（计算机科学与技术专业论文）基于qos的语义web服务选择技术的研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文摘要 基于o o s 的语义w e b 服务选择技术的研究 摘要 随着对w e b 服务技术研究的不断深入，为了实现智能化的w e b 服务提供，出现了语义w e b 服务。语义w e b 服务是w e b 服务和语义 w e b 结合的产物，它的目标是通过对w e b 服务进行语义描述，使其 成为机器可以理解的内容，从而支持服务查找、选择、协商、组合、 执行等操作的自动化。 服务选择是w e b 服务提供过程的重要环节，服务选择的目标就 是根据用户需求有效地选择出最有利于用户的服务。但是随着w e b 服务的广泛应用，w e b 服务数量与日俱增，网络上常常存在很多提供 相同功能的服务，如何从众多功能相同的服务中为用户选择出质量最 符合要求的服务成为服务选择的一个研究热点。 目前对服务选择的研究主要集中在基于语义的w e b 服务功能匹 配上，考虑服务质量( q o s ) 的选择方法大都比较简单。本文围绕语义 w e b 服务选择过程中基于q o s 的服务选择为核心进行论述，研究了 如何对q o s 进行语义描述，如何以用户需求为目标对服务单个q o s 属性进行评价，如何考虑用户偏好、领域特征计算服务总体q o s 的 评价值，以及在服务选择过程中如何降低虚假广告对服务总体q o s 评价的影响，为用户选择最合适的服务。 首先，考虑到对w e b 服务q o s 的语义描述，本文通过分析现有 两个典型的q o s 本体，构建了具有良好扩展性、支持多种度量表示 方式以及语义描述能力的o w l q o s 本体，同时提出了基于o w l o o s 本体的单个q o s 属性的评价方法。o w l - q o s 本体支持使用精确值、 区间值等形式对q o s 属性值进行表示，更符合实际情况下对q o s 属 性的描述需求。在o w l - q o s 本体的基础上本文提出了单个q o s 属性 的评价方法，对多种表示方式下的单个q o s 评价方法进行了讨论。 然后，本文提出了多层次q o s 计算模型( m l q m ) 以及基于该模型 的服务选择方法( m l q m s ) 。多层次q o s 计算模型将服务的q o s 分 为信誉层、通用层和领域层，把信誉层作为服务o o s 的基础，强调 信誉层属性在服务总体o o s 计算中的特殊地位。基于该模型的q o s 总体评价方法先利用单个q o s 评价方法得出服务各q o s 的评价值， 然后依据用户、领域的特殊需求对通用q o s 和领域q o s 以及两层的 具体q o s 属性区别对待，最后利用信誉层的可信度参数作因子对结 北京邮电大学硕士学位论文摘要 果进行调整，计算出服务的总体q o s 值，以此为依据进行选择。仿 真试验证明该方法能有效地为用户选择合适的服务，并能有效降低虚 假服务发布信息对服务总体q o s 评价的影响， 最后，本文实现了一个模型系统p i s o m w a r e ，该系统是对支持多 层次q o s 计算模型的w e b 服务框架的实现，从而验证了框架的可行 性。 关键词：w e b 服务语义w e b 本体q o s 服务选择 北京邮电大学硕士学位论文 t h es t u d y o fq o s - b a s e ds e m a n t i cw e b s e r v i c es e l e c t i o nt e c h n o l o g y a b s t r a c t a st h er e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c ed e v e l o p s ，s e m a n t i c w e bs e r v i c ew a sp r o p o s e df o ri n t e l l i g e n t i z i n gw e bs e r v i c e s e m a n t i cw e b s e r v i c ei st h ec o m b i n a t i o no fw e bs e r v i c ea n ds e m a n t i cw e b ，w h i c hi s u s e dt os u p p o r ta u t o m a t i o no fs e a r c h ，s e l e c t i o n ，n e g o t i a t i o n ，c o m p o s i t i o n a n de x e c u t i o no fw e bs e r v i c e t h eg o a lo fs e r v i c es e l e c t i o ni ss e l e c t i n gt h em o s ta p p r o p r i a t es e r v i c e b a s e do nt h er e q u i r e m e n t sf r o ms e r v i c ec o n s u m e r s ，w h i c hi sa ni m p o r t a n t p a r ti nt h ep r o c e s so fu s i n gas e r v i c e a st h ew e bs e r v i c ei su s e dw i d e r a n dw i d e r , t h ew e bs e r v i c e so nt h ei n t e r n e tb e c o m em o r ea n dm o r e ，a n d t h e r ea r eal o to fs e r v i c e st h a tp r o v i d et h es a m ef u n c t i o n h o wt os e l e c t t h em o s ta p p r o p r i a t es e r v i c ef o rc o n s u m e rf r o mt h e s es e r v i c e si sah o t i s s u ei ns e r v i c es e l e c t i o n s of a r , t h er e s e a r c ho ns e m a n t i cw e bs e r v i c es e l e c t i o ni sm a i n l yf o c u s o nt h ef u n c t i o no ft h es e r v i c e ，a n dt h es e l e c t i o nm e t h o d sc o n s i d e r i n gt h e q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) a r ef e wa n ds i m p l e t h i sp a p e rd i s c u s s e ss e r v i c e s e l e c t i o nb a s e do nq o sd u r i n gs e m a n t i cw e bs e r v i c es e l e c t i o n ，r e s e a r c h e s h o wt od e s c r i b eo o sw i t hs e m a n t i cl a n g u a g e ，h o wt oe s t i m a t es i n g l eq o s a t t r i b u t ed e p e n d i n go nt h es e r v i c er e q u i r e m e n t s ，h o wt or e d u c et h ee f f e c t t ot h es e r v i c es e l e c t i o nf r o mt h ef a k es e r v i c eq o si n f o r m a t i o na n dh o wt o s e l e c tt h em o s tp r o p e rs e r v i c eb a s e do nt h es p e c i a lr e q u i r e m e n t sf r o m c o n s u m e ra n dd o m a i n f i r s t l y , i no r d e rt od e s c r i b et h eq o sw i t hs e m a n t i cl a n g u a g e ，t h i s p a p e rd e s i g n saq o so n t o l o g y , o w l - q o so n t o l o g y , w h i c hi se x t e n s i b l e a n ds u p p o r t sm u l t i f o r md e s c r i p t i o n a l s o ，am e t h o do fe s t i m a t i n gs i n g l e q o si sp r o p o s e d o w l - q o so n t o l o g ys u p p o r t st od e s c r i b et h ev a l u eo f t h eq o sa t t r i b u t e su s i n ge x a c t ，i n t e r v a la n do t h e rf o r m s ，w h i c ha c c o r d s w i t ht h ef a c t u a lc o n d i t i o nb e t t e r b a s e do nt h eo n t o l o g y , t h ep a p e rb r i n g s f o r w a r dt h ee s t i m a t i n gm e t h o do fas i n g l eq o si nd i f f e r e n td e s c r i p t i o n f o r m s s e c o n d l 5t h i sp a p e rp u tf o r w a r dm u l t i l a y e r sq o sm o d e l ( m l q m ) 二8 速邮电大堂硕士学位论文 a b s t r a c t a n ds e r v i c es e l e c t i o nm e t h o db a s eo nt h em o d e l ( m l q m s ) m l q m d i v i d e st h eq o sa t t r i b u t e si n t ot h r e el a y e r s ，r e p u t a t i o nl a y e r , c o m m o n l a y e ra n dd o m a i nl a y e r , w h i c ht a k e st h er e p u t a t i o nl a y e ra st h ef o u n d a t i o n o fq o sa n d e m p h a s i z e s t h ei m p o r t a n c eo ft h i s l a y e r t h es e l e c t i o n m e t h o de s t e m a t e st h e s i n g l eq o sf i r s t l y , t h e n u s e st h e s p e c i a l r e q u i r e m e n t sf r o mc o m s u m e ra n dd o m a i nt op r o c e s st h eq o si nt h e c o m m o nl a y e ra n dd o m a i nl a y e r , a f t e rt h a t ，a d j u s t st h ee s t i m a t i o nr e s u l t o fc o m m o na n dd o m a i nq o s u s i n gc r e d i b i l i t ya t t r i b u t ei nt h er e p u t a t i o n l a y e ra n dc o m p u t e st h ef i n a lq o sv a l u e o fas e r v i c e t h ee x p e r i m e n t s u g g e s t st h em e t h o dc a ns e l e c tt h ea p p r o p r i a t es e r v i c ef o rt h ec o n s u m e r a n dr e d u c et h ee f f e c tf r o mt h ef a k es e r v i c eq o si n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l y a tl a s t ，t h ep a p e ri m p l e m e n t sam o d e ls y s t e mp i s o m w a r e t h i s s y s t e mi s a ni m p l e m e n t a t i o no fm u l t i l a y e rq o sm o d e ls u p p o r t e dw e b s e r v i c ea r c h i t e c t u r e ，w h i c hp r o v e st h ef e a s i b i l i t yo ft h ea r c h i t e c t u r e k e yw o r d s ：w e b s e r v i c e ，s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y ，q o s ， s e r v i c es e l e c t i o n 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：蘑盔到日期：丝堡：主：兰z 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，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，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期_ 趟：窆= 2 z 日期：篷塑星：主：兰2 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 本章主要介绍本文在基于q o s 的语义w e b 服务选择方面的研究背景，然后 介绍本文作者在攻读硕士学位期间主要从事的工作，最后简单概述本文的结构。 1 1 课题研究背景 w e b 服务为在不同的平台和软件结构下运行的软件应用程序提供了一种标 准的交互方法【1 1 。它是基于t c p i p ，唧，x m l 等规范而定义的具有w e b 上 链接文档浏览、事务自动调用、服务的动态发现和发布等功能的软件结构。w e b 服务作为一种网络操作，能够利用标准的w e b 协议及接口进行应用间的交互。 语义w e b 是对未来w e b 的展望，被描述为“对现有w e b 的扩展，在此w e b 上 的信息都有良好定义的语义，使得计算机和人能很好地工作在一起 1 2 j 。语义 w e b 的研究目标是扩展当前的w e b ，赋予w e b 中的所有信息以定义良好的语义， 让计算机能够理解和处理这些信息，从而使人和计算机能更好地协作，充分发挥 w w w 这个巨大的分布式信息系统的潜力。 语义w e b 服务是传统的w e b 服务技术引入语义网技术的结果，使w e b 服 务的自动化和智能化成为了可能。在语义w e b 服务中，本体具有同样的作用， 基于w e b 本体的描述语言，可以为服务的发布和请求者提供语义基础，使得请 求者能够找到自己需要的服务。然而在动态、异构和多样化的服务环境中，发现 合适的服务是实现服务计算的重要前提。w e b 服务发现的研究目标是服务发现 的高效率和自动化，在服务发现技术中，利用语义描述和服务本体论是达到该目 标的有效途径；而如何用o w l 等语义标记语言描述服务，如何将语义w e b 、本 体论和语义推理应用到w e b 服务的查找和匹配中极具研究价值。 随着语义w e b 服务技术的发展以及各项相关标准的制定，w e b 服务的查找、 选择和执行逐步趋于自动化。同时随着w e b 服务数量的迅速增长，提供类似功 能的服务不断增多，致使服务查找和选择的任务加重。如何根据请求者提出的各 种q o s 的需求从众多满足功能需求的服务中尽可能地选择出q o s 最合适的服务 成为难题。而当前的服务选择方案更多地集中在服务功能属性的匹配上，对于 q o s 的考虑也处于较粗粒度的状况，属性的描述形式过于单一，难以应对请求者 提出的多样化需求，无法判断服务提供者发布的q o s 信息的可靠性，在查找到 符合功能需求的服务集后，很难为请求者选择更合适的服务，这使得基于q o s 需求的服务选择成为当前服务选择环节的一个热点问题。 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 主要工作 本文作者硕士研究生期间在b b l 实验室( b u p t b e a 联合实验室) 参与 了“基于i m s 的多媒体会议系统 、“i pc e n t r e x 系统”和“基于i m s 的全业务桌 面终端 3 个项目的研发工作。主要工作包括了： 1 深入学习了i m s 最新标准，对i m s 网络中的业务流程有较深的了解。在 “基于i m s 的多媒体会议系统”项目中负责了呼叫流程的设计以及用户 鉴权、会议管理、即时消息、会议录像等多个模块的实现和测试； 2 对现有的呼叫类业务的相关规范进行了学习和研究，在“i pc e n t r e x 系统” 项目中负责呼叫保持、呼叫等待、呼叫转接、呼叫插入等业务在i m s 网 络环境中的信令流程的设计并对相关业务进行了实现； 3 深入学习了c m c c 制定的i m s 终端规范，在“基于i m s 的全业务桌面 终端项目中，负责终端的注册、群组管理、即时消息模块的设计、实 现以及测试。 本文作者还参与了国家8 6 3 项目“基于p 2 p 的智能语义w e b 服务中间 件平台 项目的研究与开发工作。主要工作包括了： 1 学习了w e b 服务和语义w e b 的相关标准； 2 学习了语义w e b 服务方面的知识。广泛阅读了国内外关于语义w e b 服务 的文章，了解了当前语义w e b 服务的发展状况以及最新的研究成果。调 查分析了当前国内外关于w e b 服务选择技术的进展情况； 3 学习了w e b 服务q o s 方面的相关知识。对当前国内外基于q o s 进行w e b 服务选择的相关技术进行详细调研，阅读相关论文，对不同的方法进行 分析总结。 4 调研了现有的w e b 服务q o s 模型及计算的研究成果，提出了w e b 服务 的多层次o o s 计算模型以及基于该模型的服务选择方法，同时对相关算 法进行了仿真验证； 5 实现了一个基于p 2 p 的智能语义w e b 服务中间件系统原型，对提出的相 关技术进行了实现和验证。 1 3 论文主要内容 本文主要研究了在互联网的复杂环境下，从满足用户功能需求的候选服务集 合中如何有效地选择出o o s 最适合用户的服务。 第二章将对w e b 服务相关技术以及研究现状进行简单介绍。其中对w e b 服 2 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 务、语义w e b 、语义w e b 服务等相关技术进行了介绍，包括w e b 服务的框架以 及相关协议，语义w e b 的介绍以及分层结构和语义w e b 服务相关技术的介绍。 第三章将介绍w e b 服务q o s 本体构建以及单个q o s 属性的评价方法。该章 通过借鉴现有的q o s 本体模型构建了o w i ，q o s 本体，基于该本体对服务的q o s 属性进行语义描述，另外提出了各种情况下对服务单个q o s 属性评价的方法。 第四章将介绍基于多层次q o s 模型的服务选择。该章将介绍能够应对用户、 领域的多种需求，并可以降低虚假服务发布信息对服务q o s 评价影响的服务选 择方法，基于多层次q o s 计算模型的服务选择方法，最后对相关算法进行仿真 实验和分析。 第五章将介绍支持多层次q o s 计算模型的原型系统的实现和测试。该章简要 介绍模型系统的总体设计，以及与本文内容相关模块的设计、实现和测试。 第六章对本文进行了总结。本章包括了论文总结、个人工作总结及论文研究 内容的下一步工作。 3 北京邮电大学硕士学位论文第二章相关技术及研究现状 第二章相关技术及研究现状 w 曲服务和语义w e b 是目前两个新兴的研究热点，它们都有着广阔的应用前 景。对w 曲服务技术而言，它虽然正被广泛采纳但也面临一系列亟待解决的问题， 随着网络上w 曲服务数量的急剧增长，服务请求者人工地从服务注册中心查找满 足自己所需的服务变得不太现实，如何通过新技术智能地根据用户的需求实现 w e b 服务查找、选择、执行、甚至组合的自动化成为w e b 服务发展面临的一个关 键问题。 语义w e b 通过在发布的内容中包含明确定义的语义信息，使得计算机能够有 效处理信息的含义以及与其它信息之间的关系，甚至可以进行相关的逻辑推理来 挖掘一些潜在的信息。语义w e b 的这种特征正好为w 曲服务面临的问题提供了一 个可行的解决方案。 w 曲服务和语义w e b 的结合产生了语义w 曲服务。语义w 曲服务通过对w e b 服务进行带有语义地描述，实现w 曲服务相关操作的自动化。考虑到本文支持q o s 的语义w 曲服务选择建立在w 曲服务功能属性的语义匹配基础上，同时需要对 q o s 进行语义描述，本章将对w 曲服务、语义w e b 、语义w 曲服务等技术及研究 现状作一介绍。 2 1w e b 服务 w e b 服务是一个通过网络使用标准的x m l 消息可以访问的操作集的接口f 3 j 。 w 3 c 对w e b 服务的定义是一种软件系统，它支持网络上机器与机器之间的互操 作；它有一个以机器可以处理的格式描述的接口；其它系统通过s o a p ( s i m p l e o b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 消息与w e b 服务进行通信，s o a p 消息通常以x m l 序列 化的形式采用h t r p ( h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 协议以及其它w e b 相关协议进 行传输。 从上面的定义可以看出，w 曲服务本质上是一种应用程序之间的通信机制， 它独立于硬件平台、操作系统和编程语言。w 曲服务有一个软件接口，它描述了 一组在网络上可以通过标准化的x m l 消息传递进行访问的操作。更重要的是， w 曲服务采用的协议都是开放的标准，如x m l ，s o a p 和h 1 曙。接下来对w e b 服务的架构和w 曲服务的相关协议进行介绍。 4 北京邮电大学硕士学位论文第二章相关技术及研究现状 2 1 1w e b 服务的架构 w e b 服务是一种分布式的组件技术，用于解决程序与程序之间的交互，实 现w e b 服务的关键技术是扩展标记语言( x m l ，e x t e n s i b l em a k e u pl a n g u a g e ) ， 简单对象访问协议( 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 0 1 ) ，w 曲服务描述语言 ( w s d l ，w 曲s e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，统一描述、发现和集成( 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 ) 。它能够在互联网上面通过w e b 接口提供计算能力和资源。w e b 服务通过w s d l 描述服务接口，使用u d d i 将 服务注册、发布到注册中心，采用s o a p 封装调用请求和服务响应消息，目前 w e b 服务的传输采用h t i p 协议承载。 w e b 服务使用标准的、正式的x m l 来描述服务交互的所有必须细节，包括 了消息格式、传输协议和位置。它的接口隐藏了实现的细节，可以保证它独立于 编写它的语言和实现它的软硬件平台。这样基于w e b 服务技术实现的应用具有 松耦合性，w e b 服务能够组合完成复杂的功能，实现商业事务。 w e b 服务的架构建立在服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务注册中, 1 ：, , ( s e r v i c e r e g i s t r y ) 、服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 三者交互的基础上。服务提供者定 义它所能提供的w e b 服务描述，发布到注册中心。服务请求者依据需要到注册 中心检索服务，找到合适的服务描述，根据服务描述，绑定服务提供者提供的服 务并调用它。图2 - 1 表示了w e b 服务的架构。 图2 - 1 w e b 服务架构 5 北京邮电大学硕士学位论文 第二章相关技术及研究现状 w e b 服务架构中服务提供者是服务的拥有者，它是提供服务接入的平台。服 务请求者需要特定的功能，它查找、调用( i n v o k e ) 或者启动与服务的交互，它 既可以是人使用浏览器来请求，也可以是程序自动调用。服务注册中心保存了服 务的描述用于检索，服务请求者可以查找服务得到绑定信息。服务注册中心在 w e b 服务的架构中不是一个必须的角色，因为服务请求者可以通过本地文件、 f t p 站点、w e b 网站、广播发现服务( a d s ，a d v e r t i s e m e n ta n dd i s c o v e r yo f s e r v i c e s ) 等方式得到它需要的服务描述。 在w e b 服务的架构中服务描述的发布( p u b l i s h ) 、服务描述的查找( 1 0 0 k u p ) 和发现( f i n d ) 、服务的绑定和调用这三个行为是不可或缺的。它们既可以依次发 生也可以同时发生。在w e b 服务的调用过程中，首先服务的描述必须发布出来 以便服务请求者可以找到它。然后服务的请求者可以直接的得到服务描述或者在 服务注册中心查询需要的服务描述。服务的发现过程可以在程序设计阶段静态的 得到服务描述，也可以在程序运行时动态得到服务位置、绑定服务执行。最后服 务的调用需要服务请求者使用服务描述中的绑定细节定位、连接、调用服务。 在w e b 服务的架构中服务是一个软件模块部署在可以访问的网络平台上，它 的接口描述在服务描述文件中，它由服务提供者提供。它既向服务请求者提供服 务，又可以作为服务请求者调用其他的w e b 服务。服务描述中包含了服务接口 和实现的细节，包括了数据类型、操作、绑定信息、网络位置，也能够包括帮助 服务发现和使用的分类信息以及其他的元数据( m e t a d a t a ) 。 2 1 2w 曲服务的协议 w e b 服务的运行，需要在w e b 服务体系的每一层具有一系列的标准和协议。 w e b 服务协议栈的概念结构如图2 2 所示。 b p e l 4 w $ ，w s f l ，x l a n g 。w s - c d l u d d l w s d l s o a p x m l x m ls c h e m a h t t p h i t p s 。s m t p t c p 胛l | n t e r n e t i n t r a n e tl 图2 - 2 w e b 服务协议栈 6 北京邮电大学硕士学位论文 第二章相关技术及研究现状 w e b 服务协议栈的底层是网络层，w e b 服务的交互必须通过网络层的某种具 体的协议承载，事实上在互联网上w e b 服务的传输协议是m 1 甲。而w e b 服务 的调用消息和描述语言都是基于x m l 格式的，下面将主要介绍s o a p 、w s d l 、 u d d i 三个协议。 s o a p l 4 l 作为标准的基于x m l 的消息封装机制用于文档通信和远程过程调用 ( r p c ，r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 。s o a p 消息由s o a p 信封、s o a p 消息头、s o a p 消息体构成。s o a p 结构如图2 3 所示。 图2 3s o a p 结构 s o a p 可以用于单向通信，也可用于复杂的事务，如电子文档交换( e d i ， e l e c t r o n i cd o c u m e n ti n t e r c h a n g e ) 和r p c 等。一个s o a p 消息如图2 - 4 所示。 图2 _ 4 s o a p 例子 7 北京邮电大学硕士学位论文 第二章相关技术及研究现状 w s d l t 5 1 是基于x m l 的服务描述语言，是实际上的服务描述标准。它描述了 w e b 服务交互的最小信息集合，通过对于w s d l 的扩展或进一步发展可以将诸 如事务上下文、服务质量、服务间关系等信息加入到服务描述文档中。 w e b 服务的描述分为抽象定义和具体定义两部分，w s d l 组成的概念模型如 图2 5 所示。 图2 - 5 w s d l 模型 w s d l 抽象定义用消息( m e s s a g e s ) 来描述w e b 服务发送和接收的内容，消 息交换模式( m e s s a g ee x c h a n g ep a t t e r n s ) 定义了一个操作( o p e r a t i o n ) 中的消息 顺序和消息数。一个操作与消息交换模式中的一或多个消息相关。一个接口 ( i n t e r f a c e ) 包括了一些与传输格式和协议无关的操作。 w s d l 具体定义用绑定( b i n d i n g ) 来规定接口传输格式和协议，服务端点 ( e n d p o i n t ) 规定绑定的网络地址，最后服务( s e r v i c e ) 组织服务端点成为一个 w e b 服务提供的接口。 w s d l 文档结构如图2 - 6 所示。w s d l 文档中，类型( t y p e s ) 定义了消息， 通常使用w 3 c 的x m ls c h e m a 规范的数据类型。接口( i n t e r f a c e ) 封装了抽象 操作和消息的集合。规定了操作用到的消息类型和消息交互顺序。绑定说明了接 口消息的格式和传输协议。服务包括了一组服务端点，服务端点定义了服务绑定 的网络地址。 w s d l 、s o a p 、h t i p ( 或者是别的传输协议) 提供了w e b 服务交互最基 本的协议栈。但是没有服务信息的发布、发现w e b 服务的使用就只能局限在较 小的范围内，每一个w e b 服务都会变成孤立的服务节点，失去了它能在互联网 范围内提供服务的意义。 8 北京邮电大学硕士学位论文第二章相关技术及研究现状 o “q - o _ h _ “一 1w 嚣攒：耪蟹绺激瓣轴爨苫辨增 | id c f t i n t t t o i 诲 j 诬卿磐璺廖 图2 6 w s d l 结构 u d d i 6 】提供了服务的发布和查找服务描述的方法。u d d i 数据实体提供对定 义业务和服务信息的支持。w s d l 中定义的服务描述信息是u d d i 注册中心信 息的补充。u d d i 提供对许多不同类型的服务描述的支持。因此，u d d i 没有对 w s d l 的直接支持，也没有对任何其它服务描述机制的直接支持。u d d i 组织已 经发布了如何将w s d l 文档映射到u d d i 注册中心的文档i t l 。u d d i 数据类型如 图2 7 所示。 b u s i n e s s e n t i t y b u s i b i n d i n g t e m p l a t ei 7 j 口 | 7 j 口 图2 7u d d i 数据类型 b u s i n e s s e n t i t y 提供关于商家的信息，可以包含一个或多个b u s i n e s s s e r v i c e 。 这个商家是服务提供者。w e b 服务的技术和业务描述在b u s i n e s s s e r v i c e 和其 b i n d i n g t e m p l a t e 中被定义。每个b i n d i n g t e m p l a t e 包含一个对一个或多个 t m o d e l 的引用。t m o d e l 被用于定义服务的技术规范。 9 几n 胛 m 抖 ， 堋， ，黼 m 一 黧 北京邮电大学硕士学位论文第二章相关技术及研究现状 2 2 语义w e b w e b 创始人t i mb e m e r s l e e 将w e b 的演化分为两个阶段【剐。在第一个阶段， w e b 应该是一个有利于人们进行信息交换和相互合作的强大工具。w e b 在最初十 年的发展里，基本上实现了这个目标：它以h t m l 页面的方式向人们提供了大 量可阅读的信息；在第二个阶段，这种合作应该延伸到机器。 也就是说，连接 到w e b 上的机器也应该能够分析w e b 上的所有数据包括内容、链接以及人 与机器之间的交互。 实现这一目标的难点在于传统的h t m l 语言本身的固有缺陷。这种标记语 言的标签集知识对内容的显示格式做了标记，由于缺乏针对数据内容的标签，其 数据的表现格式和数据内容糅合在一起。h t m l 语言的这种特点决定了w e b 上 的信息内容很难被机器所理解，从而制约了一些需要对w e b 上的海量数据进行 自动化处理应用的开发。虽然近年来人们在n l p ( n a t u r a ll a n g u a g ep r o c e s s ，自 然语言处理) 、m l ( m a c h i n el e a r n i n g ，机器学习) 等领域做出了大量的努力， 提出了基于概率统计、向量空问等多种方法来增强机器对文本信息的理解能力， 但其最终的处理效果还不够理想。从上述分析可知：由于当前广泛使用的h t m l 存在诸多的弊端，因此为了充分发挥w e b 海量数据存储的优势，就需要以一种 机器可识别和理解的规范化格式交换w e b 资源信息。近年来出现的w e b 新标准 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) ( 9 l 最大的特点在于用户可 以根据需要制订能够反映数据内容的标签，实现数据内容与数据表现方式的分 离。x m l 及其相关的技术使传统w e b 上的信息内容从面向人浏览转为面向计算 机自动处理迈出了非常重要的一步。 信息资源根据其所处层次的不同，可以被划分成不同的阶或者势，其中现实 世界中未经加工处理的信息处于零阶，在整个信息层次结构中处于最底层；网页 资源信息处在第一阶；在对h t m l 页面经过加工之后，所获取的网页标引或索 引信息处于在第二阶；有关信息资源对象的元数据或模式信息则是属于第三阶的 信息；而逻辑推理、真值证明等信息理应拥有更高的阶值，在信息层次中，阶值 越低的信息越具体详实，较适合于人为处理；阶值越高的信息其抽象程度越高， 则更适合于机器的自动化处理。当前w e b 上的信息是杂乱的、无序的( 或者说 是非矢量的) ，将数据内容和表现形式混在一起，其中不同“阶 的信息没有被 区别对待，这就导致了人们在信息使用上的困难。因此，语义w e b 首要解决的 问题就是建立起合理的信息层次结构，使其上面的信息是结构良好且有序的。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 第二章相关技术及研究现状 t i mb e m e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 大会上描述了语义w e b 的基本体系结构，如图 2 8 所示，在本节的剩余部分中，将对语义w e b 的层次结构作一个详尽的介绍和 描述。 t m s t p r o o f l o g i c o n t o l o g yv o c a b u l a r y r d f + r d f s c h e m a x i l + n s + x m l s c h e m a u n i c o d eu i u 图2 - 8 语义w e b 层次结构图 w e b 环境下的各应用之间不可避免地需要相互通信，直接或间接地以机器可 读的格式传递信息。这些信息中很大一部分是对w e b 上资源的描述，因此，首 先应该以明确的方式来标识这些资源对象。语义w e b 采用u r i ( u n i f o r mr e s o u r c e i d e n t i f i e r ，统一资源标识符) 来表示资源及其属性，u r i 是一个互联网标准，记 载于r f c 2 3 9 6 中。它和w e b 常用的u r l ( u n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r ，统一资源 定位符) 以及u r n ( u n i f o r mr e s o u r c en a m e ，统一资源名称) 1 1 0 l 的区别在于u r i 能表示所有可以字符串作为标识符的资源信息，它既能表示网络可达的资源，又 能描述网络不可达的资源，u r l 和u r n 都是u r i 的子集。另外，由于语义w e b 的最终目的是要构建一个全球信息的网络，在这个网络上应能涵盖各种语言和文 字的信息资源，所以它采用u n i c o d e 作为字符的编码解决方案。这一层位于语义 w e b 中的最底层，是整个语义w e b 的基石，它成功地解决了w e b 上资源的标识 和跨地区字符编码格式的问题。 随着w e b 的不断发展，h t m l 的缺点越来越突出，甚至已成为制约w e b 继 续发展的障碍。归纳起来，h t m l 语言主要存在以下几个方面的问题： 数据内容和数据表示不分，这是h t m l 最大的问题所在。同样的数据值可 能存在多种不同的显示风格，这就导致了形式各异的h t m l 描述，使得以数据 内容为目标的搜索引擎难以有效的开展工作。 h t m l 内部的结构性和条理性较差。由于h t m l 在制定之初，并没有对其 语法结构做出严格的规定，加之各种浏览器的纵容，导致现在即便是那些所见即 北京邮电大学硕士学位论文第二章相关技术及研究现状 所得工具自动生成的h t m l 文件，可能在语法上也会错误百出，这就使搜索引 擎很难根据规范的h t m l 语法来分析和提取网页信息； h t m l 的标签固定僵化，用户不能自行扩展，导致很多的特殊信息无法表示， 这就使得h t m l 很难满足信息共享最大化的要求。 源于对h t m l 语言现存问题的分析，人们在语义w e b 发展之初，就决定将 x m l 作为其语法层。和h t m l 一样，x m l 也是一种标记语言，都属于s g m l 的子语言集。但x m l 最大的特点在于它是一种可扩展的标记语言，它并不像 h t m l 那样，提供一组实现定义好的标签，而只是提供了一个标准，根据这个标 准，用户可以根据实际需要定义自己的标记语言，并为你的这个标记语言规定它 特有的一套标签。准确地说，x m l 是一种元标记语言，它允许你根据它所提供 的规则，制定各种各样的标记语言，并可以通过d t d ( d a t at y p ed e f i n i t i o n ，文 档类型定义) 或x m l s c h e m a 来约束这些标签的内部组织结构。但另一方面，由 于x m l 标签可以由用户自行定制，这样就可能会造成标签命名的冲突的情况， 为了解决这个问题，w 3 c 的x m l 小组制定了有关命名空间的标准1 1 。因此， 这一层通过x m l 的特性，实现了文档对自身结构的描述，实现了跨应用的语法 互操作层，这是传统的h t m l 语言所无法完成的。然而x m l 是底层的数据交换 格式，它只是解决了文档内容的次序、结构等语法上的问题，并没有解决文档内 容的语义、联系等问题。对标签具体含义的定义和互操作需要交给语义w e b 的 上层去解决。 x m l 提供了w e b 数据编码的语法依据，而r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o n f r a m e w o r k ，资源描述框架) 则规定了相关资源的语义描述框架。正如其名，r d f 并不是一种新的语言，而是一个开放的元数据描述框架，它属于语义w e b 中的 元数据层。在r d f