（计算机应用技术专业论文）基于语义的web服务发现研究(6).pdf

浙江丁业大学坝 十学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 基于语义的w e b n 艮务发现研究 摘要 随着i n t e m e t 的迅猛发展，w e b 上可获得的w e b 服务的急剧增多， 如何从庞大的服务群中有效地获得所需功能的w e b 服务和如何在功能 相似的w e b 服务中找到最佳服务成为了值得关心的问题，而这些正是 w e b 服务发现的任务。然而传统的服务发现技术是在语法描述的基础 上，通过关键词匹配来实现的。这样的w e b 服务发现技术，由于缺乏 对w e b 服务的语义信息的描述，智能化程度不高，无论在精确度还是 在返回率上都无法满足人们日益增长的需求。要得到更好的结果，需 要更高效、更完善的w e b 服务发现技术。而语义w e b 的目的就是扩展 当前的w e b ，使得网络中所有信息都是具有语义的，是计算机能够理 解和处理的。因此，基于语义的w e b 服务发现逐渐成为了当前的研究 热点。研究结果表明语义描述和服务本体论的应用能够有效地提高服 务发现结果。 本文抓住w e b 服务发现技术中两个问题：如何发现满足功能需要 的服务和如何在功能相似服务中发现最佳服务，就以下几点展开研究： l 、w e b 服务质量( q o w s ) 的研究 针对如何从众多的功能相似的w e b 服务中根据服务质量发现最佳 服务的问题，根据w e b 服务的特点，本文在综合考虑w e b 服务质量的 历史统计信息和最近时间段的信息的基础上，提出了一个有效的w e b 服务质量评价模型。为了实现不同服务质量的一致描述，定义了一个 服务质量描述本体q o w s o 对服务质量进行描述。最后设计并实现了 一个服务质量认证管理中心( q o w s c a ) 对服务质量进行管理。为后 续的服务描述研究和服务匹配研究提供基础。 2 、w e b 服务语义描述的研究 主要研究如何定义和表示w e b 服务。基于服务发现的需求，本文 提出一个w e b 服务语义描述本体s w s d ，s w s d 中不仅引入了语义信 息，也提供了对w e b 服务质量q o w s 的描述。同时还提出了从s w s d 到u d d i 的映射机制，实现对u d d i 的语义封装。 3 、w e b 服务语义匹配研究 在s w s d 服务描述的基础上，提出了以基于功能的w e b 服务语义 相似匹配为主，以服务质量语义筛选为辅的服务匹配模型。 关f l - t - ：w e b 服务发现，本体，w e b 服务质量( q o w s ) ，语义相似度 浙江工业大学硕士学位论文 基于语义的w e b 服务发现研究 s t u d yo ns e m a n tic - b a s e dw e bs e r vic edis g o v e r y a b t r a c t w i t lt h ef a s t d e v e l o p m e n to fi n t e m e t t h eg r o w i n gn u m b e ro fw e b s e r v i c e sa v a i l a b l eo nt h ew 色br a l s e sn e wa n dc h a l l e n g i n gs e a r c hp r o b l e m s ： e m c i e n t l y1 0 c a f i n gf u n c t i o n a l i t y d e s i r e dw e b s e r v i c e sa m o n gn u m b e r so f w e bs e r v i c e sa n d s e l e c t i n g ab e s to n e a m o n gl a r g e n u m b e r so f f u n c t i o n a l i t y s i m i l a rw e bs e r v i c e s w h i l et h e s ei u s t a r et h et a s ko fw e b s e r v i c e d i s c o v e r i n g h o w e v e r , t r a d i t i o n a l w e bs e r v i c ed i s c o v e r i n 坚 t e c h n o l o g y i sd o n eb y k e y w o r dm a t c hb a s e do nt h es y n t a c t i cd e s c r i p t i o no f w e bs e r v i c e s u c hw e bs e r v i c ed i s c o v e r i n gt e c h n o l o g yc a nn o tc a d t u r et h e s e m a n t i ci n f o r m a t i o no fw e bs e r v i c ea n di sl a c ko f i n t e l l i g e n c e s oi tc a r l n o tm e e tt h eg r o w i n gd e m a n do f p e o p l e i no r d e rt og e tab e r e rr e s u l to f d i s c o v e r i n g a m o r ee f f i c i e n ta n d p e r t h c t w e bs e r v i c e d i s c o v e r i n g t e c h n o l o g yi sn e e d e d t h ep u r p o s eo f s e m a n t i cw e bi st oe x t e n dt h ec u r r e n t w e b ，m a k e s t h ei n f o r m a t i o no nt h ew 曲s e m a n t i ca n d u n d e r s t o o d 。m a n a g e d b y m a c h i n e s os e m a n t i c b a s e dw e bs e r v i c e d i s c o v e r i n gt e c h n o l o g y i s b e c o m i n g ah o tr e s e a r c h t o p i c t h er e s e a r c h e s s h o wt h a tt h eu s eo f s e m a n t i cd e s c r i p t i o na n d o n t o l o g yo f w e bs e r v i c ec a r li m p r o v et h er e s u l to f s e r v i c ed i s c o v e r i n g a c c o r d i n g t ot i l ea b o v em e n t i o n e dt w o p r o b l e m s t h ef o l l o w i n gt h r e e p a r t sa r es t u d i e d i nt h i s p a p e r ： ( 1 ) s t u d y o n q u a l i t yo f w e b s e r v i c e ( q o w s ) i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e mh o wt od i s c o v e r i n gab e r e ro n ei n l a r g e n u m b e r so f f u n c t i o n a l i t y s i m i l a r w e bs e r v i c e s ，b a s e d o nt h e c h a r a c t e r i s t i co fw e bs e r v i c e ，a l lp r o p e rq o w s m o d e la r ep r o p o s e di nt h i s p a r t t h eh i s t o r ys t a t i n f o r m a t i o na n dt h el a t e s ti n f o r m a t i o no fq u a l i t yo f w e bs e r v i c ea r et a k e ni n t oa c c o u n ti nt h i sq o w sm o d e l w h a tm o r e 、a l l o n t o l o g yo fq u a l i t y o fw e bs e r v i c ec a l l e dq o w s oi sa l s op r o p o s e dt o d e s c r i b et h eq u a l i t yi nc o n s i s t e n c y f i n a l l y , am a n a g e m e n ts y s t e mc a l l e d q o w s c a i si sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e di nt h i sp a r t q o w s c a p r o v i d e s a f u n c t i o no fm a n a g e m e n to fq u a l i t yo fw e bs e r v i c e 肠es t u d yo nq u a l i t y6 f w e bs e r v i c e ( q o w s ) p a v e st h ew a yo ft h ef o l l o w i n gs t u d yo i lw e bs e r v i c e d e s c r i p t i o na n d w e bs e r v i c e m a t c h m a k i n g ( 2 ) s t u d yo ns e m a n t i cd e s c r i p t i o no f w e b s e r v i c e t h ed e f i n i t i o na n de x p r e s s i o no fw e bs e r v i c ei ss t u d yi nt h i sp a r t b a s e do nt h er e q u i r e m e n to f d e s c r i p t i o nd u r i n gt h ep r o c e s so f w e bs e r v i c e i i 浙江工业大学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 d i s c o v e r i n g ，a r to n t o l o g yo fs e m a n t i cd e s c r i p t i o no fw e bs e r v i c e c a l l e d s w s di sp r o p o s e di nt h i sp a r t s w s d p r o v i d e st h es e m a n t i cd e s c r i p t i o no f w e bs e r v i c ea n dq o w s a n dt h em e c h a n i s mo fm a p p i n gf r o ms w s dt o u d d ii sa l s od i s c u s s e di nt h i sp a r t ，w h i c hs e m a n t i c a l l ye n h a n c e su d d i ( 3 ) s t u d yo n s e m a n t i cm a t c h m a k i n go f w e bs e r v i c e b a s e do nt h e s w s d ，am a t c h m a k i n gm o d e l o fw e bs e r v i c ei s d i s c u s s e dd e t a i li n t h i s p a r t i n t h i sm a t c h m a k i n gm o d e l s e m a n t i c s i m i l a r i t ym a t c h m a k i n go fw e bs e r v i c ec a p a b i l i t y i st h em a i np a r t ，a n d s e m a n t i cf i l t e r i n go f w e bs e r v i c eb a s e do nq o w si st h ec o m p l e m e n tt oi t k e yw o r d s ：w e bs e r v i c ed i s c o v e r i n g ，o n t o l o g y , q u a l i t yo fw e bs e r v i c e ( q o w s ) ，d e g r e e o fs e m a n t i cs i m i l a r i t y i i i 百 x 7 4 9 5 5 9 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙 江i ：业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明 的法律责任。 作者签名日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：年月日 日期：年月日 浙江工业大学硕士学位论文 罄于语义的、b 服务发现研究 1 1 引言 第一章绪论 w e b 服务1 1 , 2 是i n t e r n e t 上松散耦合并可重用的分布式软件组件。它对离散的 功能进行语义上的封装，通过标准的w e b 协议向外部程序提供服务，包括提供信 息( 如天气预报) 或完成一些动作从而对现实世界产生影响( 如在线预订机票) 。 由于w e b 服务具有完好的封装性、松散耦合性、使用协议规范性等特点，在很多 领域得到广泛的应用。 随着互连网络的广泛应用和高速发展，各种基于网络的w e b 服务如雨后春笋 般出现了。w 幽已从静态的页面的存储库发展到了今天的交互式的，自动的，智 能的w e b 服务的存储库 3 j 。多个w e b 服务的协作能满足用户动态地、即时地提出 的任务执行，信息提供、商业交易的需要。w e b 服务为应用开发者和终端用户带 来了前所未有的优势。由子w e b 服务采用被广泛接受的标准如s o a p 等，w e b 服 务应用模式简化了商业应用的开发和交互，实现了代码重用和松散耦合。此外， 它还提供给终端用户直观的浏览界面，使得他们来选择，设定和组装自己的w e b 服务。但是，与此同时，用户面对表现形式和复杂性都可能不相同的服务，如何 正确、高效地从如此庞大的w e b 服务群中找到自已所需的服务则变得越来越具有 挑战性。特别地，w e b 数量的急剧增多，用户将面临大量功能相似的服务选择， 如何从众多的功能相似的w e b 服务中发现最佳服务，无歧义地规范化w e b 服务的 质量同样也成为当今w e b 服务的热点研究之。而这些正是w e b 服务发现的任务。 因此，进行提高w e b 服务发现的能力的研究具有重要意义。高效的w e b 服务发现 技术成为用户有效利用w e b 服务的关键。为此，研究者们针对提高w e b 服务发现 高效性和准确性展开了研究。目前，基于w e b 服务发现的研究主要体现在如下几 个方面：( 1 ) 基于u d d i 扩充服务语义信息，以提供对服务发现的支持；( 2 ) 在服务描述的基础上研究支持智能化的语义匹配，以提供对服务准确定位：( 3 ) 指导性地指出了支持w e b 服务发现的相关研究热点 4 1 ，如服务质量评价等问题。 1 2 w e b 服务发现 所谓w e b 服务发现，就是客户以某种方式在不同类型的w e b 服务中找至g 其想 耍的服务，以执行w e b 服务请求【6 l 。w e b 服务发现是w e b 鼹务系统架构中的一个 重要部分。w e b 服务发现整个过程由如下四个步骤组成 7 1 ( 如图l _ 1 ) ： 浙江工业大学硕士学位论文 基于语义的w e b 服务发现研究 图l lw e b 服务发现模式 1 、服务提供者描述其提供的服务( s e r v i c ed e s c r i p t i o n ) 2 、服务代理把服务描述进行分类和发布( s e r v i c ep u b l i s h i n g ) 3 、服务请求者向服务代理提出请求是否有那些能提供所需功能的服务 ( d e s c r i p t i o no f r e q u e s t o r s n e e d s ) 4 、服务代理把服务请求与已存储的服务进行匹配，然后把匹配结果返回给服 务请求者( s e r v i c em a t c h m a k i n g ) 然后，服务请求者就能够根据已发现的服务来调用该服务。 为了达到高效性，整个发现过程必须达到一些基本的需求。接下来，我们来 分析一下上面提到的服务发现过程中四个步骤的各自的基本需求。 一服务描述需求 对服务的分类，发现和使用而言，w e b 服务的功能的描述是很重要的。服务 描述应该包括服务的功能性的属性描述( 如说明服务是干什么的，w h a ti ss e r v i c e d o e s ) 和非功能性的属性描述( 服务的分类，信息交换相关的等等) ，【8 】中给出 了系列的非功能性属性以及他们的使用。服务描述需要能被人工和机器理解。 这意味者服务属性需要在语法层和语义层上进行插述。语法信息是关于服务实现 方面的，专门针对编程人员的需要。语义信息是关于服务的概念方面的，旨在为 终端用户避开底层的技术细节，同时帮助开发者找至u 最合适的服务。假设有一个 股票报价服务，输入为一个表示股票符号的字符串，返回为一个表示股票报价结 果的数字。语法信息代表输入参数是一个字符串输出是一个数字，而语义信息则 传达了股票报价市场环境下字符串和数字现实意义。因此，服务描述语言应该能 用语义和语法的表示方式来描述w e b 服务功能性的，非功能信息。描述语言应该 支持基于描述的推理。例如：我们想要找一个b o o k i n gs e r v i c e ，我们希望我们的 请求与任何提供旅店预定的服务进行匹配。一种可行的方法就是使用本体。本体 包含了对领域中基本概念以及它们之间关系的计算机可使用的定义。本体用于人 之间，数据库之间和应用之间的领域信息的共享。 服务发布需求 服务发布是一个使得服务能够通过w e b 广而告知，因而能被广泛使用的基本 步骤。它提供了服务共享的平台。因而需要建立一个全球化的、与平台无关的、 开放式的架构以共享信息，共享应用。u d d i 是一种解决方案。它是一套基于w e b 的、分布式的、为w e b 服务提供信息注册和查询的实现标准规范，u d d i 注册中 浙江工业大学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 心为w 曲服务提供了一个良好的服务发布、维护和管理环境，受到业界的深厚的 支持。 服务请求描述的需求 服务请求描述是服务发现过程重要的一部分，必须能描述服务的功能。为了 能使服务请求与广告服务能在关享语义基础上进行匹配，遵循与服务发布时的相 同的服务描述规范。 一服务匹配需求 服务匹配过程是在服务描述的基础上，对服务请求与已发布的服务描述进行 匹配。因此，为了提供服务匹配能力，需要利用服务请求描述和广告服务描述中 的属性的语义和语法信息基础上，以准确和高效性为目标，进行智能化的匹配。 1 2 1w e b 服务发现所面临的问题 目前因特网在w e b 服务的表达和检索方面，仍然存在着许多技术缺陷，制约 着w e b 服务的准确、高效的发现。主要体现在以下一些方面： 一以语法性语言表达的w e b 服务，主要是面向用户直接阅读的，不利于计算 机直接阅读和处理： 一不同团体对同一领域事物的认识和表示往往不同，使得来自服务提供者与 服务请求者关于同一w e b 服务的描述存在着冲突，这种认识上的差异所产生的描 述差异可被称作语义异构，具体表现在：( 1 ) 不同的服务描述使用多种术语( 词 汇) 表示同一概念；( 2 ) 同一概念在不同的服务描述中表达不同的含义； ( 3 ) 各服务描述使用不同的结构来表示相同( 或相似) 的信息； _ 以关键字匹配的方式为主的检索，根据广告服务描述中是否包含请求查询 中的关键词来返回结果，由于许多不相关的服务也会在它的描述中包含查询关键 词，检索的结果往往会出现很多不相关的w e b 服务，随着服务数量的增大，检索 的准确率就越低。同时这种关键字匹配的方法，查询关键词与广告服务描述中的 关键词可能是语义相同但是非语法相同的，遗漏了大量与检索概念同义或相关的 内容信息，因此检索在查全率方面不高，难以达到期望效果； n 服务的检索只是对服务功能描述的关键词匹配，无法充分反映服务所提供 服务的功能信息，造成服务检索结果不理想； 一针对大量相似服务的发现，缺乏w e b 服务质量支持以实现最佳服务的发 现。 1 2 2 研究现状 在试图解决前面提到的w e b 服务发现面临的问题过程中，业界呈现出了许多 浙江工业大学硕士学位论文 基于语义的w e b 服务发现研究 有关服务发现的研究。 最早为发现w e b 服务而增加语义信息的是d a m l s 【9 1 。o w l s 【l o “l 是在 d a m l s 的基础上发展起来的。d a m l s 采用d a m l + o i l 描述w e b 服务，提供 了足够的表示w c b 服务能力和特性的语义信息，目的是实现自动的w e b 服务发现、 调用、合成和执行监控。 目前，许多研究都是基于d a m l s 展开的，如语义表示的研究i 】“，服务绑定 的研究，基于本体的服务匹配【1 4 1 的研究，d a m l s 和u d d i 相结合的研究 1 5 , 1 6 1 等。其中将d a m l s 与u d d i 相结合，补充u d d i 的w e b 服务表示语义，增强服 务发现能力是服务最佳发现的一种趋势。在当前存在的研究中，主要分为两类： ( 1 ) 实现d a m l s 本体描述信息到u d d i 的映射，补充u d d i 的w e b 服务语义 描述能力1 1 5 16 ；( 2 ) 基于d a m l + o i l 扩展w s d l 模式，并基于扩展的ws d l 实现w s d l 到d a m l s 本体的映射，再将语义信息扩展到u d d i 中【1 7 】。d a m l 。s 服务概要信息全面地描述了服务，是服务发现的依据。在u s , 1 6 ) 中，通过将d a m l s 概要信息映射到u d d i 注册仓中，来补充w e b 服务描述语义。具体实现方法是： ( 1 ) d a m l s 概要信息中可以直接映射到u d d i 描述信息的属性，采用直接映射 的方法实现，例如：服务提供者的信息如名称( n a m e ) 、电话( p h o n e ) 、地址 ( p h s i c a l a d d r e s s ) 、电子邮件( 争m a i l ) 等：服务信息如服务名( s e r v i c e n a m e ) 。 描述( d e s c r i p t i o n ) 等。( 2 ) 其它属性定义为相应的t m o d e l ，注册到u d d i 的 b u s i n e s s s e r v i c e 中的c a t e g o r y b a g 中，如将s e r v i c e t y p e 定义为s e r v i c e t y p e t m o d e l ， s e r v i c e c a t e g o r y 定义为s e r v i c e c a t e g o r y t m o d e l ，q u a l i t y r a t i n g 定义为 q u a l i t y r a t i n g t m o d e l ，i n p u t 定义为i n p u t t m o d e l 等。在服务发现中，采用服务匹 配算法( 输入、输出匹配算法和输入、输出匹配规则算法) ，匹配发布的服务描 述和请求的服务描述。 在 1 7 】中，采用将d a m l + o i l 本体扩展到w s d l 模式的方法补充w e b 服务 的语义描述信息，其扩展的信息类似于d a m l s 中的s e r v i c e g r o u n d i n g 描述，强 调的是从w e b 服务描述的多个操作中发现恰当的操作。实现思想是将操作信息映 射到相应的由d a m l + 0 i l 描述的操作本体上，映射的信息主要包括：将操作 ( o p e r a t i o n ) 映射为本体概念，用户可基于操作本体发现相应的操作；信息部分 ( m e s s a g ep a r t s ( 操作的输入、输出参量) ) 映射为本体概念，基于此可发现最好 的匹配：增加预定义条件( p r e c o n d i t i o n s ) 和结果效应( e f f e c t s ) ，保证选择最恰 当的服务。本体保证了w e b 服务描述是机器可理解的，消费者可基于本体概念请 求服务操作。在w e b 服务发布时，扩展的w s d l 信息的本体概念存入u d d i 中， 基于4 个t m o d e l 保存w e b 服务语义信息。4 个t m o d e l 分别描述相关领域的操作功 能、输入信息、输出信息和满足输入输出预定义条件结果效应的操作分组信息。 具体的发现策略分三步实现：( 1 ) 基于操作功能：( 2 ) 基于输入，输出参量；( 3 ) 基于预定义条件结果效应。 浙江t 业大学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 上面介绍的两类增加语义的策略，都是基于本体概念，通过建立t m o d e l 达到 扩展语义的目的，保证了与u d d i 的结构的一致。然而，存在如下不足：在服务 查找时，首先需要访问多个t m o d e l ，获得必要的语义信息；之后，再经过语义匹 配算法获得匹配的结果。这种需要多次访问注册仓的实现机制，势必影响服务发 现的响应时间。 在【1 8 中当需要发现一个恰当的服务时，首先定义一个服务模板( s t ) ，包 括服务名( s n ) 、服务描述( s d ) 、操作质量( q o s ) ，输出( o s ) 和输入( i s ) 丘部分。服务对象( s o ) 与服务模板具有相同的结构，用于描述物理的w e b 服务， 通过s t 与s o 的相似度计算，选择具有高相似度的服务。其中服务名( s n ) 和服 务描述( s d ) 采用句法相似计算f 1 9 , 2 0 , 2 1 】，操作相似基于q o s 模型计算2 2 1 ，输入 输出相似基于输出( o s ) 和输入( i s ) 的匹配度计算 2 3 , 2 4 1 。在该种服务发现策略 中，每步都需要相似度计算，不仅计算复杂，也不利于实现服务准确匹配。 上述这些研究主要面向根据功能的服务定位，从功能上满足消费者的需求， 没有涉及服务的性能问题。虽然已有相关的技术规范如w s d l ，u d d i 和s o a p 等的支持，但还没有制定一个统一的服务质量规范。隶属于不同服务提供者的语 义等价的w e b 服务，其性能可能差别很大。为此，业界展开了许多对服务评价、 服务审计的研究，并将w e b 服务的质量做为发现最佳服务的一项重要指标。 随着w e b 服务的发展，相应制定了有关w e b 服务的标准，如 u d d i ，s o a p ) ( m l ，w s d l 册s f l x l a n g b p e l 4 w s d a m l s 。上述规范中，只有 d a m l s 提及了服务质量问题，其服务质量属性包含于非动能属性中，主要包括 质量级别( d e g r e e o f q u a l i t y ) 和质量保证( q u a l i t y g a r a n t e e s ) ，为服务发布者进行 自我服务定量评价提供了可行的参考。随之，许多相关研究也提出了有关评价w e b 服务质量的思想，强调服务质量的重要性。下面是几个典型的有关服务质量评价 的研究。 【2 5 】中著名学者j o r g ec a r d o s o 指导性地给出了服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 评价模型中应包括的因素，具体包括费用( c o s t ) 、时间( t i m e ) 、可靠性( r e l i a b i l i t y ) 和可信性( f i d e l i t y ) 。 2 6 中阐述了w e b 服务的规范应该包括句法( s y n t a c t i c ) 、语义( s e m a n t i c ) 和q o s ，并将时间( t i m e ) 、费用( c o s t ) 和可靠性( r e l i a b i l i t y ) 定义为描述w e b 服务质量的属性，但该文主要针对时间属性对合成服务的质量进行了较深入的研 究。 在【2 7 中，详细地描述了评价w e b 服务的q o s 应考虑的因素，包括：性能 ( p e r f o r m a n c e ) 、可靠性( r e l i a b i l i t y ) 、完整性( m t e g r i t y ) 、可访问性( a c c e s s i b i l i t y ) ， 有效性( a v a i l a b i l i t y ) 、互操作性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 和安全性( s e c u r i t y ) ，其中性 能包括吞吐量( t h r o u g h p u t ) 、等待时间( 1 a t e n c y ) 、执行时间( e x e c u t i o n ) 与事 务时间( t r a n s a c t i o nt i m e ) ，但没有深入讨论，也没有给出w e b 服务的评价模型。 浙江工业大学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 【2 8 中提出了q o s 模板的概念，q o s 模板包括费用( c o s t ) 、时间( t i m e ) 和 服务提供者( p r o v i d e r ) ，可根据用户对服务质量的需求，为消费者按需提供w e b 服务，但没有全面反映w e b 服务的服务质量。 在 2 2 1 中，讨论了基于w e b 服务的工作流程的质量模型，模型中涉及的因素 有时间( t i m e ) 、费用( c o s t ) 、可靠性( r e l i a b i l i t y ) 和可信度( f i d e l i t y ) ，并 详细地介绍了服务模型，给出了基于该模型的模拟结果与实际结果的对比情况。 该研究为工作流模型的研究提供了很好的参考，但模型中的评价因素完全针对历 史评价信息，不能客观地反映w e b 服务的当前性能。 1 3 主要研究内容 随着w e b 的迅速发展，w e b 服务的潜在提供者是整个因特网上的所有w e b 服 务提供者，可供选择的候选服务数量巨大，同时，它具有高度的自治性，而且其 应用环境也是异类的。这些特性导致了一系列问题，如w e b 服务的描述、w e b 服 务的匹配、w e b 服务的质量管理等等。文献 4 ，5 】中指出为有效地实现w e b 服务 的应用价值需要解决如下关键问题：如何发现满足需要的服务；如何选择最佳服 务等。以上问题的解决，都将为最终实现w e b 服务的商务潜能提供先进的、便利 的和可靠的技术基础。本文融合了已有服务发现策略的优势，提出了一种简单、 实用、可实现服务准确匹配的服务发现策略。基本思想：( 1 ) 所有服务基于w e b 服务本体定义，实现对服务的语义描述，保证发布的服务满足相同的描述规范； ( 2 ) 基于u d d i 规范扩展服务描述语义信息，将扩展的语义信息以t m o d e l 的形式 存储在u d d i 中心：( 3 ) 在服务匹配过程中，基于服务描述本体，应用服务匹配 度算法获得满足服务请求的w e b 服务集；( 4 ) 最后，基于w e b 服务质量模型对 得到的服务集进行筛选，以提供给服务请求者最佳的服务。为此，本文针对如下 几个关键问题展开研究： ( 1 ) w e b 服务质量( q o w s ) 的研究 针对如何从众多的功能相似的w e b 服务中根据服务质量发现最佳服务的问 题，根据w e b 服务的特点，本文在综合考虑w e b 服务质量的历史统计信息和最近 时间段的信息的基础上，提出了一个有效的w e b 服务质量( q o w s ) 评价模型。 为了实现不同服务质量的一致描述，定义了一个服务质量描述本体q o w s o 对服 务质量进行描述。最后设计并实现了一个服务质量认证管理中，t l , ( q o w s c a ) 对 服务质量进行管理。为后续的服务描述研究和服务匹配研究提供基础。 ( 2 ) w e b 服务语义描述的研究 主要研究如何定义和表示w e b 服务。服务描述旨在为服务提供者和服务请求 者提供标准的方式来描述，是服务发现的基础。基于服务发现的需求，本文在分 浙江工业大学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 析了各服务描述语言的基础上，参考w e b 服务本体论o w l s ，提出一个服务语义 描述本体s w s d 。s w s d 提供了对服务基本信息、服务功能性信息、服务质量和 其他非功能性信息的语义描述。s w s d 中不仅引入了语义信息，而且通过服务质 量认证i d 与服务质量描述q o w s o 相关联，实现对w e b 服务质量q o w s 的描述。 为了实现s w s d 服务描述的有效发布，本文利用u d d i 的数据实体t m o d e l 的特点， 通过把s w s d 服务描述和q o w s o 服务质量描述以t m o d e l 的形式注册到u d d i 中 一t l , ，实现s w s d 服务描述在u d d i 中一t l , 的使用。为更好地实现高效、准确的服务 发现提供了基础。 ( 3 ) w e b 服务语义匹配研究 根据智能化和高效性的要求，研究怎样基于语义描述和本体论对广告服务描 述与请求服务描述进行匹配。服务的匹配是服务发现的一个关键问题。目前，为 了提高服务发现过程中服务匹配的能力，许多方法都考虑有效利用本体论技术， 对服务进行语义匹配。本文在s w s d 服务描述的基础上，提出了以基于功能的 w e b 服务语义相似匹配为主，以服务质量语义筛选为辅的服务匹配模型，对其做 了详细的阐述。该匹配方法充分利用了w e b 服务中存在的潜在的语义，在服务功 能语义描述基础上，通过对服务功能的输出、输入进行语义相似匹配，很大程度 上提高了服务检索的查准率和查全率。当存在大量功能相似服务时，通过服务质 量筛选，实现最佳服务的发现。 ( 4 ) 原型系统s w s m a r c h e r 的实现 本论文最后在采用上述各部分研究内容的基础上，给出一个基于语义的w e b 服务发现原型系统s w s m a t c h e r 的实现，为本文的研究提供了效果试验条件。 1 4 本文的组织结构 本文其余内容的组织如下： 第二章主要介绍了本文中需要用到的相关技术的一些基本理论。 第三章主要针在大量功能相似的w e b 服务发现中，如何发现最佳服务的的问 题，对w e b 服务的质量评价进行研究，提出了一个客观的服务质量评价模型。为 了实现不同服务质量的一致描述，定义了一个服务质量描述本体q o w s o 对服务 质量进行描述。最后设计并实现了一个服务质量认证管理中- i l , ( q o w s c a ) 对服 务质量进行管理。 第四章主要研究w e b 服务描述问题。针对目前服务描述在内容和语义信息两 方面存在的不足，提出w e b 服务语义描述本体s w s d ，实现对w e b 服务描述的语 义清晰化，而且通过服务质量认证i d 与服务质量描述q o w s o 相关联，实现对 w e b 服务质量q o w s 的描述，是进行语义服务发现的基础。此外本章还介绍了从 浙江工业丈学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 s w s d 到u d d i 注册中心的映射机制。 第五章主要介绍服务发现中的另一个关键的问题，在s w s d 服务描述的基础 上，提出了以基于功能的w e b 服务语义相似匹配为主，以服务质量语义筛选为辅 的服务匹配模型。具体介绍了其中语义相似度的定义计算，服务语义匹配的评价 等等。使服务匹配更趋智能化，提高服务发现的能力。 第六章介绍了我们实现的基于语义的w e b 服务发现技术的一个原型系统 s w s m a t h e r 。 第七章对本文进行总结，并指出进一步的工作。 浙江工业大学硕士学位论文基于语义的w e b 服务发现研究 第二章相关技术介绍 目前因特网在信息表达和检索方面的缺陷，主要在于它的设计目的是面向用 户直接阅读和处理的，没有提供给计算机可读的语义信息，所以限制了计算机在 信息检索中自动分析处理以及进一步智能处理信息的能力。 而语义网唧1 作为一项面向因特网应用的通用技术，语义网的设计目标是为实 现因特网上的信息提供具有机器可以理解的语义信息，为解决上述因特网发展在 信息表达和检索方面存在的瓶颈问题提供了新的思路和处理手段。因此，将语义 网的相关技术应用到w e b 服务发现中，使w e b 服务的描述以一种语义清晰的方 式表达，提高服务定位的准确率，实现更高程度的智能化服务匹配。在服务发现 技术中，利用语义描述是达到该目标的有效途径。 本章主要介绍语义网和本体论技术。 2 1 语义w e b s e m a n t i cw e b 的概念是由w w w 之父t i m b e m e r s l e e 在x m l2 0 0 0 会议上 首先提出的。通过将语义信息加入w e b ，全面提升机器之间的交互能力，提高自 动化处理程度。并能用语义测试予以检测：如果你将数据交给机器机器能根据语 义做出正确的事【3 0 】。s e m a n t i cw 曲框架的层次结构【3 1 1 如图2 - 1 所示。 图2 1s e m a n t i cw e b 层次结构图 浙江工业大学硕士学位论文基于语义的w 曲服务发现研究 语义w e b 体系结构从底层到高层分别为u n i c o d e 和u r i ，x m l ， r d f ， o n t o l o g y ，l o g i c ，p r o o f 和t r u s t 。第一层是整个语义w e b 的基础，其中u n i c o d e 处理资源的编码，u 融标识资源。第二层是x m l 十n s + x m ls c h e m a ，用于表示 数据的内容和结构。第三层为r d f + ) f s ，用于描述w e b 上的资源及其类型。第 四层为o n t o l o g yv o c a b u l a r y ，用于描述各种资源之间的联系。第五层到第七层是在 下面四层的基础上进行的逻辑推理操作。语义w e b 的核心层为x m l ，r d f 和 o n t o l o g y ，它们用于表示w e b 信息的语义。 x m l 3 2 j 与r d f 【3 3 】都能为所描述的资源提供一定的语义，但在处理语义上存在 两个问题【3 4 捌：( 1 ) 同一概念有多种词汇表示；( 2 ) 同一个词有多种含义( 概念) 。 为了解决这两个问题，很自然地需要引入本体论。本体论通过对概念的严格定义 和概念与概念之间的关系来确定概念的精确含义，从而表示共同认可的、可共享 的知识。因此在语义w e b 中，本体论具有非常重要的地位，是解决语义层次上w e b 信息共享和交换的基础。 2 2o n t o l o g y 一语义理解基础 由于本体具有共享、可重用等特性，具有良好的概念层次结构以及对逻辑推 理的有效支持，并且能从语义和知识的层次上描述信息系统的概念模型，因此从 2 0 世纪9 0 年代开始，本体引起了人工智能领域的广泛关注，并且被应用到知识工 程、知识表达、自然语言处理、信息检索、信息集成以及知识管理等诸多领域。 o n t o l o g y 提供了对特定领域知识的共享、普遍的理解，无论是人还是机器之间都 能够有效地进行语义上的理解和通信，对于实现语义w e b 所需要的语义层次上的 知识共享、知识重用有巨大优势。因此在语义w e b 中，o n t o l o g y 具有非常重要的 地位，是解决语义层次上w e b 信息共享和交换的基础，成为语义网的重