（计算机软件与理论专业论文）分层任务网络规划在web+service组合中的研究与应用.pdf

中山大学硕t 学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 计算机软件与理论 硕士生：童波 指导教师：姜云飞教授 摘要 随着w e b 应用越来越复杂多样，单个简单的w e b 服务也越来越无法满足实 际的应用需求，如何有效地自动组合w e b 服务以完成复杂功能吸引了越来越多 研究人员的目光。本文从智能规划中的分层任务网络规划技术出发，在语义w e b 服务描述语言o w l - s 的基础上研究服务的自动组合技术，目标是使规划器能够 根据用户的需求将现有的服务自动组合起来，协同工作以完成用户的任务。 本文首先全面剖析了w e b 服务组合的研究现状，然后分析了w e b 服务组合 所涉及的主要理论背景之间的关系和作用，在对分层任务网络规划技术做了比较 详细的阐述后，针对我们所关注的两个主要技术层面服务的组合方法和服务 组合系统阐述了我们的工作： 1 在o w l - s 的基础上，选取分层任务网络规划器s h o p 2 的j a v a 实现版本 j s h o p 2 来规划服务的组合。研究将o w l - s 转换为j s h o p 2 能识别的领域知识 的方法。探讨将o w l - s 中原子过程转换为j s h o p 2 的操作，复合过程和简单过 程转换为j s h o p 2 方法的具体步骤。创新性地提出了用j s h o p 2 调用j e s s 知识 库进行前件推理以及用j s h o p 2 公理来支持服务参数类型语义包含关系的方法， 大大提高了服务组合的可能性。 2 设计了一个基于规划器j s h o p 2 的w e bs e r v i c e 组合系统架构，给出了详 细的实现方法，且进行了相应的实例分析。 最后，对本文所做的研究工作和实验内容进行了总结，并指出了进一步的研 究方向。 关键词：分层任务网络规划，j s h o p 2 ，w e bs e r v i c e 组合，o w l - s 中山人学硕i ：学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n b a s e do nh t n p l a n n i n g c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y n a m e ：t o n g1 3 0 s u p e r v i s o r ：p r o f c s s o rj i a n gy u n f e i a b s t r a c t a st h ew e ba p p l i c a t i o n sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ec o m p l e xa n dd i v e r s e ，t h e s i n g i es i m p l ew e bs e r v i c ec a n n o ts a t i s f yt h ea c t u a la p p l i c a t i o nm o r ea n dm o r e s e v e r e l y h o wt oc o m p o s ew e bs e r v i c e sa u t o m a t i c a l l yt oa c c o m p l i s hc o m p l i c a t e d f u n c t i o n a l i t i e sa t t r a c t sm o r ea n dm o r er e s e a r c h e r s a t t e n t i o n s i nt h i s p a p e r , t h e h i e r a r c h i c a lt a s kn e t w o r k ( h t n ) p l a n n i n gi su t i l i z e df o rt h er e s e a r c ho fw e bs e r v i c e c o m p o s i t i o nb a s e do no w l - s ，as e m a n t i cw 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 t h e g o a li st of i n daw a ye n a b l et h ep l a n n e rt oa u t o m a t i c a l l yc o m p o s ee x i s t i n gs e r v i c e st o p e r f o r m u s e r sc o m p l e xt a s k s t h i sp a p e rf i r s t a n a l y z e s t h ee x i s t i n gw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nm e t h o d s c o m p r e h e n s i v e l ya n dt h e n d i s c u s st h er e l a t e dt h e o r e t i c a l b a c k g r o u n d s a f t e r e l a b o r a t i n gt h eb a c k g r o u n da b o u th t np l a n n i n gi nd e t a i l c o n c e r n i n gt h et w ok e y t e c h n o l o g i e s ，s e r v i c ec o m p o s i t i o nm e t h o da n ds e r v i c ec o m p o s i t i o ns y s t e m ，w e d e m o n s t r a t eo u rw o r k 1 b a s e do no w l - s ，t h i sp a p e rc h o o s e st h eh t np l a n n e rj s h o p 2t o i m p l e m e n tt h ew e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n i t i sr e s e a r c h e dt h a th o wt ot r a n s f o r m o w l sp r o c e s sm o d e lt oj s h o p 2d o m a i n am e t h o d ，i nw h i c ht r a n s l a t i n gt h ea t o m i c p r o c e s so fo w l - st oj s h o p 2 so p e r a t o r ，t h ec o m p o s i t ep r o c e s sa n ds i m p l ep r o c e s s o fo w l - st oj s h o p 2 sm e t h o di si n t r o d u c e d t h ei n n o v a t i o ni sp u t t i n gf o r w a r da m e t h o dt h a tj s h o p 2c a l l sj e s sk n o w l e d g eb a s ef o re v a l u a t i n gp r e c o n d i t i o na n d s u p p o r t i n gt h ec o n t a i n i n gr e l a t i o n s h i pa m o n g t h es e r v i c ei n t e r f a c ep a r a m e t e r s ，w h i c h i m p r o v e t h ef e a s i b i l i t yo fs e r v i c ec o m p o s i t i o n 中山大学硕士学位论文分层任务l 旬9 络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究j j 应用 2 as e r v i c ec o m p o s i t i o ns y s t e ma r c h i t e c t u r eb a s e do nt h eh t n p l a n n e rj s h o p 2 i sd e s i g n e da n dad e m oi si m p l e m e n t e d a tt h ee n do ft h et h e s i s ，t h em a j o rt h e o r ya n de x p e r i m e n tr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s a r es u m m a r i z e da n dt h ef u t u r er e s e a r c hp r o p o s a l sa r em a d e k e y w o r d s ：h i e r a r c h i c a lt a s kn e t w o r kp l a n n i n g ，j s h o p 2 ，w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，o w l - s 1 1 1 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作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结果由本人承担。 学位论文作者签名：像讴 日期：加吝年e 月埠日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：蟹设 日期：砒年月珥同 导师签 日期2 。g 年岁月详日 中山大学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 1 1 研究背景和出发点 第1 章引言 近年来，w e b 服务作为一个崭新的分布式计算模型和一种新兴的w e b 应用 模式，已逐渐成为w e b 上数据和信息集成的有效机制，发展非常迅速【1 1 。现有的 w e b 服务技术大都吸收了分布式计算、网格计算、x m l 等各种技术的优点，通 过采用w s d l l 2 1 ，u d d i 3 】和s o a p 4 】等基于x m l 的标准和协议，解决了代码与 数据重用以及异构分布式计算等问题，具有高度的跨平台性、可互操作性、松耦 合等特点。随着w e b 应用越来越复杂多样，单个简单的w e b 服务越来越无法满 足人们的实际应用需求，如何有效地自动组合w e b 服务以完成复杂功能吸引了 越来越多研究人员的目光。但是现有的基于x m l 的标准和协议对服务的描述仅 限于语法层次，不能表达语义信息，在这种情况下w e b 服务的组合大都不能动 态完成，多数是手工的方法，这样费时费力且很难适应服务的动态性。 所幸的是，语义w e b 的提出，弥补了w e b 服务技术这方面的不足。语义 w e b 是对当前w e b 的扩展。它的研究目的主要在于扩展当前的w w w 技术，使 网络中多数信息都具有语义，并使计算机能够理解和处理，便于人和计算机，计 算机和计算机之间的交互与合作。其研究重点就是如何把信息表示为计算机能够 理解和处理的形式，即带有语义【5 1 。 w 曲服务是w e b 上的资源，语义w e b 服务1 6 j 是w 色b 服务结合语义w e b 的思 想被提出的，它的基本思想是用本体语言对w e b 服务作语义标记，描述w e b 服 务的功能、过程和接口等消息，从而使w e b 服务的动态组合成为可能。 而服务的动态组合一般都需要自动生成计划，智能规划【7 】汹p l a n n i n g ) 贝t 是 一种非常有效的自动化技术。我们可以将每一个w e b 服务看作规划中的一个动 作，该动作有执行的前提条件和执行后对世界的状态改变，其对数据流的转化信 息作为关于世界的知识。基本原理是给定一个初始条件和一个目标，先将各个服 务的描述转化为规划器能识别的领域知识，然后规划器从各个服务中规划出一个 满足初始条件并能到达指定目标的服务序列。 因此，本文从智能规划中的分层任务网络规划( h t np l a n i n g ) 技术出发，研 中山大学硕上学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 究将用语义w e b 服务描述语言o w l - s 描述的w e b 服务转换为分层任务网络规 划器j s h o p 2 能识别的领域知识的方法，讨论转换时需要考虑的几个问题，把 h t n 规划应用于w e b 服务组合，对于实现w e b 服务组合的自动化，智能化有一 定的启示作用。 1 2 研究的方向和重点 本文主要研究基于分层任务网络规划技术的w e b 服务组合问题，目标是： 将描述w e b 服务的o w l - s 过程模型转换为j s h o p 2 能识别的领域知识，将w e b 服务组合问题描述为规划问题，用分层任务网络规划器j s h o p 2 来实现w e b 服 务的自动组合。 根据研究的重点，本文做了如下的工作： 1 分析总结了现有的w e b 服务组合的研究现状，研究语义w e b 相关领域的 理论，选定o w l - s1 1 作为语义w e b 服务描述语言。 2 研究总结了智能规划中的分层任务网络规划技术和规划器j s h o p 2 的基 本特征。 3 研究了o w l - s 过程模型转换为j s h o p 2 领域知识时要做的工作，给出了 一组从o w l - s 服务过程模型到j s h o p 2 规划域的转换方法。在这组方法中，特 别提出了用j s h o p 2 调用j e s s 知识库进行前件推理的方法，同时，在服务组合 过程中考虑了服务参数类型的包含关系，以提高w e b 服务组合的可能性。 4 在上述理论的基础上，设计了一个w e b 服务组合系统w s c j s h o p 2 ， 给出了实现此系统的详细方法，并进行了相应的实例分析。 1 3 文章的组织结构 本文共分为六个章节，具体结构如下： 第1 章为引言，介绍了本课题的由来和意义，研究的出发点，本文包括的内 容要点以及文章结构。 第2 章介绍了w e bs e r v i c e 组合方法和相关技术背景，系统全面地剖析了现 有w e b s e r v i c e 的组合方法，阐述了语义w e b 服务领域的相关理论和技术。 2 中山大学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 第3 章介绍了本文研究所基于的智能规划技术的知识背景。主要介绍了智能 规划中的经典规划和分层任务网络规划技术，其中着重介绍了h t n 分层任务网 络规划器j s h o p 2 的基本特征。 第4 章给出了用j s h o p 2 实现w e b 服务组的方法，详细介绍了o w l - s 服务 描述模型到j s h o p 2 规划的转换的具体步骤。 第5 章给出了一个基于j s h o p 2 的w 曲s e r v i c e 组合系统，包括其系统架构 的设计和实现方法，并进行了相应的实例分析。 第6 章为小结，首先对论文所阐述的内容进行了总结，然后对进一步的研究 工作进行了展望。 3 中山人学硕f j 学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 第2 章w e bs e r v i c e 组合方法及相关技术 2 1 相关工作 w e b 服务组合是指把已有的相对简单的w e b 服务，按一定的业务流程逻辑 组合起来，成为复杂的组合服务，从而提供更强大、更完整的商业功能，即从互 联网中选取相对简单、可用的w e b 服务并将它们组合成新服务的技术【剐。现有的 w e b 服务组合问题正在朝两个不同的方向努力，一个是基于工作流思想的组合 方法，一个是基于智能规划思想的组合方法。 2 1 1 基于工作流的思想 基于工作流思想的w 曲服务组合系统将w 曲服务看作工作流中的一个活动， 利用工作流的相关机制提供对w e b 服务的定义、执行和监控等。根据业务流程 中的活动与w e b 服务资源库中w e b 服务的绑定情况，基于工作流技术的w e b 服 务组合可以分为基于静态工作流技术的服务组合和基于动态工作流技术的服务 组合l l j 。然而，基于静态工作流技术的w e b 服务组合系统无法适应松散耦合的系 统应用，为了适应当今业务环境动态多变的特点，如何使服务动态组合起来成了 当前的研究热点。 文献【9 】提出的e f l o w 是由h p 实验室开发的一个描述、执行以及监控组合服 务的平台，该系统的特点是：将组合服务建模为图，在该图中指定了流程中节点 的执行顺序，图需要用户手动建立。图中包含服务、策略和事件节点，服务节点 代表对某个原子或组合服务的调用，策略节点提供规则用于选择和控制流程的执 行路径，事件节点使得服务流程可以发送和接收一些类型的事件，比如调用异常 等。图中的弧指定了节点之间的依赖。虽然图需要手动建立，但是e f l o w 提供了 一种自动化的方法来绑定节点到具体的服务。服务节点的定义中包含了查找方法 用于在流程初始化或者运行时查询实际的服务。当服务节点启动时，执行查找方 法，并返回到指定服务的引用1 1 0 】。 文献 1 1 】描述了一个可通过陈述的方式动态集成现已存在的w e b 服务，并使 集成后的服务在一个动态的环境中遵循p 2 p 的方式来执行的系统的设计以及实 4 中山大学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究j j 应用 现。这个系统通过状态图、数据转换规则、提供者选择策略来描述集成服务，概 述了s e l f s e r v 1 2 1 的设计和实现：w 曲服务动态集成和提供p 2 p 执行。在 s e l f s e r v 中，w e b 服务通过陈述性的集成，集成后的服务在动态环境中以分 散的方式执行。 2 1 2 基于智能规划的思想 从另一个角度来看，动态服务的组合一般需要自动生成计划，智能规划就是 一种非常有效的自动化技术。在智能规划中，规划问题可以由五元组 来描述，其中s 是所描述世界的所有的状态的集合，& cs 表示世 界的初始状态，gcs 表示规划系统要达到的目标状态，a 是动作集，转化关系 r s x a s 表示执行每个动作对应的前提条件和效果。在w e b 服务术语中，& 和g 分别对应于w e b 服务请求者的请求信息中指定的初始状态和目标，a 是可 用的服务的集合，r 对应于每个服务的状态改变的功划1 3 】。 当前能够与智能规划联系的w e b 服务描述语言有d a m l - s 和o w l - s 。并且 o w l - s 与智能规划有直接的联系。它将w e b 服务看成是智能规划中的动作 ( a c t i o n ) ，用参数、前件和效果等来描述服务，可以比较直接地映射为规划动作 的形式化描述，这使得用用智能规划进行服务的组合成为可能。 基于智能规划思想的w e b 服务组合方法依据规划的方法大体可分为以下几 类：基于p d d l ( p l a n n i n gd o m a i nd e f m i t i o nl a n g u a g e ) 的组合方法，基于规则的 组合方法，其他基于智能规划技术的组合方法。下面将介绍几种基于a ip l a n n i n g 的组合方法，由于在本文中的组合方法采用a ip l a n n i n g 中的分层任务网络规划， 给出了o w l - s 到分层任务网络规划领域的具体匹配，因此在这儿不对分层任务 网络进行介绍，而留待后边详细论证。 1 基于p d d l 的组合方法 p d d l 是文献【1 4 】中提出的用于表示规划域和f o 题的形式化语言，它提供了 表达不同类型的规划域和问题的统一语法。p d d l 被广泛认同作为最新规划系统 的输入标准。 基于p d d l 规划的服务组合过程包含步骤如图2 1 所示。 中山人学硕l ：学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 w e b 服务p 纠知识库 要完成的目标 k 为 上映射为上只只 p d 。l 兼容的朋规划器l 纠服务组合序列 图2 - 1 基于p d d l 规划的服务组合过程 ( 1 ) 用p d d l 描述需要解决的问题； ( 2 ) 将w r e b 服务的描述转化为p d d l 规划域的描述，并在这个过程考虑过滤 掉那些与需要解决的问题无关的服纠1 5 1 。 这样，就把服务组合的问题转化为p d d l 规划的问题，可以用能识别p d d l 描述的规划器求解服务组合序列了。 2 基于规则的组合方法 文献【1 6 】提出的s w o r d 是一个用基于规则的规划产生方法来构建组合w 曲 服务的开发工具包。它使用e r 模型来定义w e b 服务，服务包含有前提条件和后 续状态，这些条件以实体和实体间的关系来建立w e b 服务模型。因此一个服务 可以描述为h o r n 规则，当它的所有前提条件得到满足，则后续状态也将为真。 在这样的模型基础上，服务组合计划可以由一个基于规则的专家系统来生成。 3 其他基于智能规划的组合方法 文献【1 7 】提出了将用d a m l - s 描述的服务的前提和效果转换为一、二元谓 词，然后使用专门的偏序规划器进行规划的方法。通过这种方法虽然能够直接使 用传统规划技术，但在具体实现非常困难。文献【1 8 】提出了将用d a m l - s 描述的 w e b 服务转化为s h o p 2 的领域知识，用s h o p 2 规划系统进行服务的自动组合， 但是转换的过程中忽略了前件的考虑。文献【1 9 】提出了半f 1 动化组合方法，每当 用户选择一个w e b 服务，所有可能与被选择服务相匹配的服务提供给用户。这 种方法预示了自动化规划器和人可以合作产生符合用户请求的组合服务的趋势。 文献【2 0 】提出了一种规划技术来自动化组合由o w l - s 过程模型描述的w e b 服务 6 中山大学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 以解决组合过程中存在的w e b 服务的非确定性行为、组合内部状态的部分可观 察性，以及满足可描述时间条件和请求者的偏好需求的复杂目标等问题。 2 2 语义w e b 的体系结构 语义w 曲【5 , 2 1 l 的概念由t i mb e r n e r s l e e 于1 9 9 8 年首次提出，是对未来w e b 体系架构的一个伟大构想，被定义为“由一些可以被计算机直接或间接处理的数 据组成的w e b 。 语义w e b 研究的重点是使得w e b 上的信息具有计算机可以理解的语义。语 义w e b 的体系结构是b e m e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 国际会议上提出的，它主要基于 x m l 和r d f r d f s ( r d f s c h e m a ) 1 2 2 1 ，并在此之上提供本体和逻辑推理规则，以 完成基于语义的知识表示和推理，从而能为计算机所理解和处理。语义w e b 在 理论上以知识工程( k e ) 成熟的理论、技术和方法为核心，知识表示、本体和智能 a g e n t 等都是重要的研究内容，它们是不可分割的。语义w e b 的体系结构如图2 - 2 所示。 信任( t r u s t ) 证明( p r o o f ) 数 逻辑( l o g i c ) 字 本体词汇( o n t o l o g yv o c a b u l a r y ) 签 名 r d f + r d fs c h e m a x m l + n s + x m ls c h e m a 统一字符编码( u n i c o d e )统一资源标识符( u 砌) 图2 - 2 语义w e b 的体系结构 由图可以看出，语义w e b 体系结构从底层到高层分别为：u n i c o d e 和u r i ， x m l ，r d f ，o n t o l o g y ，l o g i c ，p r o o f 和t r u s t 。其中最底层u n i c o d e 提供世界上 各种语言的统一的字符编码标准，处理资源的编码，u r l ( u n i f o r mr e s o u r c e i d e n t i f i e r s ) 为资源标识机制标识资源：其上一层包括x m l 和为合法的x m l 文档 定义的语法结构的x m l s c h e m a ，以及允许合成不同词汇的x m l 命名空间 n a m e s p a c e ，这些是语义w e b 上资源表示的语法基础；元数据层描述w e b 上的 7 中山大学硕士学位论文 分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 资源及其类型；数据层的上一层是本体层，提供了一种明确的定义语义的方式， 描述各种资源之间的联系：逻辑层主要用于定义逻辑描述原语，为更高层的逻辑 推理提供语义上的支持；最顶上两层主要是在下面各层提供的功能基础上进行逻 辑推理、证明、安全认证等操作，它们属于应用层。 本文着重介绍元数据层，本体层和逻辑层。 2 2 1 元数据层：r d f 和r d fs c h e m a r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) ，即资源描述框架，是描述数据语义的 基础。r d f 是一个处理元数据的x m l 应用，所谓元数据，就是“描述数据的数 据或者“描述信息的信息。例如：书的内容是书的数据，而作者的名字、出 版社的地址或版权信息就是书的元数据。数据和元数据的划分不是绝对的，有些 数据既可以作为数据处理，也可以作为元数据处理，例如，可以将作者的名字作 为数据而不是元数据处理。r d f 使用有向图的形式化模型构造r d f 数据模型， 形式化模型使用“属性值对描述资源之间的相互关系。r d f 属性可以被 看成资源的属性，在这个意义上，对应于传统的属性值对：r d f 属性还可 以表示资源之间的关系，在这个意义上，r d f 数据模型对应于一个e r 图【1 0 1 。 r d f 基本数据模型中包含了如下三种对象类型【2 9 】： 1 资源 资源指所有由r d f 表达式描述的事物，是可以由u r i 唯一确定的任何对象， 它可能是网页或者网页集，也可能是w e b 不能直接访问的对象。 2 属性 属性与资源相联系，由属性类型确定，用来描述资源的特定方面、特性或关 系等，每个属性都有特定的含义、限定允许的值，它能描述的资源类型以及与其 他属性的关系。 3 r d f 陈述 r d f 陈述事实的基本方式为：主语( s u b j e c t ) 、谓语( p r e d i c a t e ) 、宾语( o b j e c t ) 的三元组，用三元组的模型表示为：俾s 。 r d fs c h e m a 是一种r d f 词汇描述语言，在r d f 之上定义了一个最小的 语义模型( 词汇集) 支持复杂词汇的建模，包括r e s o u r c e ，c l a s s ，p r o p e r t y ， 8 中山大学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 s u b c l a s s o f , s u b p r o p e r t y o f , r a n g e ，d o m a i n 等基本元素。 2 2 2 本体层：o w l o w l 2 3 l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 是w 3 c 提出的一种本体【2 4 l 描述语言，它的 前身是d a m l + o i l ，保持了d a m l + o i l 的框架和大多数语法、语义特征， 同时针对不同的应用范围( 不同的表示能力和计算能力) 做了扩充和限制，形成了 三个子语言：o w l l i t e ，o w l d l 和o w l f u l l ，三个子语言的限制由少到多， 表达能力也越来越强。 o w l 作为一种本体论语言，旨在提供比r d f s 更强大的表达能力，下面介 绍它的主要语法【2 3 1 ： 1 类( c l a s s e s ) o w l 的c l a s s e s 提供了组织具有相似特征资源的一种抽象方式。一个领域 中的最基本概念应分别对应于各个分类层次树的根。每一个o w lc l a s s 联系到 一个实例的集合，也就是说，o w l 中的所有实例都是类o w l ：t h i n g 的成员。因 此，每个用户自定义的类都隐含地是o w l ：t h i n g 的一个子类。另外，也可以使用 r d f s ：s u b c l a s s o f 将类组成一个层次化的结构。 2 属性( p r o p e r t y ) 属性提供描述类之间关系的抽象机制，一个属性是一个二元关系，而属性之 间可以通过s u b p r o p e r t y o f 形成层次化的关系。 o w l 中有两种类型的属性：数据类型属性( d a t a t y p ep r o p e r t y ) 和对象属性 ( o b j e c tp r o p e r t y ) 。数据类型属性的值域是数值类型的值( 整数、字符串，日期等， 由x m ls c h e m a 定义1 ，对象属性的值域是类的实例。在o w lf u l l 里，数据类型 属性和对象属性不互斥，因为数值类型的值也可以看作是一个i n d i v i d u a l 。 3 实例( i n d i v i d u a l ) 实例是组成类( c l a s s ) 的元素，它通过使用r d f ：t y p e 来将自己绑定到某个c l a s s 上，因此要引入一个实例，只需将它们声明为某个类的成员。 2 2 3 逻辑层：语义w e b 规则语言 逻辑层的主要工作是在o w l 上扩展规则语言。规则可以表达o w l 无法表 9 中山大学硕士学位论文分层任务嘲络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究j j 应用 示的属性合成，属性值的转移。例如“叔伯= 父母 兄弟”。目前存在多种方法， 语义w e b 规则语言( s w l 已经提交给w 3 c 作为标准参考，有望成为逻辑层的 标准语引1 0 1 。 s w r l 2 6 1 是由o w l 子语言o w ld l 与o w ll i t e ，以及u n a r y b i n a yd a t a l o g r u l e m l 为基础的规则描述语言，其目的是为了驱使h o r n 1 i k e 规则可与o w l 知 识库产生结合。s w r l 是由r u l e m l 演变而来，它在o w l 中加入了规则，因为 规则能够提供更强的逻辑表达能力。例如，你可以用一阶逻辑来定义概念u n c l e ： p a r e n t ( ? x ，? y ) “b r o t h e r ( ? y , ? z ) = u n c l e ( ? x ，? z ) o w l 则不能定义这样的关系。尽管s w r l 刚刚被研究，但是一阶逻辑已经 被很充分地研究过了。另外，结合一阶逻辑也使得s w r l 可以容易地与传统的 关系数据库进行交流。 s w r l 规则主要由i m p 构成，i m p 包括两部分，h e a d 和b o d y 。h e a d 表示推 理结果，b o d y 表示推理前提的基本形式。h e a d 和b o d y 中使用的h o r n 字据都是 由a t o m 组成。a t o m 中所使用的变量部分记录在v a r i a b l e 中，在a t o m 中包含了 一条条的限制式，包括五种类型： c ( x ) ，p ( x ，y ) ，q ( x ，z ) ，s a m e a s ( x ，y ) ，d i f f e r e n t f r o m ( x ，y ) 。 c 是o w l 的类描述；p 是o w l 的属性，x , y 可是变量，o w l 个体或者o w l 数据值；q 是o w l 的抽象属性；s a m e a s ( x ，y ) 表示x 和相等，d i f f e r e n t f r o m ( x ，y ) 表示x 和y 不同。 s w r l 的模块化组件是b u i l t i n ，b u i l t i n 中记录了s w r l 可以引用的逻辑比 较关系。这些b u i l t i n s 主要是借鉴了x q u e r y 和x p a t h 中的b u i l t i n s ，以帮助s w r l 延伸和其他格式的语言或架构的整合阿。 在o w l - s 1 1 中，我们也可以用s w r l 的a t o m 来表示w e b 服务的前件。 2 3 语义w e b 服务 2 3 1 语义w e b 服务简述 随着语义w e b 的各项技术，特别是语义w e b 本体标记语言o w l - s 的迅速 发展和逐步完善，结合语义w e b 技术的w e b 服务即语义w e b 服务【6 , 2 8 】应运而生。 1 0 中山犬学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 语义w e b 服务是w e b 服务未来发展的趋势，它将是一种更为智能的服务。w e b 服务大发展趋势如图2 3 所示。 图2 - 3 w e b 服务发展趋势 在传统的方式下，w 曲所提供的服务( 如机票预订服务、酒店房间预订服务 等) 是简单的、单个的。对它们的查找、访问和组合是用户自己来完成的。而且 这种查找和访问是基于关键词的，靠用户自己来理解服务的语义。而在未来的语 义w 曲上，用户可以委托自己的智能软件a g e n t 帮他查找符合自己要求的服务， 然后用户自己再去访问该服务，提交订单。或者，他可以进一步要求a g e n t 直接 帮他从找到的网站订购机票或订房间。再或者，他可以直接要求a g e n t 帮他安排 参加这次会议的所有行程( 包括查找服务、订机票和订房间等) 【2 9 1 。 目前，语义w e b 服务描述框架主要有四种，分别为：o w l - s 、 s w s o f l o w s t 3 1 1 、w s m o l 3 3 1 、w s d l - s i 川，但是完整地定义一个w e b 服务涉及 到很多因素，这些模型有很多共同的交集，但也都有没有考虑到的因素，使用方 法也有所不同，因此各种模型都在不断地改善和发展当中。本文中使用o w l - s 作为服务的语义描述模型，因此下节将对o w l - s 进行介绍。 2 3 2 语义w e b 服务描述语言o w l s o w l s 【刈( w e bo n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 是基于o w l 语义的w e b 服务本体，o w l - s 的前身是d a m l - s ，自2 0 0 1 年5 月来经历多次版本升级，有 1 0 余个研究机构参与了o w l - s 开发，参与者主要包括美国c m u ，s t a n d f o r d ， m i t 等大学以及n o k i a 公司。o w l - s 使用o w l 构建了一个上层本体，描述了 1 1 中山人学硕士学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 w e b 服务相关的属性( p r o p e r t i e s ) 、能力( c a p a b i l i t i e s ) 以及执行结构( e x e c u t i o n s t r c u t r e s ) 等，目的是使计算机对服务可“理解”，以方便服务的发现、调用、互 操作、结合、验证以及执行监控等。 在o w l - s 的顶层本体中，描述服务基本信息的本体主要有三类，即： 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 ，s e r v i c e g r o u d i n g 。它们分别描述“服务用来做什 么的”，“服务如何工作”和“如何访问服务 。s e r v i c e 类是对一个声明了的w e b 服务的结构化的引用点，每个s e r v i c e 对应一个发布的服务。p r e s e n t s 、d e c r i b e d b y 和s u p p o r t s 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 品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 d i n g ，如图2 4 所示【矧。 图2 - 4 项层的s e r v i c e 本体 1 s e r v i c e p r o f i l e 在o w l 广s 模型框架中，s e r v i c ep r o f i l e 既可描述提供者提供的服务，又可描 述请求者所需的服务，它的属性描述参考框架如图2 5 所示。 ( 1 ) s e r v i c e p r o f i l e 第一组属性描述w 曲服务提供的实体。包括提供者名称、 描述文本和联系信息； ( 2 ) s e r v i c e p r o f i l e 第二组属性描述服务功能，主要指服务的i o p e ：i n p u t ， o u t p u t ，p r e c o n d i t i o n ，e f f e c t 。i o p e 是o w l - s 的主要内容，后血i j 墨会详细阐述； ( 3 ) s e r v i c ep r o f i l e 通过s e r v i c e p a r a m e t e r 属性来描述服务的其他性能参数， 通过s e r v i c e c a t e g o r y 属性来指向特定服务分类体系的一个条目，它的值是 s e r v i c e c a t e g o r y 类的一个实例： 1 2 中山大学硕上学位论文分层任务网络规划在w e bs e r v i c e 组合中的研究与应用 ( 4 ) 一个具体的s e r v i c e p r o f i l e 实例必须与它所描述的服务实例相互联结，这 通过关系属性p r e s e n t s 和p r e s e n t e d b y 来实现【3 2 1 。 图2 - 5s e r v i c e p r o f i l e 的属性 2 s e r v i c e m o d e l s e r v i c em o d e l 主要是服务提供者用来描述服务的内部流程。o w l - s 通过把 每个服务看成是一个过程( p r o c e s s ) 来详细描述一个服务是如何操作的。因此， o w l - s 定义了s e r v i c e m o d e l 的一个子类p r o c e s s m o d e l 。s e r v i c e m o d e l 中最基本 的类是p r o c e s s ，它有两种视图，一种是由输入到输出的数据转变过程，另一种 是由一种状态到另一种状态的转变过程。 p r o c e s s 类通过h a s p a r a m e t e r 、h a s l n p u t 、h a s o u t p u t 、h a s p r e c o n d t i o n 和h a s e f f e c t 等属性来描述i o p e ，这些属性的值分别属于p a r a m e t e r 、i n p u t 、c o n t i o n a l o u t p u t 、 p r e c o n d i t i o n 和c o n d i t i o n a l e f f e c t 等类。p r o c e s sm o d e l 定义了一个过程本体，其 中包含原子过( a t o m i c p r o c e s s ) 、简单过程( s i m p l e p r o c e s s ) 和复合过程 f c o m p o s i t e p r o c e s s ) ，p r o c e s s 的结构图如图2 - 6 所示【1 0 1 。 ( 1 ) 原子过程不包含子过程，可以直接调用。从服务请求者的角度来看，原 子过程的执行是一步实现的。它们接收一个输入消息、执行、然后返回输出消息。 服务的执行对服务请求者来说是透明的。一个原子过程需要一个相应的 g r o u n d i n g 文件，提供原子过程的调用地址及输入消息的构建。 ( 2 ) 简单过程是一个抽象的概念，不可以被直接调用，也没有对应的 g m o n d i n g 。它们