（计算机科学与技术专业论文）语义网服务框架wsmo中介器的机理及应用.pdf

中文摘要 摘要 w s m o 来源于w s m f ，是当今最流行的语义w e b 服务描述框架之一，其目 的在于增强w e b 服务描述的语义性，使w e b 服务成为计算机可以理解的实体。中 介器是w s m o 的四个顶层要素之一，用于解决w e b 资源的异构性问题。异构性 是开放分布式环境的固有属性，它妨碍了w 西服务的各种自动化应用。w c b 服务 开发实践表明，异构性有多种类型包括术语异构、表示格式异构、功能异构、过 程异构。不同类型的异构性需要使用不同的中介技术予以应对。 针对上述问题，本论文以w s m o 中介器及其实现为研究对象，讨论了与各种 异构性问题相对应的中介技术。 首先，阐述w s m o 中介器关于异构性问题的解决方案。w s m o 定义了四种 类型的中介器，将不同层次的中介技术统一于整体的中介调解框架中。分析w s m o 中介器的定义、描述、拓扑，并予以一定的改进。 其次，讨论解决不同层次异构性问题的中介技术。基于视图的本体映射技术 被w s m o 用于解决数据异构性问题，因而研究了本体映射的构建过程和算法； r e l a t i o n s 技术用于解决功能异构性问题，因而讨论了r e l a t i o n 的定义、形式化 描述、构建以及应用；基于抽象状态机的c h o r e o g r a p h y 技术用于解决过程异构性 问题，因而阐述了c h o r e o g r a p h y 的概念模型和形式化表述。通过分析w s m x 过程 中介器与其他组件的相互作用，论证了该过程中介器所使用的中介流程。 最后，探讨w s m o 中介器在实际问题中的应用。通过一个订单处理系统的实 例说明了基于w s m o 、w s m l 、w s m x 的语义w e b 服务开发流程。重点突出了 与数据中介技术相关的本体及其映射规则的构建和与过程中介技术相关的目标 c h o r e o g r a p h y 和服务c h o r e o g r a p h y 的构建。 关键词：w s m o 中介器；w s m o ：中介器；异构性；中介技术 英文摘要 a b s t r a c t w s m oi st h er e f i n e m e n ta n dt h ee x t e n s i o no fw s m f a so n eo ft h em o s te f f e c t i v e m o d e l i n gf r a m e w o r k s ，t h ea i mo fd e s i g n i n gw s m o i st oi m p r o v et h es e m a n t i c si nt h e d e s c r i p t i o no fw e bs e r v i c e sa n dm a k ew e b s e r v i c e sm a c h i n e = p r o c e s s a b l e m e d i a t o ri s o n eo ft h ef o u rt o pl e v e le l e m e n t so fw s m oa n du s e dt or e s o l v ew e br e s o u r c e s h e t e r o g e n e i t y h e t e r o g e n e i t yt h a th 锄p 粥i n t e r o p e r a b i l i t ya n da u t o m a t i cu s a g e so fw e b s e r v i c e si sa ni n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i co f o p e na n dd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t s d e v e l o p i n g s e m a n t i cw e bs e r v i c e st e c h n o l o g yh a sr e v e a l e dt h ef o u rt y p e so fh e t e r o g e n e i t y , i n c l u d i n gt e r m i n o l o g yh e t e r o g e n e i t y , r e p r e s e n t a t i o nf o r m a th e t e r o g e n e i t y , f u n c t i o n a l i t y h e t e r o g e n e i t ya n dp r o c e s sh e t e r o g e n e i t y d i f f e r e n tt y p e so f m e d i a t i o nt e c h n o l o g yn e e d t ob eu s e di no r d e rt oa d d r e s sv a r i o u st y p e so f h e t e r o g e n e i t y i na l l u s i o nt ot h ea b o v ei s s u e s ，t a k i n gw s m om e d i a t o ra n di t si m p l e m e n t a t i o na s t h er e s e a r c ho b j e c t , t h et h e s i sm a i n l yd i s c u s s e st h em e d i a t i o nt e c h n i q u e sc o r r e s p o n d i n g t oe a c ht y p eo fh e t e r o g e n e i 哆 f i r s t l y , e l a b o r a t e so nw s m o m e d i a t o rs o l u t i o nt oh e t e r o g e n e i t y w s m od e f i n e s f o u rt y p e so fm e d i a t o r s ，w h i c hi n t e g r a t ed i f f e r e n tl e v e l so fh e t e r o g e n e i t yr e s o l v i n g t e c h n i q u e si n t oas i n g l em e d i a t i o nf r a m e w o r k a n a l y z e st h ed e f i n i t i o n , d e s c r i p t i o n , t o p o l o g yo fw s m o m e d i a t o ra n dg i v e ss o m ei m p r o v e m e n t s s e c o n d l y , d i s c u s s e sd i f f e r e n tl e v e l s o fm e d i a t i o nt e c h n i q u et oa d d r e s st h e h e t e r o g e n e i t i e s t h ev i e w - b a s e do n t o l o g ym a p p i n gt e c h n o l o g yh a sb e e nu s e dt oa d d r e s s d a t ah e t e r o g e n e i t yp r o b l e m ，t h e r e f o r et h ec o n s t r u c t i n gp r o c e s sa n dt h ea l g o r i t h m so f o n t o l o g ym a p p i n ga r er e s e a r c h e d 砀ea r e l a t i o n sh a sb e e nu s e dt oa d d r e s sf u n c t i o n a l h e t e r o g e n e i t yp r o b l e m ，t h e r e f o r et h ed e f i n i t i o n ，f o r m a ld e s c r i p t i o n , c o n s t r u c t i o na n d a p p l i c a t i o no fa - r d a t i o m a r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h ed m r e o g r a p h yt e c h n o l o g yb a s e d o na b s t r a c ts t a t em a c h i n eh a sb e e nu s e dt oa d d r e s sp r o c e s sh e t e r o g e n e i t yp r o b l e m s ， t h e r e f o r ec h o r e o g r a p h yc o n c e p tm o d e la n df o r m a le x p r e s s i o na r ee l a b o r a t e do n b y a n a l y z i n gt h ei n t e r a c t i o no fw s m xp r o c e s sm e d i a t o rw i t ho t h e rw s m xc o m p o n e n t s ， m e d i a t i n gp r o c e s so fw s m xp r o c e s sm e d i a t o ri sd i s c u s s e d 英文摘要 f i n a l l y ，s t u d i e st h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fw s m om e d i a t o r s s e m a n t i cw e b s e r v i c e sd e v e l o p m e n tp r o c e s sb a s e do nw s m o ，w s m l ，w s m xi se x p l a i n e dt h r o u g h a ne x a m p l eo fo r d e rp r o c e s s i n gs y s t e m c o n s t r u c t i n gp r o c e s so fo n t o l o g ya n di t s m a p p i n gr u l e s ，a sw e l la sc o i a s t r u c t i n gp r o c e s so fg o a lc h o r e o g r a p h ya n dw e b s e r v i c e c h o r e o g r a p h yi st h ef o c u so f t h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：w s m om e d i a t o r ；w s m o ；m e d i a t o r ；h e t e r o g e n e i t y ： m e d i a t i o nt e c h n o l o g y 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：语塞圆腿釜框塞盟墨丛q 主金墨的扭堡壁廛用= = 。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已经公开 发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：盆碰 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有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权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。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在 一年解密后适用本授权书。 不保密i ( 请在以上方框内打“斥) 论文作者签名：徐压伟 导师签名：雷q 夹珥 日期：2 0c j ? 年7 月f 日 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 第1 章绪论 1 1 问题的提出 语义w e b 和w e b 服务是w e b 发展的两个重要趋势，各自沿着不同的方向发 展 1 】。两种技术的结合产生了另一个新兴的研究领域：语义w c b 服务( s e m a n t i c w e bs e r v i c e ) 。语义w e b 服务是语义w e b 技术和w e b 服务技术的功能互补，是将 语义w e b 技术应用到传统的w e b 服务中，利用语义w e b 技术丰富的语义描述能 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 描述来实现w c b 服务的自动发现、自动组合、自动监控和自动调用 2 1 1 3 。 语义w c b 服务是一种基于本体的w 西服务，与传统的w e b 服务相比，其优 点为：服务可被人和机器理解；灵活；可自动发现、调用、组合和互操作；无歧 义；智能程度高；环境适应力强等【4 1 。 语义w e b 服务虽然具有诸多优点，但是在应用中仍然存在着异构性问题。异 构性( h e t e r o g e n e i t y ) 是开放、分布式环境的固有属性，广泛存在于数据库、并行 计算、w e b 服务等诸多领域，它的产生是由于各个应用实体都是由不同的主体基 于其需求独立开发和维护的，并动态地加入或离开分布式环境【5 】。由于各方不可能 就各种问题事先达成一致，因此必然导致通信过程中信息交换和操作的不匹配， 这会妨碍w e b 资源和w e b 服务之间的互操作，使服务的供需双方不能有效匹配， 增大了复杂应用设计和开发的难度。 语义w e b 服务在应用过程中存在着以下四类异构性问题【6 】： ( 1 ) 术语异构( t e r m i n o l o g yh e t e r o g e n e i t y ) 。通信的双方使用不同的本体中的概 念描述信息。例如，一方将n a m e 理解为一个人的全称，另一方将n a m e 理解为一 个人的姓氏。由于涉及信息的意义，所以这会阻碍通信双方在语义级的互操作。 ( 2 ) 表示格式异构( r e p r e s e n t a t i o nf o r m a th e t e r o g e n e i t y ) 。相互作用的资源使用 不同的格式或语言表示信息( 例如，h t m l 、x m l 、o w l 、w s m l 等) 或者使用不 同的协议传输信息( 例如，h t t p 、r p c 等) 。显然，这种不兼容性严重阻碍了信息 在通信双方之间的交互。 第1 章绪论 ( 3 ) 功能异构( f u n c t i o n a l i t yh e t e r o g e n e i t y ) 。w e b 服务提供者提供的w e b 服务 和服务请求者的需求并不精确匹配。这使得发现满足给定服务请求的服务要进行 复杂耗时的推理。 ( 4 ) 过程异构( p r o c e s sh e t e r o g e n e i t y ) 。w e b 服务的服务提供者和服务请求者双 方所支持的操作行为并不匹配。这种异构性问题在服务请求者使用服务的功能或 w e b 服务之间发生相互作用时产生。 上述四种异构问题出现在通信双方交互的不同层次，其中术语异构、表示格 式异构属于数据表示层的异构问题，功能异构属于功能层的异构问题，过程异构 属于行为层的异构问题。 本论文的选题源于指导教师所承担的国家自然基金项目“智能化语义网服务 中的本体集成机理与应用模式( 6 0 6 7 2 0 3 1 ) ”和辽宁省自然科学基金资助项目“基 于本体集成的语义网智能服务的关键技术研究( 2 0 0 7 2 1 4 2 ) ”。语义w e b 服务的异 构性问题及其w s m o 中介器解决方案是两个项目中的主要研究内容之一。 1 2 解决思路 对于语义w e b 服务应用过程中出现的各种异构问题，普遍的解决方法是采用 中介技术，即通过引入第三方组件连接通信双方，分析异构模式，转换格式和操 作，从而使异构双方能够成功通信，为智能化自动化的复杂应用提供支持。 w s m o ( w e bs e r v i c em o d e l i n go n t o l o g y ) 是当今学术界最推崇的语义w e b 服 务描述框架之一【7 1 。w s m o 是w s m f ( w e bs e r v i c em o d e l i n gf r a m e w o r k ) 的精化 与扩展【8 】，用四个顶层要素描述了语义w e b 服务的各个重要方面。为了有效解决 异构性问题，w s m o 明确地将中介器作为四个顶层要素之一。本论文对w e b 服务 异构问题的研究将基于w s m o ，分析它所定义的中介器的工作机理和所应用的中 介技术，并选取实例予以验证。 考虑到异构性会成为未来1 1 r 系统的主要瓶颈之一，g w i e d e r h o l d 在上世纪9 0 年代提出了面向中介的体系结构( m e d i a t i o n o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) ，并指出，中介器 是一种特殊的软件组件，它能动态处理阻碍功能组件成功互操作的异构性9 1 。中介 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 器应该具有与应用领域无关的通用性，在执行环境中作为一个独立的组件，在恰 当的时机被调用，从而在运行时解决不兼容资源之间的不匹配。因此，中介技术 所用方法应该基于资源的声明性描述，工作在语义级层次。w s m o 的中介架构沿 用了这种思想。 w e b 服务建模框架( w e bs e r v i c em o d e l i n gf r a m e w o r k ) 是由d f e n s e l 和c b u s s l e r 于2 0 0 2 年首次提出的用于描述w e b 服务的语义概念模型，是w s m o 的理 论基础。根据语义w e b 服务对中介技术的需要，w s m f 将中介技术分为三个级别： ( 1 ) 数据级中介。是指在异构数据源之间的中介。在w s m o 这种基于本体的架 构中，主要涉及到本体集成；( 2 ) 协议级中介。是指异构通信协议之间的中介， 即是在数据传输协议( 例如s o a p 、h t t p 等) 之间的转换；( 3 ) 过程级中介。 是指异构业务过程之间的中介。在w s m o 中，这涉及当w e b 服务提供者和w e b 服务请求者进行信息交换、通信和协作时，对w e b 服务接口行为描述的处理。 协议级中介问题在网络工程领域已讨论较为成熟，因此本论文不再涉及。基 于w s m o 描述语义w e b 服务的方法，本论文引入了另一个中介级别：功能中介。 功能中介是指在用户请求描述和异构的w e b 服务描述之间的中介。 中介技术早在2 0 世纪9 0 年代就在m e d m a l 【e r 项目b o 中使用。在该项目中， 中介技术是基于对象交换模型o e m ( o b j e c te x c h a n g em o d e l ) 和中介器规范语言 m s l ( m e d i a t o r s p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) 的，二者都是专门为项目开发的一阶逻辑 语言。m s l 用于指定集成异构o e m 资源的规则，从而使异构资源间的信息交换 成为可能。m s i ( m e d i a t o rs p e c i f i c a t i o n si m p l e m e n t a t i o n ) 是项目的系统实现，它 能读取并执行由m s l 规范书写的文件。m e d m a k e r 项目使用的中介技术可以被看 作是w s m o 本体本体中介器所使用技术的前驱。其中，o e m 对应本体，m s l 对 应本体映射语言。 a b a r r o s 讨论了作为软件组件的中介器的形式化规范【1 1 1 ，提出了八种基本的 中介模式，其中四种用于双边通信，四种用于多边通信，并进一步定义了基本模 式的合并与精化。但是，这些基本模式及其合并与精化都是用硬编码的抽象状态 机和预定义的谓词进行描述的，因而灵活性较差，难于修改和扩充。 第1 章绪论 虽然目前对语义网服务框架w s m o 的研究日趋深入，但重点大都放在语义描 述模型的概念讨论和如何实现服务发现、选择、调用的算法上，很少从资源异构 性的角度讨论中介器的工作机制、调用时机及代码实现，这j 下是本论文的研究重 点。 1 3 研究内容 本论文主要探讨语义w e b 服务异构性问题的成因、w s m o 中介器的解决方案 及其在电子商务中的应用，旨在为自动化智能化的w e b 服务发现、选择、监控、 调用提供基本支持，从而使服务用户能够根据自己的个性化需求获得相应的网络 应用。 本论文的主要工作以现有的相关工具为基础，致力于对中介器模型框架及各 种中介算法的理论探讨，而不深入研究执行环境中介组件的设计与开发。具体研 究内容界定如下： ( 1 ) 各种w s m o 中介器的工作机理的研究。w s m o 将四种中介器用统一的概 念模型表示。由于四种中介器功能不同，因此其工作流程、调用时机也必然存在 差异。本论文将深入探讨各种中介器的功能差异、它们如何完成中介任务以及它 们在什么场景中使用。 ( 2 ) 本体映射的研究。数据异构是最基本的异构形式，解决其它形式的异构问 题首先要解决数据异构问题。数据异构在语义w e b 服务中就是本体异构。w s m o 采用本体映射技术解决数据异构问题。本论文将研究本体映射算法、本体映射构 建策略、本体映射规则的生成及执行。 ( 3 ) r e l a t i o n s 的研究。- r e l a t i o n s 技术用于解决功能异构性，能有效提高系 统工作效率。本论文在分析功能异构问题后，将阐述如何应用a - r e l a t i o n s 技术提 高资源管理效率，并通过一个实例予以验证。 ( 4 ) 过程中介算法的研究。w s m o 通过基于抽象状态机的c h t n e o g r a p h y 解决 过程异构问题。本论文将首先阐述c h o r e o g r a p h y 的概念表示，然后说明如何用 4 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 w s m l 语言形式化表示c h o r e o g r a p h y ，最后研究w s m x 的过程中介器利用 c h o r e o g r a p h y 解决过程异构性的算法。 ( 5 ) w s m o 中介器在实际问题中的应用研究。将通过一个订单处理系统的实例 探索基于w s m o 的语义w e b 服务的建模方法，主要分析了w s m x 中介器在实际 异构问题中的应用方法。 1 4 研究框架与论文结构 本论文的研究框架如图1 1 所示。w s m o 的四种中介器使用不同的中介技术 解决各种层次的异构性问题。本体本体中介器使用本体映射技术解决数据异构性 问题；目标目标中介器、目标服务中介器、服务服务中介器都需要使用a r e l a t i o n s 技术解决功能异构性问题；目标一服务中介器、服务一服务中介器都需要使用w s m o c h o r e o g r a p h y 技术解决过程异构性问题。通过一个应用实例的设计开发、语义建 模并在w s m x 语义执行环境中执行的过程对w s m x 的数据异构性和过程异构性 解决方法予以验证。 图1 1 本论文的研究框架 f i g 1 1r e s e a r c hf r a m eo ft h et h e s i s 根据上述研究内容和研究框架，本论文的内容章节安排( 与图1 1 中的序号相 对应) 如下： 第l 章绪论 第1 章绪论。主要阐述将要解决的问题、解决思路、研究内容、研究框架和 论文结构。 第2 章w s m o 中介器。主要阐述语义网服务框架w s m o 的相关概念，w s m o 中介器的结构、分类、形式化描述。概述了w s m o 中介器的工作机理，并将其分 解为三个部分，以便分章详细讨论。 第3 章数据中介：转换信息语义。详细讨论w s m o 对数据异构性的本体映 射解决方法。首先讨论本体映射的相关概念、算法、构建策略以及本体映射规则 的生成和执行执行，然后分析w s m o 实现环境w s m x 的数据中介器的工作流程。 第4 章功能中介：减少推理代价。在分析功能异构性的成因后，引入 a r e l a t i o n s 技术的定义、应用方式，并通过一个实例予以说明。 第5 章过程中介：协调行为差异。首先分析过程异构现象，然后进一步讨论 w s m oc h o r e o g r a p h y 的理论基础、概念模型、形式化描述，以及w s m x 过程中 介器的执行流程。 第6 章w s m o 中介器应用实例：订单处理系统。探讨订单处理系统的设计、 实现、语义描述，重点在w s m x 过程中介器和数据中介器的执行。 第7 章结论。总结本文的研究结论，展望进一步的工作。 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 第2 章w s m o 中介器 2 1 语义w 曲服务框架w s m o 2 1 1w e b 服务描述常用方法的缺憾 w e b 服务是一种分布式计算模型，是w e b 上信息集成的有效机制。w 3 c 组织 给出的标准定义是：w e b 服务是一个软件系统，被设计来支持网络上机器之间的 可互操作的交互。它有一个清晰的、机器可读的、通用的标准描述( w s d l ) ，其他 系统以该描述中说明的方式与它交互，具体使用s o a p 消息以及其他w e b 相关 标准，具有完全开放、松散耦合、标准协议规范和高度可集成能力等特征。w e b 服务体系结构关注于全球w c b 服务网络中w c b 服务之间的互操作，主要目标集中 在互操作性、可扩展性、安全性、w e b 集成、实现和管理等方面【1 2 1 。 尽管w e b 服务优点很多，但传统的w e b 服务技术只为i n t e r n e n t 上的异构信息 集成提供手段，解决办法集中在语法层次，并没有解决语义上的问题。由于w e ；b 服务的各种信息在开发时即由服务提供者根据其需要确定，因此难以为服务请求 者所理解，更不能为机器自动理解，这就阻碍了w e b 服务的自动发现、自动组合 和自动调用。 2 1 2w s m o 的概念模型 语义w e b 服务是用语义w c b 技术对w c b 服务的扩展，二者是同种事物，即 都是位于网络上的具有一定功能的独立应用程序实体。二者的差别在于发布、查 找、绑定三种信息活动上：w e b 服务中是标准的w s d l 格式信息，语义w e b 服务 中则是用本体中的概念标记过的信息。利用本体的丰富的描述功能和语义w e b 的 强大的推理功能，能克服传统w e b 服务的缺陷，实现自动发现、自动调用和自动 组合等高级应用。 w s m o 是目前学术界最推崇的语义w 曲服务描述框架之一，它提供了一个完 整的语义w e b 服务的概念模型用于描述w e b 服务应用过程中的方方面面( 见图 第2 章w s m o 中介器 2 1 ) ，使w e b 服务成为一个计算机可以理解的实体【1 3 】。与其他语义w c b 服务描述 框架一样，w s m o 也在现有的w e b 服务技术的基础上附加了一个语义描述层。 图2 1 语义网服务框架w s m o f i g 2 1w s m oe n a b l i n gs e m a n t i cw e bs e r v i c e w s m o 在w s m f 的基础上定义了用于描述语义w e b 服务建模的四个顶层要 素：本体( o n t o l o g y ) 、w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 、目标( g o a t ) 、中介器( m e d i a t o r ) 。本 体顶层要素定义了其他三个顶层要素中使用的语义术语和w e b 服务执行过程中用 于交换的信息的形式化表达；w e b 服务顶层要素是为了支持自动发现、自动组合、 自动执行对w e b 服务的形式化描述，包括能力( c a p a b i l i t y ) 和接口( i n t e r f a c e ) ， 前者定义了w e b 服务的功能，后者描述了如何应用c h o r e o g r a p h y 和o r c h e s t r a t i o n 实现w e b 服务的互操作；目标顶层要素表示了服务请求者通过使用w e b 服务所要 达到的目标；中介器顶层要素用于解决进行互操作的各顶层要素之间可能发生的 不匹配，四种类型的中介器用于连接w s m o 中的其他三个顶层要素，即目标目 标中介器、本体一本体中介器、服务一目标中介器、服务服务中介器。 由上述可知，w s m o 有且仅有四个项层元素。对它们的表达通常都是w s m o 官方采用的“十字形模型 【1 4 】。但是，该模型只说明了四个顶层要素的存在，而 未指出这些顶层要素的层级和相互关系。图2 2 是对“十字形模型”的改进【1 5 1 。 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 应用层 核心层 基础层 图2 2w s m o 的四个项层要素及其相互关系 f i g2 2c o r r e l a t i o n so f f o u rt o pe l e m e n t so f w s m o w s m o 的四个顶层要素缺一不可，根据所起作用分为三个层面：( 1 ) 基础层 的本体。本体为w e b 服务、目标、中介器的语义描述提供所需的语义标i 己( s e m a n t i e t a g ) ：( 2 ) 核心层的中介器。它体现了w s m o 的核心特征“重用性刀，从历史的积 累中组合生成现在需要的本体、w e b 服务、目标，进而直接连接w e b 服务和目标。 相应地就有四类中介器：本体本体中介器、目标目标中介器、服务服务中介器、 服务目标中介器；( 3 ) 应用层的w e b 服务和目标。w e b 服务过程最终一定是服务 提供者和服务请求者的直接对话。 2 1 3w s m o 的形式化表达 虽然w s m o 对其四个顶层要素做了细致而完备的定义和描述，但它只是一个 便于人类理解的概念模型。为了使w s m o 描述的内容为计算机所理解，需要一种 语言对w s m o 的各个要素进行代码化描述。w e b 服务建模语言应运而生。 w e b 服务建模语言( w e bs e r v i c em o d e l i n gl a n g u a g e ，w s m l ) 是一种为w s m o 提供语法和语义的形式化语言【1 6 1 ，即：w s m l 提供了形式化描述w s m o 四个顶 层要素的手段。w s m l 是基于描述逻辑、一阶逻辑和逻辑程序设计的。 w s m l 现有五种语言变体：w s m l - c o r e 、w s m l - d l 、w s m l - f l i g h t 、w s m l r u l e 、w s m l - f u l l 。这些变体由于基于不同的形式逻辑，具有不同的表达能力， 因此可以在不同的应用中使用。w s m l - c o r e 符合描述逻辑和h o r n 逻辑( 没有功能 符号和等式) ；w s m l - d l 把w s m l - c o r e 扩展到可以表示描述逻辑，即s h i o ： 第2 章w s m o 中介器 w s m l - f l i g h t 在逻辑编程方面对w s m l - c o r e 进行了扩展，结合了规则语言，能够 更加有效地进行推理；w s m l r u l e 把w s m l - f l i g h t 扩展成了完全的逻辑编程语言， 并且允许功能符号以及不安全的规则；w s m l f u l l 用非单调扩展在公共的一阶逻 辑中统一了所有的w s m l 版本。 2 1 4w s m o 的语义执行环境 w e b 服务执行环境( w e bs e r v i c em o d e l l i n ge x e c u t i o ne n v i r o n m e n t ，w s m x ) 是w s m o 的实现，是语义w e b 服务应用的执行环境【1 7 1 。w s m x 的目标是为业务 服务提供灵活、可伸缩的集成解决方案，增加业务过程的自动化程度。w s m x 的 内部通信语言是w s m l 1 引。 2 2w s m o 中介器 2 2 1 基本结构 w s m o 中介器的基本结构【1 9 】如图2 3 所示。w s m o 中介器具有一个或多个源 组件、一个或多个目标组件。w s m o 中介器连接这些异构组件并解决它们之间的 不匹配问题。中介定义用一种中介定义语言描述了不匹配的解决方法。中介服务 是一个能够执行中介定义的w e b 服务。中介服务的访问地址可以用硬编码的方式 存在于中介定义中，从而w s m o 中介器可以直接访问它。w s m o 中介器也可以 提出一个寻找中介服务的目标，经过服务发现过程后找到中介服务。 图2 3w s m o 中介器的基本结构 f i g 2 3b a s i cs t r u c t u r eo fw s m o m e d i a t o r s 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 2 2 2 四种类型 w s m o 定义了四种中介器。与顶层要素相对应，不同的w s m o 中介器用不 同的前缀区分它们的源组件和目标组件，即本体本体中介器、目标目标中介器、 服务服务中介器、服务目标中介器。这四种中介器又根据其解决异构性层次的不 同被归为两类【2 0 1 ：精炼器与桥接器，如图2 4 所示。精炼器( r e f i n e r ) 定义一个新 的组件作为现存组件的改良，主要针对数据层次的调解。桥接器( b r i d g e ) 则不然， 它通过克服不同组件的互操作问题而将组件整合起来。 图2 4w s m o 中介器的分类 f i g 2 4w s m om e d i a t o r sc l a s s i f i c a t i o n 本体本体中介器( o n t o l o g y - o n t o l o g ym e d i a t o r ) 。精确地描述本体顶层要素之间 的关系并用于解决本体之间的不匹配问题。它的源组件是本体顶层要素或本体本 体中介器，目标组件可以是任何w s m o 顶层要素。其属于数据层次中介器。同时， 通过它可以形式化地描述本体之间的关系。 目标目标中介器( g o a l - g o a lm e d i a t o r ) 。精确地描述目标顶层要素之间的关系 并用于解决目标之间的不匹配。它的源组件是一个或多个目标顶层要素，目标组 件是一个目标顶层要素。其属于数据层次中介器。同时，通过它可以形式化地描 述目标之间的关系。 服务目标中介器( s e r v i c e - g o a lm e d i a t o r ) 。精确地描述w e b 服务与目标之间的 关系并解决二者之间存在的误匹配问题从而为服务发现提供辅助支持。源组件是 第2 章w s m o 中介器 一个或多个w c b 服务，目标组件是一个目标，反之亦然。其属于过程层次中介器。 同时，通过它可以形式化地描述w e b 服务与目标之间的关系。 服务服务中介器( s e r v i c e - s e r v i c em e d i a t o r ) 。精确地描述w e b 服务顶层要素之 间的关系并用于解决w e b 服务之间阻碍其自动交互的不匹配问题。它的源组件是 整合了若干其他w e b 服务的w e b 服务顶层要素，目标组件是整合的一个w e b 服 务。其属于过程层次中介器。同时，通过它可以形式化地描述w e b 服务之间的关 系。 2 2 3 形式化描述 w s m l 的出现使得w s m o 概念模型中的要素能够由抽象向具体迈出重要的 一步。w s m l 提供了对w s m o 概念模型中所有要素的描述方法。对于中介器来说， w s m l 并没有关注其具体的中介如何实现，而是提供了一个中介器与外界的接口 描述。w s m l 将中介器的复杂性隐藏在中介服务的具体实现以及对中介服务的功 能描述中。由于四种中介器的描述都非常类似，故这里只以本体本体中介器的描 述为例。w s m l 对本体一本体中介器的定义为： c l a s so o m e d i a t o rs u b c l a s sm e d i a t o r h a s n o n f u n c t i o n a l p r o p e r t i e st y p en o n f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s i m p o r t s o n t o l o g yt y p eo n t o l o g y h a s s o u r c et y p e o n t o l o g y , o o m e d i a t o r h a s t a r g e tt y p e o n t o l o g y , g o a l ，w e b s e r v i c e ，o o m e d i a t o r h a s m e d i a t i o n s e r v i c et y p e g o a l ，w e b s e r v i c e ，w w m e d i a t o r 该定义说明，本体本体中介器是中介器的一个子类，其具体属性有下列五个： ( 1 ) 非功能属性( n o n f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s ) 。给出了中介器的一般性描述，其中 有一条描述很重要：u s e d m a p p i n g l a n g u a g et y p em a p p i n g l a n g u a g e 。这条描述指出 了此中介器所使用的映射语言，通过它可以了解到一些调解实现的内部机制。 ( 2 ) 导入的本体( i m p o r t s o n t o l o g y ) 。描述了在中介器描述中所使用的相关术语 的源本体。在该源本体中可以给出这些术语更为详细的描述。 ( 3 ) 源组件( h a s s o u r c e ) 。描述了中介器的来源组件。在本体- 本体中介器中， 它可以是本体，表明中介器将对此本体中的术语进行调解；也可以是其他本体本 语义网服务框架w s m o 中介器的机理及应用 体中介器，表明中介器的调解工作需要在此本体本体中介器的基础上进一步进行 调解。 ( 4 ) 目标组件( h a s t a r g e t ) 。描述了中介器的目标组件。在本体本体中介器中， 它可以是w s m o 四个顶层要素中的任何一个。本体是最直接的一个，说明调解后 的结果可以通过此本体的名字空间进行访问，而目标则说明调解后的结果术语可 以通过此目标中引入的本体的名字空间进行访问。w e b 服务的情况与目标类似。 本体一本体中介器则与前二者不同，它说明经过调解的术语可以直接通过目标组件 本体本体中介器本身的名字空间进行访问。 ( 5 ) 中介服务( h a s m e d i a t i o n s e r v i e ) 。指出了得到实际完成调解工作的具体 w e b 服务的途径。这个w e b 服务负责执行中介定义，即将中介定义中的描述变为 事实。通过直接或间接的方式连接到中介服务上。如果通过目标连接，则根据目 标找寻能够满足调解需要的w e b 服务。如果通过服务服务中介器连接，则服务 服务中介器负责解决中介器和中介服务之间的不匹配。 2 3w s m o 中介器的工作机理 w s m o 在设计之初就将资源异构性问题考虑在内，因此将中介器作为四个顶 层要素之一【2 1 1 。w s m o 的中介技术体系包括两方面的内容：( 1 ) 处理w e b 服务的 各种异构性问题的中介技术；( 2 ) 连接异构资源并应用中介技术解决异构性的逻辑 组件，即w s m o 中介器。这些组件内嵌在中介执行环境中被动态调用和执行。图 2 5 是w s m o 所提出的中介技术体系的结构瞄】。 w s m o 的中介技术体系的设计基于最小化和重用原则。最小化原则 ( m i n i m a l i t y ) 指每个中介组件只具有完成特定中介任务的最少功能，而由多个不 同