（计算机科学与技术专业论文）带cache的语义web服务发现研究.pdf

r e s e a r c ho ns e m a n t i cw e bs e r v i c ed i s c o v e r yw i t hc a c h e s p e c i a l t y ： c o m p u t e rs c i e n c ea n dt h e o r y _ m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： c h e nx i w e i p r o f x ud e z h i c o l l e g eo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e & e n g i n e e r i n g c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y c h a n g s h ah u n a np r c 原创性声明 本人声明，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，除了论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，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：理生年上月俎日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：碰迎翩签名铷吼丛年互月型日 摘要 随着语义w e b 的发展以及w e b 3 0 时代的即将到来，基于w e b 服 务的应用也就越来越倍受关注。如何从众多的w e b 服务中准确地找 到符合需求的服务就成为研究的难点和应用的关键。语义w e b 服务 发现是w e b 服务组合，w e b 服务编排中最重要的一部分，本文将着重 对此进行研究。 首先，论文简单介绍了课题的研究背景，总结了一些有关w e b 2 0 的技术和应用以及w e b 3 0 将拥有的新的特性，并对语义w e b 的前景 进行了展望。 其次，阐述了w e b 服务的协议规范和体系结构，o w l s 语言的特 征，以及o w l s f t j d d im a t c h m a k e r 运作原理；并总结了语义w e b 服 务发现的现状和未来发展方向。 接着，对传统的集中式u d d i 模型进行了探讨，根据程序访问的 局部性原理，提出了一种扩展的分布式u d d i 模型。在模型中，增加 了领域u d d i ，领域c a c h e 新模块。 最后，针对现有语义w e b 服务发现模型的查询效率较低的现状， 本文提出一种新的基于c a c h e 的语义w e b 服务发现模型 ( s w s d m c a c h e ) 及其算法。并对o w l s 进行了服务非功能属性 的扩展。在模型中，对传统u d d i 模型进行分布式扩展，语义w e b 服务按领域划分，存放在各自的领域u d d i 库中。在发现过程中首先 进行领域匹配，再进行c a c h e 搜索。试验结果表明，该模型服务发现 效率比传统的策略有明显的提高。 关键词语义w e b ，u d d i ，o w l s ，语义w e b 服务发现，c a c h e a b s t r a c t w i t ht h es e m a n t i cw e b sd e v e l o p m e n ta n dt h ec o m i n ge r ao fw e b 3 0 ， w e bs e r v i c e s b a s e da p p l i c a t i o ni sm o r ea n dm o r ea t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o n h o wt of i n de x a c t l yt h er i g h ts e r v i c e si nt h ei n t e r n e ti st h em o s td i f f i c u l t t a s ki nt h ew e bs e r v i c er e s e a r c ha r e a s e m a n t i cw e bs e r v i c ed i s c o v e r yi s t h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft h ew e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o na n dw e bs e r v i c e s o r c h e s t r a t i o n t h et h e s i sw i l lf o c u so nt h i sr e s e a r c h f i r s t l y , t h e t h e s i s b r i e f l y i n t r o d u c e st h e t o p i c o ft h er e s e a r c h b a c k g r o u n d ，s u m m a r i z e ss o m eo ft h et e c h n o l o g i e sa n da p p l i c a t i o n so f w e b 2 0a n dn e wf e a t u r e so fw e b 3 0 s e c o n d l y ，t h ew e bs e r v i c e sp r o t o c o ls p e c i f i c a t i o na n da r c h i t e c t u r e ， o w l s ( o n t o l o g yw e bl a n g u a g ef o rs e r v i c el a n g u a g e ) f e a t u r e s ，a n d o w l s 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 y a n d i n t e g r a t i o n ) m a t c h m a k e rp r i n c i p l eo f o p e r a t i o n ；a n dt h es t a t u sa n dt h ef u t u r ed i r e c t i o n o fd e v e l o p m e n to ft h es e m a n t i cw e bs e r v i c ed i s c o v e r ya r es u m m a r i z e d t h i r d l y , t h et r a d i t i o n a l c e n t r a l i z e du d d is t r u c t u r ei s d i s c u s s e d ， a c c o r d i n gt ot h el o c a lp r i n c i p l eo fp r o g r a ma c c e s s i n g ，a ni m p r o v e d m o d e l o ft h ee x t e n d e du d d is t r u c t u r ei sp r o p o s e di nt h et h e s i s i nt h em o d e l ， n e wm o d u l er e l a t e dw i t hu d d ia n dc a c h ei sp r o p o s e d f i n a l l y ，i nv i e wo ft h e l o w e re f f i c i e n c yo fq u e r yi nt h ee x i s t i n g s e m a n t i cw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ym o d e l ，t h i sp a p e rp r o p o s e san e w s e m a n t i cw 色bs e r v i c e sd i s c o v e r ym o d e lc a l l e ds w s d mc a c h e i t e x t e n d st h et r a d i t i o n a lu d d it oad i s t r i b u t e df r a m e w o r k d i v i d e st h e s e m a n t i cw e bs e r v i c e so nd o m a i n ，a n ds t o r e st h e mi nr e s p e c t i v ed o m a i n u d d id a t a b a s e i nt h ed i s c o v e r yp r o c e s s ，d o m a i nm a t c h m a k i n gi s e x e c u t e df i r m l y , a n dc a c h er e t r i e v a li se x e c u t e ds e c o n d l y e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h em o d e ls i g n i f i c a n t l yi m p r o v e st h e e 硒c i e n c y c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a ld i s c o v e r ys t r a t e g y k e yw o r d ss e m a n t i cw e b ，u d d i ，o w l - s ，s e m a n t i cw e b s e r v i c ed i s c o v e r y ，c a c h e 。_ _ 。 目录 摘要i a b s t r a c t 一l l 目录i 第一章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 1 1 从w e b i 0 剑w e b 2 0 l 1 1 2w 曲3 0 的特征2 1 1 3 语义w e b 服务应用前景3 1 2 语义w e b 服务发现研究的现状和研究方向4 1 3 课题研究意义7 1 4 主要研究内容7 1 5 论文组织结构8 第二章语义w e b 服务支撑技术10 2 1w e b 服务一1 0 2 1 1w e b 服务的协议规范1 0 2 1 2w e b 服务的体系结构1 2 2 2 语义w e b 13 2 3o w ls 吾言l6 2 3 1o w l s 的上层服务本体结构17 2 3 2 服务轮廓。18 2 3 3 服务模型l8 2 3 4 服务基点2 0 2 4w e b 服务发现的形式一2 1 2 5 小结2 2 第三章扩展u d d i 2 3 3 1 传统的u d d i 2 3 3 1 1u d d i 的层次结构2 3 3 1 2u d d i 的工作原理2 4 3 1 3u d d i 的局限性2 4 3 2w e b 服务的局i f ；性原理2 4 3 3 改进扩展后的u d d i 2 5 3 3 1 扩展u d d i 2 5 3 3 2 扩展o w l s j 2 6 3 4o w l s u d d i 匹配器一2 7 3 4 1o w l s u d d im a t c h m a k e r 2 7 3 4 2 用o w l s 扩展u d d i 一2 8 3 5 小结一2 9 第四章带c a c h e 的语义w e b 服务发现3 0 4 1 带c a c h e 语义w e b 服务发现模型3 0 4 2 模型中的服务匹配3l 4 2 1 服务描述31 4 2 2 领域匹配3 2 4 2 3 功能匹配3 2 4 2 4 服务质量匹配3 3 4 3c a c h e 管理3 6 4 3 1 一致性校验3 6 4 3 2c a c h e 置换3 6 4 4s w s d mc a c h e 发现总的算法3 9 4 5 小结4 0 第血章实验结果与分析4 l 5 1 试验准备4 1 5 1 1m y e c l i p s e 简介4 1 5 1 2t o m c a tw e b 服务器4 l 5 1 3j b o s s c a c h e 4 2 5 2 试验设置4 3 5 3 试验步骤4 4 5 3 试验结果4 4 5 4 实验结果分析4 5 5 5 小结一4 6 第六章结论与展望4 7 6 1 研究工作及成果总结4 7 6 2 进一步研究方向4 8 参考文献一4 9 致谢5 5 攻读学位期间主要研究成果5 6 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 随着网络的迅猛发展，不计其数的计算机用户或程序在网络上搜索和发布信 息，网络上的信息量变得异常庞大。传统的w e b 存在着以下两方面不足：不支 持带语义的w e b 内容；搜索引擎不支持语义搜索，搜索的信息不能满足用户的 需要，得到的是一些相关度不高的内容。主要原因是目前w e b 信息都只是一种 简单的文本字符串，信息没有进行科学合理的基于语义的分类。 为了能够解决上述不足，万维网的创始人t i mb e m e r s l e e 提出了“s e m a n t i c w 曲”l l j ，即语义w e b ，一种能够提供智能处理的语义w e b 网络。 国际万维网联盟( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ，w 3 c ) 在2 0 0 0 年前后启动了 语义w e b 计划，旨在企业、社区和应用之间数据共享。语义w e b 作为现有w e b 的延伸，其信息具有良定义( w e l l d e f i n e d ) 的含义，从而使得计算机或代( a g e n t ) 可以更好地和人进行协同工作。 语义w e b 的目标是为了解决在不同应用、企业和社区之间的互操作性问题。 这种互操作性是通过语义来保证的，而互操作的环境是异质、动态、开放、全球 化的w e b 。由此可见，数据必须具有语义才能够在不同的应用之间实现互操作， 而要实现这必须制定相应的规范，因此，语义w e b 应用而生。 1 1 课题研究背景 1 1 1 从w e b l 0 到w e b 2 0 w 曲1 0 是指网络诞生到2 0 0 3 年的传统的互联网，即t i mb e m e r s l e e 在1 9 8 9 年提出的概念w 0 r l dw i d ew e b ( w w w ) 。在这个时期，互联网上的资源由各个机 构、个人自行开发，通过网页表示，并相互链接，它们有个共同的特点，即信息 采用集中发布，广大用户使用浏览器进行内容的简单查看，用户和网络的关系如 图1 1 所示： w e b 2 0 1 2 是相对于w e b l 0 来说的，是一类新兴的互联网应用的统称，这些 新兴的应用是互联网从核心内容到外部应用的一次渐进式的变革。到了w e b 2 0 时代，网上信息的放置不再是企业或个人的商业行为，而是通过用户浏览，把个 人需求的知识有机的组织起来，更注重的是网络用户的相互联系、操作，同步。 用户都是内容贡献者。用户与网络的关系如图1 2 所示。 硕士学位论文 第一章绪论 图1 - 1w e b l 0 e e 用户与网络的关系图1 - 2w e b 2 o 中用户与网络的关系 w e b 2 0 是2 0 0 3 年后互联网的热门概念之一。l o g g e r d o n n a 在他的 w e b 2 0 概 念诠释”一文中对它做如下的定义：w e b 2 0 是以f l i c k r 、c r a i g s l i s t 、l i n k e d i n 、t r i b e s 、 r y z e 、f r i e n d s t e r 等网站为代表，以b l o g 、t a g 、s n s 、r s s 、w i k i 等社会软件 的应用为核心，x r n l 、a j a x 等新理论和技术实现的互联网新一代模式。 w e b 2 0 是一个作为平台的网络，跨越了所有连接的设备；w e b 2 0 的这些应 用构成了这个平台的优势所在；发布软件成为一个持续更新的服务，并使更多的 人更好地使用这种服务。 w e b 2 0 的大体范畴包括：信息发布功能的博客、a j a x 、c o m m e n t ；信息获取 功能的r s s 、b o o k m a r k 、d i g g 、s e a r c h 、c m s ；信息共享功能的w i k i 、p 2 p 、t a g 、 t r a c k b a c k 、p e r m i s s i o n ：沟通交流功能的s n s 、i m 、b b s 、e m a i l ；各种网络新 媒体功能的元素如网络硬盘、网络相册等等；以及包括w e b 服务。 1 1 2w e b 3 0 的特征 在2 0 0 6 年1 1 月召开的w e b 2 0 大会上，w e b 3 0 t 3 l 成为会议讨论的一个主题。 下一代的网络又会是什么样的呢? 大会专家们认为： l 、w e b 3 0 是以主动性、最大程度的数字化、多维化为特征，以服务内容的 第三代互联网系统。最明显的特征就是主动性，网站将主动提取用户的需求，加 以分析处理，提供有针对性的资源和服务。 2 、w e b 3 0 将作为一种消费者的应用来提供满足用户需求的新一代商务应用。 p h i lw a i n e w r i g h t 认为w e b 3 0 不仅仅是购物、娱乐、搜索等，还将提供a p i 服务 层、聚合服务层、应用服务层、以及被服务的客户端。a p i 服务层是w e b 3 0 的 基础层。p h i l 认为这一层是w e b 2 0 已有增强的服务，并将继续成为w e b 3 0 的引 擎。 3 、w e b 3 0 将是一个全新的人机对话时代，借助于开放的a p i ( w e b 服务) ， 2 硕士学位论文 第一章绪论 w e b 将成为一个操作系统。 黄智生博士刚于2 0 0 8 年底在国内一些大学巡回讲学报告中提到了w e b3 0 技 术所应该具备的一些基本特征。 新颖性：它应不同于已有的w e b1 0 和w e b2 0 的技术，它能提供全新的一 代网络服务模式。 可行性：它在现有的网络环境下，经过努力是可能实现的，它并不存在不可 逾越的技术障碍。 迫切性：它提供的网络服务应是当前社会迫切需要的，它引入的技术是能够 对社会产生重大影响的。 本文下一章介绍的语义w e b 技术正好符合上述特征。新颖性：语义w e b 提 供语义数据描述分析能力，这是以往技术所不具备的。可行性：虽然在语义w e b 上充满着许多技术挑战，但我们相信经过努力这些技术障碍是可以跨越的迫切 性：由于万维网上已产生了浩瀚的网络信息和知识资源，寻找人们所需要的准 确信息常常耗费大量人力精力。提供网络信息的语义半自动化或自动化处理已迫 在眉睫。 所以语义w e b 是成为w e b3 0 最有希望的基础技术。 1 1 3 语义w e b 服务应用前景 w e b 3 0 将是语义w e b 服务的时代。 比如，为了向用户提供可理解的服务资源的描述形式，提高服务选取与推荐 的准确性，例如：“我要找一个气候怡人的地方度假，1 0 0 0 0 元的预算，我还有 一个伴侣”。在今天的系统的条件下，这样的询问所得到的答案可能要花上几个 小时的人工筛选，包括航班、旅馆和租车服务等等内容。因此，我们需要一种更 加精确的刻画手段，从语义层面对w e b 服务的能力和属性进行描述，进而提出 了对服务的语义描述的需求。变无序数据为有序知识，让计算机理解w e b 服务 信息。 再说一个例子，我们要参加一个会议，要在网上预订机票，预订酒店，租赁 汽车等等，这些服务网上有很多。我可以设计一个服务代理来帮我们完成这些服 务的组合，而且我们希望这个组合过程中没有我们人工的干预，让代理自动的去 发现并组合w e b 上的服务。 3 硕士学位论文第一章绪论 要实现w e b 服务自动发现，要做两件事情o 首先，对于服务发现，不能光 依赖服务的名字和基本信息来搜索，而要考虑用户提供的功能描述，这样才能找 到符合需要的服务，因为服务的功能并不能依靠关键字的表达。其次，对于服务 调用和服务组合自动化，需要语义操作。 无疑，这都需要语义的支持。 语义w e b 服务的主要方法是利用o n t o l o g y 来描述w e b 服务，然后通过这些 带有语义信息的描述实现w e b 服务来实现服务的自动发现，调用和组合。语义 w e b 和w e b 服务是语义w e b 服务的两大支撑技术。o w l s 是连接两大技术的 桥梁，d a r p a 组织对语义w e b 服务标记语言进行了深入的研究，提出了语义 w 曲服务标记语言d a m l s ，后来发展成为o w l s 。 语义w e b 服务是语义w e b 与w e b 服务相结合而得的产物，语义w e b 被认 为是w r e b 未来的发展方向，它是现有w w w 的扩展与延伸1 5 j 。w e b 服务是基于 s o a ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 架构的w e b 应用模式，属于分布式计算模型 范畴，w e b 服务包含了大量的数据和信息【6 1 。语义w e b 技术增强网路上的语义功 能，使零散的数据集合变成了服务集合。 语义w e b 服务，一方面可以使网络面向服务，另一方面又可以使网络具有 机器可以理解的语义，使网络信息交互的功能增强。可以认为，语义w e b 服务 是w e b 服务的语义扩展，同时又是语义w e b 面向程序的扩展r 。 1 2 语义w e b 服务发现研究的现状和研究方向 目前，国内外w e b 服务发现技术发展较快，相关的研究成果层出不穷，主 要分为以下三类【8 1 ： ( 1 ) 基于关键字的w e b 服务发现 这与传统的搜索引擎的基于关键字的搜索类似，对搜索进行字符匹配。它具 有以下缺陷吲：目标很难准确化；没有相似度的描述即符合程度多少；不能 进行细化、泛化、平级扩展。 ( 2 ) 基于架构的w e b 服务发现 基于架构的w e b 服务发现技术应用最成熟的莫过于s o a 。也正是w e b 服务 的逐渐成熟，为s o a 奠定了基础。w s d l u d d i 技术就是基于架构的一个实例。 然而，基于u d d i 的服务发现缺乏语义信息的支持，服务匹配很大程度还是基于 4 硕士学位论文第一章绪论 关键字的对比。在对w e b 服务发现过程中不能进行推理，不能识别语法，不能 够提供基于服务功能的匹配，更谈不上服务非功能属性的匹配，因此，很难满足 w e b 服务的自动发现或组合。 ( 3 ) 基于语义的w e b 服务发现 w e b 服务与语义w e b 通过嵌入w e b 服务本体语言，就结合成了语义w e b 服 务，它利用语义的信息来组合，发现所需服务，利用查准率和查全率评价w e b 服务发现的效率。基于语义的w e b 服务发现是最看好的服务发现方法。 i a nh o r r o c k s 在英国曼彻斯特大学首次提出了将描述逻辑嵌入到语义w e b 本 体语言中的思想f l o 】【l l 】。 卡内基梅隆大学的m a s s i m op a o l u c c i 和他的同事开发出来了o w l s a j d d i m a t c h m a k e r 1 2 】1 1 3 】【1 4 】，首次将o w l s 与u d d i 结合起来，对u d d i 和o w l s 进 行t - m o d e l 映射。提出了带w r e b 服务行为约束能力的语义匹配思想。 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 5 1 。 文献 9 提出了基于本体论和词汇语义相似度的w e b 服务发现方法。先对服 务进行本体构建，明确服务对象的各个属性，对每个属性进行的相似度计算，并 重点对其中的词汇语义相似度计算进行详细讨论。 文献 1 6 提出了一种基于情境和推理规则的语义w e b 服务发现方法，先建立 用户所需情景，用本体描述，对w e b 服务也进行情景本体描述，再对用户的情 景和w e b 服务情景进行推理。 文献【1 7 】 1 8 】提出了一个新的语义w e b 服务发现模型。利用p e t r i 网作为 w e b 服务过程描述的形式化工具。先利用数据挖掘知识对w e b 服务进行聚类，具 有相同或非常相似的服务被划分到一个区域，这样，搜索的空间就比较小一点。 再对一些服务非功能的一些约束建立基于p e t r i 网的过程需求模型，然后进行过 程推理。从而提高查找的精确度。 文献【1 9 】提出了基于二分图匹配的语义w e b 服务发现方法。通过对二分图最 佳匹配进行扩展，将服务匹配问题转化成二分图的扩展最佳匹配的求解问题，支 持服务接口之间的依赖关系，从而提高服务发现的效果。 现有的语义w e b 服务发现模型按匹配算法的执行地点分为两种口o 】： ( 1 ) 在服务器端执行服务匹配的语义w e b 服务发现模型。 s 硕士学位论文第一章绪论 基于这种模型，参考文献【2 1 1 提出了一个扩展的u d d i 互联构架。各u d d i 节点按数据的编码进行像图书分类系统那样的存储，使每个u d d i 节点的内容不 需要完全一样。然而没有对匹配算法进行探讨，也没提供对q o s 的支持。 ( 2 ) 在客户端执行服务匹配的语义w e b 服务发现模型。 基于这种模型，参考文献 2 2 1 提出了一个基于本地缓存的w e b 服务发现机制。 优势在于客户可以根据喜好选择使用哪种匹配算法或者该算法的执行方式是后 台还是前台。缺点是用户自己要编制匹配算法，另外，当现有的服务端组件或者 软件随时间改变或升级后，要花费大量的时间和额外的代价来维护自己的匹配算 法或系统。 近几年，基于o w ls 的w e b 服务发现己成为语义w e b 服务领域内十分活 跃的研究课题。 文献 2 3 】提出了一个语义网服务发现过程排序算法。 服务质量( q o s ) 表达了服务满足使用者需求的能力。由于o w l s 缺乏对 服务非功能性属性的明确描述，国内外的许多文献【2 4 l 。 2 7 】对如何将o w l s 本体 进行扩展，以及如何提供对服务非功能属性的支持进行了深入探讨。 文献【2 8 】在w e b 服务模型的基础上，采用一种“逼近”的数学思想，提出了 一个多层次的匹配筛选算法，分别对服务的基本描述、输入、输出、前提、后果 和服务质量的匹配算法展开了探讨。利用相似函数来描述两个w e b 服务的相似 度的程度。 文献【2 9 】对w e b 服务发现中，服务的非功能属性扩展、服务的生存能力、服 务行为约束进行了详尽的描述，并提出了相应的匹配算法。 文献【3 0 对传统的u d d i 注册系统模型也进行了q o s 的扩展，提出了一个模 型，该模型支持带q o s 的语义w e b 服务发现。提出了一个分层次匹配的思想， 并给出了每个层次的具体匹配算法。 随着计算机网络技术的发展，传统集中式u d d i 的语义服务发现模型的查询 效率将越来越低，将是面向服务架构的瓶颈。为了提高发现的效率，国内外有许 多学者提出在p 2 p 环境下的w e b 服务研究【3 1 】- 【3 7 1 。如文献 3 1 1 提出一种双层p 2 p 语义服务发现模。文献 3 2 】提出了一种基于p 2 p 技术和语义w e b 技术的服务发现 机制，无缝地绑定服务广告和服务部署，在发现的策略中，提出了二层次查询 方法和两层搜索机制。 6 硕士学位论文第一章绪论 s t o l l b e r g 等【2 2 】【3 8 1 【3 9 】提出利用缓存机制提高服务发现效率，对成功的服务匹 配结果进行存储，在有服务请求时，首先从已有的历史数据中进行查找。文献【4 1 】 对c a c h e 置换做了一些探讨，提出了r c 替换算法。 文献 4 2 】【4 5 对语义w e b 服务发现的访问控制进行了深入的探讨和研究。提 出了一系列的安全模型和设想协议。有研究者从本体论角度出发，利用了上下文 相关【4 6 】、本体学习【4 7 1 、本体映射【4 引、本体前向推理【捌的技术来研究语义w e b 服 务发现。 在基于智能真体和代理方面【5 0 】【5 l 】【5 2 】1 5 3 】【5 4 1 有许多学者提出了各自的语义w e b 服务发现方法。 在当前的语义w e b j 艮务发现研究中，w e b j 艮务发现的效率一直没有得到充分的 关注。针对此问题，本文提出了一种新的w e b j 艮务发现模型。本文试从另一个角 度即在服务器端部署c a c h e 来探讨语义w e b j 艮务发现。 1 3 课题研究意义 本文的研究意义有下面几点。 1 、w e b 服务发现是指客户以某种方式在不同类型的w e b 服务中找到其想要 的服务。它根据用户的需求在注册中心搜索适合用户的服务。它是w e b 服务组 合，w e b 服务编排中的关键部分。 2 、随着i n t e r a c t 上w e b 服务数量成指数增长，如何从海量的w e b 服务中既 准确又快速地找到符合用户要求的服务是现在研究的热点。本文提出的w e b 服 务按领域划分，存放在各自的领域u d d i 中。在发现过程中首先进行领域匹配， 再进行c a c h e 搜索。从而进一步提高服务发现过程中的运行效率，将有助于语义 w e b 的发展。 3 、随着网络带宽的提高，及随机存储器，硬盘存储器成本的降低，本文提 出的在服务器端部署带c a c h e 的分布式u d d i 模型成为可能。采用在服务器端执 行了所有服务的查找和匹配，客户或代理不用关心匹配具体的实现环节和算法细 节，这种模型避免了用户要花费大量的时间和额外的代价来维护自己的匹配算法 或系统。 1 4 主要研究内容 语义w e b 作为下一代的网络，它的主要目的是为了计算机能够对网络上的信 7 硕士学位论文 第一章绪论 息进行自动的处理，实现计算机之间以及人与计算机间的智能交互，进而提高计 算机用户对网络信息的利用率。 w | e b 服务作为一种新兴的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。从当前的实际情况看，语义w e b j 艮务发现很 多关键问题有待解决，具有广阔的研究空间，但同时也存在很多挑战。本课题所 研究内容主要是如何自动快速准确的发现语义w e b 服务。 具体而言，本课题的研究内容如下所述。 l 、语义w e b 服务发现中的c a c h e 机制。 包括对传统的u d d i 模型中怎样添力h c a c h e 模块；c a c h e 一致性；c a c h e 置换算法 等研究。 2 、语义w e b 服务匹配。 包括怎样定义、e b 服务，领域本体等；怎样扩展o w l s 以支持语义；怎样进 行领域匹配即预处理；怎样进行功能和非功能匹配；以及怎样进行q o s 匹配。 3 、语义w e b j 艮务发现。 基于分布式的u d d i 结构的语义w e b j 艮务发现模型的设计，及在此基础上的语 义w e b 服务发现算法。 1 5 论文组织结构 论文共分六章，其结构如下： 第一章为绪论，首先介绍了本文的研究背景，w e b l 0 和w e b 2 0 的相关技术， w e b 3 0 的新的特性，语义w e b 服务的前景和目前的研究现状及发展方向； 第二章主要讲述了w e b 服务的工作原理，w e b 服务的协议规范，语义w e b 概念及其协议层次模型，对o w l s 语言和规范进行了简单的介绍，用o w l - s 扩展u d d i 以及介绍o w l s u d d im a t c h m a k e r 原理； 第三章介绍了传统的u d d i 结构，及它在w e b 服务协议中的地位，阐述了 它的工作原理及存在的局限性，然后根据程序局部性原理提出了一种分布式 u d d i 模型，主要是增加了领域匹配模块和c a c h e 匹配模块。 第四章在对o w l s u d d im a t c h m a k e r 的改进的基础上，提出了一种带 c a c h e 的语义w e b 服务发现模型。对o w l s 进行服务非功能的扩展，分别讨论 了w e b 服务描述，领域匹配，功能匹配，服务质量匹配。最后提出了一改进的 8 硕士学位论文 第一章绪论 l r u 算法和语义w e b 服务发现算法； 第五章为仿真实验，分三种情况来做对比，基于传统集中式的u d d i 模型、 不带c a c h e 的分布式u d d i 模型、c a c h e 的分布式u d d i 模型；最后作了评价和 分析； 第六章也是全文的最后一章，对全文所开展的工作进行了总结，并指出了未 来的研究工作。 9 硕士学位论文第二章语义w e b 服务发现 第二章语义w e b 服务支撑技术 语义w e b 和w e b 服务是语义w e b 服务的两大支撑技术。o w l s 是连接两 大技术的桥梁，目前语义w e b 服务的研究主要围绕o w l s 展开。语义w e b 服 务是带语义的w e b 服务，w e b 服务本体描述语言o w l s 在w e b 服务中添加语义 信息。下面本文分别讨论之。 2 1w e b 服务 w e b 服务w e b 服务是一种在互联网上发布的应用程序或接口，是可以执行的 一个服务的组件。它的特征是w e b 发布、定位、调用和自包含、自描述的。w e b 服务可以执行简单的请求和复杂的业务流程。当一个w e b 服务部署之后，其它 的应用程序和w e b 服务可以发现并调用部署好的服务。 它是是由a r i b a 、i b m 和m i c r o s o f t 三家公司共同设计提出的，旨在为i n t e m e t 上跨越不同组织、地点、不同行业的应用提供共享、代码复用的互操作能力。 w e b 服务是指由个人或企业发布的能完成某一课题或某一领域特别需求的在线 应用服务，网络中的其他用户或应用软件能够通过互联网来动态的访问并使用这 些开放的a p i ( 应用程序接口) 。很多w e b 服务是以一种开放的a p i 形式提供个 网络用户的，通过这种开放的接口，网络用户可以组合这些服务，来完成复杂的 一些应用，解决自己实际问题。 w e b 服务使用标准的、规范的基于x m l 的w s d l 语言描述，描述包含了和 服务交互所需的全部细节，如消息格式、传输协议和位置。w e b 服务具有如下特 性：完好的封装性；松散耦合；使用协议的规范性；使用标准协议规范；高度可 集成能力。 2 1 1w e b 服务的协议规范 w e b 服务的相关标准协议规范有很多，而且正在不断的发展、完善。主要包 括如下几个【3 1 。 1 x m l 和x s d x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 由万维网联盟( w 3 c ) 创建。可扩展性是指用户按照x m l 规则可以自己定义x m l 标记，并且不会破 坏x m l 的结构。x m l 是w e b 服务平台中表示数据的基本格式，更是w e b 服务 1 0 硕士学位论文第二章语义w e b 服务发现 的基础。它的优点在于它既与平台无关，又与厂商无关。 x s d ( ls c h e m ad e f i n i t i o n ，x m l 模式定义) 也是由w 3 c 制定的一套标 准的数据类型。w e b 服务平台是用x s d 来作为数据类型系统的。当使用某种编 程工具来构造一个w e b 服务时，所使用的数据类型都必须被转换为x s d 类型。 2 w s d l 规范 w s d l ( w e bs e r v i c ed 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) 是以x m l 的方式提供一种计算机可以处理的正式描述文档，用于描述w e b 服务及其函数、 参数和返回值。因为是基于x m l 的，所以w s d l 既是计算机可以处理的，又是 人们便于理解阅读的。 w s d l 文档定义了w e b 服务中下面的元素： t y p e s 数据类型的容器； m e s s a g e 通信数据抽象类型化定义； o p e r a t i n 对服务所支持的操作的抽象描述； p o r t t y p e 操作的抽象集合； b i n d i n g 特定端口类型的具体协议和数据规范； p o r t端口； s e r v i c e 端点的集合。 3 s o a p 协议 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) 是分布式环境中 交换信息并执行远程调用的协议，是