（系统分析与集成专业论文）基于领域本体的web服务组合研究.pdf

摘要 w e b 服务是实现面向服务计算的一项重要技术，主要目标就是在现有的各种异构平 台的基础上，构筑一个通用的、平台无关的、语言无关的技术层，以使各种不同平台上 的应用能够实现互连和集成。单个w e b 服务的描述功能有限，如果要能够实现较复杂 的系统功能，使之满足用户需求，就必须对单个原子服务进行组合以构成复杂的工作流 程。传统的w e b 服务组合技术中需要人工绑定w e b 服务，费事费力，对服务组合的整 体质量也考虑的较少。 本文将研究一种基于领域本体的语义w e b 服务组合框架，用户可以通过图形化编 辑和文件输入的方式自定义w e b 服务组合的流程。基于领域本体实现了服务的语义查 找，业务流程可以自动绑定到查找到的w e b 服务实体，并研究了一种贪婪法提高服务 组合的整体质量。具体研究如下：( 1 ) 动态服务组合的框架设计，平台实现服务组合的 动态绑定，组合过程不在绑定某一个特定的原子服务，使得服务组合的柔韧性增强；( 2 ) 语义w e b 服务的发现方法，基于领域本体进行服务的语义的动态查找，提高了服务选 择的查准查全率；( 3 ) 基于服务非功能属性( q o s ) 的组合最优算法设计，按照服务非 功能属性( q o s ) 进行服务资源的最优配置。 通过使用该平台，服务的组合执行过程中自动绑定原子服务，原子服务的查找基于 语义，提高了查准率和查全率。提出服务选择的最优算法，使得查找到的服务组合起来 以后，服务组合整体非功能属性( q o s ) 最优。该框架和平台的研究在w e b 服务组合领 域具有一定的意义。 关键词：语义；w e b 服务组合；领域本体；q o s a b s t r a c t w e bs e r v i c ei sak e yt e c h o n o l o g yt or e a l i z es e r v i c e o r i e n t e dc o m p u t i n g t h em a i ng o a l o fw e bs e r v i c ei st oe s t a b l i s hag e n e r a l ，p l a t f o r m i n d e p e n d e n t ，a n dl a n g u a g e - i n d e p e n d e n t l a y e rb a s e do nh e t e r o g e n o u sp l a t f o r mp r e s e n t l ys oa st or e a l i z ei n t e g r a t i o nf o ra p p l i c a t i o n so n v a r i o u sp l a t f o r m s h o w e v e r , t h ef u n c t i o no fa t o m i cw e bs e r v i c ei sl i m i t e d w em u s tc o m p o s e an u m b e ro fw e bs e r v i c e st oac o m p l e xw o r k f l o wi no r d e rt oc o m p l e t es e n i o rs y s t e mf u n c t i o n a n dm e e tu s e r sr e q u i r e m e n t s i ti sc o n s u m i n gt ob i n dr e a lw e bs e r v i c e so ni n t e m e ta r t i f i c i a l l y , a n du s u a l l yq u a l i t yo fw e bs e r v i c eq u a l i t yi sc o n s i d e r e dl e s s af r a m e w o r kf o rs e m a n t i cw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ni sp r o p o s e di nt h ep a p e r u s e rc a n c u s t o m i z ew o r k f l o wt h r o u g he d i t i n gb a s e do ng r a p h i c sp r i m i t i v eo rb yi n p u t t i n gd o c u m e n t a t o m i cw e bs e r v i c ei sa s s o c i a t e dt ow o r k f l o wa sar e s u l to fs e m a n t i cd i s c o v e r yb a s e do n d o m a i no n t o l o g y ag r e e d ya l g o r i t h mi sp r o p o s e dt oe n s u r et h eo v e r a l lq u a l i t yo fw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o n t h ed e t a i l e di sb e l o w ：( 1 ) d e s i g naf r a m e w o r ko fd y n a m i cw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o n d y n a m i cb i n do fa t o m i cw e bs e r v i c et ow o r k f l o wi sr e a l i z e di nt h ef r a m e w o r k o r c h e s t r a t i o ni nd e s i g nl e v e ld o e sn o ta s s o c i a t ec o n c r e t ew e bs e r v i c e ，a n df l e x i b i l i t yo fw e b s e r v i c ei se n h a n c e d ( 2 ) a na p p r o a c ho fs e m a n t i cw e bs e r v i c ed i s c o v e r yi s p r o p o s e d p r e c i s i o nr a t i oa n dr e c a l lr a t i oa r eb o t he n h a n c e dt h r o u g hs e m a n t i cw e bs e r v i c ed i s c o v e r y ( 3 ) a no p t i m i z e da l g o r i t h mi sp r e s e n t e dt oe n h a n c eq u a l i t yo fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n s e r v i c e r e s o u r c e sa r ec o n f i g u r e dt oe n h a n c eq u a l i t yo fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n a p p l y i n gt h ef r a m e w o r ko fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ni s d y n a m i c a l l ya s s o c i a t e dt oc o n c r e t ew e bs e r v i c ei nt h er u n t i m e w e bs e r v i c ei nr u n t i m ei s o b t a i n e db ys e m a n t i cs e r v i c ed i s c o v e r y , s op r e c i s i o nr a t i oa n dr e c a l lr a t i oa l ee n h a n c e d q u a l i t yo fw e bs e r v i c eq u a l i t yi se n s u r e db ya p p l y i n go p t i m i z a t i o na l g o r i t h m i ti su s e f u lo f t h ef r a m e w o r ki nt h ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：s e m a n t i c ；w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ；d o m a i no n t o l o g y ；q o s 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内。容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 论文作者签名：富pt j j 互 日期：三。口c 7 年r 月2 r 日 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，并提供目录检索与阅览 服务；学校可以允许采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论 文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公开学位论文的部分或全部内 容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名：郭止亘 艚狮签名： 绘 日期：2 0 0 f r 对 日期： 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早三百了匕 w e b 服务是基于网络的、分布式的、自描述的、模块化的组件，它执行特定的任务， 遵循一定的技术规范，提供了统一服务发布、发现、调用和组合机制。作为实现面向服 务计算的一项重要技术，主要目标就是在现有的各种异构平台的基础上，构筑一个通用 的、平台无关的、语言无关的技术层，以使各种不同平台上的应用能够实现互连和集成。 w 3 c 将w e b 服务定义为：“一个支持互操作的，能通过网络进行交互的软件系统。它采 用w 曲服务描述语言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 ) 描述接口，通过简单 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 ) ”进行交互。并通过一个具有统一 接v i 的存储机构进行存储，其存储机构基于规范u d d i ( u n i v e r s a ld i s c o v e r y ，d e s c r i p t i o n i n t e r f a c e ) 。 随着w 曲服务技术支持w e b 服务的企业级软件平台的日益成熟，越来越多的企业将 其业务功能和流程包装成标准的w e b 服务发布出去，实现便捷快速的寻求合作伙伴、挖 掘潜在客户和达到业务增值的目的。同时相关标准的持续完善的制定和业界厂商的支持 也加速了w 曲服务的发展。但是，单个的w 曲服务能够提供的功能有限，为了更加充分 地利用共享的w 曲服务，有必要将多个功能有限的简单服务按照服务描述、约束、可用 资源等进行服务组合，以提供更为强大的服务功能，加快系统开发的速度，快速满足用 户的需求。因此，如何有效地组合分御于i n t e m e t 中的各类服务，实现服务之间的无缝集 成，形成功能丰富的企业级服务流程以达到企业的商业目标，已经越来越成为w e b 服务 发展过程中的一个重要步骤。 在这样的背景下，w e b 服务组合的研究应运而生，并吸引了工业界和学术界的广泛 关注。单个的w e b 服务往往无法满足实际的用户需求，w e b 服务组合就是研究如何协调 和组织多个w e b 服务来构造新的w e b 服务或应用系统的技术，目标是提高服务组件及基 本服务的可重用性和利用率，减少新应用的开发时间和费用。简单沈，w e b 服务组合就 是从w e b 服务列表中选择和组合w e b 服务来满足给定需求的过程。w e b 服务组合问题已 经成为分布式计算、流程管理以及软件工程领域的一个研究热点。 作为一种新的分布式计算系统，w e b 服务具有许多传统的分布式计算系统所不具有 的特性。基本上，w e b 服务具备如下特性： 湖北大学硕十学何沦文 完好的封装性。w e b 服务是完全封装的由其描述文件描述的应用。w e b 服务既然是 一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象的良好封装性，对于使用者而言，能且仅能看 到该对象提供的功能列表。 松散耦合性。因特网上平台的异构性决定了松耦合的交互模式是必然的。这一特征 也是源对象组件技术，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，对于调用者柬说，只要w e b l e 务的调用界面不变，w e b 服务实现的任何变更对他 们来说都是透明的，甚至是当w e b 服务的实现平台从j 2 e e 迁移到了n e t 或者是相反的迁 移流程，用户都可以对此一无所知。 使用协约的规范性。这一特征从对象而来，但相比一般对象，其界面规范更加规范 化和易于机器理解。 使用标准协议规范。w e b 服务是建立在多个标准协议之上，如x m l 、s o a p 、w s d l 、 u d d i 等。作为w e b 服务，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。这些标准协议具有完全免费的规范，以便由任意方进行实现。这在根本上 保证了大范围内的互操作性。 高度可集成能力。w e b 服务具有抽象的接口描述和具体的实现描述，实现描述中提 供对具体的访问方式的绑定信息，一个服务可以有多个绑定，如s o a p 绑定、i i o p 绑定 以及本地j a v a 绑定等。这样，当交互的双方都支持一种更有效的访问协议( 女1 1 1 1 0 p ) 时， w e b 服务能检测到这一情形，这时两个应用采用这种更高效的方式通信。由于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最高的可集成性。 但是，由于传统的w e b 服务缺乏语义，不能以计算机可理解的方式定义和描述服务， 因此阻碍了服务的发展。事实上，语义w e b 已经由来已久，万维网之父t i mb e m e r sl e e 等人早在2 0 0 1 年，就在科学美国人杂志上提出了“语义w e b 的概念，预见了未来 智能化w e b 时代的到来。t i m 等人所倡导的语义w e b 定义为【i 】：“语义w e b 不是产生一种 新的w e b ，而是针对现有w e b 的扩展，w e b 中的信息语义被良好定义，使人与人、人与 计算机之间能够更好地协同共工作。 语义w e b 不仅仅是为了共享资源，进一步人们 希望共享知识，这种网络环境下的知识共享能够发挥比个人拥有知识更大的作用；其次， 目前海量的网页数据中，有近8 0 的内容来源于数据库中的数据，因此在万维网中共享 的不是网页内容，而是数据内容的集成和共享。因此在语义w e b 中，处理的对象不再是 2 第一章绪论 以超级链接连接的页面文本，而是具有一定语义超链接的数据内容：进而，万维网成为 一个语义关联的数据网络，人们能够像使用数据库那样在万维网上获取到所需的知识。 g a r t n e r 在2 0 0 7 年5 月发布的关于万维网中语义技术研究的价值报告中指出：在今后 的十年中，w e b 技术将得到改善，可以实现在文档中嵌入语义结构，帮助人们更方便用 结构化的受控词表和本体建立w e b 中的词汇、概念和关系。同时，语义w e b 的研究与应 用是一个逐步演化的过程。预计至u 2 0 1 2 年，基于语义的超文本技术将成为普遍使用的 w e b 技术，在特定领域中，大型领域本体将建立起来，形势化地描述领域内的概念和及 其之问的复杂关系，在此基础上，实现基于语义的各类服务。预计至j j 2 0 1 7 年，期望t i m 所给出的语义w e b 的远景能够初步实现。这时，w e b 上8 0 的内容都已采用语义超文本 技术，将信息资源转换为语义内容的技术也已经成熟。 将w e b 服务和语义w e b 结合起来，便产生了语义w e b 服务，语义w e b 服务的主要方 法是利用o n t 0 1 0 9 y 来描述w e b 服务【2 1 ，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，目前对语义w e b 服务标记语言研究最典型的组 织就是d a r p a 组织，其研究组o w ls e r v i c e sc o a l i t i o n 提出了语义w e b 服务标记语言 0 w l s 。 1 2 国内外研究现状及分析 w e b 服务组合是一项非常复杂的任务，它己经超出了人类手工处理的能力。它的复 杂性来自于三个方面：第一，最近几年w e b 服务的数量急剧增长，搜索空间急剧膨胀； 第二，服务可以随时创建和更新，所以组合系统必须能够动态检测并适应这种变化；第 三，w e b 存在于异构系统中、运行在不同平台之上，它们可能是以不同方式创建、用不 同的程序语言实现、由不同供应商提供的，不存在单一的方式来评价w e b 服务。 根据组合方案生成方式的不同，w e b 服务组合方法可以分为两大类：静态组合和动 态组合。 静态组合是事先预测客户的需求，在组合规划丌始前，用户应该建立包括一组任务 和它们的数据依赖的抽象过程模型，抽象过程的每个任务包含一个用来搜索w e b 服务 来完成任务的查询条件，最常用的是用图来指定过程模型。如果采用这种方式，那么只 有查询和绑定原子w e b 服务的过程是由程序自动完成的。由于各种w e b 服务可能运行 在各个异构系统中，以不同的方式创建、用不同的编程语言实现、由不同的供应商提供， 湖北人学硕十学位论文 那么，服务的请求者需要根据特定的应用背景和需求进行合理的服务组合，然后定义这 些服务之间的交互过程，并且使用硬编码的方式实现服务组合，这样的做法使得w e b 服务组合难以维护。 动态组合是在运行时根据具体的客户需求，通过程序或代理自动地选择、绑定w e b 服务，更重要的是，它可以自动创建过程模型，根据用户的需求自动选择并组合相应的 组件来完成用户的需求，而无需开发者参与。即系统自动根据用户需求产生执行路径， 只说明活动需实现的功能、所属的服务类别以及多个查找结果的选择策略等内容，而具 体的服务提供者延迟到组合服务的执行过程中来绑定。 目前国际通用的服务组合规范是基于w s b p e l 的服务组合流程，基本实现机理为： 首先构造出满足用户需求的，以w s b p e l 规范描述的组合流程( o r c h e s t r a t i o n ) ，然后 开发出相应的原子服务，并生成原子服务的描述文件( 一般以w s d l 描述) ，接下来将 多个描述文件插入到流程的合适的地方，最后在服务执行引擎上执行服务，满足用户的 需求。 这种现行的服务组合方法存在局限性与不足，表现在： ( 1 ) 组合过程完全手动，即：组合流程必须事先完全定义好，包括每一个原子服 务的描述文件也必须事先定义好，甚至原子服务的替换也要更改服务组合的代码。服务 组合的适应性不高。 ( 2 ) 原子服务的发现基于语法而非语义。即：查找原子服务的时候，是通过输入 输出的关键字进行查询，那么查准率和查全率不高。 ( 3 ) 原子服务的发现完全忽略服务的非功能属性。但是实践证明，服务的非功能 性在组合过程中扮演重要角色，如可靠性( r e l i a b i l i t y ) ，安全性( s e c u r i t y ) 和花费( c o s t ) 丝 号手。 所以，用一种自动或半自动的方式来建立组合服务工具是至关重要的。w e b 服务组 合领域已经提出了几个方法，而且大部分的研究都基于工作流组合和a i 规划。 对于前者，组合服务被认为类似于一个工作流。组合服务的定义包括一组原子服务 以及它们之间的数据流和控制流。目前可适应性工作流的自动进程适应和跨企业的组合 也为w 曲服务组合提供了方法，再者，动态工作流提供了将抽象节点和具体资源或服 务自动绑定的方式。因此基于这种思想的做法的主要原理是：构建抽象业务流程模型， 并在此基础上，根据工作流模型中各任务节点搜索匹配的原子服务，构建可运行的具体 业务流程。由于有模板的存在，因此对于流程中服务的搜索顺序不必是顺序的。 4 第一章绪论 另一方面，动态组合方法要求自动产生规划，这类方法大部分和a i 规划和演绎理 论有关。这类方法假设每一个w e b 服务可以在规划背景下被它的前提和结果指定，由 计算机系统自动生成一系列的动作来寻找从初始状态到达目标状态的一组动作序列。首 先，一个w e b 服务是一个软件组件，它接受输入数据来产生输出数据。再者，w e b 服 务在执行后会改变当前状态，比如一个网上购物的服务，需要银行卡号和物品名作为输 入，前提是银行卡有效且卡上余额大于物品的价格，服务输出是一个表明交易j 下常进行 的显示界面，服务结果是卡上余额作了相应减少。如果用户可以指定组合服务要求的前 提和结果，就可以通过使用a i 规划器自动产生规划或进程，而不用事先指定工作流。 在规划过程中，业务逻辑可以为规划环境提供限制。 可以看出，基于工作流思想的方法更倾向于根据数据流来构建包含复杂业务流程的 组合服务，而a l 规划方法侧重于组合模型建立过程的自动化，它在规划上下文中根据 服务对世界状态的改变柬规划出一系列的流程步骤，并将输入输出参数等数据流改变作 为关于世界的知识。 w e b 服务的自动化和智能化要求不仅仅通过数据类型匹配、关键词匹配来查找信 息，还应通过内容的语义信息来进行w e b 资源的访问【3 1 。语义w e b 的引入为w e b 服务 带来了新的活力，语义w e b 的目标是使得w 曲上的信息具有计算机可以理解的语义， 满足软件代理对w w w 上异构分布信息的有效访问和检索。由于语义的引入，作为集 成语义w e b 技术和w e b 服务技术的语义w 曲服务可以构建自动的w 曲服务发现、匹配、 组合和执行机制。 1 3 本文研究内容 本文研究一种基于语义的w e b 服务组合框架，解决服务组合过程中手动向自动化 转换，服务查找的查全和查准率的提升，以及非功能全局最优解的求解等问题。构造一 个语义w e b 服务的半自动组合平台，该平台的功能主要如下：用户可以自定义w e b 服 务组合的流程，图形化编辑，文件输入。基于领域本体可以实现w e b 服务的自动查找， 根据用户制定的流程中定义的服务的输入输出实现语义查找，由用户选择其偏好的实体 服务。在服务组合执行引擎的支撑下，执行服务组合流程，在丌源执行引擎的支撑下执 行o r c h e s t r a t i o n 。基于研究内容包括： ( 1 )动态服务组合的框架设计 通过研究一种基于领域本体的服务组合框架，实现组合时期的动态绑定，组合过程 5 湖北人学硕f j 学位论文 不在绑定某一个特定的原子服务，使得服务组合的柔韧性增强；完成w e b 服务的基于 语义的流程制定与执行，服务的组合执行过程中自动绑定原子服务，使得服务执行过程 实现半自动化。 ( 2 )语义w e b 服务的发现方法 本体是对共享概念的形式化规范的描述。本体一般有概念，公理和属性等关联构成。 本体对语义共享提供的良好的平台。通过研究一个领域的本体并引入到服务组合的框架 中来，运用于原子服务的发现过程中，就能对服务发现基于语义查找，提高查全率和查 准率。 ( 3 ) 基于服务非功能属性的组合最优算法设计 按照服务非功能属性进行服务资源的最优配置。提出服务选择的最优算法，使得查 找到的服务组合起来以后，服务组合整体非功能属性最优。贪婪法中的相关理论将用于 解决服务组合最优解的求解问题。 1 4 本文研究框架 第一章是引言部分，主要说明了基于领域本体的w e b 服务组合的研究背景：分析 了国内外w e b 服务组合的研究现状；提出了本文的研究内容和主要工作，说明了w e b 服务组合要解决的关键问题；最后说明了论文的研究框架。 第二章讨论了语义w e b 服务组合关键技术及相关研究，说明了什么是w e b 服务， 语义w e b 服务和本体，以及用于对本体进行语义描述的网络本体语言o w l ，并结合 语义w e b 服务的发展，提出了语义w e b 服务描述语。舌, io w l s ，以及w e b 服务组合的 方法，最后介绍了贪婪法。 第三章介绍了语义w e b 服务组合框架的四个重要组成部分：( 业务) 流程构造器、 ( w 曲服务) 发现基础设施、x m l 数据库以及w e b 服务组合执行引擎。提出了如何使 用全局语义匹配算法来实现解决全局功能属性最优解的问题。 第四章讨论了基于q o s 的服务选择。提出了如何使用贪婪法来解决实现全局q o s ( 非 功能属性) 最优解的问题。 第五章总结了本文的主要贡献和不足，并讨论了可以进一步研究的方向和问题。 6 第二章语义w e b 服务组合的相关研究 第二章语义w e b 服务组合的相关研究 2 1w e b 服务基础理论 这一节将对w e b 服务的基础理论做一个描述，包括w e b 服务的定义，w e b 服务的 架构以及w 曲服务的关键技术。 2 1 1w e b 服务的定义 w e b 服务是随着w w w 的发展和x m l 的出现而迅速发展起来的一种新技术。w e b 提 供了一种在全球范围内共享和分布信息的方式，并且充当了人和应用之间交互的媒介。 但是要使大规模的资源共享成为可能，必须使基于w e b 的应用和应用之间能进行交换。 x m l 的出现使得异构的计算环境能够在w w w 上共享信息，而w e b 服务则是x m l 应用从 信息的结构化表示到应用应用之问通信消息的结构化表示的进化。开发人员利用它封 装现有业务过程，作为服务发布这些业务过程，搜索和预订其他服务以及在企业内部与 外部交换信息，从而将各种不同系统灵活地连接在一起。 w e b 服务是可复用的软件模块。w e b 服务是对软件丌发中面向对象设计的发展和升 华。基于组件的模型允许开发者复用其他人创建的代码模块，组装或扩展它们，形成新 的软件。 软件模块是松散耦合的【7 1 。传统的应用软件设计模式要求各个单元之间紧密连接， 这种连接的复杂性在于要求开发者必须对连接的两端元素有完全的理解和控制能力，并 且一端的执行机制发生变化，另一端便会崩溃。而松耦合的系统只需要很简单的协调和 配置，任何应用都可以调用对应的接口连接到系统中来，方式灵活，简单快速，真币实 现了“即插即用”。 w e b 服务封装了离散的功能。一个w e b 服务就是一个自包含的“小程序”，完成单 个任务。被封装成w e b l 艮务的模块使用其他软件可以理解的方式描述输入和输出，其他 软件知道它能做什么，如何调用它的功能以及会返回什么样的结果。 w e b 服务可以在程序中访问。不同于w e b 网站或桌面程序，w e b 服务不是为直接与 人类交互设计的，它们不需要有图像化的用户界面。w e b n 务在代码级工作，并被其他 软件调用，同时与其它软件交换数据。不过w e b 服务最终目的还是形成一个能够与用户 交互的应用软件。 7 湖北大学硕十学位论文 w e b 服务是在i n t e m e t 上发布的。w e b 服务使用现有的并广泛使用的内容传输协议。 因此，不需要调整现有的架构，就可以通过防火墙进行通信。 2 1 2w r e b 服务架构 w e b 服务的三角形设计模式被称为面向服务的架构s o a 4 1 ( 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 ) ，它包括三个清晰的角色定义和三种功能操作。 三个角色：服务提供者、服务请求者和服务注册中心【5 , 6 】。三种功能操作：发布；发 现；绑定。w c b 服务架构模型如图2 1 所示。 图2 1w e b j j 曼务架构模型 三个角色分别为： 服务提供者。是服务的创建者和拥有者。负责使用w s d l 来描述和定义那些可以通 过网络来访问的应用程序的功能，在服务代理( 虽i u d d i 商业注册中心) 中发布这些服 务的信息。使其可以被其他应用访问、接收和处理w e b 请求者的调用。它可以将服务发 布到发现代理的网络服务库中以便于用户进行定位，也可以取消服务( 当不再需要提供 服务时或因为用户需求改变而需要进行服务升级时) 。 第二章语义w e b 服务组合的相关研究 服务请求者。是需要调用网上的服务来完成自身任务的一方，它通过在发现代理中 查找符合要求的服务，下载定义服务的文档，然后根据服务定义来与服务提供者进行绑 定和交互，以完成调用功能。服务请求者可以是通过台式机或无线设备上的浏览器访问 服务的人，也可以是一个应用程序或w e b 服务。 服务注册中心。主要工作就是管理网络服务库。负责宣传服务提供者发布的服务和 允许服务请求者查询发布在此服务代理中的服务定义。服务注册中心扮演一个服务提供 者和服务请求者媒介的角色，作用与电话薄的黄页相同。服务库分类登记了各种w e b 服 务的描述信息。服务提供者向发现代理发布服务，服务请求者根据服务描述信息来查找 服务并与服务提供者进行绑定以进行交互操作。 三种功能操作分别为。 发布。提供w e b 服务注册或者宣传的功能，是服务提供者与服务注册中心之间交互 的操作。发布的具体细节取决于服务注册中心是如何被实施的。 发现。和发布相对的功能，是服务请求者与服务注册中心之间交互的操作。服务请 求者描述诸如服务类型、服务质量等搜索规范，服务注册中心从自己发布的w 曲服务中 寻找与搜索规范相匹配的w e b 服务。 绑定。决定服务请求者和服务提供者运行时的关系。服务请求者向w e b 服务提供者 发出请求消息，服务提供者返回响应消息。 发布和发现操作都涉及到服务注册中心( 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 ，u d d i ) ，u d d i 解决了企业遇到的大量问题。首先，它能帮助拓展企业与 企业交互的范围并能简化交互的过程。对于那些需要与不同用户建立许多种关系的厂家 来说，每家都有自己的一套标准与协议，u d d l 支持一种适应性极强的服务描述，几乎 可以使用任何接口。提供- 幂中i i 实现这一目标的方法。规范企业在注册中心所提供的服 务，这样发现企业及服务就变得高效而简单了。u d d i 在2 1 3 节做出较为详细的描述。 2 1 3w e b 服务的关键协议 这一小节将对w e b 服务相关的关键协议做出描述，w e 服务的关键协议有三个，分 别为w s d l ，u d d i 和s o a p 【8 9 】，描述如下。 w s d l ( w e bs e r v i c e sd 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。w s d l 一种用 x m l 语言来描述网络服务的语言。w s d l 提供了进行互操作时所必需的调用信息，它以 文档的形式描述了交互所涉及的细节。首先，它对操作和消息进行抽象描述，然后将其 9 湖北人学硕+ 学位论文 绑定到具体的网络协议和消息格式上以定义端点。相关的具体端点即组合成为抽象端点 ( 服务) 。调用者使用服务所需的参数和服务返回的结果均以消息的形式进行传递，这 样就可以对w e b 服务在通信中所涉及的细节进行结构化描述。调用者通过w s d l 可以了 解所需知道的数据类型、消息结构、传输协议等信息，从而调用相关服务。 规范包括以下几个方面的内容：数据交换模型( 响应请求、请求响应、单向、多 点广播等) ；输入信息和输出信息的类型( 面向文档面向过程) ；信息的大纲；错误信 息。 w s d l 文档是一种x m l 格式的文件，它提供语言规则，将w e b 服务定义为服务访问 点或端口的集合。这些端点可以交换包含面向文档或面向过程的信息。 w s d l 文档基本元素： t y p e s 一数据类型定义的容器，它使用某种类型系统( 一般地使用x m ls c h e m a 中的 类型系统) 。 m e s s a g e 通信消息的数据结构的抽象类型化定义。使用t y p e s 所定义的类型来定义 整个消息的数据结构。 o p e r a t i o n 对服务中所支持的操作的抽象描述，一般单个o p e r a t i o n 描述了一个访问 入口的请求响应消息对。 p o r tt y p e 对于某个访问入e l 点类型所支持的操作的抽象集合，这些操作可以由一 个或多个服务访问点来支持。 b i n d i n g 特定端口类型的具体协议和数据格式规范的绑定。 p o r t 定义为协议数据格式绑定与具体w e b 访问地址组合的单个服务访问点。 s e r v i c e 相关服务访问点的集合。 综上所述，w s d l 为用户提供了一个模板，方便他们描述和绑定服务。一个完整的 w s d l 文档是由一个服务接口和一个服务实现文档组成的。由于服务接口表示服务的可 重用定义，它在u d d i 注册中心被作为t m o d e l 发布。而服务实现文档包含实现一个服务 接口的服务描述。实现描述服务的每个实例都是s e r v i c e 元素定义的，服务实现文档中的 每个s e r v i c e 元素都被用于发布u d d ib u s i n e s ss e r v i c e 。 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 di n t e g r a t i o n ) 统一描述、发现和集成 协议。u d d i 是一套基于w e b 的、分御式的、为w e b 服务提供的信息注册中心的实现标 准规范；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 现服务的访问协议的实现标准。 i o 第二章语义w e b 服务组合的相关研究 u d d i 商业注册：使用一个x m l 文档来描述企业及其提供的w e b 服务。 从概念上来说，u d d i 商业注册所提供的信息包含三个部分： 白页：包括了地址，联系方法，和己知的企业标识 黄页：包括了基于标准分类法的行业类别 绿页：包括了关于该企业所提供的w e b 服务的技术信息，其形式可能是一些指向文 件或是u r l 的指针，而这些文件或u r l 是用于服务发现机制的。 w e b 服务在u d d i 注册中心注册所用的信息模型是u d d i 协议规范中w e b 服务发布和 发现的基础。u d d i 定义了4 种核心信息类型：商业实体信息、商业服务信息、绑定模板 信息和技术规范信息。 商业实体信息：b u s i n e s s e n t i t y 元素是对企业的信息建模，包括基本的企业信息、分 类信息和标识信息，这样才能使用户查找和调用服务，它是顶层数据结构。 商业服务：b u s i n e s s s e r v i c e 元素表示已发布服务的集合，用来描述商业实体提供的 服务，每一个b u s i n e s s s e r v i c e 结构是b u s i n e s s e n t i t y 实体的逻辑子结构，它包含特定 b i n d i n g t e m p l a t e 的实例。 绑定模板：b i n d i n g t e m p l a t e 元素用于提供调用一个w e b 服务的详细技术信息，例如 b i n d i n g k e y ( 绑定标识) 、s e r v i c e k e y ( 服务标识) 等。它包含服务存取点的信息，起 到了规范描述的指针和技术标识的作用。 技术规范信息：在找到服务后，程序员需要w e b 服务中应用程序所特有的信息，如 服务的行为、服务遵守的约定和期望的数据格式等，这些信息就存放在t m o d e l 中。t m o d e l 的数据项是关于调用规范的元数据，包括服务名称、发布服务的组织以及指向有关技术 规范的u r l 指针。 这几种元素之间有一定的包含关系：b u s i n e s s k e y 包含一组b u s i n e s s s e r v i c e ，对应于 企业希望发布的每个w e b 服务。每个b u s i n e s s s e r v i c e 元；素都包含和b u s i n e s s e n t i t y 元；素的 w e b 服务有关的技术性和描述性信息。b u s i n e s s s e r v i c e 包含一组b i n d i n g t e m p l a t e 元素， b i n d i n g t e m p l a t e 描述访问信息，还描述b u s i n e s s s e r v i c e 女h 何使用各种不同的t m o d e l 技术规 范。 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 ) ：简单对象访问协议。s o a p 提供了标准的 远程过程调用来访问w e b 服务，它完全继承了x m l 的开放性和描述可扩展性。是一个基 于x m l 在分布式的环境中交换信息的简单的协议。s o a p 使用基于t c p i p 的应用层协议 h t t p 、s m t p 、f t p 等，可以与现有通信技术最大程度地兼容。s o a p 为在一个松散的、 湖北人学硕十学位论文 分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化的和类型化的信息提供了一种简单的机制，使 得s o a p 可以在千差万别的系统和平台之间交换数据。s o a p 本身并不定义任何应用语 义，如编程模型或特定语义实现，它只是定义了一种简单的机制，通过一个模块化的包 装模型和对模块中特定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语义。s o a p 的这项能 力使它可被很多类型的系统用于从消息系统至i j r p c 的延伸。 s o a p 规范由四部分组成：s o a p 信封( e n v e l o p ) ：s o a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) ； s o a pr p c 表示( s o a pr p c r e p r e s e n t a t i o n ) ；s o a p 绑定( b i n d i n g ) 。 s o a p 信封( e n v e l o p ) ：定义了整体s o a p 消息的表示框架，可用于表示消息中的 内容、发送者、接收者、以及这些处理操作是否必需等。s o a p 信封包括一个s o a p 头 ( h e a d e r ) 和一个s o a p 体( b o d y ) 。s o a p 头是可选的，提供安全和路由方面的信息； s o a p 体是必需的，它包含被传递的特定应用程序的数据。 s o a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) ：定义了应用程序或w c b 服务中需要使用的数据 类型的实例，其中，数据类型是一个简单类型或是一个复合类型。复合类型由多个部分 组成，每个部分也是一个简单类型或复合类型。s o a p 规范只定义了有限的编码规则， 当用户需要使用自己的数据类型时，可以使用自定义的编码规则，按需求扩展该基本定 义。 s o a pr p c 表示( s o a pr p c r e p r e s e n t a t i o n ) ：定义了一个用于表示过程调用和应 答的约定，即r p c 的调用和响应都在s o a pb o d y 中传送。在使用s o a p 时，需要绑定一 种协议，如：h t t p 、s m t p 、f t p 等来实现基于s o a p 的r p c ，一般情况下使用的是h t t p 协议与s o a p 绑定。 s o a p 绑定( b i n d i n g ) ：定义了一个使用底层传输协议来完成在节点间交换s o a p 信封的约定。s o a p 消息在传输的时候可以与不同的传输层协议进行捆绑，如：h t t p 、 s m t p 、p o p 3 等协议。由于这些协议同w e b 平台一起已经遍及到各种计算机平台和设备， 并且能够通过代理和防火墙，所以，通过与这些协议的绑定，s o a p 可以让所有连接到 i n t e m e t 的应用程序或者w e b 服务之间实现通信。目前s o a p 协议中定义了与h t t p 的绑 定。利用h t t p 来传送s o a p 消息，主要是利用h t t p 的请求响应消息模型，将s o a p 请 求的参数放在h t t p 请求罩，将s o a p n l h j 应的参数放在h t t p 响应罩。当需要将s o a p 消息 体包含在h t t p 消息中时，h t t p 应用程序必须指明使用t e x t x m l 作