（计算机应用技术专业论文）基于语义的web服务发现研究(3).pdf

摘要 摘要 近年来，随着w e b 服务技术的迅猛发展，w e b 正在由可浏览的信息资源的集合发 展成为可以进行互操作的w e b 服务的集合。基于w e b 的商务应用为客户提供了不同类 型的w e b 服务，进行w e b 服务互操作的关键是首先发现合适的w e b 服务，即利用服务 匹配引擎将服务请求者的描述与服务提供者的描述进行匹配来寻找满足要求的服务。因 此，服务发现在w e b 服务的实现过程中占有举足轻重的地位。 现有的比较成熟的w e b 服务发现技术是基于u d d i 框架的服务匹配，但由于u d d i 缺乏语义信息的支持，仅提供服务的基本描述和基于框架的匹配机制，使得服务匹配仅 是基于关键词和语法的匹配，这种服务匹配既不能区别语法不同但语义相同的信息，也 不能区别语法相同但语义不同的信息，不能够提供基于服务功能的语义匹配。这显然不 能满足w e b 服务自动发现和组合的要求。 语义w e b 技术的出现使我们能够以明确的、机器可理解的语言来描述w e b 服务， 使得w e b 服务成为计算机可以理解的实体，这启发我们将w e b 服务的匹配问题转换为 基于语义的推理过程，从而可以利用知识管理领域的成果有效的进行w e b 服务匹配， 从而支持服务的自动发现、执行和组合等。目前，语义w e b 的研究有了很大进展，实 现语义w e b 的基本语言如r d f 和o w l 等目前己成为w 3 c 推荐标准，而面向w e b 服 务的本体语言如d a m l s ，o w l s 则从本体的角度对w e b 服务进行了语义描述，使得 基于服务功能的语义匹配成为可能。 本文在把语义w e b 和w e b 服务技术结合的基础上，设计出基于语义的w e b 服务自 动发现模型，该模型包含了w e b 服务的注册及管理、w e b 服务的发现、w e b 服务的测 试执行等功能。利用o w l s 语言对发布服务和请求服务的功能进行描述，采用分步过 滤匹配算法，先通过c a t e g o r yf i l t e r 、i of i l t e r 两个过滤器进行语义过滤筛选再进行语 义相似度、功能相似度计算，最终将基于关键字的服务匹配变为基于w e b 服务功能的 语义匹配，大大提高了服务匹配的精确度。w e b 服务的测试执行功能也给用户的使用提 供了极大的方便。 关键词w e b 服务；o w l s ：本体；服务匹配 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h eg r o w i n gn u m b e ro fw e bs e r v i c e s ，t h ew e bi sm o v i n gf r o mb e i n gac o l l e c t i o no f p a g e st o w a r dac o l l e c t i o no fs e r v i c e st h a ti n t e r o p e r a t et h r o u g ht h ei n t e m e t t h ew e bp r o v i d e a l lk i n d so fw e bs e r v i c e af u n d a m e n t a ls t e pt o w a r dt h i s i n t e r o p e r a t i o ni st h ea b i l i t yo f l o c a t i n gs e r v i c e s t h i sn e e d sm a t c h i n ge n g i n et of i n ds e r v i c e st h a ts a t i s f yr e q u e s t m a t c h i n g i sv e r yi m p o r t a n ti nw e bs e r v i c e s c u r r e n tm a t c h i n gt e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e si sb a s e do nu d d i ，w h i c hd o e sn o tm a k e a n yu s eo fs e m a n t i ci n f o r m a t i o n , t h em a t c h i n gi sb a s e do nk e yw o r d sa n ds y n t a c t i c ，i tc a nn o t d i s t i n g u i s ht h ei n f o r m a t i o n 研t ht h es a m es y n t a c t i ca n dd i f f e r e n ts e m a n t i c i ta l s oc a nn o t d i s t i n g u i s ht h ei n f o r m a t i o nw i t ht h es a m es e m a n t i ca n dd i f f e r e n t i ts y n t a c t i c s oi td o e sn o t m a t c ht h er e q u e s tw i t ht h ec a p a b i l i t i e s s oi to b v i o u s l yd o n tf u l f i l lt h er e q u i r e m e n t sf o rt h e a u t o m a t i cd i s c o v e r ya n dc o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e t h es e m a n t i cw e bm a r k u pl a n g u a g ec a nb eu s e dt od e s c r i b et h es e m a n t i c so fw e b s e r v i c e sa n dm a k et h e mc o m p u t e r - i n t e r p r e t a b l ee n t i t i e s ，s oa st oe n a b l ep r o g r a m so ra g e n t st o l o c a t e ，m a t c h i n ga n dc o m p o s ew e bs e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y t h u st h ep r o b l e mo fw e bs e r v i c e d i s c o v e r yc a r lb et r a n s f o r m e di n t ot h es e m a n t i cb a s e dr e a s o n i n gp r o c e s s ，a n dt h e nw ec a l l e x p l o i tt h ea d v a n t a g e so ft h ek m d o m a i n t h es e m a n t i cb a s e dd i s c o v e r yd i r e c t l ys u p p o r t st h e a u t o m a t e dc o m p o s i t i o no fw e bs e r v i c e t h eb a s es e m a n t i cw e bl a n g u a g e sr d fa n do w lh a s b e c o m et h er e c o m m e n d a t i o no fw 3 c ；o t h e rw e bs e r v i c e - o r i e n t e dl a n g u a g e ss u c ha sd a m l - s ， o w l st r yt od e s c r i b ew e bs e r v i c e ss e m a n t i c sf r o mo n t o l o g yp e r s p e c t i v e s oi ti sp o s s i b l et o m a t c h i n gs e r v i c eb a s e do ni t sc a p a b i l i t i e s w e p r e s e n t sas e m a n t i cb a s e dw e b s e r v i c ed i s c o v e r yf r a m e w o r kb a s e do nt h es e m a n t i c w e ba n dw e bs e r v i c e s t h ef r a m e w o r ki n c l u d ew e bs e r v i c er 6 9 i s t e ra n dm a n a g e m e n t ，w e b s e r v i c ed i s c o v e r y , w e bs e r v i c et e s te x e c u t o r w ea d o p to w l st od e s c r i b et h er e g i s t e dw e b s e r v i c ea n dr e q u e s tw e bs e r v i c e w eu s e s t e p p e df i l t e r a b s t r a c t m a t c h i n ga l g o r i t h m ，f i r s t l y , g ot h r o u g hc a t e g o r yf i l t e ra n di of i l t e rt of i l t e rt h ef a i l e d w e b s e r v i c e ，t h e nc a l c u l a t es e m e n t i cs i m i l a rd e g r e ea n dc a p a b i l i t i e ss i m i l a rd e g r e e t h er e s u l t o fm a t c h i n gc a nb ee x c e l l e n t a n dt h ew e bs e r v i c ee x e c u t o rc a nm a k ei te a s yf o ru s e rt ou s e t h ew e bs e r v i c e k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ；o w l s ；o n t o l o g y ；s e r v i c em a t c h i n g 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师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的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教 育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 作者签名：日期：羔l 年卫月丛日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 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。 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。 本学位论文属于 l 、保密囚，在 qi 年 i月丑日解密后适用本授权声明。 i 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方格内打“”) 作者签名：划五皇 导师签名：丝趁 日期：皇年土月盟同 日期：早年卫月丑日 第一章绪论 第一章绪论 1 1w e b 服务发现问题的提出 随着i n t e m e t 的发展，基于i n t e m e t 的b 2 b 电子商务也不断发展，带来了巨大经济 价值，然而，目前大多数的电子商务应用和基于w e b 的商业服务在处理方式上各不相同。 如何将这些应用以较低代价方便地连结在一起，从而实现大范围跨企业实体的商务应用 系统的对接成为一个十分重要的问题。 w e b 服务【l 】【2 1 的出现，为这个问题提供了解决的方案。w e b 服务依赖于h t t p 、 x m l 【3 】、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) 和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 n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 等行业标准1 4 1 ，独立于编程语言、平台和设备。 各个企业间的应用以w e b 服务的方式有效组织起来实现企业的协同运作，企业之间强 强联合，最大化的利用各种资源，达到共同发展的目的。 w e b 服务的出现为企业问商务合作注入了新的活力，利用w e b 服务，企业可以最 大化的利用各种资源，推动电子商务快速发展。然而，随着w e b 服务应用的普及，w e b 服务的数量急剧增加，面对数量庞大、形态万端的服务群，如何发现恰当的w e b 服务 己成为制约以w e b 服务为主要载体和实现方式的电子商务和电子政务进一步发展的瓶 颈。 1 1 1 传统w e b 服务发现方法 w e b 服务的发现技术是随着w e b 服务应用的兴起和发展而出现的。当前主要的w e b 服务发现技术按照检索依据可以分为两大类1 5 】：第一类是基于关键字的服务发现技术， 其主要应用于搜索引擎中；第二类是基于框架的服务发现技术，其主要应用于商业化的 服务检索技术中。 基于关键字的服务发现【6 】技术来源于信息检索技术，该技术广泛的应用于搜索引擎 中。其主要思想是对关键字进行统计，在信息提取过程中进行匹配。这种提取算法简单， 实现相对容易，在特定范围或领域中可以取得比较好的提取效果。缺点在于关键字的提 河北大学工学硕十学位论文 取不是基于语义的，它仅仅从统计词频等角度来考虑提取，导致查准率低。 基于框架的服务发现技术【7 l 的主要特点是，服务描述中的各项和查询语句中的各项 都是用框架的模式来描述。二者匹配是指服务项的值和相应查询项的值完全一致，这种 精确匹配方式导致了低查全率。 基于框架的服务发现技术在演绎检索【8 l ( d e d u c t i v er e t r i e v a l ) 方面也做了尝试。比如 将服务的属性( 如输入、输出、功能、性能) 用形式化的逻辑语言来描述。假设事先能够 制定一个没有冗余的逻辑词汇表，来完整的表达所有相关的服务和查询，演绎检索便能 在理论上实现高查准率和查全率。但这一研究，面临两大实际问题：首先，要将查询和 服务用形式化逻辑来描述很困难；其次，计算复杂度很高，实现困难。 1 1 2 传统w e b 服务发现方法的不足 目前业界普遍采用的是基于u d d i 构架的w e b 服务注册和发现机制，这种机制也 存在着一些局限性，主要体现在以下几个方面： 1 ) 仅仅基于关键词的查找和简单的t m o d e l 分类 目前u d d i 是基于关键字查找技术的，关键字的查询技术的最大弊病在于它的低查 准率和低查全率。许多不相关的服务可能包括在查询关键词的描述中，这将导致低查准 率：同时，查询关键词与所要查找的服务可能会语义上相同但句法上不同，从而导致了 低查全率。随着w e b 服务数量的增多，难以达到期望效果。 2 ) 缺乏语义描述机制 由于u d d i 缺乏语义描述机制，便不能确定它目录中实体之间的关系，因此它在查 找过程中不能够利用语义信息来推理它们的关系。 3 ) 查找引擎只支持直接匹配 在服务请求过程中会出现这样的情况，注册库中没有能够直接满足服务请求的服 务，但是一系列的服务能够组合起来满足服务请求。然而u d d i 却不能提供任何查询结 果。 u d d i 目录服务的这些缺陷给用户的查询带来了很大的不便，往往花费了很多时间 却找不到所需的服务，语义w e b 技术的出现使我们能够以明确的、机器可理解的语言 来描述w e b 服务，使得w e b 服务成为计算机可以理解的实体，这启发我们将w e b 服务 2 第一章绪论 的匹配问题转换为基于语义的推理过程，从而可以利用知识管理领域的成果有效的进行 w e b 服务匹配，从而支持服务的自动发现、执行和组合等。 1 2 国内外研究现状 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 】【10 1 。d a m l s 采用 d a m l + o i l t l l l 描述w e b 服务，提供了足够的表示w e 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，服务绑定的研究，基于本体的服务匹配的研究等。 其中关于语义w e b 服务发现技术的研究主要有： 1 ) 英国曼彻斯特大学的i a nh o r r o c k s 和f r a n zb a a d e r , u l r i k es a t t l e r 共同提出了将描 述逻辑运用到语义网本体语言中的思想【1 2 】。 2 ) 卡内基梅隆大学的m a s s i m op a o l u c c i 提出了基于w e b 服务能力的语义匹配思想 1 1 3 o 3 ) 马萨诸塞州理工学院的m a r kk l e i n 和美国纽约大学的a b r a h a mb e m s t e i n 提出了 基于过程本体论的服务发现技术【1 4 】。 4 ) g ac a p r o t t i 和m i k ed e w a r 等人运用描述逻辑和o w l 语言规范设计出了数学 w 曲服务的匹配算法【1 5 j ，在o w l 描述的基础上发展了数字描述服务语言，为 语义w e b 服务在特殊领域的应用具有十分重要的意义。 5 ) d a v i dt r a s t o u r 和c l a u d i ob a r t o l i n i 利用v i s i t o rp a t t e r n 算法，从匹配的角度说明 一个匹配系统应该具备的特征以及服务描述所应具备的元数据。并实现了匹配 原型f 1 6 1 。 目前大多数基于语义的服务匹配采用了基于推理的匹配机制，基于本体概念，通过 概念间关系以及规则进行推理。以上系统的实现及其性能很大程度上依赖于推理机以及 推理规则的完整性。实现性和灵活性较差，计算复杂，也不利于实现服务精确匹配。 1 3 本文的主要工作 现有的成熟的w e b 服务发现技术都是基于u d d i 标准的，但u d d i 缺乏语义信息 的支持，仅提供服务的基本描述和基于框架的匹配机制，使得服务匹配是基于关键字的 3 河北大学t 学硕士学位论文 匹配，这种服务匹配既不能区别语法不同但语义相同的信息，也不能区别语法相同但语 义不同的信息，因此不能够提供基于服务功能的匹配。而且u d d i 没有内在的对服务的 组合特性的支持，这使得服务匹配的精度不高，匹配方法不够灵活，显然不能满足w e b 服务自动发现和组合的要求。 本文研究的主要目标是： 1 、建立基于语义的w e b 服务的注册及管理机制； 2 、设计w e b 服务匹配算法； 3 、提出基于语义的w e b 服务自动发现模型。 根据以上的目标，本文做了以下的工作： 仔细研究现有的u d d i 结构框架，在把语义w e b 和w e b 服务技术结合的基础上， 设计出基于语义的w e b 服务自动发现模型，该模型包含了w e b 服务的注册及管理、w e b 服务的发现、w e b 服务的测试执行等功能。利用o w l s 语言对发布服务和请求服务的 功能进行描述，采用分步过滤匹配算法，先通过c a t e g o r yf i l t e r 、i of i l t e r 两个过滤器 进行匹配过滤再进行语义相似度、功能相似度计算，最终将基于关键字的服务匹配变为 基于w e b 服务功能的语义匹配，大大提高了服务匹配的精确度。 1 4 论文的组织结构 本文的整体结构如下： 第一章是绪论部分，主要介绍了w e b 服务发现技术的研究背景，w w w 、w e b 服务、 语义w e b 等的发展状况，由此引出本文所做的主要工作，最后说明了论文的整体结构。 第二章是基础知识部分，主要介绍了w e b 服务的概念，架构以及w e b 服务的相关 技术，探讨了语义w e b 对实现w e b 资源包括w e b 服务的自动处理的意义；以此为出发 点，介绍了本体论的相关概念并指出了其对于语义w e b 的核心作用，最后，对w e b 本 体论描述语言o w l s 的结构，语言描述等内容作了简单的说明。 。第三章是主要介绍了基于语义的w e b 服务的匹配机制。定义了匹配的等级，详细 介绍了服务类别过滤器和输入输出过滤器的实现过程，经过匹配过滤后，符合要求的 w e b 服务还要进行详细的匹配计算，匹配计算包括：语义相似度计算，类语义相似度计 算，输入集合和输出集合语义相似度计算，功能语义相似度计算，最终得出服务请求和 4 第一章绪论 w e b 服务之间的匹配程度。 第四章详细介绍了w e b 服务发现模型的设计和实现过程，介绍了系统的结构，及 各部分的功能，以及开发过程中用到的辅助工具，最后还介绍了系统整合分词工具的实 现细节。 第五章为结论和展望部分，对论文的研究工作和成果进行一个总结，指出了其中的 不足并对今后进一步的工作进行展望。 5 河北人学：f 学硕十学位论文 2 1w e b 服务 第二章w e b 服务及语义w e b 相关知识 w e b 服务是与平台无关的、独立于编程语言的w e b 应用模式，是一个崭新的分布 式计算模型，是w e b 上数据和信息集成的有效机制i 】。从电子商务应用领域来看，复 杂的应用连接和程序代码造成了电子商务应用的高维护代价和更新代价，而w e b 服务 正好能够解决这一问题，成为目前应用环境中最为合理的解决方案。因此有必要对w e b 服务技术的模型，体系，标准作一个系统而全面的讨论。 w 曲服务可以看作是一种部署在w e b 上的对象或组件，它是对象组件技术在 i n t e m e t 中的延伸i l 剖。w e b 服务提供了基于x m l 和s o a p 协议的可跨越i n t e m e t 进行远 程调用的服务机制，包括s o a p 、u d d i 和w s d l 等相关协议。w e b 服务是描述一些操 作的接口，通过标准化的x m l 消息传递机制，可以通过网络访问这些操作。该接口隐 藏了服务实现的细节，允许通过独立于服务实现、独立于硬件或软件平台、独立于编写 服务所用的编程语言的方式使用该服务。w 曲服务模型具有如下特征【l9 j ： ( 1 ) 完好的封装性：使用者能且仅能看到该对象提供的功能列表； ( 2 ) 使用标准的协议规范，应用解决方案与厂商、平台以及语言无关：对象的界面 规范，这首先表现在对象界面提供的功能应当使用标准的描述语言来描述；其次，该描 述文档需要被存储在私有或公共的注册库里，同时，使用标准描述语言描述，不仅仅是 描述服务的功能，它还延伸到w e b 服务的聚合、跨w e b 服务的事务、工作流等； ( 3 ) 松散藕合，提供高度的互操作性：当一个w e b 服务的实现发生变更的时候，调 用者是不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 服务的调用界面不变，w e b 服 务的实现任何变更对他们来说都是透明的。使用一种适合i n t e m e t 环境的消息交换协议， 其所有公共的协约完全需要使用开放的标准协议进行描述、传输和交换。 ( 4 ) 高度的可集成能力：出于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组 件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是c o r b a d c o m 还是e j b 都可以通过这一种标准的协议进行互操作，实现了在当前环境下高度的可集 6 第二章w e b 服务及语义w e b 相关知识 成能力。 2 1 1w e b 服务的架构 我们从面向应用的角度描述w 曲服务的基本架构f 2 0 1 ，w e b 服务包含三个基本组成 部分：服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 、服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 和服务注册中心 ( s e r v i c er e g i s t r y ) 。这三个部分由三个基本的操作：发布( p u b l i s h ) 、发现( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 互相连接，密不可分，其基本逻辑结构图如图2 1 所示 图2 1 w e b 服务架构 ( 1 )服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ：服务提供者，负责使用w s d l 来描述和定 义那些可以通过编程来访问的应用程序的功能，在u d d i 服务注册中心中 发布这些服务的信息，使其可以被其它应用访问，并接收和处理w e b 服务 请求者的调用。 ( 2 )服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) ：是要求满足特定服务的用户，也称服务用 户( s e r v i c eu s e r ) 。从体系结构的角度看，这是寻找并调用服务，或启动与 服务的交互的应用程序。服务请求者角色可以由浏览器来担当，由人或由 无用户界面的程序( 如另外一个w e b 服务) 来控制它。 ( 3 ) 服务注册中，t 二, ( s e r v i c er e g i s t r y ) ：是可搜索的服务描述注册中心。服务提供 者在此发布( p u b l i s h ) 他们的服务描述，服务请求者发现( ( f i n d ) 服务并获得服 务的信息( 在服务描述中) 。 对于w e b 服务的应用来说，必须发生以下三个功能操作： ( i )发布服务描述( p u b l i s h ) ：服务提供者为了使自己的服务能够被使用，需要向 服务注册中心发布服务描述，以使服务请求者可以查找它。 7 河北大学：】：学硕十学位论文 ( i i ) 发现服务描述( ( f i n d ) ：在查找操作中，服务请求者直接检索服务注册中心， 查询满足要求的服务。 ( i i i )绑定服务( b i n d ) ：最后需要绑定服务。在绑定操作中，用户使用服务描述中 的绑定细节来定位、联系和调用服务，从而在运行时调用或启动与服务的交 互。 服务提供者将其服务发布到服务代理的一个目录上，当服务请求者需要调用该服 务时，它首先利用服务代理提供的目录去搜索该服务，得到如何调用该服务的信息，然 后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。当服务请求者从服务代理得到调用所需 服务的信息之后，通信是在服务请求者和提供者之间直接进行的，无须再经过服务代理。 在w e b 服务架构的各模块间以及模块内部，消息以x m l 格式传递。以x m l 格式表示 的消息易于阅读和理解，并且x m l 文档具有跨平台性和松散藕合的结构特点。从商务 应用的角度看，从工作流到查询数据库，直到同贸易伙伴交换信息，x m l 格式表示的 消息封装了词汇表，可以同时在行业组织内部和外部使用，它还有较好的弹性和可扩展 性，允许使用附加的信息，并且x m l 标签提供了可访问的入口，从而可强化商业规则， 并且增强了互操作性，为信息的自动处理提供了可能。 2 1 2s o a p s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 是为了解决由于用传统方 式提供w e b 服务所产生的问题而提出的【2 1 1 。它有助于实现大量异构程序和平台之间的 互操作，从而使存在的应用能够广泛地被用户所访问。s o a p 把成熟的基于h t t p 的 w 曲技术与x m l 的灵活性和可扩展性结合在了一起。 s o a p 协议包含3 个部分，一个定义描述消息内含和s o a p 处理方法架构的信息包， 一个定义描述数据类型编码规则的集合，一个解决描述远程调用和应答的转换机制。 从本质上来说，s o a p 的传输是一种单向的由发送者到接受者的方式，但实现时往 往可以根据具体的网络协议优化成请求应答的模式1 2 2 】。例如用h t l l p 协议实现s o a p 时，应答消息可以通过请求时建立的那一条h t t p 连接以r e s p o n s e 的形式返回，无论 采用何种实现协议，s o a p 消息都应该可以沿着一条消息路径传递经过一个或多个中间 节点的处理后最后到达目的地址。 r 第二章w e b 服务及语义w e b 相关知识 s o a p 是序列化调用位于远程系统上的服务所需信息的标准方法，这些信息可以使 用一种远程系统能够读懂的格式通过网络发送到远程系统，而不必关心远程系统运行于 何种平台或者使用何种语言编写。s o a p 以x m l 格式提供了一个简单、轻量的用于在 分散或分布环境中交换结构化和类型信息的机制。s o a p 本身并没有定义任何应用程序 语义，如编程模型或特定语义的实现；实际上它通过提供一个有标准组件的包模型和在 模块中编码数据的机制，定义了一个简单的表示应用程序语义的机制。这使s o a p 可用 于联合各种现有的网络协议和格式，包括h t t p 、s m t p 和m i m e ，并可被用于消息传 递到r p c 的各种系统。 s o a p 解决了通过防火墙传送往返于远程应用程序的消息的问题。除了通过某些预 先设定的作为特定用途的端口，防火墙通常禁止通过其它端口进行远程通讯。这就出现 了一个问题，大部分分布式协议不使用分配的端口，而是动态地选择端口。微软s o a p 技术实现的解决方案是通过h t t p 的8 0 端口传送对远程进程的调用。这个远程调用使 用x m l 定义消息请求或响应的格式，把调用附加到h 1 r p 协议的顶部。这个技术的优 点之一就是降低通过防火墙传送消息的复杂性。但是8 0 端口通常还用来作为w e b 通信 之用，所以可能会降低其效率。 s o a p 可以用来解决因特网应用程序的交互性问题。你可以使用一种平台无关性方 式在远程( 或本地) 服务器上访问对象和服务。现在的互联网世界由不同的操作系统、不 同的防火墙、不同的产生远程过程调用的方法和平台组成。为了跨因特网交互，客户机 和服务器都需要了解彼此的安全类型和信任、服务部署模式和实现细节以及平台语言。 使用s o a p ，这种平台特定性的混乱局面就会结束。 简单的说，s o a p 提供了使用完全独立于平台的访问服务、对象和服务器的技术。 通过s o a p ，你将能够查询服务、调用服务、与服务通讯并处理服务，而不用去关心远 程系统的位嚣、所在的操作系统或平台到底是什么样的。s o a p 本身提供了与w e b 服务 交换信息的方法，但是它没有提供查找w e b 服务消息的方法。而且它还不提供查找w e b 服务或与之交涉的方法。 2 2 3w s d l 在面向服务的体系结构( s o a ) 中，服务描述是关键性的，它涉及s o a 的三个操作： 9 河北大学 i 学硕士学位论文 发布、查找和绑定。服务提供者向一个或多个服务注册处发布服务描述，服务描述并不 是实际代码本身。服务提供者使用服务描述通知服务请求者所有必要事项，以便请求者 理解如何调用服务。服务描述对于查找操作也同样是重要的。服务描述是服务请求者查 找服务注册的基础，查找操作的最终结果就是获得服务描述。服务描述对于绑定操作的 重要性体现在于它确切描述了调用w e b 服务的消息格式以及目标网络地址。w s d l ( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a i l g u a g e ) 由微软、i b m 首先联合制定，它是一种用于描述w e b 服 务的x m l 语割2 3 1 。一个w s d l 服务描述包括；对一组操作和消息的一个抽象定义， 一个绑定到这些操作和消息的具体协议，一个网络端点规范。w s d l 规定了服务描述的 绑定，包括s o a p 协议和简单的h r r p 、g e t 和p o s t 请求。w s d l 文档描述了如何调 用服务，并提供一些信息，包括：交换的数据、操作的消息队列、绑定协议，还有用 u 对标识服务的位置。 w s d l 文档的根元素为 ，包括了多个命名空间声明。位于文档前半部 分的三个子元素构成了w e b 服务的“抽象定义”： 元素代表了独立于平台和程序语言的数据类型定义集合； 元素包含了方法参数或消息文档说明，是对通信所用的数据类型的抽 象定义； 元；素则使用m e s s a g e s 部分的消息定义来描述其方法( 操作名称、输入 输出参数) ，定义 、 、 f a u l 伊元素，并按操作的类型来分组信息。 位于后半部分的两个子元素则构成了“具体说明”： 元素用于为一个特殊的端口类型的操作和信息来声明信息格式和协议 细节； 元素指定每个绑定的p o r t 地址。 w s d l 在技术层面上规范了如何对w e b 服务所使用的数据类型进行定义，如何对 正在通信的数据进行抽象定义，如何对服务支持的行为进行抽象描述，从而使异构系统 相互间的自动化调用成为可能。同时iw s d l 也应用了当代软件工程中的复用理念，分 离了抽象定义层和具体部署层，使得抽象定义层的复用性大大增加。 1 0 第二章w e b 服务及语义w e b 相关知识 2 2 4u d d i 统一描述、发现和集成协议( 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 ) 是一套基于w e b 的、分布式的、为w e b 服务提供的信息注册的标准规范【2 4 1 ，同时也包 含一组使企业能将自身提供的w e b 服务注册，以使得别的企业能够发现的访问协议的 实现标准。 1 ) u d d i 模型 u d d i 规耐2 5 】包含了对基于w e b 的u d d i 商业注册中心可以实施的整套共享操作， 服务请求者可以通过u d d i 注册中心来获得w e b 服务的位置及其技术信息。从商业角 度来看，u d d i 注册中心可以被用于检查某个合作伙伴是否拥有特定的w e b 服务调用接 口，或者是去找出某行业中能够提供某种类型服务的公司，并确定某一个合作伙伴或者 是潜在的合作伙伴的w e b 服务的技术描述以了解与该w e b 服务进行交互所必须的技术 细节。 u d d i 规范使用集中式模型创建一个或多个资源库存放与企业及其提供的服务有 关的信息。此外，u d d i 为存储的描述信息规定了特定的格式。服务提供者可以使用 u d d i 的w e b 页面，或者使用u d d ip r o g r a m m e r s a p i 标准所定义的编程接口来将信息 加入到u d d i 的商业注册中心。u d d i 商业注册中心在逻辑上是集中的，物理上是分布 的，由多个根节点组成，并且相互之间按一定的规则进行数据同步。企业在一个商业注 册中心的实例上注册服务后，其注册信息会被自动的复制到其它的u d d i 根结点，于是 就能够被需要服务的使用者发现。 u d d i 模式定义了五种基本数据结构，分别是商业实体信息( b u s i n e s se n t i t y ) 、服务 信息( b u s i n e s ss e r v i c e ) 、绑定信息( b i n d i n gt e m p l a t e ) 、包含服务调用规范的模型信息 ( t m o d e l ) 以及企业之间的关联信，皂, ( p u b l i s h e ra s s e r t i o n ) ，任何w e b 服务的描述文档中所 包含的服务相关信息在向u d d i 注册中心注册时，均将进行信息映射以便转化为u d d i 能处理的数据类型。 商业实体信，皂, ( ( b u s i n e s s e n t i t y ) ：w e b 服务都是由一个特定实体发布，所以合作 伙伴、技术人员、程序员或应用程序在定位服务时总是需要了解发布实体的相关信息， 如：基本企业信息、分类、标志等。 服务信息( b u s i n e s s s e r v i c e ) ：是一个描述性的容器，将一系列的有关商业流程的 l l 河北人学：1 ：学硕十学位论文 w e b 服务的描述组合到一起。w e b 服务的信息同样可以进行分类，使得可以按照服务的 不同行业、产品、服务类型等进行划分。 绑定信息：( b i n d i n g t e m p l a t e ) ：对于每一个w 曲服务都具有一个或者多个的对服 务绑定的技术描述，主要包括调用w e b 服务时所必须的信息，如服务访问地址、重定 向信息等。 技术模型( t m o d e l ) ：绑定信息描述的是调用w e b 服务所必须的信息，而技术模型 作为辅助的描述信息，对w e b 服务给予更充分的说明和描述，促使调用能够正确的执 行。技术模型通常记录的是标准、规范的信息。在绑定信息元素中包括有对技术模型的 引用元素，这些引用元素作为一个标识符的集合，组成了类似于指纹的技术标识，这些 标识可以用来查找、识别给定行为或编程接口的w r e b 服务。 企业关联信息( p u b l i s h e r a s s e r t i o n ) ：在u d d l l 0 规范中并没有企业关联信息。但 在客观的商务交易活动中，存在有企业之间关联的信息，所以原有的规范无法支持对于 复杂商业信息的注册。所以在u d d l 2 0 版本中，为了解决这一问题，引入了发布者关 联信息的概念。发布者能够使得己经注册的企业实体能够以某种方式互相链接，这样来 表示一种特定类型的关联关系。 2 ) u d d i 工作原理 在u d d i 中u d d i 注册中心包含了可访问服务描述，还包含对w e b 服务所支持的 因行业而异的规范、分类法定义以及标识系统【2 6 1 。u d d i 提供了一种编程模型，它定义 与注册中心通信的规则。u d d i 规范中所有a p i 都用x m l 来定义，包装在s o a p 信封 中，在h t t p 上传输。 u d d i 规范还包括w e b 服务的接口定义，使得能通过编程实现对u d d i 注册中心 的信息访问1 2 7 】。u d d iw e b 服务相关a p l 分为两个逻辑部分：查询a p i 和发布a p i 。利 用这些a p i 与u d d i 注册中心进行交互，获取b u s i n e s s e n t i t y 或t m o d e l 结构的发布信息。 u d d i 的功能是由这套标准的程序员a p i 实现的，如图2 2 ，2 3 所示，查询a p i 包含两类调用，使程序能快速地定位候选商业实体、w e b 服务及其调用规范：发布a p i 包括s a v e 函数和d e l e t e 函数。一旦得到授权，一个独立的机构可以注册b u s i n e s s e n t i t y 或t m o d e l 信息，也可以修改原先发布的信息。 互= 芏：= ：墨2 墨耋兰鉴! 塑苎垫! ： 图2 - 2 u d d i 标准a p i 接口模型 一一一一一一 曰圆圈回曰回 河北大学- ：学硕士学位论文 a p i 类室 p 1 名称 撵作内容 f i 衄_ b u s i n e s m 找到匹配哟b t m n e d 最上层的信息 f i n ds e z v i c e 捷到特定伽a n u s 豹s e r v i c e 避1 层信息 鸯由a p i 席m d m t d 吨 技掰特定h l s i n e s s 的h n c t m g i ：层信息 f i 嫩_ o 酗 找到匹配的t m o d 暑i m 最上层的信息 g e t b u a n e s s d e t e i l 获得b 世缸e 晒血l y 完整的信恩 g e o e f 瓢c e de t i | 获得s e r v s c e 完整信窟 查询a p i 倌e td e t a i l s g e u 血通n 团e t 蚰获搿鼬蚓哑p 1 咖完整信息 g e t 娜o d e i de t l i l 蔹符t _ m 0 d e l s 完整蒴息 g e t j e 画s t e r e d i n f u强褥扩展蓝正r n i t ) r 信息 1 0 rb 岫l e l ，s e r v i c e 保存砖所撵作条目的修改 发布吼o 出l t n m l m l 一彳踟。d e l d e l e l z b u 菌n e s s n w c e y 在服务注册i j 职除相应的伪息注册 发布a p l d e l e i t 妇五呵瞰o d e l ， r e 粤t 日e m 吐d 发布棚愚e 砷 群删d c 蛆褥刭认证标志符( 阿d ) d i s c a r d m t t h t o k r a丢弃认证杯忐符( u u d ) 图2 3u d d i 程序员a p i 3 ) u d d i 特点和不足 1 u d d i 服务注册结构不提供服务功能性描述即语义信息。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 b 服务的技术和语法方面，不支持功能性 的语义描述信息，因而不能提供对服务的正确集成所需的附加信息，如服务计费、区域 等约