（计算机软件与理论专业论文）语义web服务发现技术研究.pdf

河海大学硕士学位论文 摘要 针对目前w e b 服务中遇到的问题，研究界提出了将语义w e b 的技术应用到w e b 服务领域，为 w e b 服务的描述提供语义信息，即语义w e b 服务( s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ) 。语义w e b 服务技术通过 为w e b 服务提供一种以x m l 为语法基础的包含语义信息的描述，使w e b 服务之间互相理解对方的 内容、功能以及属性成为可能，并且为w e b 服务的自动发现、执行、组合、监控提供了技术基础。 本文研究语义w e b 服务发现技术，从分析语义w e b 服务发现的流程入手，设计了语义w e b 服 务发现框架s w s d 。s w s d 中包含服务发现的两大支撑组件：服务注册中心和本体库。s w s d 使用 逐级筛选的服务发现策略，将服务发现过程分为三个子过程：服务请求的提交；候选服务集的构造； 匹配服务的确定。在语义w e b 服务注册和用户请求过程中，使用服务的w e b 本体语言o w l - s 作为 语义w e b 服务描述语言和基本通讯语言。 本文通过判定语义w e b 服务能力，构造候选服务集和确定匹配服务。在候选服务集的构造过程 中，本文提出了两步筛选法的思想：首先使用分类作为服务能力的描述，摒弃大部分明显不符合用 户需求的服务：然后使用转换函数i o p r 作为服务能力的描述，精确地评定语义w e b 服务能力，进 一步筛选出满足用户需求的候选服务。采用两步筛选法能提高候选服务集的构造效率。在候选服务 集中确定匹配服务的过程，通过计算“供需”服务间i o p r 的最优配对关系获取该服务的i o p r 匹配 度加权和，具有最大i o p r 匹配度加权和的服务成为匹配服务。 本文设计并实现了s w s d 原型系统，并通过一个典型案例验证了框架s w s d 的可用性和s w s d 服务发现过程的有效性。 关键词：语义w e b 服务，服务发现，服务能力，o w l ，s 河海大学硕士学位论文 a b s t r a c t t or e s o l v el o wp r e c i s i o ni nw e bs e r v i c e sd i s c o v e r y , t h er e s e a r c hc o m m u n i t yb r i n g ss e m a n t i c st ow e b s e r v i c e s s e m a n t i cw e bs e r v i c e sh a v et h e i rs e m a n t i cd e s c r i p t i o n sa n dt h u sm a k ei tp o s s i b l ef o rs e r v i c e st o k n o wt h ec o n t e n t ，f u n c t i o na n da t t r i b u t e so f e a c ho t h e r t h es e m a n t i cw e bs h o u l de n a b l ec l i e n t st ol o c a t e ， s e l e c t ，e m p l o y , c o m p o s e ，a n dm o n i t o rw e b b a s e ds e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y t h i sp a p e rr e s e a r c h e ss e m a n t i cw e bs e r v i c e sd i s c o v e r ya n dp r e s e n t saf r a m e w o r kn a m e ds w s d s w s di n c l u d e st o wm a j o rc o m p o n e n t s ，r e g i s t e rc e n t e ra n do n t o l o g yb a s e s w s dd i v i d e st h ep r o c e s so f s e r v i c e sd i s c o v e r yi n t ot h r e ep h a s e s ：g e t t i n gr e q u e s t sf r o mt h ec l i e n t s ，c o n s t r u c t i o nac a n d i d a t es e r v i c e ss e t a n ds e l e c t i n gt h em a t c h e ds e r v i c e sf r o mt h es e t o w l - si su s e da st h es e m a n t i cw e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n f r a m e w o r ka n dc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g ei nt h ep r o c e s so f s e r v i c a sr e g i s t e ra n du s e l s r e q u e s t t h ec o n s t r u c t i o no f t h ec a n d i d a t es e r v i c e ss e ta n dt h es e l e c t i o no f t h em a t c h e ds e r v i c e sb a s e so nt h e c a p a b i l i t yo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e s i nt h ep r o c e s so fc a n d i d a t es e r v i c e sc o n s t r u c t i o n , t h i sp a p e ru s e sa t o w - s t e pm e t h o d ，f i r s t l yg e t t i n g 咖o fo b v i o u sd i s s a t i s f i e ds e r v i c e su s i n gs e r v i c ec a t e g o r i e s ，a n dt h e n g e t t i n gt h eb e s tm a t c h e ds e r v i c e su s i n gc a p a b i l i t yd e s c r i p t i o nv i at r a n s f o r m a t i o nf u n c t i o n ( i o p r ) t h e t o w - s t e pm e t h o de n h a n c e st h ee f f i c i e n c yo f t h ec o n s t r u c t i o no f c a n d i d a t es e r v i c e ss e t t h es e l e c t i o no f t h e m a t c h e ds e r v i c e si sb a s e do naw e i g h t e d5 m i lo fi o p rm a t c h e dd e g r e eb e t w e e nt h er e q u e s t e ra n dt h e p r o v i d e r t h i sp a p e rr e a l i z e sap r o t o t y p es y s t e mo fs w s d ，a n dv a l i d a t e su s a b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so fs w s d b ya 帅i c a lc a s es t u d y k e y w o r d s ：s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ，s e r v i c ed i s c o v e r y , s e r v i c e sc a p a b i l i t y , o w l - s 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个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过的研究成果。与我一同工作的同事对本研 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。如不实， 本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：歪毒卜彩年莎月7 尸日 ( 注：手写亲笔签名) 7 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。 论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： ! l 磊z 年孑月猡日 ( 注：手写亲笔签名) 河海大学硕士学位论文语义w e b 服务发现技术研究 第一章引言 1 1 研究背景与选题依据 w e b 服务是微软提出的基于互鞋网的开发模型，其主要思想是用户可以使用服务提供商在网络 上发布的服务，组合成自己需要的应用程序。w e b 服务体系结构是面向对象分析与设计( o o a d ) 和电子商务解决方案中组件化思想的合理发展i lj 。根据w e b 服务的基本概念，任何东西都可以被认 为是服务，无论是硬件的移动设备还是软件的应用程序。这些服务封装了具体的实现细节，仅发布 一个a p i 供i n t e m e t 中的用户或其他服务使用j 。 目前，关于w e b 服务的研究已经达到了一定的标准化程度。w e b 服务描述语言标准w s d l ( w e b s e r v i c e s d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 3 1 ，统一描述、发现和集成标准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 ) ”l 和简单对象访问协议s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s s p r o t o c 0 1 ) t 5 】的相继推出都为w e b 服务的研究和发展奠定了基础。以上这些工业界协议都采用x m l 作为语法基础，彼此间具有一定的兼容性。但是由于这些w e b 服务协议缺乏良好定义的语义信息和 w e b 服务间交互的表达能力，因而很难满足w e b 服务发现、执行、组合、监控中的自动化需求州。 例如，目前描述和发现w e b 服务的工业标准u d d i ，提供了描述和注册w e b 服务的平台，允许 w e b 服务使用者发现满足他们需求的服务并集成到他们的商务应用中去【，j 。虽然u d d i 的服务注册 机制有很多优势，但是它的服务发现机制却有着很大的缺陷旧l 。u d d i 通过事物的物理特性对其进行 描述( 例如名称、地址等) ，虽然提供了t m o d e l s 数据结构来支持扩展的属性( 例如w s d l 描述， n a i c s 中所属分类等) 。但是u d d i 是基于x m l 的文档，它没有对w 曲服务提供基于语义的描述， 使得目前u d d i 的w e b 服务发现机制主要还是基于关键字的匹配，不能提供语义层次上的w e b 服务 发现。一些根本不相关的w e b 服务可能因为在服务描述中包含相同的查询关键字，从而导致w e b 服务发现的低精确性；同时，查询关键字可能与注册的w e b 服务的描述在语义上相同，而语法上不 同，从而导致了低查全率。 针对目前w e b 服务中遇到的问题，研究界提出了将语义w e b 的技术应用到w e b 服务领域，为 w e b 服务的描述提供语义信息，即语义w e b 服务( s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ) 的概念。语义w e b 服务 技术通过为w e b 服务提供一种以x m l 为语法基础的包含语义信息的描述，使w e b 服务之间互相理 解对方的内容、功能以及属性成为可能，并且为w e b 服务的自动发现、执行、组合、监控提供了技 术基础i ”。 w e b 创始人t i mb e m e r s - l e e 于1 9 9 8 年首次提出了语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 的构想。语义 w e b 旨在让人和机器都能理解网络世界表示的信息，通过添加具有描述内容的元数据标记使得w e b 资源及其语义更易被机器理解。语义w e b 被认为是下一代w e b 的信息基础设施。它为w e b 的实际 信息内容提供了形式化语义，以实现信息在语义层次的互操作性从而使得计算机和人类能够更好 地协同工作，更好地为人类服务。 语义w e b 的目标是让计算机能够明确地解释执行任务，而这正好能够解决w e b 服务互操作中 河海大学硕士学位论文 语义w e b 服务发现技术研究 的难题。因此，语义w e b 服务的目标就是以一种明确的、计算机能够理解的语言来描述w e b 服务 的功能和内容，同时提高现有w e b 服务操作的性能和健壮性，比如w e b 服务的发现和调用。语 义w e b 服务也将使大量的自动化任务成为可能，包括发现、执行、组合、监控以及恢复等。 目前国内外对语义w e b 服务的研究主要集中在两个方面：一方面是创建种语义w e b 服务描 述的规范，使训算机之间能够互相理解并充分表示w e b 服务的内容、功能、属性、接口以及规则和 限制条件；另一方面是在这种语义w e b 服务描述的基础之上提出一种模型或体系结构，使语义w e b 服务实现自动发现、执行、组合、监控和交互。 在前者的研究方面，作为d a m l s ( d a r p aa g e n tm a r k u pl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 惦继的 o w l - s ( w e b o n t o l o g y l a n g u a g e f o r s e r v i c e s ) 2 0 0 4 年1 1 月被提交到w 3 c 审核i ”l ，得到了一致好评。 目前o w l - s 的最新版本为2 0 0 6 年3 月发布的o w l s 1 2 预览版1 1 ”。 目前o w l s 已经成为语义w e b 服务领域内流行的服务描述规范。在o w l s 服务描述的基础之 上可以进行语义w e b 服务自动发现、执行、组合、监控以及语义w e b 服务交互的模型或体系结构 的研究。 在后者的研究方面，一些研究机构推出了语义w e b 服务的模型或者调用流程。其中最受推崇的 是由斯坦福大学m d l r a i t h 博士提出的语义w e b 服务实现模型i l 卅。该模型建立在o w l s 的前身 d a m l s 服务描述的基础上，采用d a m l s 来描述w e b 服务，为服务添加语义；系统间也通过 d a m l s 进行信息交换及服务组合。 综上，语义w e b 服务发现技术的研究可以解决目前w e b 服务发现中遇到的问题。并且，语义 w e b 服务领域技术的发展也为语义w e b 服务发现技术的研究提供了支持。 1 2 相关技术现状综述 语义w e b 服务发现领域的研究包括语义w e b 服务组织、语义w e b 服务描述、语义w e b 服务发 现算法三个方面，这三方面相互关联，任何一个方面都影响着语义w e b 服务发现机制的查全率和查 准率【。 在语义w e b 服务组织方面的研究，u d d i 的服务组织方法已经成为工业级标准，绝大多数关于 服务发现的研究都是以u d d i 的服务组织为基础展开的。目前的研究方向主要包括：针对u d d i 的 集中存取方法所造成的服务发现瓶颈，尝试采用p 2 p 的方式对之进行扩展”“。 在语义w e b 服务描述方面的研究，主要包括w s m o ( w e bs e r v i c em o d e l i n go n t o l o g y ) ”6 】和 o w l - s 1 1 2 恼方面。 服务的w e b 本体语言o w l - s 是d a r p a 组织继d a m l s 后推出的新一代语义w e b 服务描述语 言。2 0 0 4 年1 1 月，o w l s 标准被提交给w 3 c 1 2 j 。作为第一个提交到w 3 c 审议的语义w e b 服务领 域的规范，o w l - s 得到了w 3 c 的一致好评【”1 。 o w l - s 基于w 3 c 的语义w e b 技术，提供了一个描述服务的本体，使用户可以以明确且机器 可理解的方式描述w e b 服务的属性和能力。 o w l - s 描述了关于服务的三类关键信息：服务能做什么、服务如何工作以及如何使用服务陀l 。 河海大学硕士学位论文语义w e b 服务发现技术研究 这三类关键信息分别通过s e r v i c e p r o f i l e ，s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g r o u n d i n g 定义。o w l s 为w e b 服务全自动化的执行( 包括服务的发现、调用、组合和互操作) 提供了基础。 w s m o 研究小组是欧洲语义w e b 组织e s s i 下属的一个团队，其目标是在进一步发展语义w e b 服务，并研究语义w e b 服务语言和基础领域的标准。该小组以语义w e b 服务模型框架w s m f ( w e b s e r v i c e sm a n a g e m e n tf r a m e w o r k ) 为研究基础州，经过提炼和扩充提出了w e b 服务模型本体w s m o ， 该标准己于2 0 0 5 年6 月提交给w 3 c 审核i l “。 总体来说，w s m o 是一个规范化描述w e b 服务的本体框架，w s m o 结构的特点是弱耦合和强 仲裁，自治组件之间依靠中间层完成互操作，通过定义四类关键组件来描述服务”。四类关键组件 具体包括：用户的目标组件、语义功能性描述w e b 服务组件、处理连接和异质等问题的中问层组件 和提供概念和术语定义的本体集。 目前o w l - s 作为语义w e b 服务描述标准已经逐渐得到认可口o i ，o w l s 与服务的底层规范和本 体的标准语言兼容性良好，使得其在w 3 c 受到一致好评”“。 在语义w e b 服务发现算法方面的研究，目前主要方向是根据服务描述中属性词汇的语义相似度 来判断“供需”匹配程度，该研究与语义w e b 服务描述框架联系紧密，主要的研究包括 研究者时间研究基础研究成果 美国马里兰大学2 0 0 1 年，第2 0 届分 d a m l 基于预先定义的服务属性本体中的属性进行服 c h a k r a b o r t y 等布式系统大会 p r o l o g 务发现。 美国马萨诸塞州2 0 0 1 年，世界语义本体基于过程本体的w e b 服务发现技术仁”。 - 理工学院的w e b 大会工作流通过描述服务过程的匹配来提高服务匹配的查 k l e i n 和纽约大全率和查准率，服务查找和发现的过程就是过 学的b e r i n s i e i n 程模型中的过程本体与查询中所用到的过程本 体相匹配的过程。 英国牛津大学的 2 0 0 4 年，m o n e t描述逻辑 运用描述逻辑和o w l 语言规范设计出数学 c a p m t t i 等人 项目 o w l w e b 服务匹配算法口”。在o w l 语言的基础上 发展了数学服务描述语言( m a t h e m a t i c a lw e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o n ) ，作为语义w e b 服务在特 殊领域的应用具有十分重要的意义。 美国卡内基梅隆2 0 0 2 年，世界语义基于w e b 服务能力的服务匹配思想( 成为后来 大学p a o l u c c i 等w e b 工作大会语义w e b 服务发现研究的核心思想0 4 1 ) 。 人 该思想认为：服务能完成什么样的功能可以通 过考察服务描述中的某些属性进行判定，进而 将语义w e b 服务发现过程转换成对特定的服务 属性的考察。 2 0 0 3 年，第十二届d a i l s 进一步发展基于w e b 服务能力的语义匹配思 世界互连网大会想，提出通过对d a m l s 描述的语义w e b 服务 河海大学硕士学位论文 语义w e b 服务发现技术研究 的输入输出接口的概念匹配，得到匹配结果i ”i 。 2 0 0 4 年，世界语义 0 w l s 进一步提出将o w l s 语义w e b 服务描述引入 w e b 服务和w e b 过u d d i 机制的语义w e b 服务发现模型叫1 。 程集成大会 w s m o 研究组2 0 0 4 年w s m o 将服务与包含语义的服务描述绑定，通过用户 选择目标组件本体来调用语义w e b 服务【”1 。 w s m o 研究组的i r s 就是采用基于w s m o 描 述框架的语义w e b 服务发现模型口。根据 w s m o 服务描述框架创建语义w e b 服务，发布 该服务后，i r s 代理将根据用户选择的目标本 体，定位到合适的语义w e b 服务描述，并调用 该服务。目前，i r s 的最新版本为i r s i l l l 。 目前，国内在语义w e b 服务发现方面的研究刚刚起步，主要的研究方向是侧重语义w e b 服务发 现流程中某个环节，包括：研究如何在语义w e b 服务中确认分布式本体变动、维护其一致性，并实 现基于进化的分布式本体的w e b 服务语义查询 1 5 1 ；语义w e b 服务匹配过程中属性词汇的语义相似 度的判定i ；探讨如何为服务建立本体描述( 不同于o w l - s 和w s m o 的服务描述) ，并以此为基 础进行基于本体相似的服务搜索】。 综上，语义w e b 服务发现的研究与服务描述之间关系密切，o w l s 推出的时间不长，并且还 在不断完善中，以o w l s 为基础进行的语义w e b 服务发现研究还处于起步阶段。而且，目前以 o w l s 为基础的语义w e b 服务发现策略中仍有可改进的地方，主要包括：仅仅使用接口参数的语 义相似度作为服务发现的基础难以保证服务发现的精确度：在接口参数相似度判定的过程中以树形 结构作为基础有一些局限性；以接口参数语义相似度的简单求和作为服务的匹配度有一些局限性。 1 。3 本文研究内容与研究目标 1 3 1 研究内容 服务发现的过程是一个根据服务请求者提出的需求，在已经注册的服务集中寻找满足用户需求 服务的过程j 。一个完整的服务发现流程涉及的主要步骤如下川： 服务提供者描述他们的服务( 服务描述) 服务注册代理( 例如注册中心) 分类和发布这些服务描述( 服务发布) 服务请求者询问代理是否存在所需的服务( 服务请求) 代理将服务请求与已经注册的服务描述相匹配，并向请求者返回结果( 服务发现) 通过分析服务发现流程可知，语义w e b 服务发现模型需要以用户提出的需求为输入，以满足用 h t l p ：l l k m io p e na cu 帅r d j e c t s i r g 4 河海大学硕士学位论文 语义w e b 服务发现技术研究 户需求的语义w e b 服务( 或服务标识) 为输出。 前文已经叙述，服务发现研究领域包含服务组织、服务描述、服务发现算法三个方面。本文在 蛆u d d i 作为语义w e b 服务组织机制、o w l s 作为语义w e b 服务描述的基础上，从研究语义w e b 服务发现过程入手，建立完整的语义w e b 服务发现的框架，并实现语义w e b 服务发现过程中涉及的 算法。 1 3 2 研究目标 总目标：从分析语义w e b 服务发现流程入手，研究并建立语义w e b 服务发现框架。 为完成该总目标需要实现以下三个子目标： 通过研究语义w e b 服务发现流程，提出一种逐级筛选的服务发现策略。即将语义w e b 服务发现过程细分为三个子过程：服务请求的提交；候选服务集的构造：匹配服务的 确定。 研究每个子过程的关键技术，包括研究服务发现的策略和实现服务发现的算法，对现 有基于o w l s 的语义w e b 服务发现策略的局限性进行改进。 建立原型系统验证本文提出的框架和逐级筛选的服务发现策略的有效性。 1 4 本文组织结构 本文共分五章： 第一章，引言( 即本章) 。论述硕士学位论文的研究背景与选题依据、研究内容与目标、相关技 术现状综述及本文的研究技术路线。 第二章，语义w e b 服务发现基础。介绍语义w e b 服务发现的基础知识，包括：服务描述；服务 发现技术概述：语义w e b 服务能力的描述。 第三章，语义w e b 服务发现框架s w s d 。研究语义w e b 服务发现的目标和关键技术，设计了语 义w e b 服务发现框架s w s d ( s e m a n t i cw e bs e r v i c e sd i s c o v e r y ) ，提出一种分级筛选的服务发现策略， 将语义w e b 服务发现过程划分为三个子过程，研究每个子过程的关键技术。 第四章，s w s d 原型系统的设计与实现。介绍s w s d 原型系统的设计和主要功能模块的实现， 包括主要算法的伪代码。 第五章，案例研究。通过一个具体案例的研究验证本文提出的模型和算法的可用性和有效性， 并且与相关研究进行比较。 第六章，总结与展望。对本文的研究工作进行总结，提出对下一步工作的展望。 河海大学硕士学位论文 语义w e b 服务发现技术研究 第二章语义w e b 服务发现基础 2 1 服务描述 w e b 服务的体系结构即面向服务的体系结构( s o a ) 中共有三种角色，如图2 1 ： 服务提供者：发布自己的服务，并且对调用自身服务的请求进行响应。 服务注册中心( 服务注册代理) ：注册已经发布的w e b 服务，对其进行分类，能根据服务请 求者提出的请求，在注册的服务中进行服务发现。 服务请求者：利用服务注册代理查找所需的服务。然后使用该服务。 这些角色之间相互合作完成了三种操作，如图2 1 ： 发布服务：使服务提供者可以向服务代理注册w e b 服务的功能及访问接口。 发现服务：使服务请求者可以通过服务代理查找特定种类的w e b 服务。 绑定服务：使服务请求者能够真正使用服务提供者提供的w e b 服务。 图2 1 w e b 服务体系结构s o a 为支持s o a 结构中的三种操作( 服务发布、服务发现和服务绑定) ，需要对服务进行一定的描 述。实现服务描述和服务实现的分离，使得服务请求者可以绑定服务，无论服务提供者的服务的处 于开发、部署或完成阶段。只要服务描述不发生变化，w e b 服务的具体实现细节的变化都不会对服 务请求者产生影响。 服务的供需双方对服务描述的差别将直接影响到服务的发现，差别越大，发现过程需要处理的 问题就越多，反之亦然。所以提供一个完善高效的语义w e b 服务描述机制对服务发现技术的研究至 关重要。 语义w e b 服务描述应具有下面三个重要特点： 首先，它要声明服务的语义特征。服务注册代理可以使用语义特征对服务进行分类，以帮 助具体服务的查找。这样，服务请求者就能根据语义特征来匹配那些满足要求的服务。 其次，服务描述应该声明接口特征，以便访问特定的服务。 最后，服务描述还应该声明各种非功能性特征，如安全要求，事务要求，使用服务提供者 的收费标准等等。 接口特征和非功能性特征也可以用来帮助根据服务请求者的请求信息发现满足要求的服务。 现有w e b 服务的工业标准( 诸如s o a p 、w s d l 、u d d i 等) 无法描述语义w e b 服务。因为 6 河海大学硕士学位论文 语义w e b 服务发现技术研究 这些工业标准缺乏语义信息，无法实现基于语义的w e b 服务的自动发现和调用，更无法实现w e b 服 务的自动交互和组合。因此，研究界主要着眼于目前语义w e b 领域比较成熟的语言( 如r d f 、r d f s c h e m a 、d a m l + o i l 和o w l ) ，希望能够在此基础之上开发出一种新的满足语义w e b 服务描述需 求的标准。 以下先介绍现有w e b 服务描述和注册机制w s d l 和u d d i ，接着着重介绍本文使用的语义w e b 服务描述标准o w l s 。 2 1 1w s d l & u d d 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 ) 即w e b 服务描述语言以x m l 为语法基础描述w e b 服务是w e b 服务的接i s l 定义语言，由i n t e l 、i b m 、m s 等公司共同提出f 3 】。通过w s d l 可描述 w e b 服务的三类基本属性： 服务做些什么服务所提供的操作和方法。 如何访问服务服务交互的数据格式以及必要的协议。 服务位于何处协议相关的地址，如u r l 。 作为w e b 服务领域的通讯协议和消息格式标准，w s d l 在一些通讯过程中扮演着越来越重要的 角色。然而w s d l 的缺陷也很明显，它无法支持w e b 服务的语义层描述。例如w s d l 虽然能在x s d ( x m ls c h e m ad e f i n i t i o n ) 文件中定义输入输出参数的类型，却无法定义输入输出参数问逻辑上的 约束。 u d d ( 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 x a t i o n ) 即统一描述、发现和集成执议是描述并 发现w e b 服务的工业标准，它提供了描述和注册w e b 服务的平台，允许w e b 服务使用者发现满足 需求的w e b 服务并集成到他们的商务应用中去【4 j 。u d d i 通过物理属性描述w e b 服务，例如提供者 的名称，提供者的地址等等。u d d i 还提供描述扩充属性的功能，主要通过t m o d l e s 数据类型描述新 增的属性，例如所属分类法中该w e b 服务所在的类别。 虽然u d d 的服务注册机制有很多优势，但是它的服务发现机制却有着很大的缺陷。u d d i 是 基于x m l 的，它没有对服务提供语义描述，使得u d d i 仅能提供基于语法层关键字匹配的服务发 现机制，不能提供语义层上的服务发现，软件代理也就无法了解w e b 服务具体完成的工作。一些根 本不相关的服务可能在服务描述中包含相同的查询关键字，同时，查询关键字可能与注册服务的描 述语义相同而语法不同，这些都导致了基于语法关键字匹配的服务发现机制的低精确性。 2 1 。2o w l - s o w l s 是d a r p a 组织继d a m l s 后推出的新一代的语义w e b 服务描述标准使用w 3 c 推荐的 w e b 本体语言o w l ( w e b o n t o l o g y l a n g u a g e ) 1 3 3 】作为语言基础，目前版本为2 0 0 6 年3 月刚刚推出 的o w l - s1 2 预览版。2 0 0 4 年1 1 月o w l s 标准被提交给w 3 c 。作为第一个提交到w 3 c 审议的语 义w e b 服务规范，o w l s 得到了w 3 c 的一致好评【”1 。 语义w e b 上需要使用一个基本的类和属性的集合声明和描述服务，这可以在o w l 的本体架构 河海大学硕士学位论文语义w e b 服务发现技术研究 下完成。o w l s 就是通过本体语言o w l 定义了一组本体来描述w e b 服务。 图2 2o w l s 定义的服务本体 如图2 , 2 所示，s e r v i c e 类是对所描述w e b 服务的结构化的引用点，每个s e r v i c e 实例将对应一 个发布的服务。p r e s e n t s 、d e s c r i b e d b y 和s u p p o r t s 作为s e r v i c e 类的三个属性，分别将值域映射到 s e r v i c e p r o f i l e 、s e r v i c e m o d e l 和s e r v i e e g r o u n d i n g 。这三个类的实例根据它们所描述的服务的不同其 内容可能大不相同。但是它们都描述了一个w e b 服务的重要的内容： s e r v i c e p r o f i l e ：描述“服务能做什么”，为一个寻找服务的代理提供有关信息类型来帮助代 理决定该服务是否能满足的需求。s e r v i c e p m f i l e 还可以用来描述用户的需求。 s e r v i e e m o d e l ：描述“服务怎么工作”，描述了服务在执行时将会发生什么。 s e r v i c e g r o u n d i n g ：描述访问服务的细节。通常制定消息格式、通信协议、以及其他如端口 号等和服务相关的细节。 综上，s e r v i c e p r o f i l e 提供了代理发现服务所需的信息；服务的s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g r o u n d i n g 一起为代理能够进2 步使用服务提供信息。 w e b 服务市场上进行一个交易需要三方参加：服务请求者，服务提供者和基础组件。服务请求 者相当于买方，需要寻找一个服务来完成自己的任务；服务提供者相当丁二卖方，为服务请求者提供 需要的服务。在i n t e m e t 的开放环境下，服务请求者一般预先并不知道提供者的存在，所以需要依托 一些基础组件如注册中心帮助查找需要的服务。服务发现就是帮助请求者在提供的服务中寻找满足 需求服务的过程。 在o w l - s 框架中，s e r v i c e p r o f i l e 提供了一个方式来描述服务提供者提供的服务和服务请求者所 需的服务。 s e r v i c e p r o f i l e 将服务描述为一个具有三种类型信息的功能：哪个组织提供了该服务，该服务提 供什么功能，一组描述服务特征的属性。 提供者信息包含了指向提供服务的实体的联系信息： 服务的功能描述根据服务产生的转换进行表达。具体的，在s e r v i c e p r o f i l e 中包括了： 服务的输入、输出； 8 河海大学硕士学位论文语义w e b 服务发现技术研究 - 服务执行的前提以及服务执行产生的影响 用于描述服务特征的一组属性可能包括： 一 服务所属的种类： 服务的质量评价。该属性通过用户米评定，并最终为用户所使用； 一个不限长度的服务参数列表，它可以包含任何类型的信息。这些信息可能包括服务 的最大响应时间，服务的位置可用性等。o w l s 提供了用于表达这些参数的机制。 s e r v i c e p r o f i l e 提供了服务在注册中心所需信息的准确描述，一旦用户找到了所需的服务，以后 和服务的交互通过s e r v i c e m o d e l 进行。尽量两者在和整个服务事务中扮演不周的角色，但它们是对 同一服务的不同表达，两者之问应该就输入i n p u t s 、输出o u t p u t s 、前提p r o c o d i t i o n s 和结果r e s u l t s ( 以下简称i o p r ) 达成一致。 o w l - s 没有在s e r v i c e p r o f i l e 和s e r v i c e m o d e l 之问做出严格的限制，在不违反o w l 有效性的前 提下，两个的表达可以有出入。但是，在用户通过s e r v i c e p r o f i l e 找到一个服务，而通过s e r v i c e m o d e l 和该服务交互时，如果出现不一致，则可能中断。 s e r v i c e p r o f i l e 模型的细节可以分为四部分：将s e r v i e e p m f i l e 类和s e r v i c e 类以及过程模型连接起 来的属性：s e r v i c e p r o f i l e 的联系信息和描述信息；依据i o p r 的服务的功能表达；8 e r v i c e p r o f i l e 的 属性。 连接属性 s e r v i c e p r o f i l e 类提供了对服务的所有高层描述类型的基类。该类并没有强制规定对服务的 表达，但是它规定了将一个s e r v i c e p r o f i l e 实例和一个s e r v i c e 实例链接时所需的基础信息。 s e r v i e e p r o f i l e 和s e r v i c e 之间的链接是双向的，两个方向分别通过p r e s e n t s 和p r e s e n t e d b y 两个 属性进行描述： 服务名称、联系方式和描述 s e r v i c e n a m e ，t e x t d e s c r i p t i o n 和c o l a t a e t l n f o r m a t i o n 这三个属性提供了人可读的信息，不为 机器所处理。一个s e r v i c e p m f i l e 最多只能有一个s e r v i e e n a m e 和t e x t d e s c f i p t i o n ，但是可以有任 意多个c o n t a c t l n f o r m a f i o n 。 一 s e r v i c e n a m e 给出了提供的服务的名称，可咀作为服务的标志： 一t e x t d e s c r j 【p t i o n 给出了服务的一个简短的描述，除了对服务提供的功能的描述外，它还 列出了服务提供者希望与使用者共享的信息； _c o n t a c t l n f o r m a f i o n 给出了负责该服务的人或者团体的联系方式，它的内容在o w l s 内 部不作规定，但是可以使用其他的o n t o l o g y 来进行描述( 如v c a r d ) 。 功能描述 o w l ss e r v i e e p r o f i l e 描述了服务功能的两个方面：信息转换( 主要是输入、输出) 和服务 执行所产生的状态改变( 前提和影响) ，也就是i o p r 。p r o f i l e 中为i o p r 列出了如下的属性： h a s p a r a m e t e r ：它的值域是o w l - s 中的p a r a m e t e r 类。该类通常不被实例化，它的存在 只是使得领域知识更加清晰， h a s l n p u t ：它的值域是服务的s e r v i e e p r o e e s s 中定义的i n p u t s 实例： 9 河海大学硕士学位论文 语义w e b 服务发现技术研究 一h a s o u t p u t ：它的值域是服务的s e r v i c e p r o e e s s 中定义的o u t p u t 实例； h a s p r e c o n d i t i o n ：它指定了服务执行的一个前提条件，值域是服务的s e r v i c e p r o c e s s 中 定义的p r e c o n d i t i o n 实例； h a s r c s u l t ：它指定了服务执行后的一个结果，其值域是服务的s e r v i c e p r o c e s s 中定义的 r e s u l t 实例 s e r v i c e p r o c e s s 中的r e s u l t 实例详细说明了服务执行后，领域内的变化。 s e r v i c e p r o f i l e 属性 这些属性包括了服务除功能外的有关服务质量的描述信息，服务的分类信息以及其他可能 的信息。 一 s e r v i c e p a r a m e t e r 是一个可扩展的属性列表。该属性的值域是s e r v i c e p a r a m e t e r 类； s e r v i c e p a r a m e t e r n a m e 是该参数的名称，它可能是一个文字，或者是一个u r l ； s p a r a m e t e r 指向某个o n t o l o g y 内该参数的值的表达 - s e r v i c e c a t e g o r y 指向某个o n t o l o g y 或者服务分类的入口。该属性的值域是 s e r v i e e c a t e g o r y 类。s e r v i e e c a t e g o r y 是基于o w l - s 之外甚至是o w l 之外的分类标准 描述的服务的分类。 e a t e g o r y n a m e 是分类的名称，它可能是一个文字，或者是一个u r l ； t a x o m o n y 存储了指向一个分类模式的引用。它可以是该分类的名称，u r 或者是 它所处位置的u r l ； v a l u e 是一个特定分类的值： c o d e