（水利水电工程专业论文）web构件模型研究及其在水利领域中的应用.pdf

摘要 随着i n t e m e t 技术的快速发展与普及，软件系统呈现出柔性、多目标、连续 反应式的新的形态。软件实体具有独立性、主动性、和自适应性，实体之间的 交互以多种静态连接和动态合作的形式实现互连、互通、协作和联盟。软件被看 做是一种i n t e m e t 环境下的服务资源，面向服务的理念逐步成为业界的一种共识。 如何开发面向服务的应用系统? 这是摆在软件领域从业人员面前的个难 题。现有的软件开发方法，虽然在某些方面能够适应面向服务的要求，但是具体 表现却不能令人满意。这就需要设计一种新的程序开发范型，以更好地适应面向 服务的软件开发需求。为此，本文提出了w e b 构件的概念。 为了建立w e b 构件模型，本文以h a t e m e t 环境下的软件开发为背景，在分析 了现有软件开发方法各自特点和面向服务基本要素的基础上，对w e b 构件的概 念模型、行为规约机制、语义描述、在水利领域建模方法等方面进行了研究，并 取得以下成果： 1 提出w e b 构件的概念、建立了w e b 构件概念模型，为开发面向服务的应 用系统提供全面支持。 2 针对w e b 构件自主性和自适应性的基本特征，构建了基于心智因素的 w e b 构件逻辑框架，用于分析w e b 构件的推理机制。 3 论述了w e b 构件行为动态重构原理，为w e b 构件的动态组装和功能剪裁 奠定了理论基础。 4 在对o w l s 进行扩充的基础上，给出了基于语义的w e b 构件描述方法。 5 根据水利领域应用的具体特点，提出了w e b 构件的领域建模方法。为在 不同抽象层次制定水利领域软件技术标准和推动w e b 构件技术在水利领 域的应用创造了必要条件。 关键词：w e b 构件、面向服务的体系结构、行为规约、心智因素、本体、水利 领域 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i z a t i o no fi n t e r n e tt e c h n o l o g y , s o f t w a r e s y s t e mh a sb e e ni n an e wf o r mo ff l e x i b i l i t y , m u l t i g o a l sa n dc o n t i n u o u sr e a c t i o n s s o r w a r ee n t i t yh a sb e c o m ea u t o n o m o u s ，p r o a c t i v ea n ds e l f - a d a p t a b l e t h ew a yo f c o n n e c t i o nb e t w e e ns o f t w a r ee n t i t i e sh a sb e c o m em u l t i p l e a n d d y n a m i c a n d i n t e r c o n n e c t i o n ，i n t e r a c t i o na n dc o o r d i n a t i o nb e t w e e ns o f t w a r ee n t i t i e sh a sb e c o m e r e a l i t y s o f t w a r e i sc o n s i d e r e da sas e r v i c eu n d e ri n t e m e tr e s o u r c er a t h e rt h a na p r o d u c t t h ei d e ao f s e r v i c eo r i e n t e dh a sb e e np o p u l a r i z e d i ti sas e r i o u si s s u ef o rp e r s o n st od e v o t et h e m s e l v e st os o f t w a r ed e v e l o p m e n t h o wt od e v e l o ps e r v i c e o r i e n t e da p p l i c a t i o n s t h ec u r r e n tt e c h n o l o g i e so fs o f t w a r e d e v e l o p m e n t a r en o tc a p a b i l i t yo f f u l f i l l i n gt h i sr e q u i r e m e n tt h o u g ht h e yc a n d ow e l l i ns o m ea s p e c t s t h e r e f o r e ，an e w p a r a d i g m i sn e e d e dt os a t i s f yt h i ss i t u a t i o n s o ，w e p r e s e n t a c o n c e p t o fw e b c o m p o n e n t si nt h i sp a p e r i no r d e rt oe s t a b l i s haw e b c o m p o n e n t sm o d e l ，t h ea u t h o rh a sd o n em u c h r e s e a r c h w o r ko nt h ew e bc o m p o n e n t so nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h e r e s p e c t i v ef e a t u r e so f c u r r e n ts o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i e sa n dt h eb a s i ce l e m e n t so fs e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，w h i c hi n c l u d e st h ec o n c e p ts y s t e mo f w e b c o m p o n e n t s ，t h em e c h a n i s m o fb e h a v i o rs p e c i f i c a t i o n ，as e m a n t i cd e s c r i p t i o nm e t h o do fw e b c o m p o n e n t s ，a n di t s a p p l i c a t i o n t ot h ew a t e rr e s o u r c e sd o m a i nm o d e l i n g f o l l o w i n ga r e t h em a i n c o n t r i b u t i o n so f t h i s 血e s i s ： 1 ac o n c e p to fw e bc o m p o n e n t si sp r e s e n t e da n dac o n c e p t u a lm o d e lo fw e b c o m p o n e n t si sb u i l t w i t hw e bc o m p o n e n t s ，s e r v i c e o r i e n t e da p p l i c a t i o n sc a n b e d e v e l o p e d 2 c o n s i d e r i n gt h ea u t o n o m o u sa n ds e l f - a d a p t a t i o nf e a t u r e so f w e b c o m p o n e n t s ， al o g i cf r a m e w o r kt oa n a l y z et h ei n f e r e n c em e c h a n i s mo fw e b c o m p o n e n t si s e s t a b l i s h e do l l 也eb a s i so f m e n t a la t t i t u d e s 3 ap r i n c i p l eo fb e h a v i o r d y n a m i cr e c o n f i g u r i n g o fw e bc o m p o n e n t si s p r o p o s e d a n dt h i sh a sm a d eaf o u n d a t i o no fd y n a m i cc o m p o s i t i o no fw e b c o m p o s i t i o n a n dd y n a m i c t a i l o r i n go f w e bc o m p o n e n t s 4 a ns e m a n t i cd e s c r i p t i o na p p r o a c ht ow e bc o m p o n e n t si sg i v e nb ye x t e n d i n g 0 、l s 5 c o m b i n i n g t h ef e a t u r e so f w a t e ri - e s o u r c ed o m a i n a na p p r o a c hi sp r e s e n t e dt o m o d e lw e b c o m p o n e n t sw i t h i nw a t e rr e s o u r c ed o m a i n t h i sc a na l s op r o v i d e g r e a t c o n v e n i e n c et oe s t a b l i s ht h et e c h n i c a ls t a n d a r d so ft h es o r w a r c t e c h n o l o g yi nt h ew a t e rr e s o u r c e sd o m a i n a n dt op r o m o t ea p p l i c a t i o no ft h e w e b c o m p o n e n t s i nw a t e rr e s o u r c ed o m a i n k e y w o r d s ：w e bc o m p o n e n t s ，s o a ，b e h a v i o rs p e c i f i c a t i o n ，m e n t a la t t i t u d e , o n t o l o g y ，w a t e r r e s o u r c e sd o m a i n 前言 随着i n t e r n e t 技术的快速发展与普及，软件系统呈现出柔性、多目标、连续 反应式的新的形态。软件实体具有独立性、主动性和自适应性，实体之间的交 互以多种静态连接和动态合作的形式实现互连、互通、协作和联盟。软件被看 做是一种i n t e m e t 环境下的服务资源，面向服务的理念逐步成为业界的一种共 识。 服务是一个可以被描述、发布、发现和绑定的软件实体。面向服务的软件 系统是系列的服务按照系统业务逻辑编排而形成的。服务与服务之间是一种 松散耦合的关系，它们按一定的顺序进行连接，其中一个服务的更新或替换不 会影响其他服务的性能。而且，可以根据业务逻辑的变化，重新编排服务的执行 流程。 但是，目前的软件开发方法还不能很好地支持面向服务的应用系统的开发。 从整体上看，软件开发方法的发展滞后于应用需求的变化。虽然目前的软件开 发方法( 如w e bs e r v i c e s ，基于构件的软件开发方法，面向a g e n t 的软件开发 方法等) 尽管各有特色，在一些领域也有不俗的表现。然而，在开发面向服务 的应用系统方面，部还存在着某些缺陷。不能很好地体现面向服务的理念，满 足开发面向服务应用系统的需求。 因此，我们有必要在吸取现有软件开发方法精华的基础上，设计一种新的 程序开发方法以解决上述问题。本文的研究重点就是提出一种新的程序开发范 型一一w e b 构件模型，以满足面向服务应用系统的开发需求。 在分析研究当前世界软件开发方法研究成果的基础上，本文提出了w e b 构 件的概念，建立了w e b 构件概念模型：设计了w e b 构件逻辑框架用以研究w e b 构件的推理机制；分析了w e b 构件行为规约方法，提出了w e b 构件行为可动态 重构的原理：针对水利领域特点，提出了w e b 构件领域建模方法。 本文的主要创新点是：论文的主要内容和创新点是： 1 提出了w e b 构件的概念； 2 构建了基于认知模型的w e b 构件逻辑框架- - b w i c s ，并给出了其公理 体系； 3 论述了w e b 构件行为动态重构原理和基于语义的w 曲构件描述方法； 4 根据水利领域应用的具体特点，建立了w e b 构件的领域建模方法，并应 用于桔水期径流预报系统建模。 本文的研究工作得到河海大学承担的国家“9 7 3 ”子项目“网构软件柔性组 装机制研究“( 编号：2 0 0 2 c b 3 1 2 0 0 2 ) 的支持。 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) ：= 堑丛a 蟛年 月西日 ( 注：手写亲笔签名) 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。 訾， 论文作者( 签名) ：= 鬣鱼：全却痒3 月q 5 。e t ( 注：手写亲笔签名) 河海大学博士学位论文 第一章绪论 软件技术，简言之，是指支持软件系统的开发、运行和维护的技术。其核一t l , 内容是：高效的运行模型及其支撑机制，有效的开发方法学及其支撑机制 i 】。软 件开发方法随着软件所依附环境以及人们对问题特征认知的改变而不断发展变 化的。它经历了结构化程序设计、面向对象程序设计、基于构件的开发与设计 以及面向a g e n t 的软件开发方法等几个重要阶段。程序设计范型历经“程序= 数 据结构+ 算法”、“面向对象的程序= 对象+ 消息”向“程序= 脚本+ 构件”的新 形式转化。构件化开发成为软件工程化生产的大趋势。 随着i n t e m e t 技术的快速发展与普及，计算机软件所面临的环境从静态封闭 逐步走向开放、动态和多变。软件系统也呈现出柔性、多目标、连续反应式的新 的形态，软件实体具有独立性、主动性、和自适应性，实体之问的交互以多种静 态连接和动态合作的形式实现互连、互通、协作和联盟。软件不再被当做是一种 产品，而被看做是一种i n t e m e t 环境下的服务资源 2 】。软件功能被作为服务分发， 按照d e m a n d l e d 方式，以i n t e r a c t t i m e 配置，及时满足不断变化的用户需求【3 1 。 在这种背景下，传统的、追求逻辑上完全统一的计算模式已经不能满足当今技术 发展的要求，在统一协议下的松散式协同模式更能体现当今技术的特色，面向服 务的理念成为一种共识。 1 1 面向服务的软件体系结构 大多数软件系统的开发都是采用基于技术驱动的单方提供完整软件系统的 方式。对于有严格边界的系统而言，这种方式是有效的。但是，对于系统边界不 固定，甚至是经常变化的应用系统来说，其效果就不尽如人意了。这些应用系统 经常处于多变的状态，需要通过不断的调整才能帮助企业赢取竞争优势，敏捷性 成为成为衡量应用系统性能的一个非常重要的因素。s o a ( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，面向服务体系结构) 鼓励使用可替代的技术和方法，通过把服务联 系在一起而非编写新代码来构建应用系统。在企业业务需求发生变化时，通过调 整原有的服务模式、对其进行适当的配置，即可在商业环境许可的时间内对变化 的市场条件做出快速的响应。s o a 的一个中心思想就是使得企业应用摆脱面向 第一章绪论 技术的解决方案的束缚，轻松应对企业业务变化和发展的需要。而不是象过去那 样，迫使用户将其业务能力局限在应用程序的能力范围之内。 1 1 1 服务的概念 服务是粗粒度、可被发现的软件实体庀以单个实例的形式存在，通过松散耦 合( 通常是异步的) 、基于消息通信的方式与其他的应用和服务交互【4 】。 服务具有下述主要技术特征：( 1 ) 较粗粒度。与构件相比，服务封装了更多功 能和具备对更大数据集进行操作的能力：( 2 ) 分离接口。服务的实现与接口定义 分离，这样做的优点是多个服务可以实现一个公共的接口，一个服务也可以实现 多个接口：( 3 ) 可被发现。服务需要在应用系统的设计和运行阶段被找到。所以， 服务不仅仅需要唯一的标识，还要标识接口和服务类型；( 4 ) 单个实例。一个服务 通常情况下是同多个客户通信的运行实例；( 5 ) 松散耦合。服务通过标准、低依 赖、松散的消息传递机制( 如x m l 文档传输) 连接其它的服务或客户：( 6 ) 异步通 信。一般地，服务使用异步消息通信方式。但是，并不是非此不可。实际上，许 多服务有时也会使用同步通信模式。 总之，服务是一个可以被描述、发布、发现和调用的软件实体。面向服务的 软件系统是系列的服务按照系统业务逻辑组合起来的。服务与服务之间是一种 松散耦合的关系，它们按一定的顺序进行连接，其中一个服务的更新或替换不会 影响到其他服务的可用性。并且可以根据业务逻辑的变化，重新排列服务的执行 流程。 1 1 2 s o a 的基本原理 面向服务的体系结构是满足业务需求的部件的集合，它由若干构件、服务和 过程组成【5 1 。换言之，s o a 是过程、服务与构件间的相互关系，是在比构件更高 的抽象层次上描述应用系统的软件体系结构。 s o a 的焦点集中在如何描述和组织服务以便能够更好地满足在运行期间发 现服务的要求。服务以契约的形式定义服务行为，通过接口描述并由服务对象实 现。为了能更好地支持动态发现，在s o a 中，一般将服务细分为服务、服务请求 者和服务提供者三大类：( 1 ) 服务( s e r v i c e ) ，一个逻辑实体，可以有一个或多个发 2 河海大学博士学位论文 布的接口定义；( 2 ) 服务请求者( s e r v i c e r e q u e s t o r ) ，调用服务提供者的软件实体。 服务请求者相当于传统意义上的“客户”，但是它可以是一个后台的应用程序， 或者是另一个服务：( 3 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e o ，实现一个服务的具体细节 的软件实体，其中又包括两种特殊的服务提供者，即：服务查找者( s e r v i c e l o c a t o r ) ，提供注册和查找服务提供者接口和位置的服务；服务代理者( s e r v i c e b r o k e r ) ，将服务请求者的请求分发给一个或多个服务提供者。 服务问以松散耦合的机制连接，除使系统具有良好的伸缩性，便于扩展外，由 于服务对用户而言是透明的，服务请求者可以在运行时动态查找和绑定服务。因 此，当一个服务的请求者过多或服务终止时，可以重定向到其他的服务。另外， 用户只需关注服务接口，而不必关心这些服务使用的编程语言、操作系统和涉及 的数据库。只要支持服务访问协议，任何设备都可以访问它们。故基于s o a 的 系统的可用性较高。 1 1 3 s o a 的特性 服务由服务提供商提供，内容包括服务描述、具体功能实现以及相关的技术 支持。服务请求者可以是应用系统、应用业务处理过程，也可以是一个服务。它 们可以位于不同的运行环境，通过i n t e m e t 建立联系。因此，服务应该具备一下 特性： 技术中立：调用机制( 如协议、描述和发现机制) 应遵循广为接受的标准： 松散耦合：服务请求者不需要了解服务的内部结构及运行语境； 灵活的配置机制：服务的绑定在后进行，配置可以动态改变； 位置透明：服务的定义和存放位置对服务请求者而言是透明的； 服务粒度：可以按基于服务的功能及发送和接收的数据数量来定义服务，如 细粒度服务、粗粒度服务或组合服务。 1 1 gs o a 的技术优势 与传统的开发模型相比，面向服务体系结构是提供了一个很好的软件开发模 型。原有的系统容易向面向服务的软件进化，不需重新构建一个全新的系统。面 向服务体系结构具有许多优点： 第一章绪论 投资回报率高。面向服务体系结构让开发者建立了一个独立、强健的 服务层。服务映射到各个业务领域。例如，一个公司建立了一个库存 商品的目录服务，通过将业务逻辑层分离出来，它可以存在于它组装 成的任何一个系统的生命周期。 代码可移动。地点透明实现了代码的移动性。 开发者可以专注于某一层的开发。面向服务体系结构将应用分成许多 层，从而使开发者专注于构建某一层的应用。开发可以并行进行。 更利于测试。通过服务发布的接口很容易对服务进行测试。对系统单 个服务的测试，可以提早发现问题，而不必等到对整个系统进行测试 时才发现它们。 支持多种用户类型。凡是支持服务的访问协议的设备都可以访问服 务，如p d a ，手机等。 复用性好。服务的粒度比构件和对象大，且它们可以同时被一个或多 个请求者使用。 可维护性好。服务提供者容易对服务进行定位和维护、修改和更新， 系统的维护性更好。 伸缩性更好。服务间以松散耦合的机制连接，使系统具有很好的伸缩 性，便于扩展。由于服务对用户而言是透明的，服务请求者可以运行 时动态查找和绑定，因此当一个服务的请求者过多或服务终止时，可 以重定向到其他的服务。 可用性好。用户只需关注服务接口，而不必关心这些应用使用的编程 语言、操作系统等。只要支持服务访问协议，任何设备都可以访问它 们。 1 2 几种主流的软件开发方法 1 2 1w e bs e r v i c e s w e bs e r v i c e s 是面向服务的体系结构的一个实现嘲。它基于开放的标准，以 i n t e r n e t 为服务的基础设施，构建了一个基于开放标准的、松散耦合的面向服 4 ) ) ) ) ) ) ) ) ) n 姑 河海大学博士学位论文 务的计算模型。 ( 1 ) w e bs e r v i c e s 的定义 由于w e bs e r v i c e s ( w e b 服务) 的概念问世不久，目前尚未有一个统一的定 义，下面是一些组织和知名计算机公司对w e b 服务的理解和定义： w 3 c ：w e b 服务是由u r i 标识的软件应用程序，其接口和绑定可以通过 x m l 部件( a r t i f a c t s ) 进行定义、描述和发现，w e b 服务支持通过基于因特网的 协议使用基于x m l 的消息与其他软件应用程序直接交互【。 m i c r o s o f t ：w e b 服务是通过标准的w e b 协议可编程访问的w e b 组件【7 1 。 i b m ：w e bs e r v i c e s 是一种新的w e b 应用程序分支，他们是自包含、自描述、 模块化的应用，可以发布、定位、通过w e b 调用w e bs e r v i c e s 可以执行从简单的 请求到复杂商务处理的任何功能。一旦部署以后，其他w e bs e r v i c e s 应用程序可 以发现并调用它部署的服务【8 i 。 从这几个定义上看，w e bs e r v i c e s 可以理解为一个程序或者是一个模块组或 者是一个在线应用服务，这些表明w e bs e r v i c e s 是一个独立的服务单元，是个实 体。w e bs e r v i c e s 通过网络与其他的应用程序进行通信，一般是通过i n t e r a c t 来 访问w e bs e r v i c e s 。为了让别的应用程序能够访问w e bs e r v i c e s ，w e bs e r v i c e s 需要被描述、发布、查找。因为w e bs e r v i c e s 是对外提供服务的，因此需要一个 开放的标准，只要遵循这个标准，所有的客户端都应该能够调用。 ( 2 ) w e bs e r v i c e s 的特性 w e bs e r v i c e s 应具有如下特性： 可描述，可以通过一种服务描述语言来描述： 可发布，可以在注册中心注册其描述信息并发布； 可查找，通过向注册服务器发送查询请求可以找到满足查询条件的服务，获取 服务的绑定信息； 可绑定，通过服务的描述信息可以生成可调用的服务实例或服务代理； 可调用，使用服务描述信息中的绑定细节可以实现服务的远程调用： 可组合，可以与其他服务组合在一起形成新的服务。 第一章绪论 图1 1w e bs e r v i c e s 体系结构 ( 3 ) w e bs e r v i c e s 结构 w e bs e r v i c e s 是一个面向服务的体系结构， w e bs e r v i c e s 主要有三种角色 ( 如图1 1 ) ： 服务提供者( s e r v i c e sp r o v i d e r ) 负责向i n t e r n e t 提供可用的服务；服务 请求者( s e r v i c e sr e q u e s t e r ) 根据需要在i n t e r n e t 上搜寻、绑定、调用所需 的服务：服务注册中心( s e r v i c e sr e g i s t r y ) 就象是电话黄页，是逻辑上的服 务目录。服务提供者在此发布服务而服务请求者从这里搜寻服务。 与三种角色对应，w e bs e r v i c e s 包含以下三个行为：( 1 ) 发布( p u b l i s h ) 。 服务提供者在注册中心登记它所提供的服务的服务描述信息；( 2 ) 查找( f i n d ) 。 服务请求者直接检索服务描述或在服务注册中心中查询所要求的服务类型。( 3 ) 绑定( b i n d ) 。绑定操作中，服务请求者利用服务描述中的绑定细节来定位、联 接和调用服务，从而在运行时调用或启动与服务的交互。 ( 4 ) w e bs e r v i c e s 协议栈 w e bs e r v i c e s 技术依靠一系列的标准和协议来实现面向服务的计算模式。 这些协议保证了面向服务体系结构中的基本操作：服务描述，服务发布和服务发 现( 如图1 2 ) 。w e bs e r v i c e s 涉及的最基本的技术规范包括x m l ，w s d l ，s o a p 和 u d d i 。w s d l 是程序员描述w e bs e r v i c e s 的编程接口。w e bs e r v i c e s 可以通过 u d d i 来注册自己的特性，其他应用程序可以通过u d d i 找到需要的w e b 服务。 6 河海大学博士学位论文 s o a p 则提供了应用程序和w e b 服务之间的通信手段。而w s d l ，s o a p 和u d d i 都 建立在x m l 基础之上。 舭 可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 使用标记来界定内容， 允许用户定义任意复杂度的结构，具有良好的扩展性：它具有自描述性，适合数据 交换和共享：x m l 另一个优点是无关性，独立于具体的平台和厂商，确保了结构化 数据的统一。目前x m l 已成为开放环境下描述数据信息的标准技术，也是w e b s e r v i c e s 中信息描述和交换的标准手段。x m l 使用x m ls c h e m a 作为建模语言。 它具有丰富的数据类型，支持类型继承，能对x m l 文件进行严格的合法性检查：使 用与x m l 完全一致的文法，统一了分析和处理方式：引入了命名空间的概念，解决 了可能的名称重复问题。】( m ls c h e m a 是w e bs e r v i c e s 中协议制订的标准语言， 它和x m l 共同构成w e bs e r v i c e s 的基石。 图1 2w e b 服务的协议栈 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 ) x m l 使数据易于理解和共享，但应用实体之间要发送和接收x m l 文档。还需 对网络协议、访问点等细节达成共识。w e bs e r v i c e s 实体间交互使用的是简单 对象访问协议( s i m p l e o b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 。它提供了i n t e r n e t 中 交换结构化信息的轻量级机制，实现异构应用之间的互操作性。 s o a p 包括三个部分：封装结构、编码规则和r p c 机制。封装结构定义了一个 第一章绪论 整体框架，描述消息内容、内容的属性以及谁负责处理。编码规则定义了交换应 用程序数据的一系列机制，它支持x m ls c h e m a 中全部的简单数据类型、以及结 构和数组：r p c 机制定义了远程过程调用和应答的协定，通过s o a p 绑定，可以将 s o a p 信封在h t t p 、s m t p 等协议上进行传送。 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 ) “” 在应用程序调用一个w e bs e r v i c e 之前，必须知道其调用接口。w e bs e r v i c e s 具有松散耦合和自动集成的特点，要求接口描述方式能够被机器自动识别。w e b s e r v i c e s 采用w s d l 来描述其服务接口。w s d l 采用x m ls c h e m a 定义，能够对各种 语言实现的服务接口进行描述，具有语言无关性。w s d l 将w e bs e r v i c e s 定义为 网络端点的集合，使用类型、消息、端口等元素来描述服务接口。请求者据此可 以知道服务要求的数据类型、消息结构、传输协议等，从而实现对w e bs e r v i c e s 的调用。 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 i n t e g r a t i o n ) 1 为了使服务申请者能够查找需要的服务，业界制订了注册和查找w e b 服务的 u d d i 技术规范。u d d i 注册中心是对所有提供公共u d d i 注册服务站点的统称， 凡是实现u d d i 规范的站点都可被称为u d d i 操作入口站点站点之间通过复制机 制保持彼此间的内容同步。服务提供者可以在服务注册中心发布自己提供的服务 服务请求者则在注册中心查找期望的服务。 1 2 2 语义w e b 语义w e b ( s e m a n t i cw 曲) 是国际互联网组织w 3 c 制定的关于未来w e b 的一 个蓝图。其思想是使w e b 上的数据以这样一种方式来定义与链接，使其能够被 机器用于各种不同应用系统，而且可以实现数据的自动化处理、集成与复用。语 义w e b 的主旨是在x m l 的基础上进一步提供语义级互操作。实际上w e b 创始 人t i mb e m e m l e e 在1 9 9 8 年就提出了s e m a n t i cw e b 的概念【1 2 i ，随着w 3 c 在 2 0 0 1 年2 月正式推出s e m a n t i cw e ba c t i v i t y ”】，网络环境下语义检索成为网络研 究发展的主流。 ( 1 ) 语义w e b 的定义 b e m e r s l e e 给出如下定义【1 4 1 ：语义w e b ，是一个网，它包含了文档或文档的 可海大学博七学位论文 一些部分，描述了事物间的明显关系，且包含语义信息，以利于机器的自动处理。 在x m l 2 0 0 大会的重要发言中，b e m e r s l e e 专门解释了“s e m a n t i c ”和“w e b ” 两个词的含义。在“w e b ”背后是可导航空间的思想，用u r l ( 统一资源标识符) 映射到资源上。s e m a n t i cw e b 所指的“s e m a n t i c ”是“机器可处理”，而不是自 然语言语义和人的推理。对于数据，语义表达了机器能对这些数据做些什么。若 你给出一些数据到一台机器，它用这些数据做出正确事情，就称它通过了“语义 测试”。 ( 2 ) 语义w e b 结构 t i mb e m e r s l e e 提出了语义w e b 的体系结构【1 5 】【1 6 】，从下到上分别为： u n i c o d e 、u r l 、x m l 、r d f ( s ) 、o n t o l o g y 、l o g i c 、p r o o f 和t r u s t 。他认为 语义w e b 是个多层次结构，功能逐层增强。其结构如图1 3 ： 第一层：u n i c o d e 与u r l ，是整个体系结构的基础。其中u n i c o d e 负责处理资 源的编码，u r i 负责资源的标识，它使信息精确检索成为可能。 第二层：l + n s ( n a m e s p a c e ) + x m ls c h e m a ，负责从语法上表示数据的内 容和结构，通过使用标准的格式浯言将网络信息的表现形式、数据结构和内容分 离。 第三层：r d f e ”1 + r d fs c h e m a 1 8 1 ，它提供的语义模型用于描述w e b 上的信息 和类型。 第四层：本体词汇层 1 9 】，负责定义共享的知识，描述各种信息之间的语义关系， w e bo f k r t r u s t d u b l i nk r r u l c s p r o o f ( o f c e l c i l l c l l t d a t a r l o g i c s c ti o n t o l o g ys u p p o r t x m l r d fs d l e r l l a d i g r d fs y n l a xi nx m 【 s i g r e u r d e i c l i d t i o nf r a m e w or k ：b o s i ce r i i k e1 1 1 0 d e i n a m e s v a c e s x m i 一s c h c n 】a s x m l s t r u c t u r e dd o c u m e n t s u n i v e r s a ir e s o u r c e 【d e n t it i e r s i j n i c o d e 图1 3 语义w e b 的功能层次结构 第一章绪论 揭示信息本身和信息之间的语义。 第五层：逻辑层，负责提供公理和推理原则，为智能服务提供基础。 第六层证明层和第七层的信任层，负责提供认证和信任机制。 在整个语义w e b 体系结构中，x m l 、r d f ( s ) 和o n t o l o g y 是它的核心，它们支 持从语义上描述网络信息和知识。如果语义w e b 最终得以实现，那么w e b 信息集 成将会最终跨越语义异构的难点而变得比较简单。 ( 3 ) 语义w e b 的语言栈 为使语义w e b 工作，计算机必须能访问结构化的信息集合以及一套推理规则 并据此进行自动推理，因此必须首先提供w e b 上信息的合适的表示方法。语义 w e b 被开发为对w e b 上知识的表示，作为多对多的信息交换媒介，语义w e b 对 标记语言的数据交换格式提出了以下的要求【2 0 l ：( 1 ) 通用的表达能力：由于无法 预测所有潜在的应用，w e b 的数据交换格式必须能够表达任何形式的数据；( 2 ) 一一。 婪旦竺 图1 4 语义w e b 语言栈 语法的互操作能力：处理器( 如分析器p a r s e r ) 必, 须能够识别各种数据的表示，并 且能为不同类型的应用所复用：( 3 ) 语义的互操作能力：要求实现对数据内容的 分析，并提供识别元素间关系的能力。语义w e b 的基本语言栈如图1 4 所示： 为了进行语义w e b 的描述，x m l 是好的起点，它提供了以一致性和可证实 性方式构建文档的方法，其他几种语言都是基于x m l 的。 语义网依靠于资源描述框架( r d n ，为设计人员提供页面描述内容，以及那 些彼此之间或与其它已知数据体如何关联的方法。r d f 解决的是如何采用x m l 标准语法无二义性地描述资源对象问题。使得所描述的资源的元数据信息成为机 器可理解的信息。r d f 本身身并不规范语义，但是它为每一个资源描述体系提 供定义反映某特定需求的语义结构的能力。 1 0 河海大学博士学位论文 r d f 模型的基本对象类型有3 种：资源( r e s o u r c e s ) ，陈述( s t a t e m e n t s ) ，属性 ( p r o p e r t i e s ) 。所有被r d f 描述和规范的信息和文档都称为资源，每个资源都具 有属性。资源通过唯一资源标识符u r i 来标志，其属性由属性类型来标志，每 个属性类型都有对应的属性值。属性类型表示这些属性值与资源之间的关系。 r d f 的开放性主要在于它的模式机铜j ( s c h e m a ) ，用户可以根据应用需要，遵 循r d f 模式规范自行定义扩展模式。模式定义了中所使用的术语和元素类型， 它实质上是一种名称空间( n a m e s p a c e ) 概念。 为了实现信息源间的语义互操作，每个信息源必须至少理解彼此的信息表示 所涉及到的概念符号。r d fs c h e m a 是一种简单的o n t o l e l g y 语言，他定义怎样用 r d f 来描述词汇集。另外它还定义了词汇之间的一些简单的关系和约束。而r d f s c h e m a 在表达能力和逻辑严格性方面的不足导致了o i l 2 l 】及随后的 d a m l o i l z 2 的出现。d a m l o i l 建立了以描述逻辑为基础的o n t o l o g y 知识表 示及其语义模型，提供了丰富的o n t o l o g y 描述，尤其是引入了等价关系与作用约 束等表示，同时还开发了面向服务的o n t o l o g y 知识模型d a m l s t 2 3 1 d a m l s 以实现以下4 项任务： w e b 服务的自动发现，即自动定位符合要 求的w e b 服务：w e b 服务的自动调用，即由计算机程序或a g e n t 自动执行已经 确定的w e b 服务；w e b 服务的合成与协同，即自动选择、合成、协同某些w 苦b 服务去执行特定的任务；w e b 服务的自动监控，即能够告诉用户服务执行的状态。 ( 4 ) 语义w 曲服务 为了使w e b 服务能够在异构的环境下自动发现、组装和运行，对w e b 服务 进行语义化描述是必需的【2 4 1 。语义w e b 服务就是用与实现这一目标的。通过服 务o n t o l o g y 和领域知识，可以定义一个可以被机器识别的语义w e b 服务。语义 w e b 服务基础可以通过三个正交方面来表征( 如图1 5 ) ：应用行为、结构和服务 本体。这些方面代表了语义w e b 服务在业务层层、物理层和概念层的需求。应 用行为定义了功能需求，结构定义了实现这些应用所需的构件，服务本体定义了 与描述语义w e b 服务应用行为关联的所有概念集合，从而构成了一个语义w e b 服务的知识模型。 从应用行为视角观察，语义w e b 服务就是业务执行过程中的一个对象。它包 括以下活动：发布、发现、选择、组装、唤醒、配置和本体管理。 第一章绪论 从结构的视角来看语义w e b 服务是在安全和信任机制下实现上述活动的构 件的集合。这些构件包括注册器、匹配器、分解体唤醒控制单元。 服务本体是语义w e b 服务基础的另一方面，它表述服务自身的能力及应用限 制。服务本体在知识层面集成了由w e b 服务规范定义的信息，包括行为能力( 如 输入、输出、前置后置条件以及非功能特性) ：服务提供商相关信息( 如公司名 称、地址等) ：任务和目标信息以及领域知识定义。 目前，开发语义w e b 服务框架的方法主要有：i r s i i 2 5 1 o w l s 闭和 w s m f 2 7 1 i r s i i ( i n t e m e tr e a s o n i n gs e r v i c e ) 从知识复用构件技术2 8 】演化而来， 是一种基于知识的方法。 o w l s 是面向代理的方法，提供描述w e b 服务的基础本体。w s m f ( w e b s e r v i c e sm o d e l i n gf