（计算机软件与理论专业论文）应用集成中语义web服务匹配和发现机制的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着企业信息化的深入和计算机技术的发展，企业业务模式发生了巨大变 化，企业应用集成( e a i ，e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ) 越来越成为各个企业所 关注的焦点。w e b 服务作为一种新的分布式的计算技术，能够在i n t e r n e t 上通过标 准的x m l 协议和信息格式来发布和访问商业应用服务，有效的融合异构应用， 在多种不同平台上实现互操作，已经成为企业应用集成的主要方式。 但是，传统的w e b 服务缺乏语义信息，它主要通过关键字来查找服务，不能 以计算机可理解的方式实现业务关系、协议和业务规则的语义表示。目前，语义 网的发展为w e b 服务提供了一个契机。语义网使得网络中所有的信息都是具有语 义的，使计算机能够理解和处理。利用w e b 服务的松散耦合特性和语义w e b j l l 务 提供的语义信息，可以自动地匹配、发现和调用w e b 服务，动态生成和执行业务 流程，更好地实现企业间各应用系统的集成。 本文以医院信息化建设为背景，提出了基于语义w e b 服务的企业应用集成平 台( s w s e a i p ) 的系统架构。该系统根据对特定领域的分析，从语法和语义等角度 扩展了u d d i ，为、b 服务提供者注册、耽b 服务提供了更完整的服务描述模型， 同时提供了在企业应用集成中的从建模设计、任务分解到w e b 服务动态选取及执 行的一个完整过程。 在对s w s e a i p 进行整体框架分析的基础上，分析了传统u d d i 语义信息的不 足，提出了一个语义w e bs e r v i c e 描述模型，对传统的u d d i 做了语义扩展，设计 了o w l - s u d d i 匹配器体系结构，并创造性的提出了一个基于语义的w e b 服务匹 配算法，大大提高了w e b 服务的查找效率。最后，本文演示了医院系统中的一个 工作流程，充分说明了该算法在这个体系结构的实际应用价值。 关键词：企业应用集成( e a d ；w e b 服务；语义描述；o w l - s ；u d d i t 服 务匹配 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e ma n dt h ec o m p u t e r t e c h n o l o g y ，e a i ( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ) h a sb e c o m et h ef o c u so f e n t e r p r i s e w h e r e a sw e bs e r v i c e ，a1 1 e wd i s t r i b u t e dc o m p u t et e c h n i q u e ，b e c o m e sf i l e m a i nw a yf o ra p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o no fe n t e r p r i s e b a s e do i lt h ew i d e l y - a c c e p t e d i n t e r n e ts t a n d a r dp r o t o c o l , w e bs e r v i c ec a ne f f i c i e n t l y c o o p e r a t eh e t e r o g e n e o u s a p p l i c a t i o ns y s t e m so nd i f f e r e n tp l a t f o r m s h o w e v e r , c u r r e n tw e bs e r v i c el a c k so fe x p l i c i ts e r m m i c s i te a r lo n l yu s ek e y w o r d st os e a r c hf o rs e r v i c e s 。w e bs e r v i c e sf a i l st oe n a b l es e r m m i cr e p r e s e n t a t i o n so f b u s i n e s sr e l a t i o m ，c o n t r a c t sa n db u s i n e s sr u l e si nam a c h i n e - u n d e r s t a n d a b l ew a y a t p r e s e n t , t h ed e v e l o p m e n to fs e m a n t i cw e bp r o v i d e sac h a n c ef o rw e bs e r v i c e u s i n g s e m a n t i cw e b ，a l li n f o r m a t i o no nl h en e t w o r kh a sl h e i rs e m a n t i c s t h e r e b y , f i l e m a c h i n ec a l lu n d e r s t a n da n dd e a lw i t ht h ei n f o r m a t i o r tc o n j o i n i n gt h ec h a r a c t e ro f l o o s ec o u p l eo fw e bs e r v i c e sw i t ht h es e m a m i ci n f o r m a t i o np r o v i d e db ys e m a n t i cw e b ， w ec a nm a t c h , f i n d , i n v o l v ew e bs e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y , s oa st ob u i l da n de x e c u t e b u s i n e s sp r o c e s sd y n a m i c a l l y a sar e s u l t , w ec a ni n t e g r a t e ( h ea p p l i c a t i o ns y s t e m s f r o md i f f e r e n te n t e r p r i s e sb e t t e r t h ep a p e rt a k e sf i l eb u i l di n go fh o s p i t a li n f o r m a t i o na sb a c k g r o u n da n dp r e s e n t s s y s t e ma r c h i t e c t u r eo fs e m a m i cw e bs e r v i c e - b a s e de n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n p l a t f o r m ( s w s e a i p ) t h es y s t e mb a s e do ns o m eg i v e nf i e l de x t e n du d d if r o mt h e a n g l eo fs y n t a xa n ds e m a m i c ，i no r d e rt op r o v i d ear f l o r ec o m p l e t ed e s c r i p t i o no fw e b s e r v i c e sf o rp r o v i d e r so fw e bs e r v i c e s a n dt h es y s t e mp r o v i d e sl h ew h o l ep r o c e s s f r o mm o d e l i n ga n dt a s kd e c o m p o s i t i o nt oc h o o s i n gt h es e r v i c e sd y n a m i c a l l ya n d e x e c u t i n gt h e m b a s e do nt h ew h o l es y s t e mf r a m e w o r k ，w ep o i n to u tt h el a c k so fs e m a n t i c so f t r a d i t i o n a lu d d i ，p r e s e n tt h ed e s c r i p t i o nm o d e lo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e ，e x t e n dt h e t r a d i t i o n alu d d ii nt e r m so fs e m a n t i c sa n db r i n gf o r w a r da no w l - s u d d i r m t c h r m k e rf r a m e w o r ka n dp r o p o s eas e m a n t i c - b a s e dw e bs e r v i c es e l e c t i o nm e t h o d 山东大学硕士学位论文 w i t hh i g he f f e c t i v i t y f i n a l 矽, t h ep a p e rd e m o n s t r a t e sa no p e r a t i o nf l o wo ft h eh o s p i t a l t e s t i f i e st h es e l e c t i o nm e t h o d sa p p l i c a t i o nv a l u ei np r a c t i c eo f t h es y s t e m k e y w o r d e ：e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ( r a t i ) ；w e bs e r v i c e ；s e m a n t i c d e s c r i p t i o n ；o w l - s ；u d d i ；w e bs e r v i c em a t c h m a k i n g i i i 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，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 包含任何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：生量选丛 日期： 21 1 1 ：堡兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或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；本人授权山东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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：上量遂玉羔导师 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着计算机硬件和软件的发展，企业的信息化程度越来越高。企业使用的软 件越来越多，也越来越复杂，但是这些应用往往都是独立的实现企业的具体目的， 应用系统之间缺乏必要的通信和信息共享，这种传统系统的分离结构越来越不能 满足企业信息化管理的要求【- ，2 】。在医疗应用领域这个问题尤其突出，医疗机构 的应用集成不仅涉及到医院内部业务系统如信息管理系统( h i s ) 、检验信息系统 ( u s ) 、影响检查系统0 r i s ，p a c s ) 等，而且涉及到外部系统如银行、医保、其他医 疗系统等。这些系统经常是异构的、自主的和分布式的。由许多问题需要解决， 主要集中在以下方面： ( 1 ) 医疗机构中各子系统使用的数据格式千差外别，要想达到互联，必须解决不 同系统间的数据一致性问题。 ( 2 ) 医疗机构中多种系统并存，各系统部署的平台和采用的通信协议都有一定的 差异，这就要求应用集成中的个系统要遵循统一的信息标准。 ( 3 ) 医疗机构中为了满足业务需求经常会引入新的系统，为了和已有的系统兼容， 通常需要开发大量的接口实现系统间的互联，导致维护成本大大提高，难于 扩展。 ( 4 ) 医疗机构中的业务流程经常发生变更，只有对流程实现监控，才能使维护人 员更加清楚整个流程的运转过程以及工作流的执行状态。 ( 5 ) 医疗机构中，不同的信息源在语法和语义上还存在不兼容的现象。 企业应用集戎t 3 1 ( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，e a i ) 的提出为解决这些问 题提供了一种全新的战略企业解决方案，能融合企业的遗留应用，能够让企业利 用现有的信息资源来快速提供新的产品和服务，增进与客户、供应商和其他相关 利益集团的联系。关于e a i 的较为全面的定义是：企业应用集成能够将企业的 业务流程、应用软件、硬件和各种标准联合起来，在两个或更多的企业应用之间 实现无缝集成，使它们像一个整体或一个系统一样处理企业业务过程 4 1 。企业应 用集成还包括企业与企业之间的应用系统的集成，以实现企业与企业之间信息交 山东大学硕士学位论文 换、商务协同和跨企业的业务流程集成。 企业应用集成是一个涉及中间件、工作流、数据库、电子商务以及企业流程 再造、现代化管理等多种内容的综合技术，涉及面广，技术复杂。传统的点到点 的企业应用集成主要建立在分布式对象的基础上。典型的分布式对象模型有：微 软( m i c r o s o f t ) 分布式组件对象模型( d c o m ) t s l 、对象管理集团( o m g ) 的公用对象 请求代理程序体系结构( c o r b a ) 6 和s u n 的企业j a v ab e a n ( e j b ) m 。这些系统各 有一套独立的体系结构和私有协议，而且要求客户端和服务端必须紧密耦合，不 适用于异构的i n t e r n e f f i n t r a n e t 环境。于是近来提出了一种新的面向服务的体系结 构w e b 服务。 w e b 服务是一种分布式的计算技术，在i n t e r n e t i n t r a n e t 上通过标准的x m l 协议和信息格式来发布和访问商业应用服务，能够快速地开发、发现、发布和动 态地绑定应用服务。通过开放的i n t e r n e t 标准，w e b 服务描述语言统一描述 ( w s d l ，用于服务描述) t 8 1 、发现和集成规范( u d d i ，用于服务的发布和集j 蜘 9 1 、 简单对象访问协议( s o a p ，用于服务调用) t l o i 并aw e b 服务流语言( w s f l ，用来定 义工作流) 1 1 1 1 ，w e b 服务消除了传统解决方案( 如c o r b a 和d c o m ) 中的互用性 问题眩1 3 】。当w e b 服务的接口发生改变的时候，w e b 服务的使用者可以通过到 u d d i 中自动重新查找、绑定而适应这种改变。因此可以实现动态的集成，满足 企业间的应用集成需求，使得分散于因特网的w e b 服务可以互相调用来协同完 成商务活动。 但是，传统的w e b 服务缺乏语义，它只能通过关键字来查找服务。在医疗应 用集成过程中，不同的信息源在语法和语义上还存在不兼容的现象。为了更好的 实现它们之间信息的共享和互操作，必须通过语义集成。而本体作为一种能在语 义和知识层次上描述信息系统的概念模型建模工具，很适合于描述异构的、分布 式环境下的信息资源。目前，语义网( s e n l a i l t i cw e b ) 1 4 的发展为w e b 服务提供了 一个契机。语义网使得网络中所有的信息都是具有语义的，使计算机能够理解和 处理。它基于x m l t l s l 和o o w l s 【l6 ，1 7 】的基础上构建本体和逻辑推理规则， 实现基于语义的知识表示和推理，从而能够为计算机所理解和处理。利用w 由 服务的独立于具体应用的松散耦合特性和语义w e b 服务提供的语义信息，可以 自动地匹配、发现和调用w e b 服务，动态生成和执行业务流程，更好地实现企 2 山东大学硕士学位论文 业间各应用系统的集成。 1 2 国内外的研究现状 目前异构系统之间的信息交换和集成已经引起业界的高度重视，并成为企业 应用集成( e a d 研究领域的一个热点课题，x m l 、w e bs e r v i c c e 、工作流以及中间 件等许多技术已经在处理异构系统的集成问题上发挥了极大的作用。在医疗应用 领域也制定了h l 7 等标准来规范系统间的信息交互，大大促进了医疗信息系统 间的集成。h l 7 即医疗第七层( h e a l t hl e v e ls e v e n ) 协议，规定了系统之间交换的医 疗信息的字符数据格式，它的应用领域涉及病房和病人信息管理、化验系统、药 房系统、放射科系统、收费管理等各个方面。基于h l 7 标准开发的医疗信息系 统具有极好的开放性，系统不需要知道异构的其他系统的技术细节，就能通过标 准接口与其他系统进行数据交换，而不必再与其他系统的原始开发商进行协商。 对于医疗领域的应用集成，国外的学术界和产业界已经做了大量的工作，但由于 国内没有相关的标准和规范，h l 7 等标准在中国的应用和实施还刚刚起步，因此 国内众多医院信息系统厂商的产品系统间交互的接口标准也不统一，各家采用自 己的方式进行系统直连，使整个医院系统的灵活性和可扩展性大大降低。虽然有 些厂商利用中间件或其它技术实现了简单的、有限的医疗集成，但对于诸如医疗 应用集成的标准、技术实现方式、业务流程的配置和管理、对遗留系统的集成等 关键问题，还缺乏深入的探讨和研究，至今也难以形成较为理想的解决方案。 当前，以x m l 和w e b 服务技术为基础的应用集成是主流的企业应用集成方 式。这些技术使得应用集成跨越了平台的限制，统一了数据的语法表示，实现了 系统的松散耦合。并且，工作流技术1 1 5 】也与w e b 服务相结合，流程中的抽象活 动由w e b 服务具体实现，通过服务的组合，实现流程的定制和自动化的调度执 行。虽然这些支撑技术特别是w e b 服务技术为企业应用集成提供了强大的支持， 但是他们还存在一个重要的问题，即单纯的w e b 服务缺乏语义，导致了交互系 统之间语义信息的缺失，在一定程度上降低了系统间的松散耦合性，并导致系统 交互的自动化程度不高。 自从t i mb e r n e r s l e e 于2 0 0 0 年1 2 月在x m l 2 0 0 0 会议上，提出语义网的概 念以来，国内外从理论上和实践上都对此进行了广泛的深入的研究。结合语义网 山东大学硕士学位论文 的研究成果，使用本体对w e b 服务进行描述，形成语义w e b 服务。目前语义 w e b 技术的主要研究成果是o w l , s 0 7 】。o w l - s 是一组服务本体，它建立了一个 w e b 服务的语义描述框架，o w l - s 和当前的w e b 服务标准u d d i 、w s d l 等结 合可以更好支持语义w e b 服务，如图所示： u d d i i 服务发现 i o w l - sp r o c e s s 厂1 琢蕊磊_ o w l sp r o c e s s o w l - sp r o f i l e & u d d i o w l - sp r o f i l e & w s d l k q m l ，a c l s o a p h t t p ，f t p ，e m a i l 等 图1 - l 语义w e b 的体系结构 o w l - s 将w e b 服务看成是人工智能( 趟) 【1 8 】中的行为( a c t i o n ) ，用参数、前提和结 果等来描述服务，可以比较自然地映射为行为的形式化描述，这使得服务的组合 问题可以利用a i 中的方法来解决。同时，它们也是从a g e n t 1 9 的角度出发来建 模的，服务可以当成是a g e n t 的行为，这样可以充分利用a g e n t 的自治性、主动 性和推理性等特性。 目前，国外对语义w e b 服务的研究大多集中在自动发现、匹配、组装和执行 等几个方面 2 0 , 2 1 , 2 2 , 冽。【2 0 将分布式的服务组织成一个p 2 p 网络，并对服务进行 语义描述，在p 2 p 网络上对服务请求进行基于内容的路由，发现和调用服务。【2 l 】 介绍了如何利用o w i ，s 语义描述对传统的w e b 服务发布机制u d d i 进行语义扩 充，以支持对语义w e b 服务的操作。【2 2 】和【2 3 】分别介绍了如何利用已经建立起 来的o w l s 服务本体，实现基于语义的w e b 服务发现、匹配和组合。另外，在 相关的研究项目中，s t a n f o r d 大学的知识系统研究室提出了一种基于d a m l - s ( o w l - s 的前身) 和a g e n t 的服务自动组合技术【2 4 】；t h es e r m n t i cw e ba n dp e e r - 幻p e e r p r o j e c t ( s w a p ) 项目【2 5 提出了一种基于语义网的p 2 p 结构的知识管理系 统。 国内针对语义w e b 服务的研究也已经进行，许多高校和科研院所都开始了对 4 山东大学硕士学位论文 语义w e b 的研究并取得了一些成果。文献 2 6 1 从图书服务实例出发，在3 个层次 上分析了o n t o l o g y 的开发思路和方法，着重就基于r d f s 的简单o n t o l o g y 开发， 基于o w l 的有复杂语义信息的o n t o l o g y 设计，以及为w e b 服务增加语义功能 的d a m l - s 规范的分析应用等方面做了有益的探讨。【2 7 禾f j 用d a m l - s 提出了 一个支持动态应用集成的w e b 服务的语义描述框架。 2 8 】设计了基于语义的w e b 服务社区查找方法。 目前针对语义w e b 服务的研究大多是针对i n t e r n e t 等分布式环境下单纯的面 向任务的服务请求处理、w e b 信息集成等问题，还很少见到针对e a i 领域的相 关研究，没有形成较为完善的解决方案。i n t e m e t 环境中服务的应用方式大多为 人机交互方式，如基于语义的数据查询、b 2 c 的电子商务等，由于e a i 环境中 服务是由相应的应用系统提供的，因此，服务的执行过程不仅仅是在中间件层上 的简单的消息流转，还涉及到底层的数据管理，这也需要准确而丰富的语义信息 的支持。特别是在服务的组合过程中，目前的研究大多数是仅仅基于服务的分类 信息、输入输出信息进行服务的匹配，而没有考虑到服务的操作可能对数据状态 所造成的影响以及服务事务的问题。 1 3 研究内容及主要工作 基于以上的分析，在“医院应用集成平台一项目的基础上，整合w e b 服务、 本体以及工作流等技术，建立领域资源语义模型和服务语义模型，研究建立了基 于语义w e b 服务的企业应用集成平台s w s e a i p ( s e r m n t i cw e bs e r v i c e b a s e d e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o np l a t f o r m ) 。该平台主要由以下几大部分组成：语 义w e b 服务注册中心，它建立了一套完整的w e b 服务表示模型，实现了w e b 服 务的注册，基于语义的查找等功能；w e b 服务发现和匹配子系统，它根据w e b 服务组合模型文档提取用户约束，向u d d i 发出查询请求，并根据具体的w 曲 服务组合流程从查询结果中按一定规则动态选取最佳的w e b 服务，形成 b p e i a w s 文档以供执行；w e b 服务组合执行引擎子系统，对w e b 服务发现和匹 配子系统形成的b p e i a w s 文档解析，同时进行串行化，形成执行队列；服务请 求和调用子系统，接收服务请求并进行解析，根据服务匹配，按顺序调度执行每 步操作并返回结果。 5 山东大学硕士学位论文 本文主要对语义w e b 服务企业应用集成系统中的语义w e b 服务注册中心以 及语义匹配算法进行了研究，其中的主要工作如下： ( 1 ) 提出了基于语义w e b 服务的应用集成平台的逻辑框架。它由语义管理模 块、服务匹配模块、服务注册中心和流程执行模块组成。 ( 2 ) 通过在公共u d d i 的基础上加入语义等描述信息，根据领域本体和w e b 服务本体相关内容扩展u d d i ，建立w e b 服务表示模型，以此来实现w e b 服务 注册的完整性以及基于语义的查找等功能。 ( 3 ) 设计和实现了一种高效的基于语义的w e b 服务匹配算法，并对算法的试 验结果进行了分析和研究。 本文的成果如下： 提出了应用语义w e b 技术进行基于语义的应用集成平台的系统模型： 对传统u d d i 进行了改进，提出了支持语义信息的o w l s u d d i 匹配器体 系结构，能够进行o w i 广s 到u d d i 的映射； 语义w e b 服务注册中心支持在w e b 服务发现过程中的基于能力的w e b 服 务匹配。 提出了一个高效的基于语义的w e b 服务匹配算法，大大提高了w e b 服务 匹配的查准率和查全率。 1 4 本文组织结构 本文的内容分为六章。 第一章是绪论部分，主要介绍了基于语义w e b 服务的企业应用集成研究的必 要性和目前的研究状况；提出了研究的主要问题和本文的主要工作；最后说明论 文的整体结构。 第二章概述了基于语义w e b 服务的企业应用集成平台的总体设计框架，并对 各组成部分进行了介绍。 第三章描述了语义w e b 服务的描述模型；并在其基础上将o w l - s 嵌入 u d d i ，为w e b 服务提供了基于能力的查询。 第四章提出了一个基于语义的w e b 服务匹配算法，并对该算法在应用过程中 的服务发布和服务发现过程进行了详细的描述。 6 山东大学硕士学位论文 詈曼量暑毫! 曼! 曼詈詈鲁詈鼍! 皇! 量鲁詈蔓! ! 鼍詈鲁曼! ! ! 皂曼皇量! 皇! 毫暑。一l一一 一。i i i i ! ! 鼍暑曼毫曼! 量! ! 曼皇暑詈 第五章对w e b 服务匹配算法进行了查准率和查全率分析。给出了系统的应用 实例并对系统应用的优越性进行了分析。 第六章为全文的结束语。总结了本文的主要贡献和不足，并讨论了可以进一 步研究的方向和问题。 7 山东大学硕士学位论文 第2 章基于语义w e b 服务的应用集成平台 2 1s w s e a i p 的体系结构 基于语义w e b 服务的应用集成平台框架( s e m a n t i cw e bs e r v i c e b a s e d e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o np l a t f o r m ，s w s e a i p l 的体系结构可以以分层的方 式进行构建，从上到下依次为：组合服务实例描述层，业务过程的描述层，服务 的语义描述层，服务的接口描述层，s o a p 消息层和网络传输层。其中，中间三 层是语义描述层，有个代表集成领域本体语义的语义资源层对这三层提供语义 支持。如图2 - 1 所示： 一一 ：客，o 渊用代艘i 牡余厦务蜜例搦述屡i 嵩剿湃联徊帆， - - _ - - _ _ - _ f ；v 聊，脚l 基j tl fil 服务诱义摧l 述屡l 勰务缓il 描述曩 i x m l 消息泌 孵络抟翰屡 图2 - 1s w s e a p 的层次模型 组合服务实倒掘l 述层w e b 服务分布在不同的系统和组织中，将这些不同分 布的w e b 服务组合在一起完成一定的功能，需要有一种描述来将它们联系在一 起，以便能够集中控制组合服务的运行，本文采用目前比较流行的w e b 服务商业 过程执行语言( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e s ，b p e i a w s ) 来描述组合服务实例，并利用b p e i a w s 的执行引擎a c t i v e b p e l 来控制组合服务 实例的执行。 语义资源层为了更好的描述集成领域内的概念和概念之间的关系，使得计 算机可以理解概念，并能够通过推理知道概念彼此之间的联系，模型在这里加入 了一个语义资源层。这一层由o 描述的本体构成，对领域内的概念进行抽象 化描述，从业务过程的描述层往下，一直到服务接口描述层都需要本层的语义支 持。 业务过程描述层这一层描述为解决用户的一个复杂需求所要涉及到的活 动以及活动间的关系，也就是对组合服务的抽象化的描述，也是层次模型中抽象 8 山东大学硕士学位论文 程度最高的一层。这一层通过制定组合服务方案来“指导”系统如何将抽象的活动 影射到具体的服务，组合服务方案的描述是这一层的核心内容。 服务语义描述层w e b 服务要使得系统根据抽象活动的信息自动的被发现， 其自身的描述信息必须能够被计算机所理解。这一层主要有o w l - s 构成，o w l s 是一种基于本体的w 曲服务描述语言，它能从服务的质量、分类、输入、输出、 前置条件和结果影响等方面对服务进行描述，使w e b 服务从没有语义的服务成为 具有语义的语义w 由服务。服务的语义信息同样需要语义资源层本体的支持，以 便服务的发现和匹配能够通过对本体的推理被发现。 服务接口描述层w 曲服务不但要被发现和匹配，最重要的还是能够被调 用，这一层主要由w 由服务的w s d l 构成，描述了w e b 的接口和位置信息。w s d l 是w e b n 艮务的说明语言，以标准的w e b 服务接口语法，使得分布在不同地方、不 同系统和不同类型的服务之间可以相互交互。组合实例的描述和调用机制都是基 于w e b 的w s d l 语法。同时o w l - s 和w s d l 都在不同程度上描述了w e b 服务的位 置信息，所以o w l - s 也有一部分包含在这一层，因为有o w i _ , - s ，这一层依然需 要语义资源层的支持。 消息层和传输层为了实现s o a p 消息与基于j 2 e e 的组件和消息交换应用程 序通信，采用了基于j m s 的s o a p 消息交换机制。这样就可以启用基于s o a p 的异 步消息交换，并使s o a p 消息可使用j m s 提供程序实现可靠的和受保护的消息传 递。 上述模型描述了w e b 服务组合的整个层次结构，其中，服务的语义描述层、 业务过程的描述层和组合服务实例的描述层是本模型对传统w e b 服务所做的语 义扩展，服务的语义描述决定了业务过程中抽象活动的描述，业务过程的描述又 决定了组合服务实例的生成，它们构成了w e b 服务组合的主体。 2 2s w s e 甜p 总体结构 s w s e a i p 框架的体系结构如图2 2 所示，其基本结构是一个基于w e b s e r v i c e 的整合了消息代理和流程服务的集成中间件，但是进行了重要的语义扩 充。应用系统通过接口封装，成为w e bs e r v i c e ，并经过语义描述，在框架中注 册发布，使得框架本省成为一个具有扩展语义注册中心。各应用服务( 应用系统 9 山东大学硕士学位论文 封装而成) 根据应用场合的不同，可以分别充任服务请求者或者服务提供者，而 s w s e a i p 则作为服务中介，负责服务的发现、基于内容的消息路由以及业务流 程的整合等工作，从而使应用系统保持各自得独立性和自主性，同时增强业务流 程的灵活性。 癍嗣系统a 应用集成罕台s w s e a i p (3 仔舞分辩 团i ，、 搬务匹配 f 擎 瑕务 夔釜 藤务烈台 。馥程蜜 l 痒 评罄 夔务漉程模块 阻务匹配援蔹 庭周j i - - 卜。 l r “ 瓢c 广 ：i 屡务讶 朋务调用童1 = 理； - - - - - - - 吲求鲵理中心协调摸块 逝程爱辇 磐 垤翻系缓、 飞躺封装 ，7 ll ， ， ，1 暖务镬诲攒竣 c 丰体鬯理上鼠爱务定义工氛 鼷务往蹭摸援 一 脬务诱义魄辩p j f a 卜一 援块 、- 、，、一， 控麓拜魏 l2 n n t 资籀奉镕服务衣供谶务迩踅库 驻务i 芏珊审如语义管瑾模坡 图2 - 2s w s e a i p 框架的体系结构 2 3s w s e a i p 各部分组成 s w s e a i p 的主要组成部分包括如下几大模块：中心协调模块、服务注册模 块、服务匹配模块、业务流程模块以及语义管理模块，此外，还提供了相应的工 具。 中心协调梗i 陕 中心协调模块是整个s w s e a i p 平台的核心控制和协调调度模块，也是平台 的对外接口。它的主要功能包括三个部分： 服务请求代理：相当于一个消息服务器的作用。对外封装成集成平台提 供给应用 1 0 、凌襞 一睬叫丁上孽磊一了商 山东大学硕士学位论文 系统的公共服务，主要实现消息的存储和管理，是平台接收服务请求的 入口。它接收服务请求，并进行服务请求的解析，将相关信息提交给平 台其它模块进行下一步处理； 服务调用代理：主要由流程执行引擎构成，是平台对外调用服务的出口， 用来控制 平台生成的可执行流程的运行，并返回结果到服务请求代理； 控制和调度：协调和调度平台的其它各模块共同完成一个服务请求过程。 服务注册中心 s w s e a i p 的服务注册中心由一个本地的u d d i 注册中心和若干工作模块组 成，实现应用系统服务的注册、查询和语义影射工作。 为了实现兼容性，s w s e a i p 的服务注册是在传统的w e bs e r v i c e 注册机制 u d d i 的基础上实现的，并对u d d i 进行了语义扩充，除了保持原u d d i 基于名 字的服务查询和发现功能外，还扩展了基于内容( 语义) 的服务发现和评估功能( 与 服务匹配模块相配合) 。 经过接口封装的各应用系统服务，除了在u d d i 进行正常注册之外，还使用 o w l s 对其进行语义描述，并建立u i ) d i 与o w l s 服务描述之间的语义映射， 以支持两种不同类型的服务发现机制。 服务匹配模块 匹配引擎：根据服务请求内容，对服务注册中心的服务进行语义匹配，并返 回最优的服务； 服务质量评估：根据服务匹配和运行的情况对服务进行评估，评估的结果作 为注册信息的一部分追加到服务注册信息中，作为今后服务匹配的选择的参考因 素。通常存在多个同类的服务均能满足需求，但是各个服务的服务质量( q o s ) 却 不相同。同时由于网络条件的限制，w e b 服务存在很大的不确定性；而且服务提 供商提供的服务的描述，可能跟实际的服务存在出入。因此需要建立服务评估机 制，评估服务的质量，作为选择服务的参考。 业务流程模块 当一个服务请求需要一个复杂业务过程才能够完成时，首先该服务请求会进 行分解，分解为基本服务请求，每个基本服务请求都要经过服务的匹配过程，最 山东大学硕士学位论文 后，所有匹配的服务按照业务定义中定义的逻辑顺序进行服务组合，形成可执行 的流程实例，最后解释执行。 语义管理模块 该模块是平台语义信息的管理模块，领域本体和服务本体( o w l - s 描述文档) 的管理与访问都要通过该模块进行；另外，复杂业务的定义存储也通过该模块进 行。该模块包括两个组成部分：本体管理工具和规则定义工具。 本体管理工具：本体管理工具的作用是提供方便的、人性化的界面，供领域 专家定义和修改本体。领域本体是在领域专家和软件专家的共同努力下建立起来 的，它描述了领域中的各个概念，以及概念之间的关系、概念之间存在的规则等。 设计好的本体存放在本体库中。本体管理工具还可以根据对平台的监控结果，提 示专家调整本体。 规则定义工具：规则是平台其他部分的推理基础。规则定义工具的作用就是 为领域专家提供方便的工具，定义和修改规则。规则定义工具还应该提供检查规 则合法性和正确性的功能。 本体管理工具和规则定义工具借鉴了本体定义工具p r o t 6 9 6 1 2 9 1 ，使用p r o t 6 9 6 定义基础的领域本体和规则，然后在此基础上使用平台的工具进行修改。 2 4s w s e 舭p 的流程 下面本文简单介绍一下s w s e a i p 是如何运行的。s w s e a i p 的使用者分为： 领域专家、应用系统，下面按照使用者的不同分别介绍。 ( 1 ) 领域专家定义本体和规则 平台邀请医疗领域的专家，在软件专家的配合下使用本体定义工具定义领域 本体，使用规则定义工具定义规则。专家还会根据实际的运行情况，调整领域本 体和规则。 ( 2 ) 应用系统注册自己的服务 应用系统将自己的接口通过应用系统接口包装封装成w e b 服务，在语义w e b 服务注册中心进行注册。服务的注册信息就像是服务的广告，所以填写的越详细， 被选中的几率就越大。填写完毕的服务注册信息，存放到服务注册中心。 有些服务的属性不是通过服务商填写的，而是通过服务评估系统根据服务的 山东大学硕士学位论文 运行情况评估得到的。这些属性作为每个服务的分数，会影响到服务的选择。服 务提供商也可以通过注册中心分析自己的服务的使用情况，调整自己的注册信 息。 ( 3 ) 平台根据应用系统的请求执行业务 应用系统需要执行跨平台的业务时，首先向服务请求代理提交服务请求，服 务请求代理进行请求的解析。如果是复杂任务，则交给任务分解模块进行任务的 分解，然后交由匹配引擎，若是简单任务则直接交由匹配引擎进行服务的发现和 匹配。匹配引擎利用资源本体进行请求的分析，然后由语义w e b 服务注册中心 的服务查询模块进行服务的搜索，返回结果。 服务调用代理根据规则库中业务规则的定义，调用服务组合模块进行w e b 服务的组合，形成真实的业务流程。由w e b 服务调度器调用执行。执行完毕后， 由服务调用代理向服务请求者返回执行结果。 1 3 山东大学硕士学位论文 第3 章语义w e b 服务描述模型 面向业务的应用集成的基础是业务系统之间的有效交互，具体到s o a 体系 结构中，系统之间的实际交互过程就是服务请求的提出和得到满足的过程，因此， 建立一个良好的应用系统服务的发现和匹配机制，就成为基于w 由s e r v i c e 的应 用集成的重要研究内容。 在s w s e a i p 框架中，服务发现和匹配机制是其中的一个关键模块。本章在 深入分析传统的w e bs e r v i c e 发现机制所存在的问题的基础上，提出了一种新的 语义w e b 服务描述模型。 3 1 传统的w e bs e r v i c e 发现机制存在的问题 作为w e bs e r v i c e 技术的关键之一，服务发现对实现w e bs e r v i c e 至关重要。 如前所述，给予w e b 的商务应用为客户提供了不同类型的w 曲s e r v i c e ，服务发 现是以某种方式在这些w e bs e r v i c e 中找到其想要的服务，w e bs e r v i c e 发现是 w 曲s e r v i c e 系统架构中的一个重要部分，u d d i 是其中一种解决方案。而传统的 服务发现技术是通过服务句柄的精确匹配实现的，不能较好的支持基于概率和语 义约束的模糊匹配，使得服务执行的整个过程受到影响，而且予以冲突问题( 对 于统一服务在不同站点上实现了不同接口) 也没有可行的解决方案。传统的服务 发现机制的不足之处如下 3 0 , 3 1 ，3 2 1 ： ( 1 ) u d d i 服务注册结构不提供服务功能性的描述即语义信息。u d d i 对 服务的描述主要是w s d l 文档，而w s d l 语言只能描述w e bs e r v i c e 的技术和语法方面，不支持非功能性的语义描述信息，因而不能提供 对服务的正确集成也很重要的附加信息，如服务计费、区域等约束： w s d l 也不能描述服务组合场景；另一方面，服务请求者的需求也不 能很好的在w s d l 文档中描述出来，这种方式只支持简单的面向技 术细节的关键字比较； ( 2 ) 服务发现时的匹配过程是基于框架的关键字匹配。在服务注册条目 中，u d d i 对比某些字段的关键字的匹配性，如服务名、标志符、分 类符等，采用这种基本的服务过滤得到结果集。服务分类是唯一带来 1 4 山东大学硕士学位论文 一定语义信息的字段，可以确定服务的行业、产品类目、地理位置等， 但是具有很大的随意性和不确定性，因为分类不是强制的也没有相应 的规范； 没有内在的对服务的自动发现和组合的支持。服务发现请求可以在设 计时查询u d d i 获取相关服务，从而支持早期( 静态) 服务绑定；也可 以运行时通过a p i 查询服务的可用性并动态选择和集成感兴趣的服 务。u