（机械电子工程专业论文）基于本体的asp服务发现与匹配研究.pdf

摘要 摘要 沿海区域内形成的面向行业及相关配套产业的中小企业集群，希望在更大的 范围内共享资源和服务，提高企业集群的协同工作水平，快速响应市场变化，增 强企业竞争力。应用服务提供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，a s p ) 模式是 将各种应用软件或应用系统安装在数据中心( i d c ) 或服务器群上，通过a s p 中心将 其功能或基于这些功能的服务，以有偿的方式提供给企业用户，并由a s p 运营商 负责管理、维护和更新这些功能和服务。a s p b 艮务平台以低成本的方式为中小企 业提供服务，促进中小企业的信息化进程。 随着计算机技术的发展和企业业务功能需求的变化，a s p b 艮务平台提供的服 务种类和数量越来越多。面对功能各异的服务，用户如何准确地查找到满足功能 需求的服务，a s p h h 务平台如何快速提供服务，成为a s p 平台迫切需要解决的问题。 服务发现是实现分布式环境中服务资源共享和协同工作效率的关键技术，是 联系用户和服务资源的桥梁。目前对于服务发现方法的研究主要分为以下两类： 基于目录的检索和基于关键字的检索。本文结合上述2 种检索方法的优点，研究 了基于本体的a s p h h 务发现与匹配方法。具体工作如下： 1 提出了a s p 模式下基于本体的服务发现与匹配框架，引入注册机制，不管 是自主开发的业务组件、功能模块还是第三方组件都可以轻松实现注册发布，屏 蔽了业务组件的异构性。 2 构建t a s p h h 务本体，完成了a s p b 艮务的o w l - s 语义化描述，为服务的发现 匹配提供语义支持。 3 建立了a s p 服务注册与发现共享描述模型，并引入了基于关系数据库的本 体存储方法，以提高服务发现的速度。 4 研究了服务发现策略和相关匹配算法，在语义化共享模型的基础上提出 了包含服务类别、接口参数、服务质量三个阶段的层次化匹配策略，并研究了各 层次相应的匹配度计算方法和算法。 5 在实验室已实施的a s p h h 务平台的基础上，设计开发了服务发现匹配功能 模块验证了其可行性。 关键词：a s p 服务；服务本体；匹配度；服务匹配；候选服务 本论文得到。十一五”国家科技支撑计划课题( 2 0 0 6 b a f o i a 4 1 ) ；广东省自然科学团队项目( 0 5 2 0 0 1 9 7 ) 资助 i 广东t 业大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s ec l u s t e r sf o r m e da tt h ec o a s t a la r e a s ，w h i c h o r i e n t e st oi n d u s t r ya n dr e l a t e di n d u s t r y , a i m sa ts h a r i n gr e s o u r c ea n ds e r v i c ei nt h e w i d er a n g e ，i m p r o v i n ge n t e r p r i s ec l u s t e r sc o l l a b o r a t i v ee f f i c i e n c y , r e a c t i n gt om a r k e t e x c h a n g er a p i d l y , a n dt h e ne n h a n c i n gc o m p e t i t i v ea b i l h i e sa m o n ge n t e r p r i s e s am o d e o fa p p l i c a t i o ns e r v i c op r o v i d e ri n s t a l la l lk i n d so fa l p p l i c a t i o ns o r w a r ca n da p p l i c a t i o n s y s t e ma tt h ed a t ac e n t e ro rs e r v e rg r o u p s ，t h u sp r o v i d es u c hf u n c t i o no rs e r v i c eb a s e d o nt h e s ef u n c t i o nf o re n t e r p r i s eu s e r si nt h ep a i dw a yb ya s pc e n t e r t h e na s pw i l lb e r e s p o n s i b l ef o rm a n a g i n g , m a i n t a i n i n ga n dr e n e w i n gs u c hf u n c t i o na n ds c l w i p n 坞a s p p l a t f o r mw h i c hp r o v i d e ss e r v i c e sf o rs m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p d s ei nt h el o w - c o s t w a yh e l p st os p e e du pp r o c e s so fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n w r i 廿lt h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dr e g u l a rc h a n g e so f e n t e r p r i s e b u s i n e s sd e m a n d t h ea s p p l a t f o r mp r o v i d e sm o r ea n dm o r es e r v i c e se i t h e ri nk i n d s o ri nq u a n t i t y t h e n , f a c i n gd i f f e r e n tf u n c t i o ns e r v i c e s ，h o wt h eu s e r sf i n ds u i t a b l e s e r v i c e , h o wt h ea s pp l a t f o r mp r o v i d e su s e f u ls e r v i c et om e e tt h e i rd e m a n dh a v e b e c a m et h eu r g e n tp r o b l e mt ob es o l v e d s e r v i c ed i s c o v e r yi st h ek e yt e c h n o l o g yi nu t i l i z i n gr e s o u r c es h a r i n ga n dw o r k c o o p e r a t i o ni n t h ed i s t r i b u t e de n v i o r m e n t ，a n dc a na l s o l i n kt h eu s e r s 、i ms e r v i c e r e s o u r c e a tp r e s e n t ，t h em e t h o d so fr e s e a r c hi ns e r v i c ed i s c o v e r yf o c u so nc o n t e n t s e a r c ha n dk e y w o r ds e a r c h i nt h i sp a p e rb a s i n go nt h ea d v a n t a n g e so ft h e s et w o m e t h o d s ，p r o p o s e sam e t h o do fa s ps e r v i c ed i s c o v e r yu n d e ra s pb a s e do no n t o l o g y m a i nw o r ki n c l u d e st h ef o l l o w i n g 1 t h ef i a m e w o r ko fa s ps e r v i c ed i s c o v e r yb a s e do no n t o l o g yu n d e ra s pm o d e w a sp r o p o s e d r e g i s t r a t i o nm e c h a n i s mw a si n t r o d u c e du n d e rs u c hf r a m e w o r k e i t h e r b u s i n e s sc o m p o n e n t ss e l f - d e v e l o p e do rt h i r d - p a r t yc o m p o n e n t sa r ee a s i l yr e g i s t e r e d a n dp u b l i s h e d ，丽廿ls h i e l d i n gt h eh e t e r o g e n e i t yo fc o m p o n e n t 2 c o n s t r u c t i n ga s ps e r v i c e so n t o l o g ya n dd e s c r i p i n gt h e mi no w l - ss e m a n t i c h e l pt os u p p o r ts e r v i c ed i s c o v e r y 3 c o m b i n i n g 、i t l l t h ef e a t u r e so fa s ps e r v i c e , s h a r i n gd e c r i p t i o nm o d e lw a s p r o p o s e d , a n da s po n t o l o g ys t o r a g em e c h a n i s m w a si n t r o d u c e dt oi m p r o v et h ee f f i e n c y o fs e r v i c ed i s c o v e r y 4 s t r a t e g yo fs e r v i c ed i s c o v e r ya n dr e l a t e dm a t c h i n ga l g o r i t h mw e 他s t u d i e d ， b a s e do nt h es e m a n t i cd e s c r i p t i o nm o d e l ，h i e r a r c h i c a lm a t c h i n gs t r a t e g yi n c l u d i n g p a r a m e t e r c l a s s i f i c a t i o n ，p a r a m e t e ra n ds e r v i c eq u l i t yw a sp r o p o s e d i na c c o r d a n c e 诵m 摘要 t h r e ep h r a s e ，a l g o d m mo fm a t c h i n gd e g r e ew a ss t u d i e d 5 f i n a l l y , o nt h eb a s i so fa s pp l a t f o r mi m p l e m e n t e d ，f u n c t i o nm o d u l eo fd i s c o v e r y a n dm a t c h i n gw a sd e v e l o p e dt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo fr e s e a r c h k e yw o r d s ：a s ps e r v i c e ；s e r v i c eo n t o l o g y ；m a t c h i n gd e g r e e ；s e r v i c em a t c h i n g ； c a n d i d a t es e r v i c e i l l 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的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，不包 含本人或其他用途使用过的成果。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。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导老师签名： 论文作者签名： 2 0 0 9 年6 月9 日 第章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 产业集群对区域经济的发展格局产生了极为重要和深远的影响。沿海发达 地区由于产业集群的蓬勃发展，其区域经济表现出强劲的成长性和产业竞争 力。例如，广东珠江三角洲的4 0 4 个建制镇中，以产业集群为特征的专业镇占 了1 4 ，其中9 0 以上是中小企业，而制造企业又占绝大多数。据有关资料显示， 专业镇经济总量占广东省g d p 的5 0 以上，已经成为广东省经济发展的重要支 柱。广大中小企业以产业集群的形式存在，促成企业内部信息化的需求聚集为 领域或者区域对信息共享、交互和管理的强大需求。这为以应用服务提供为主 要模式的网络系统的研究和应用提供了发展空间【l 】。 应用服务提供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，a s p ) 模式是将各种应 用软件或应用系统安装在数据中心( i d c ) 或服务器群上，通过a s p 中心将其功能 或基于这些功能的服务，以有偿的方式提供给企业用户，并由a s p 运营商负责 管理、维护和更新这些功能和服务a s p 模式以低成本的方式为中小企业提供服 务，促进中小企业的信息化进程【2 】。 在a s p 模式下，产业集群内，中小企业的服务资源的利用不再局限于企业 的内部资源，而更强调企业间的协作和社会范围内的服务资源共享。a s p 模式 是服务资源共享的一种重要途径，可以在很大程度上提高资源的利用率，在大 范围内解决局部资源的瓶颈问题【3 1 。在服务资源优化配置与重用过程中，服务 资源发现服务能够帮助企业及时获取可共享的社会化资源，实现企业间的服务 资源共享。这样，企业能够专注自身核心竞争力的提高，并缩短企业的产品研 发和制造周期，降低生产成本。 同时，随着计算机技术、网络技术、信息技术、数据库技术的不断发展融 合和企业业务需求的不断变化。a s p 平台所提供的服务资源种类和数量也随之 急剧增加，服务的内容和形式也更加复杂丰富，例如各种企业信息服务、产品 服务和协同服务等。面对数量种多、功能各异的应用服务时，产业集聚区域内 广东工业大学硕t ：学位论文 的中小企业如何快速、准确、及时发现满足自身功能需求的应用服务成为a s p 服务平台一个急需解决的问题。 服务发现是一项关系到广域分布式环境中服务资源共享和协同工作效率 的关键技术，它是把服务资源和服务用户联系起来的重要环节。传统的服务发 现方法主要是基于目录的检索和基于关键词的匹配。 ( 1 ) 基于目录的检索 基于目录的检索是按某种分类规则组织网络信息资源。y a h o o ( w w w y a h 0 0 c o m ) 是其典型代表。这种方式对领域资源检索具有一定的准确性、科学性和 系统性，用户可以根据分类导航目录，直接定位到所需资源。但是人工分类效 率低，分类资源的规模和覆盖范围十分有限，信息量小，而且内容更新困难。 ( 2 ) 基于关键词的匹配 关键词匹配就是把用户的发现请求以关键词的形式按某种检索模型( 如布 尔模型、经典向量模型、经典概率模型【4 】等) 和w e b 文档进行匹配。这种发现方 法的主要缺点是：对于用户真正的发现需求，有时很难用合适的关键词表达出 来，而又由于不同用户对关键词的理解不同和不同领域关键词的含义不同，这 样都使得发现结果不能准确、全面地反映用户的发现请求。 上述两种w e b 服务发现方法困难的实质在于：只是对用户输入的关键词和 w e b 进行机械的匹配，而没有去理解用户的查询意图。于是，有必要去理解用 户的查询意图，然后基于更全面的用户需求进行处理，进而得到更加合理的发 现结果【5 】。本体( o n t o l o g y ) 具有良好的概念层次结构并且支持逻辑推理，因此， 我们可以用本体对用户发现请求进行扩展，本文通过构建a s p j 艮务本体，实现 了对a s p b 艮务的语义化描述。进而提出了a s p 模式下基于本体的服务语义发现与 匹配框架，以帮助用户快速准确的查找到所需要的服务。 1 2 国内外研究现状 1 2 ia s p 技术的国内外研究现状 二十世纪末在美国提出的a s p 信息技术应用模式，为企业的信息化建设提 出了一种新的途径。a s p 模式受到发达国家的重视，美国、日本等发达国家展 2 第一章绪论 开了一系列的研究，并建立了世界范围内的a s p 企业联盟【6 】。a s p 服务模式具 有对企业信息化技术、计算机专业人才和成本要求低，实施速度快的优点，也 较好地适应了我国区域经济内广大中小企业的信息化建设的需求。因此，a s p 服务模式也相应的成为了当前国内企业信息化领域的研究热点之一，现已有很 多成功实施的案例并取得了成熟的研究成果。 文献 7 分析了中小企业的生产经营特点以及信息化需求，并根据中小企 业的实际需要提出了面向中小企业的信息化建设a s p n 艮务平台设计方案，确定 了平台的总体结构及功能结构并对平台的关键技术进行了探讨，同时基于上 述方案和技术开发了四川省制造业信息化网络服务平台，实现了软件资源集成 与共享、协同电子商务以及专业化技术支持和服务。 文献 8 提出了“功能选配+ 流程定制 的思路，实现了应用服务提供商模 式下的服务定制，满足了应用服务提供商用户对应用服务的个性化需求。其具 体实现思路是：通过定义业务颗粒及元模型建立了描述特定应用的三层业务细 分模型，分析了业务处理单元之间的多种耦合关系，并研究了应用服务提供商 系统与第三方工作流系统的集成方式，探讨了应用服务提供商模式下的流程建 模和流程实例管理方式，提出域标签技术进行流程实例的逻辑区分；建立了流 程模型与业务颗粒的接口机制和调用机制，实现了业务流程的柔性定制。 浙江大学人工智能研究所的蔡铭等对应用服务提供商服务平台在网络化制 造系统中的应用进行了研究；针对基于层次化模式的用户管理、基于w e b s e r v i c e 的服务集成与管理和基于最小计费单元的计费管理等若干关键技术 进行了较深入的讨论，并提出了相应的解决方案【9 】。 上海交通大学严隽琪教授等针对a s p 模式从理念到商业化运作的发展过程 中系统架构、商业模式、实现技术以及面向中小企业信息化的应用等诸多问题， 构建了面向中小企业信息化的上海区域a s p 平台，论述了其商业模式和关键技 术，构建了a s p 平台“数字企业在线平台，并以行业应用为突破口，定制针 对行业需求的整体解决方案，实现了该平台的a s p 运作【l o 】 1 2 2w e b 服务发现匹配国内外研究现状 语义w e b 服务匹配是当前i t 领域的研究热点，国外的学者及课题组在 3 广东工业大学硕t 学位论文 最近几年中提出了基于o w l s 语言的多种匹配方案。 ( 1 ) d a m l 研究组的p a o l u c c i 等人o w l - s 在描述技术的基础上，从w e b 服务 调用的角度提出一个w e b 服务匹配的基本准则及相应的匹配方法【l l 】。他们比较 需求和服务描述的输入输出结构，当需求的输入集包含服务的输入集，同时服 务的输出集包含需求的输出集时，即认为服务与需求是匹配的。因此，他们把 工作重点放在输出的匹配上( 认为输出更好地反映了服务提供的实际功能) ，把 服务输出和需求的输出之间的匹配程度分为四个等级进行匹配。 ( 2 ) 德国柏林工业大学( t e c h n l o l yu n i v e r s i t yb e r l i n ，t u b ) 的o w l s 1 2 ，该项 目用o w l - s 对w e b 服务进行描述，然后利用其中s e v r i c e p o r f l i e 的功能行为信 息对服务请求和服务描述进行匹配。它将匹配过程分为四步：前三步分别是输 入匹配、输出匹配以及轮廓( 即服务的基本构成结构) 匹配，这三步匹配的结果 进而与第四步“用户定义的匹配 结合形成总的匹配结果 用户定义的匹配一 结合形成总的匹配结果。 ( 3 ) 文献 1 3 提出通过d m a l + o i l 语义描述语言描述逻辑，f a c t 和r a c e r 推 理机实现服务的语义匹配。 ( 4 ) c a r s o d o 和s h e t h 1 4 提出一种基于数量计算的服务匹配方法。他们定义一 个服务模板( s t ) ，其中服务名和服务描述采用句法相似计算，输入输出相似基 于输出和输入的匹配度计算。 ( 5 ) 此外，m a h l e k o 等使用有限状态自动机模型描述服务的状态转换；相应 地，匹配也基于有限状态自动机。文献 1 5 则利用文本信息检索的方法进行匹 配，尝试把基于文本向量空间的相似度评价和语义相似度评价模型结合起来， 针对w e b 服务的w s d l 描述在四个不同的层面进行匹配：数据类型层、消息层、 操作层以及服务层。 国内对于语义w e b 服务发现匹配的研究起步相对较晚，但已取得了一定的 成果。具有代表性的是中国科学院的史忠植等人【1 6 】，他们开发了多主体服务环 境，并提出基于描述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c ) 的主体服务匹配算法；该算法 主要特点在于将w e b 服务表示为( 概念：动作) 的格式，然后运用描述逻辑对本 体概念进行分层推理，从而实现相似度的匹配。 西安交通大学的博士后陈冰 r r j 为解决e 制造模式下资源优化配置的实际 需求，根据数控设备的特点，提出了一种数控设备e 服务模型。并通过该模型 4 第一章绪论 中提出了一种通用余弦相似性度量方法与加权有向图最短路径方法相结合语 义服务概念匹配算法。叶蕾等【1 8 】提出了基于功能语义的w 曲服务发现方法，并 且通过定义w 曲服务功能语义描述模型为用户和服务请求者提供了统一的服务 描述接口；代钰【1 9 】研究了具有q o s 约束的语义w e b 服务发现方法，提出了一个 支持服务组合的选取的q o s 模型的层次结构，并在此基础上提出了一个q o s 驱 动的组合服务选取算法。曹江涛等【2 0 】了针对电信领域如何有效匹配w e b j 艮务并 动态构建服务流程的问题，提出基于o w l - _ s 和领域本体的电信服务三阶段匹配 方法。对电信服务进行本体描述，针对服务匹配关注的不同要素，将服务匹配 分解成有机结合的类别匹配、接口匹配和逻辑匹配3 个阶段；倪晚成等【2 l 】为实 现应用型服务网格资源的协同共享，提出了基于动态服务合成的应用型服务网 格实现框架。该框架通过将网格内多个简单服务有效集成为复杂的服务，将分 散孤立的资源连通成逻辑上的整体，使其协同为用户提供更丰富的服务和更好 的服务质量。 从总体上来看，国内外对a s p 服务涉及到的关键技术的研究已相对较成熟， 但针对a s p 服务平台中服务的发现匹配研究较少。因此本文结合a s p 服务的特 点，探索基于本体的a s p 服务的智能发现与匹配，以此促进a s p 模式的发展和 应用。 1 3 研究内容与课题来源 纵观国内外对a s p 技术和w e b 服务发现技术的研究现状，可以看出现有的 w e b 服务发现匹配的研究大多是一般意义上的，缺少面向特定应用领域的研究， 这样就不能很好的满足实际应用需要。因此，本文从a s p 服务模式下应用服务 的角度来研究服务的发现匹配问题，针对a s p 服务的具体特点，研究以下五个 方面的内容： ( 1 ) a s p 模式下基于本体的服务发现匹配框架 在现有a s p 服务平台的基础上，引入本体技术，语义化描述a s p 服务，设 计了基于本体的a s p 服务发现匹配框架，并在该框架下研究了a s p 服务注册和 发现匹配的工作机制。 ( 2 ) a s p 服务本体的构建 5 广东工业人学硕士学位论文 根据产业集群内中小企业对a s p 服务的需求分类，结合本体的构建步聚和 方法，建立了a s p 服务本体库，为a s p 服务的发现与匹配提供语义支持。同时 以企业关注的核心产品为例，建立了与产品相关的a s p 服务本体片段。 ( 3 ) 服务共享描述模型与服务本体的存储 结合a s p 服务的特点，建立了a s p 服务注册与发现共享描述模型，并分析 了o w l - s 本体与关系数据库模式元素之间的对应关系，研究了如何利用关系数 据库m y s q l 实现对a s p 服务本体的存储，提高服务发现的效率。 ( 4 ) 服务匹配算法 在a s p 服务共享描述模型的基础上，设计了层次化匹配策略，提高了匹配 效率。并从层次化匹配策略的三个阶段：服务类别、接口参数、服务质量分别 研究匹配度计算方法和相关的算法。 ( 5 ) 服务发现匹配功能模块的设计与开发 根据研究成果，在实验室已成功实施的a s p 服务平台上开发了a s p 服务 发现匹配功能模块，有效提高了a s p 服务平台的使用价值。 本课题来源于国家“十一五 科技支撑计划项目“面向摩托车零部件、五 金、灯具产业集聚区域的制造业信息化服务平台开发与应用”。( 项目编 号：2 0 0 6 b a f 0 1 a 4 1 ) 1 4 论文结构安排 基于上节的研究内容，本文的章节安排如下： 6 第一章绪论 图i - i 论文结构安排 f i g 1 1t h es t r u c t u r eo fp a p e r 第一章“绪论 ，介绍了论文的研究背景，对a s p 服务发现的关键技术进行 了回顾和分析，进而提出了论文的研究内容。 第二章“a s p 服务平台发现匹配框架 ，介绍语义w e b 技术及本体相关理论， 在此基础上设计了a s p 模式下服务发现匹配框架。 第三章“a s p 服务本体及其存储机制一，根据中小企业业务功能需求，分析 了a s p 服务平台所提供的服务，进而构建了a s p 服务本体，并研究了如何用 m y s q l 实现本体的存储。 第四章“a s p 服务发现匹配算法 ，在分析经典匹配算法的基础上，提出了 层次化匹配策略，并从匹配策略的三个阶段：服务的类别、接口参数、服务质 量研究了匹配度计算方法和相关的算法。 第五章“a s p 服务发现匹配功能模块的实现，在实验室已实施的a s p 服务 平台的基础上，设计开发了服务发现匹配功能模块，验证了研究的可行性。 7 广东t 业大学硕 学位论文 第二章a s p 服务平台发现匹配框架 本章以1 1 节提出的实现a s p 模式下服务的快速准确查找为出发点，引入 了本体相关技术，设计了基于本体的a s p 服务发现匹配框架。为此，本章首先 概要介绍w e b 服务、本体和语义w e b 等相关知识。 2 1 语义w e b 服务概述 2 1 1w e b 服务 w e b 服务是独立的模块化的能够在网络上被描述、发布、发现和调用的应 用程序。图2 - 1 扩展了文献 2 2 给出的w e b 服务框架，描述了在w e b 服务应用 中各种角色如何使用基本协议实现w e b 服务的基本操作。w e b 服务框架内的三 种角色分别是服务提供者、服务请求者和注册中心。 服务提供者：负责设计创建各种功能的w e b 服务，并把封装后的w e b 服务 发布到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 ) 注册中心， 注册内容包括服务的功能和访问接口； 服务请求者：向u d d i 注册中心发出查询请求，根据注册中心返回的服务描 述信息，联系和调用w e b 服务； 注册中心：维护管理已注册的w e b 服务，处理服务提供者的u d d i 发布请求 和服务请求者的u d d i 查找请求。 图2 - iw e b 服务体系架构 f i g 2 - 1t h ea r c l l i m c t u t eo f w e bs e t v i c e 8 第二章a s p 服务平台发现匹配框架 从图2 1 中，可以很清楚的看到一个服务建立、发布以及被服务用户查 找，并被调用的过程。现在分布在网络上的w e b 服务很多，并且每天都有新的 w e b 服务被发布和注册，如何有效的来查找需要的服务成为w e b 服务领域的难 点。目前的u d d i 注册中心是基于关键字匹配技术的，第一章介绍过这种技术 的查准率和查全率都非常低。因此，可以通过在w e b 服务发现技术中添加语义 信息来克服u d d i 的不足，提高服务的查找效率。下面介绍语义w e b 的相关内 容。 2 1 2 语义w e b 服务 语义w e b 是为了解决2 1 1 节所提到的w e b 服务语义缺乏问题而出现的一 项新技术，其目标是使得w e b 上的信息具有计算机可以理解的语义，满足智能 软件代理( a g e n t ) 对网络上异构和分布信息的有效访问和检索【2 3 】。其层次结构如 图2 2 所示。语义w e b 吸取了人工智能领域、信息论、哲学、逻辑和计算复杂 性等学科的研究成果，致力于改进w e b 上信息的表示和获取方式，以解决使用 w e b 遇到的一些问题。语义w e b 能够形式化地表示w e b 上的信息资源，从而使 得这些信息可以被计算机自动处理。也就是说w e b 上各种资源不再只是简单的 相联信息，在这些信息还包括其真正的含义。将语义信息加入w e b ，可以在很 大程度上提高计算机之间的交互能力，并提高程序的自动化处理程度。语义w e b 中应用了本体的理念，本体能共享领域中的知识，为了实现语义上的知识共享 和知识重用奠定了基础。 语义w e b 是可以看作下一代互联网的发展方向，其实质就是用来增强网络 资源内容和功能的语义化表示，用以满足分布式计算环境下语义互操作的需 要，使软件a g e n t 对网络上异构和分布信息进行智能的、有效的访问和检索。 9 广东t 业大学硕士学位论文 t m s t p r o o f l o g i c d i g i t a l s i g n a t u r e o n t o l o g yv o c a b u l a r y r d f + r d fs c h e m a x m l + n a m e s p a c e + x m ls c h e m a u n i c o d eu l u 图2 - 2 语义w e b 体系架构 f i g 2 - 2t h e a r c h i t e c t u r eo fs e m a n t i cw e b 2 1 3 本体和o w l - s 本体的概念最早出现在哲学领域，指的是人们对客观世界的看法。2 0 世纪 9 0 年代末，本体引起了人工智能等领域的广泛关注，并且被应用到知识工程、 信息系统以及地理信息系统等领域。本体引入到计算机领域后，被赋予了新的 含义：本体是领域内共享概念模型的明确的形式化规范说明 2 4 。它包含4 层 含义：概念模型( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) 、明确( e x p l i c i t ) 、形式化( f o r m a l ) 和 共享( s h a r e ) 。 概念模型：指通过抽象出客观世界中一些现象( p h e n o m e n o n ) 的相关概念而 得到的模型。概念模型的含义独立于具体的环境状态。 明确：指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。 形式化：指本体论是计算机可读的( 即能被计算机处理) 。 共享：指本体体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念 集，即本体针对的是团体而非个体的共识。 从某种意义上说，本体是对某个专业领域内知识的共同理解。通过定义本 体中的概念模型以及概念之间的关系使本体支持逻辑推理后，资源或服务就能 够基于构建的本体进行语义化标注映射，从而进行语义的发现和匹配。 本体通常使用基于逻辑的语言来表达，可以精确地来定义概念以及概念与 概念之间的关系，借助逻辑的推理能完成本体的一致性检查，概念包含关系等。 一些本体工具能够使用本体来执行自动推理，因此可以将本体应用在许多智能 l o 第二章a s p 服务平台发现匹配框架 服务上如基于语义的查找、w e b 服务的自动查找以及知识管理等。 可以使用描述语言来定义描述本体，例如r d f ，d a m l ，d a m l + o i l 和o w l 。 在这些语言中，r d f 资源描述框架是其它语言的基础，基于这个框架，加入扩 展的表达能力便出现了d a m l ，和d a m l + o i l 语言。目前w e b 本体语言o w l s ， 是w 3 c 推荐的语义w e b 中本体描述语言的标准，它采用面向对象的方式来描述 领域知识，即通过类和属性来描述对象，通过公理来描述这些类和属性的特征 和关系【2 5 】。 2 2a s p 服务平台框架结构及注册匹配流程 2 2 1a s p 服务平台发现匹配框架 2 1 节介绍的w e b 服务体系结构引入了注册机制，将w e b 服务的操作过程 分为发布注册，查找，调用三个阶段，涉及到的角色有服务提供者，服务请求 者和注册中心。这与a s p 服务平台的应用服务提供运作模式有着很大的相似性， 因此可以考虑将w e b 服务体系的注册机制引入到a s p 服务平台中，设计基于本 体的a s p 服务平台发现匹配框架。 当前基于本体的w e b 发现匹配的体系结构研究形式多样，各具特点。文献 2 6 为解决网络化物流环境下的服务自动匹配问题，提出了基于w e b 服务的物流集 成服务应用框架，设计了服务过程生成的各个功能模块。在匹配与过程优化模 块中，深入研究了服务匹配算法与过程优化方法。文献 2 7 针对网络化制造环 境下制造服务的集成需要，提出了基于语义的制造服务匹配、合成及运行框架。 该框架关注网络化制造过程的建模、运行、监控和改进等问题，指出服务的匹 配与合成算法是网络化制造服务集成运行框架的关键问题。 在吸收上述服务发现匹配框架优点的基础上，设计了基于语义的a s p 服务 平台发现匹配框架如图2 - 3 所示。该框架主要完成a s p 服务的注册发布与a s p 服务的发现两个功能。框架结构分为客户层、传输层、应用逻辑层、存储层四 大部分。下面分别介绍各部分的功能。 广东工业大学硕上学位论文 存 储 层 企业用户企业用户企业用户l 应用服务提供商a s p c l ab f 客户端接口 i 客户端接口 i h r r p h n 田，x m l ，s o a p gg 注i 服务注册li 需求描述l i 语义标注l l 服务发现l 册 1 j i 服务管理ii 服务匹配l l 服务选取i i 服务评价i 中 心 u d d i 概念匹配度计算，服务语义匹配算法l 8 二)- a s pa s p 本体库服务库 模板库基它库 、一_ 、一，一 、一 图2 3a s p 服务平台发现与匹配框架 f i g 2 - 3t h ed i s c o v e r ya n dm a t c h i n gf r a m e w o r ko f a s pp l a t f o r m ( 1 ) 客户层 客户层负责平台与终端用户的交互，它的具体功能是处理用户的请求，并 显示服a s p 服务平台的处理结果。在a s p 服务平台下，终端用户划分为应用服 务提供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，a s p ) 和企业用户 ( e n t e r p r i s e c u s t o m e r ，e c ) 和两种类型。 a s p 负责开发设计各种功能的业务组件、功能模块或根据产业集群区内中 小企业用户的实际需求购买第三方业务组件。同时，a s p 要对各组件的类型， 接口参数进行封装描述发布到注册中心，在这个过程实现了a s p 服务到a s p 服 务本体的映射关联，这个问题将第三章作详细介绍。 e c 在这里又为注册用户和未注册的普通游客。普通游客可以通过浏览的方 式查看a s p 服务平台最新发布注册的服务信息，但不能调用服务。注册用户可 以通过提交一个查找请求来发现匹配满足自身功能的a s p 服务。注册用户在使 用服务后，可以根据平台提供的评价标准对服务的具体情况作出相关的评价。 ( 2 ) 传输层 传输层主要用于实现服务器端与客户端相互之间的数据传输，该层采用 x m l ，h t m l ，h t t p 作为数据传输标准和数据表达标准。 ( 3 ) 应用逻辑组合层 1 2 客户层 传输层 应用逻辑层 第- 二章a s p 服务甲台发现匹配框架 应用逻辑组合层，作为a s p 服务平台的核心层，负责接受应用服务提供商 a s p 发布的基本服务信息，并存储到注册中心。同时响应企业用户的请求任务， 对用户的请求描述进行语义解析，生成用户需求表达式，按照预先设定的的语 义匹配度算法与本体库的服务进行匹配，最后将满足企业用户功能需求的服务 信息返回给用户，供用户进行选择调用。 ( 4 ) 数据存储层 数据存储层用于存储支撑平a s p 服务平台运行的各种数据，包括a s p 服务 本体库、a s p 服务库、模板库、其它库和注册中心五部分。a s p 服务本体库存 放了a s p 服务本体，为a s p 的发现与匹配提供语义支持；a s p 服务库存放了服 务提供商发布的各种服务，用户可以通过注册中心的连接调用这些服务。模板 库主要提供注册和发现服务的描述模板，模板主要依据用户所选择的服务类别 而生成，主要包括服务的名称，服务的类别等服务描述信息，a s p 服务并依据 所择的服务类别提供相对应的本体供用户选择。注册中心存放了包括服务的的 名称、所属类别、输入、输出以及服务功能的简单描述等信息。 2 2 2a s p 服务平台运行流程 基于本体的a s p j 艮务平台发现匹配框架主要为服务提供商提供发布注册服 务和为企业用户提供查找发现服务两个功能，其工作流程如图2 - 4 所示。用户 通过客户端接口访问a s p j 艮务平台，进行登录和系统用户身份验证，平台根据 用户的身份确定其操作权限，进入相应的服务操作界面。应用服务提供商完成 a s p 应用服务的注册发布、维护、更新以服务本体的构建。企业用户通过平台 实现a s p 服务的发现匹配、选取、调用、评价。 ( 1 ) a s p 服务的注册 应用服务提供商a s p 根据需要发布的服务类型从a s p 服务平台模板库中选 取服务发布模板。在输) k a s p 服务描述信息时，可以从服务平台本体库选适当 的本体；如果不存在合适的本体概念，根据需要去创建服务本体。服务描述信 息提交后，平台将服务描述信息存入a s p 服务库中。 ( 2 ) a s p 服务的发现匹配 企业用户根据自身的功能需求，选取合适的本体，提交服务描述信息，服 1 3 广东t 业人学硕上学位论文 务平台解析用户的请求，按照平台预先设定的匹配算法计算请求服务与发布服 务的匹配度，按照用户设定的阈值返回服务的描述信息，供用户选择调用。匹 配度的计算方法将在第四章介绍。 创建模板 存入模板库 用户登录a s p 平台 全些里皇= _ 甬石；矗；i 、= 竺! 苎堡塑 = 二 广一 = 二 广。 2 2 3 框架特点分析 提供商发布服务 _ _ 爵磊磊；嘉这韶 i 丫一 选择服务描述本体 二二工二 输入服务描述信息 二二 存入a s p 注册中心 ( 退出a s p 服务平台) 、- - 、一 图2 - 4a s p 平台运行流程图 f i g 2 - 4t h ef l o wo f a s pp l a t f o r m 总的来说，设计的a s p 服务平台发现匹配框架扩展了现有的a s p 应用模 式，引入了本体技术，实现了a s p 服务基于语义的注册与匹配。主要有三个特 点：( 1 ) 借鉴了w e b 服务的体系架构，引入了注册机制，对于自主开发的业务组 件，系统模块和第三方组件无需考虑其异构性，只需通过本体封装，即可以实 现轻松发布注册。( 2 ) 对于不同类别的业务组件，只需在a s p 服务本体库中添 加相关的本体即可提供基于语义的服务发功能。( 3 ) 框架层次结构分明，采用当 前流行的m v c 开发模式，降低了各层之间的耦合性，从而提高a s p 服务平台 的可扩展性和可维护性。 上述特点保证了该框架能适应a s p 模式下产业集群