i a t er e s e a r c ha b o u tt h i sp a p e ra n d m a k ea ne x p e c t a t i o nf o rt h en e x ts t e pr e s e a r c h i n g v 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 k e yw o r d s ：f i p aa c l ，s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，s e m a n t i cp r o t o c o l ， s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y , o n t o l o g yf o rc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l v 声明户明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，。是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：毽受垒日期：塞叠：二堡堑 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为：目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签：名：盔丝二丝日期： 藐两。曼弘 导师签名：垒蜜叠日期：趁红笸 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 语义w e b 服务通信协议的提出 1 1 1 语义w e b 服务概述 g u n b e m e r s l e e 对语义w e b 作了如下的描述：语义网并不是一个孤立的万维网， 而是对当前万维网的扩展，语义万维网的信息具有良好的定义，使得计算机之间以及人 类能够更好的彼此合作。根据上面的描述，可以简单的描述为：机器可以理解数据含义 的下一代万维网，称之为语义万维网，语义网的语义表示计算机对某一个概念、术语或 者符号可以理解的“含义”【l 射。语义w e b 研究的主要目的就是扩展当前的w e b ，使得 w e b 中所有信息都具有语义而且能被计算机理解和处理，便于人和计算机之间的交互与 合作。 w e b 服务是一种新兴的分布式技术，它的使用将改变目前的开发模式和应用部署的 规模。w e b 服务能够统一地封装信息，行为，数据表现以及商务流程，而无需考虑应用 所在的环境是使用何种系统和设备。它成为目前应用环境中最为合理的解决方案阴。 w e b 服务提供了一种崭新模式：人们通过程序来自动启动和处理商业事务，并能够在一 个分布式的计算环境中动态地描述，发布，发现和调用所需的服务，而不用去关心服务 在什么地方，以及它是怎么实现的。w e b 服务的关键技术包括：u d d i ( u n i v e r s a l d e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r y a n di n t e g r a t i o n ，统一发现描述整合) ，w s d l ( w e bs e r v i c e d e s c r i p t i o nl a u g u a g e ，w e b 服务描述语言) ，s o a p 。 考虑将语义w e b 和w e b 服务的研究相结合，实现它们的功能互补是一种自然的选择。 有很多学者认为w e b 服务也是一种w e b 之上的资源，是语义w e b 的一种应用。基于这种 想法，提出了语义w e b 服务的概念，语义w e b 服务是语义w e b 和w e b 服务的结合，可为 w e b 服务的发现、执行、解释和组合的自动化提供有效的支持。将语义引入w e b 服务中， 为解决w e b 服务中出现的不含语义的问题提供了一种可以解决的办法。这种办法就是将 w e b 服务的功能或者行为转换为结构化的语义信息，使计算机能够理解和推理这些具有 太原理工大学硕士研究生学位论文 语义的信息，然后计算机可以自动识别w e b 服务包含的功能性属性，然后进行匹配查找， 最终实现w e b 服务发现的自动化。所以在w e b 服务中有效利用语义信息，进行w e b 服务 和语义w e b 的有机结合可提高w e b 服务的质量。 本体( o n t o l o g y ，在3 2 2 节中描述) 是语义w e b 的基础，在w e b 服务中有效利用本体对 服务的概念进行建模，可以指导语义w e b 服务的设计。目前在众多的研究机构中，研究 语义w e b 服务的主要方法是利用o n t o l o g y 来描述w e b 服务，然后通过这些带有语义信息 的描述实现w e b 服务来实现服务的自动发现，调用和复合。语义w e b 和w e b 服务是语义 w e b 服务的两大支撑技术。o w l _ s t 2 1 是连接两大技术的桥梁，目前研究也主要围绕 o w l s 展开。 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 ) ，是用o w l 语言描述的w 曲服务的 o n t o l o g y 。它也是一种具有显式语义的无歧义的机器可理解的标记语言( m a r k u p l a n g u a g e ) ，用来描述w e b 服务的属性和功能。 在o w l - s 中，一个s e r v i c e 由三部分来描述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 ， s e r v i c e g r o u d i n g 。简单来说，s e r v i c e p r o f d e 描述服务是做什么的，s e r v i c e m 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 描述怎么访问服务。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( 具体内容将在 3 3 1 小节中进行介绍) 。 用o w l - s 来描述w e b 服务后，语义w e b 服务的框架如下： u d d i 狂z 舅7 s 竹节觚蛳谨锘鼍：。，0 暑鹫 o w 粥汁嗽贮鳃脚讣t 薹盏壁咝璧2 笺竺竺篓鲤翌! 兰壶薹习 o w l - sp r o c t 憾s o w l $ p r o f i l e o w l r s ( ；r o u n d i n g s o a p 图1 - 1 语义w e b 服务架构 f i g 1 1t h e a r c h i t e c t u r eo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 2 目前语义w e b 服务通信协议 目前语义w e b 服务采用s o a p t 3 1 作为通信协议，s o a p 协议是在x m l 的基础上， 提供了在一个松散的、分布的环境中对等地通过交换结构化、类型化的调用信息描述而 完成远程过程，对象调用的一个简单机制。它本身并没有定义任何应用语义，如编程模 型或特定语义实现，只是规定了一个模块化的包装模型和对模块中特定格式编码的数据 的重编码机制。s o a p 用y d v l l 来格式化消息，用h t t p 来承载消息。它是一种运行在 一种操作系统下的应用程序和运行在另一操作系统下的应用程序进行通信的方法。 使用s o i f ，两个系统不需要运行于相同的平台上，也不需要用同一种语言编写就 可以互相通信，提高了i n t e m e t 上的互操作性。s o a p 包不需要特定的协议调用，而是 使用一种开放性的语法进行调用，这种语法就是x m l 。s o a p 使用h t t p 协议作为传 输载体，因为这种网络协议为大多数操作系统所支持，所以使用这种方法可以方便地进 行通信。 简单的理解，s o a p 就是这样的一个开放协议s o a p = h i t p + x _ m l ：s o a p 采用 h 1 p 作为底层通信协议，把x m l 的使用代码化为请求和响应参数编码模式，允许服 务提供者和服务客户经过防火墙在i n t e m e t 进行通信交互，提供了更高层次上的抽象， 与平台和环境无关1 5 1 。具体地讲，一个s o a p 方法可以简单地看作遵循s o a p 编码规 则的h 1 p 请求和响应。一个s o a p 终端则可以看作一个基于h t 田的u r l ，它用来 识别方法调用的目标。s o a p 不需要具体的对象被绑定到一个给定的终端，而是由具体 实现程序来决定怎样把对象终端标识符映射到服务器端的对象。尽管h 1 曙不是有效率 的通信协议，而且x 2 c l l 还需要额外的文件解析，两者使得交易的速度大大低于其它方 案。但是x m l 是一个开放、健全的消息机制，请求应用程序和被请求对象之间的所有 信息都是以标记数据形式存在的x 2 v i l 流，这个流是纯文本的对象；而且s o a p 文档在 h q l p 上传输，绝大多数防火墙的设置都允许这种请求消息通过，因此可以使用h i t p 进行传输而不会被防火墙阻隔，从而使s o a p 得到了广泛的应用。 1 1 3 语义w e b 服务通信协议存在的问题 语义w e b 服务的消息传输层，使用基于x m l 的s o a p 协议。虽然x m l 允许用户定义自己 的标签，但它不能赋予信息语义，不能理解传输的内容，因此无法实现语义级上的互操 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 作，并且当通信双方交互规则进行修改时，就得修改整个协议解析模块，增加了程序维 护的难度和费用。因此s o a p 已不适用于语义w e b 服务的通信协议。如何开发一种具有语 义信息的通信协议，使服务提供者和调用者明白( 无二义理解) 双方的通信意图，已经 是语义w e b h 艮务通信协议研究的一个热点。 与传统分布式计算中各计算实体间的通信不同，a g e n t 通信是建立在知识级别 ( k n o w l e d g el e v e l ) 的，而实现这种通信的手段是使用a g e n t 的通信语言( a c l ) 。建立在这 种级别的a g e n t 通信语言使得a g e n t 间的通信效率大大高于传统的分布式计算中的通 信。本论文主要是借鉴f i p a a c l 的消息格式来开发一种具有语义的通信协议，使智能 a g e n t 能够适合在语义w e b 服务环境下自动的发现、复合、调用w e b 服务。 下一小节我们将简要的介绍一下f i p a a c l 的消息格式。 1 2fip aa o l 概述 f i p a 是来自多个国家的活跃于智能a g e n t 领域的大学、政府和其他学术机构以 及i b m 、n h k 、b t 等大公司组成的权威的，非赢利的国际标准化组织 ( h t t p ：w w w f i p a o r g ) ，其宗旨在于“促进基于智能a g e n t 的应用、业务和设备的成功”。 该组织主要致力于以下三个领域标准的制定1 1 6 1 ： ( 1 ) 智能a g e n t 管理需要认同和发现智能a g e n t ( 白、黄页服务) ，需要定义 它们的各种状态以及哪些角色能和它们相互作用； ( 2 ) 智能a g e n t 相互作用覆盖高层智能a g e n t 间相互作用的标准，包括智能 a g e n t 间传递信息的意义、命令、请求和义务； ( 3 )智能a g e n t 与软件的接口。 采用消息通信是实现灵活复杂的协作策略的基础。使用规定的协议，智能a g e n t 彼此交换信息可以用来建立通信和协作机制。自由消息内容格式提供非常灵活的通信能 力，不受简单命令和响应结构的限制。 f i p a 定义的a c l 通信语言可用于支持智能a g e n t 的行为特征，例如目标驱动行为、 动作过程的自主决定，协商与冲突消解等，并可促进这些行为的深化。f i p aa c l 既是 一种a g e n t 之间的消息表达格式，也是一种消息处理协议，它支持a g e n t 之间的运行时 的知识共享。f i p aa c l 可作为应用程序和智能系统之间或智能系统相互之间的一种语 言，以知识共享为基础，支持协同问题处理。它定义了一种a g e n t 之间传递信息的标准 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 语法以及一些表述行为的表达式。这些“行为( p e r f o r m a t i v e ) ”( 2 2 个) 主要采用c o h e n 和 l e v e s q u e 理性动作的言语行为为基础【2 1 1 ，通过一个称为s l 的形式化语言给出其语义， 表示发送这条消息是为了让接收方执行某些行为，如i n f o r m 、r e q u e s t 、c f p ( c a uf o r p r o p o s a l ) 等。其中最重要的两个通信原语是i n f o r m 和r e q u e s t ，其它的语用词则是在这 两个原语的基础上定义的( 具体内容将在第二章进行介绍) 。 1 3 课题研究目的和意义 t i m eb e m e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 国际会议上正式提出基于语义的分层体系结构，并指 出语义w e b 的目标是使得w e b 上的信息具有机器可理解的语义，即使得机器可访问并能 解释万维网的内容，以满足智能a g e n t 对万维网上分布式异构信息的有效访问和搜索n 1 。 在语义w e b 服务的实现过程中，要实现智能a g e n t 对语义w e b 服务的自动发现、调用、 交互等通信过程的智能化，应能交换复杂的与自身信息相关的知识信息以达到传输消息 的准确性、减少内容误差，增强通信双方的互理解。本课题正是在了解a g e n t 的通信语 言、语义w e b ( g 艮务) 、本体和w e b 服务的相关知识的基础上，提出基于f i p aa c l 的 语义通信协议方案。 本论文研究内容如下： 提出了一种智能a g e n t 访问语义w e b 服务的体系结构； 对a g e n t 知识通信机制和语义w e b 服务进行分析，提出语义通信实现的方法； 语义w e b 服务查询、协商和调用规则协议本体的建模和开发； 基于j d k 平台，运用j a d e 、o w l 等技术实现语义w e b 服务中知识通信相关运行 支持环境： 1 4 国内外研究现状 自1 9 9 8 年t i mb e m e r s l e e 提出语义w e b 的构想和2 0 0 1 年正式提出语义w e b 的概 念以来，语义w e b 已经吸引了越来越多的研究者的注意。在短短几年时间内在各方面 取得了不少进展，但研究集中在本体的语义描述、服务发现注册机制的语义化等方面， 针对语义w e b 服务的知识通信的研究还仅仅处在初步的阶段。 语义w e b 的目标是使得w e b 上的信息具有机器可理解的语义，即使得机器可访问并 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 能解释万维网的内容，以满足智能a g e n t 对万维网上分布式异构信息的有效访问和搜 索。如何设计一种具有语义的通信协议，是智能a g e n t 自动的发现，复合和调用语义 w e b 服务系统中服务的关键，但是目前发展现状是：首先集成停留在体系结构层面，尚 没有成熟产品或者测试平台；其次集成程度较低、并且很少涉及到通信协议的语义化， 消除通信双方对信息理解的二义性。 s o a p 是目前广泛认可的w e bs e r v i c e s 的通信协议，但它是以x m l 形式提供，对 知识通信支持有限。随着w e b 服务向语义w e b 服务的转化，现有的s o a p 协议已经不 能够满足实际的要求，实际的需求期待一种具有通信双方都能够共同理解的语义通信协 议的出现。 国外针对a g e n t 访问w e b 服务的方式以及( 语义) w e bs e r v i c e s 上实现通信协议的 语义化，逐渐出现了一些研究项目，提出了一些解决技术和相应的一些支持工具。 1 i b m 提出把a c l 构建在s o a p 之上的体系结构模型以实现w e bs e r v i c e 向语义 网演化后的通信睁j 。 2 y u x i a o z h a 0 2 0 0 4 在文献1 6 1 中提出将r d f o w l 与s o a p 结合的思想。该思想给 出一个语义w e b 服务的四层模型，第一层是内部转换，可以传输多种格式的消 息，传输服务将一种数据格式( x s d ) 转换为另一种格式( x s d s ，o w l ) 。第二 层是简单引用，在这一层将s o a p 与r d f o w l 结合。第三层是嵌入层，将o w l 嵌入s o a p 。第四层是语义s o a p 层，能够发送和接收更多更复杂的s o a p 消 息，能够理解语义s o a p 消息，以及理解语义s o a p 消息之后如何进行处理。 同时提出s e m a n t i cs o a p ( s s o a p ) 的概念，其基础是建立s o a p 本体，其中包 括e n v e l o p e 、h e a d e r 、b o d y 元素，这一层用建立的s o a p 本体编码s o a p 消息。 文中提到建成的这种语义s o a p 只在通讯双方初次会话时使用，对于常规的通 信仍采用当前基于x m l 的w e b 服务方式。 3 m a r g a r e tl y e l lm i t r ec o r p o r a t i o n 在w e bs e r v i c e s 上e x p o r t i n gd f ( d i r e c t o r f a c i l i a t o r ) p r o t o c o l 中提到四种传输协议。第一种协议提到d f 中的信息可通过 s o a p 协议输出，可通过s o a p 携带的消息访问d f 输出查询服务，通过用适 当的s o a p 绑定类型的方式来定义适当的结束点，s o a p 协议处理机应建立a c l 消息、将a c l 消息发往d f ；第二种协议s o a p 信封中a c l 消息路径及参数， 第三种协议指出s o a p 协议的响应信息；第四种协议在s o a p 中将会用s c h e m a 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 f r a g m e n t s 作为元素表示相关复杂类型：命名空间是f i p aa c l 命名空间【7 】。 4 u n i v e r s i t yo fs o u t hc a r o l i n a 发表的由美国国家科学基金支持的a g e n ta sw e b s e r v i c e s 论文中提到w e bs e r v i c e s 依靠服务的发现、发布、传输三者共同实现。 发现( f i n d ) 用u d d i 语言、发布( p u b l i s h ) 用w s d l 语言、传输依靠s o a p 语言。 而其通信过程依靠与a c l 协议的捆绑实现1 8 1 。 5 瑞典的d o m i n i cg r e e n w o o da n dm o n i q u ec a l i s t ih i t e s t e i nt e c h n o l o g i e sa g z u r i c h 提出融合a g e n t 的w e bs e r v i c e s i 程，利用a c l 语言传输a g e n t 所需信息。 为将以a c l 编码的a g e n t 查询信息传输到w 曲s e r v i c e s 适当的o p e r a t i o nc a l l s ，并将 响应信息写) k a c l 中，设计一个 w r a p p e r 的解决方案1 0 】。 1 5 论文章节安排 论文共分六章，各章主要内容安排如下： 第一章：对课题的研究背景进行了说明，介绍了一些相关的技术以及国内外的研究 现状，阐述了本课题研究内容、目标及意义，最后说明了论文的组织结构。 第二章：本章介绍了多a g e n t 系统及f i p a 的a g e n t 通信语言。 第三章：本章主要讲解( 语义) w e b 服务的体系结构、本体、及其调用( 语义) w e b 服 务的通信协议s o a p 。 第四章：本章是全文的关键部分，在分析了基于f i p a 的多a g e n t 通信协议、( 语义) w e b 服务体系结构、s o a p 以及本体，提出了智能a g e n t 访问语义w e b 服务的体系结构 以及它们之间的交互协议。 第五章：针对语义通信协议模型选择具体实施方案借助成熟的系统开发工具开发基 于f i p aa c l 的语义w e b 服务通信协议并描述运行实例。 第六章：概括全文，总结研究成果和所做的工作，并对进一步工作的方向进行展望。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章多a g e n t 系统及f ip aa c l 2 1 多a g e n t 系统及协作 2 1 1 多a g e n t 系统概述 多智能a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是指定由多个可执行网络计算a g e n t 组成的集合。通常，每个a g e n t 被认为是一个物理的或者抽象的实体。在网络与分布式 环境下，每个a g e n t 是独立自主的，能作用于自身和环境，能操纵环境的部分表示，能 对环境的变化作出反映，更重要的是能与其他a g e n t 通信、交互、彼此协同工作，完成 共同的任务。 因此m a s 可定义为：能进行问题求解，能随环境改变而修改自己的行为，并能通 过网络与其他a g e n t 进行通信、交互、协同完成求解同一问题的分布式智能系统。这样 的系统能模拟人类社会团体、大型组织机构的群体工作，并运用他们解决问题的工作方 式，解决共同关心的复杂问题。 m a s 和计算机支持下的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k , c s c w ) 的 出现，表明计算机应用，尤其是计算机网络的应用有了新的突破，从过去实质上仅支持 个体工作，发展到网络上支持群体工作的先进的计算机使用模式。群体中人们可通过网 络( 局域网、广域网、企业网、国际互联网) 交流信息，讨论问题和分工协作，执行某 项共同的任务，并为他们提供一个能最大限度共享计算机资源( 硬件、软件、数据库、 知识库、一般程序或者智能程序) 的环境。 m a s 具有以下六个基本特征。 ( 1 ) 功能控制范围。单个a g e n t 的功能控制范围可能是全局，也可能是局部。 ( 2 ) 集成系统的操作手段。系统可以通过局部功能、局部接口、应用或问题参数访 问单个a g e n t 。 ( 3 ) 系统控制位置，包括中心或分布的。 ( 4 ) 系统集成机制，包括功能、语言、表示方法、应用或问题。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 5 ) a g e n t 组成，包括同构的、异构的。 ( 6 ) 系统a g e n t 类型，包括人、机器、人和机器的混合。 2 1 2 多a g e n t 系统的协作 计算机系统越来越复杂，将a g e n t 集成起来更具挑战性。而a g e n t 间的协作是 保证系统能在一起工作的关键。另外，a g e n t 间的协作也是m a s 与其他相关研究领域 ( 如分布式计算、面向对象的系统、专家系统等) 区别开来的关键性概念之一。在m a s 中，a g e n t 是自主的，多个a g e n t 的知识、愿望、意图和行为等往往各不相同。对多个 a g e n t 的共同工作进行协调，是m a s 的问题求解能力和效率得以保障的必要条件。包 ， 括组织理论、政治学、社会学、社会心理学、人类学、法律学以及经济学等在内的多个 学科领域都对协调进行了研究，许多研究成果已经应用在m a s 中。协调与协作是多 a g e n t 研究的核心问题之一，因为以自主的a g e n t 为中心，许多a g e n t 的知识、愿望、 意图、规划、行动协调，以至达到协作，是多a g e n t 的主要目标。 协调是指一组a g e n t 完成一些集体活动时相互作用的性质。协调是对环境的适应。 在这个环境中存在多个a g e n t 并且都在执行某个动作。协调一般是改变a g e n t 的意图， 协调的原因是由于其他a g e n t 的意图存在。协作是非对抗的a g e n t 之间保持行为协调的 一个特例。多a g e n t 是以人类社会为范例进行研究的。在人类社会中，人与人的交互无 处不在。人类交互一般在纯冲突和无冲突之间。同样，在开放、动态的多a g e n t 环境下， 具有不同目标的多个a g e n t 必须对其目标、资源的使用进行协调。在出现资源冲突时， 如没有很好的协调，就有可能出现死锁。而在另一种情况下，即单个a g e n t 无法独立完 成目标，需要其他a g e n t 的帮助，这时就需要协作。 a g e n t 的交互有两种：负关系和正关系。负关系导致冲突，对于冲突的消解构成协 调。正关系表示a g e n t 的规划有重叠部分，或某个a g e n t 具有其他a g e n t 不具备的能力， 各a g e n t 可以通过协作获得帮助。 从社会心理学的角度看，多a g e n t 之间的协作情形大致可分为以下五种。 ( 1 ) 协作型。同时将自己的利益放在第二位。 ( 2 ) 自私型。同时将协作放在第二位。 ( 3 ) 完全自私型。不考虑任何协作。 ( 4 ) 完全协作型，不考虑自身利益。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 5 ) 协作与自私相混合型。 在多a g e n t 系统中，协作不仅能提高单个a g e n t 以及多个a g e n t 所形成系统的 整体行为性能。增强a g e n t 及a g e n t 系统解决问题的能力，还能使系统具有更好的 灵活性。通过协作使多a g e n t 系统能解决更多的实际问题，扩宽应用。尽管对单个 a g e n t 来说，它只关注自身的需求和目标，因而其设计和实现可以独立于其他a g e n t 。 但在m a s 中，a g e n t 不是孤立存在的，而是存在于由遵循某些社会规则的a g e n t 所构成的m a s 中，a g e n t 的行为必须满足某些预定的社会规范，不能为所欲为。 a g e n t 间的这种相互依赖关系使得a g e n t 间的交互以及协作方式对a g e n t 的设计和 实现具有相当大的制约性，基于不同的交互及协作机制，m a s 中的a g e n t 的实现方 式将各不相同。因此，研究a g e n t 间的协作是研究和开发基于a g e n t 的智能系统的 必然要求。 在面向任务域( t a s k o r i e n t e dd o m a i n ，t o d ) 中，对自主a g e n t 通过协商达成 协作承诺的问题进行研究，评价标准是在持续交互过程中的协作效果，而不是局限 于一次交互中的协商结果，多a g e n t 间的协作策略就是以此为理论。 一般来说，当某个a g e n t 相信通信协作能带来好处( 如提高效率、完成以往单 独无法完成的任务) 时，会产生协作的愿望，进而寻求协作伙伴；或者当多个a g e n t 在交流过程中，发现他们可以通过协作实现更大的目标时，可能会组成同盟，并采 取协作性的行动。在现实生活中，产生协作的情形与此相似，如一个企业主为实现 某种企业目标而招聘合适的工作人员，多个具有共同利益的企业组成一个大的集团 以追求更大的利益等。尽管产生的背景会有一定的差异，但可以借用现实生活中的 “因需设岗，竞争上岗”这一原则给予概括。该原则的直接含义是根据目标及协作 的需要而设定恰当的岗位并配备相应的角色，而希望参与协作的竞争者则通过竞争 获得能胜任的岗位并扮演相应的角色。因此a g e n t 协作的过程可分为五个步骤：( 1 ) 产生需求，确定目标；( 2 ) 协作规划、求解协作结构；( 3 ) 寻求协作伙伴；( 4 ) 选择 协作方案；( 5 ) 实现目标；( 6 ) 评估结果等六个阶段【4 】。 a g e n t 的通信协议是多a g e n t 系统中，各a g e n t 实现协作的基础，下一节将详细 的介绍f i p a 规范的a g e n t 通信语言( a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，a c l ) 。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2f i p aa c l 介绍 2 2 1f ip aa c l 的简要介绍 智能物理基金会( f i p a ) 成立于1 9 9 6 年，是i e e e 的一个标准组织，目的是促进以软 件a g e n t 为基础的技术，以及a g e n t 和其他技术的融合。因此f i p a 制定了许多关于a g e n t 技术的规范，包括a g e n t 的抽象体系结构、a g e n t 的应用、a g e n t 的通信以及a g e n t 的管 理等。其中f i p aa c l 是a g e n t 通信语言的规范。如果旅客a g e n t a 向宾馆a g e n tb 订 购宾馆，并告诉它2 0 0 6 年7 月1 5 号将到达，并于2