（计算机科学与技术专业论文）基于语义的web服务发现和组合技术研究.pdf

摘要 语义w e b 服务是语义、e b 和w e b 服务的结合体，能够以一种明确的、计 算机能够理解的语言来描述w 曲服务的功能和内容，可为w 曲服务的发现、执 行、解释和组合的自动化提供有效的支持。因此，对语义w e b 服务的研究主要 在两个方面：一是创建一种计算机之间能够互相理解，并能充分表示、v e b 服务 的内容、功能、属性、接口以及舰则和限制条件的语言；另一方面是在这种语 言基础之上，提出一种使w 曲服务之间能够实现自动发现、选取、执行、组合 以及交互的模型或体系结构。前者已经有了诸如d a m l s ( 现在是o w l s ) 和 w s m l 等较为成熟的研究成果；后者现有的研究内容则还停留在基本的原理性 试验阶段，不能满足实际需要，也不能很好地解决w e b 服务自动化问题。有鉴 于此，本文对语义w e b 服务自动发现和组合技术进行了深入地探讨，主要研究 工作和创新点如下： 1 提出了一种基于o a a 的分布式构架体系的语义w 曲服务框架 x u m i 。m i 是一种自组织分布式体系架构，它使用o w l s 及x u m i 亿k 本 体柬为w e b 服务和w c b 服务事务建模，并能提供完善的自动化w e b 服务发现、 组合和执行的解决方案。同时，m i 具有资源管理能力和可视化工具，使用 户便于管理和使用。相对于o w l 广s 、w s m o 以及m e t e o r s 等技术而言，x l 7 m i 的优势在于它具有无限扩展能力和便于集成的自组织分柿式体系结构，更好和 更完善的w e b 服务自动化技术以及提供了更多更实用的工具。这些优势正是语 义w 曲服务进一步发展的目标。 2 在描述逻辑和动态描述逻辑的基础上，提出了x u m i 服务描述逻辑 ( x u m is e i c ed e s c r i p t i o nl o g i c s ，x s d l ) 。x s d l 将语义w e b 服务的静态和 动态的知识表示与推理有机地整合在一起，形成了一种统一的形式化框架。它 具有清晰的语义特征，提供了可判定的逻辑推理，能有效地对w 曲服务事务( 如 服务的发现、组合和执行等) 进行表示和推理，从而为基于o w l s 的语义w 曲 服务提供完备合理的逻辑基础。 3 对服务框架m i 提出了相应的自动化w e b 服务发现技术。给出了一 种精确实用的服务匹配算法；基于x s d l 对服务匹配算法进行形式化描述和推 理，并提出了一种量化服务匹配度的方法。与其它w e b 服务发现技术相比，m i 的自动化w 曲服务发现技术具有更高的查准率和查全率。 4 提出了一种针对语义w e b 服务的信誉度模型，并实现了该模型。与其 他的w 曲服务信誉度机制相比，该模型的优点是针对语义w e b 服务的特点为服 务信誉度加入了语义信息，通过判断语义信息的真实性和确切性；并综合了第 三方权威机构的评价，使得信誉度值更加有效和准确。 5 针对服务框架x u 订i ，提出了相应的自动化w 曲服务组合技术。针对具 体组合服务与抽象组合服务的匹配问题，给出了一种语义复合算法s s c ， 并基于x s d l 对该算法进行了形式化描述和推理。为了更精确地检验组合服务 的有效性，提出了一种量化组合服务语义匹配度算法，该算法认为组合服务的 语义匹配度与三个因素相关：子服务匹配度，组合结构以及子服务之自j 上下文 匹配度。 关键词：语义、v e b 服务，服务描述逻辑，自动化服务发现，自动化服务组合 服务信誉度 a b s t r a c t s e m a n t i cw e bs e i c et h a ti st h ec o m b i n a t i o no fs e m a l l t i cw e ba r i dw e bs e r v i c e d e s c r i b e st h e 劬c t i o na n dc o n t e n t so fw e bs e n r i c ei nac l e a rw a v w h i c hf a c j l i t a t e s t h ea u t o m a t i o ns e r v i c ed i s c o v e r y e x e c u t i o n ， i n t e r o p e r a t i o n a n dc o m p o s i t i o n c u r r e n t ly ，t h er e s e a r c ho fs e m a n c i cw e bs e r v i c ei sm a i n l yf o c u s e do nt w oa s p e c t s ： d e s c r i p t i o ni a l l g u a g e s t h a tc o u l d 凡l l yd e s c r i b et h ef i l n c t i o n ，c o n t e n t s ，a t t r i b u t e s ， i m e r f a c e s ，n 1 1 e sa n dr e s t r a i n t so fw e bs e r v i c ea r eu n d e r s t a n d a b l eb yh e t e r o g e n e o u s s ”t e m so nt h eo n eh a n d ，卸dm o d e l so ra r c h i t e c t u r e st h a te f 诧c t i v e l yi m p l e m e l l t a u t o m a t i cs e i c ed i s c o v e 阱s e l e c t i o n ，e x e c u t i o n ，c o m p o s i t i o na n di n t e r o p e r a t i o n b a s e do nt h ed e s c r i p t i o n1 a n g l l a g co nm eo t h e rh a n d s o m em a t u r cd e s c r i p t i o n l a n g u a g e sa r ea l r e a d yp r e s e n t e di nt h er e c e n tr e s e a r c hr e s u l t s ，s u c ha s0 w l sa n di t s a i l c e s t o rd a m l s ，w s m l ，a n ds oo n b u tl i t t l ep r o 争e s si sa c h i e v e di nm o d e l so r a r c h i t e c t u r e sd b o u ts e m a n t i cw e bs e r v i c e ，m o s to fm 咖a r cs t i l la te x p e m 曲t a j p h a s e t h i sd i s s e r t a t i o ne m p h a s i z e st h ea u t o m a t i cd i s c o v e r y 柚dc o m p o s i t i o no f s e m a n t i cw e bs e r v i c e ，a st h er e s e a r c ho r i e n t a t i o n t h em a i nr c s uj t so ft h ed i s s e r t a t i o n a r ea sf o l l o w s ： 1 ad i s t r i b u t e da n da u t o n o m i ca r c h i t e c t u r eo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e x u m ii s p r o p o s e d ，w h i c hi sb a s e do no a a w 曲s e r v i c ea n ds e r v i c et r a n s a c t i o n sa r em o d e l e d u s j n go w l sa j l dx u m i 协ko n i o 】o g yj n t h ex u m i ，a u t o m a t j cw e bs e r v i c e d i s - c o v e r y ，s e r v i c ec o m p o s i t i o na 1 1 ds e i c ee x e c u t i o na r ee f 话c t i v e l ym a n i p u l a f e di n m ex u m i b e s i d e s ，r e s o u r c em a l l a g e m e n ta n dv j s u a l t o o l sa r ea l s oi n t e g r a t e di nt h e x u m i f l e x i b l ee x t e n s i b i i i t y ，e a s yi n t e g r a t i o na n dd i s t r i b u t e da u t o n o m i ca r c h i t e c t u r e a r ei 1 1 l l e r e n tp r o p e n i e so fx u m i ，i nc o n t r a s tw i 【ht r a d i t i o n a l t e c h n o i o g i e s ，s u c h 嬲 o w 【广s ，w s m 0a n dm e t e o r s ，w h i c hi sc l o s e rt ot h ef u t u r eg o a l so fs e m a n t i c w e bs e n 6 c e 2 b a s e do nd e s c n p t i o nl o 百ca n dd y n a m i cd e s c r i p t i o nl o g i c ，x s d l ( m i s e r v i c ed e s c n p t i o nl o g i c s ) i sp r o p o s e d au n i 行e df o m l a i 厅a m e w o r ki sp r e s e n t e di n t h ex s d l ，w h i c hi n t e 乒a t e ss t a t i ck n o w l e d g ed e s c 打p t i o na n dd ”a m i c r e a s o n i n gi na c o h e r e n tw a yu s i n gt h ea c c u r a t es e m a l l t i c s ，s o u n d n e s sa n dc o m p l e t e n e s so fx s d l ， w e bs e i c et r a j l s a c t i o n ，s e r v i c ed i s c o v e c o m p o s i t i o na 1 1 de x e c u t i o nc a j lb e e 硒- c i e m 】ye x p r e s s e da n dr e a s o n e d 3 a u t o m a t i cw e bs e r v i c ed i s c o v e r ym e c h a n i s mf o rx u m ii sp r o p o s e d ，w h i c h o w n sh j g h e r p r e c i s i o 玎a n dr c c a l lc o m p a r e dw i t ho t h e rw e bs e n ，i c ed i s c o v e r y t e c h - n 0 1 0 百e s af e a s i b l es e r v i c em a t c h i n ga l g o t 1 1 i i lb a s e do nx s d li sp r e s e m e d ， a n dam e t h o dt h a ti su s e dt oq u a n t i f yt 1 1 es e i c em a t c h i n gd e f e ei sa i s od e s c r f b e d 4 af 印u t a t i o nm o d e lf o rs e m a n t i cw c bs e i c ei sp r o p o s e d c o m p a f e dw i t h o t h e rw e bs e “i c er e p u t a “o nm e c h a n i s m s ，s e r v i c er e p u t a t i o nv a l u e si nx u m ia r e m o r ee 缅c i e n ta n da c c u r a t eb e c a u s es e m a n c i c si sc o n t a i n e di nt h es e r v i c er 印u t a t i o n t oj u d g ei t sa u t h e n t i c i t ya n de v a l u a t i o n so f t h i r dp a r t ya r ea l s ot a k e ni n t oa c c o u n t 5 a u t o m a t i cw e bs e i c ec o m p o s i t i o nm e c h a n i s mf o rx u m ii sa l s op r o p o s e d a s c m a n t i cc o m p o s i t i o na l g o r i t h m s s ca l g o r i m mi sd e s c r i b e db yx s d lt os o l v et h e m a t c h i n gp r o b l e mb e t w e e nc o n c r e t es e r v i c ec o m p o s i t i o n a i l da b s t r a c ts e i c e c o m p o s i t i o n 1 ba c c u r a t e l yv e f y t h ee m c i e n c yo fs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，a 1 1a l g o t m t h a ti su s e dt oq u a n t i f yt h es e m a n t i cm a t c h i n gd e f e eo fs e r v i c ec o m p o s i t i o ni s p f e s c n t e d ；t h r e ei m p o r t a l 】tf k t o r st h a tm a ya f r e c ts e m a n t i cm a t c h i n gd e g r e ea r e c d n s i d e r e di nt h ea l g o r i t m ：s u b s e f v i c em a t c h i n gd e g r c e ，c o m p o s i t i o ns t n l c t u r ea n d c o n t e x tm a t c h i n gd e 蓼e eb e t 、v e e nd i 脏r e n ts u bs e n ，i c e s k e yw o r d s ：s e m a l l t i cw e bs e r v i c e ，s e r v i c ed e s c r i p t i o nl o g i g s ，a u t o m a t i cs e r v j c e d i s c o v e r y a u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，s e r v i c er 印u t a t i o n 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。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电孑版。本人允许论文被查阅和借 阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人 保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西 北工业大学。 学位论文作者签名到艚撕虢烟 洳年f 月夕甘朋f ，月，日 ，c 7 ：_ j 西北工业大学 学位论文原创性声明 本人学位论文与资料若有1 i 实，愿 两北j 、k 人学博十学何论文一壹绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 选题背景及意义 近年来，、v e b 服务作为种新兴的w e b 应用模式和一个崭新的分布式计算 模型，已逐渐成为w 曲上数据和信息集成的有效机制，发展非常迅速。w 曲服 务的目的是要解决异构平台上的数据和应用的整合与共享问题。单个w e b 服 务可能只提供唯一的调用函数柬完成一个单一的功能，而将多个w 曲服务进行 有机组合将能完成一系列复杂任务，s o a ( s e i c eo c 1 1 t e da r c l l i t e c t u r e ) 就是 利用组合w e b 服务进行应用整合的构架。但是，现有的w e b 服务构架需要、b 服务提供端和服务请求端的编程人员自己明确相互传递的消息的含义，然后对 w 曲服务进行硬编码。由此，将会出现如下问题：首先，如果单个w 曲服务的 交换模式发生了变动，则请求端必须由编程人员自己来应对变动；其次如果w c b 服务组合中的某个服务被撤销，则组合者( 编程者) 必须重新寻求适当的替换 者，以维护其组合。最后，这种不能进行自动化重新配置的w 曲服务将是不灵 活和难以维护的。因此我们需要智能的w e b 服务，即实现、b 服务的自动化【捌。 语义w e b 研究的主要目的，在于扩展当前的w w w ，使得网络中多数信息 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 之问的交互与合作1 4 j “。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。目前，语义w e b 研究的问题主要包括：w e b 语义的 提取和表示，w 曲应用处理过程中的自动觇则推理及知识管理，以及有效利用 语义信息进行w e b 服务处理和、e b 挖掘的方法和提高w e b 发现的准确性和智 能化的途径【2 0 ，。 现有的w e b 服务缺少明显的语义，w e b 服务之间不能很好地理解其相互传 递的消息，因而不能实行w e b 服务的发现、执行、解释和组合自动化。而语义 w e b 和w e b 服务的共同目标都是通过利用w e b 上人和机器都能够存取的内容， 创建智能自动服务及商务处理基础设施。因此考虑以上二者的结合实现功能 互补是一种自然的选择。基于语义的w c b 服务可以做到p 】： 1 明确描述和推理事务之间的联系和规则： 2 明确描述、e b 服务所执行的任务，实现w e b 服务发现的自动化； 3 将简单w 曲服务组合成为复杂w e b 服务，并实现自动化组合。 一北i 。业人学博_ 0 帝论文 第一辛绪论 也就是说语义w 曲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 曲服务的功能和内容，同时增强已经存在的w e b 服务操作的性能和鲁 棒性，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，包括自动合成、交互、运行监控和恢复。 目前国内外在语义、v e b 服务研究方面主要着眼于两个方面：一方面是创建 一种计算机之j 日j 能够互相理解并能充分表示w e b 服务的内容、功能、属性、接 口以及规则和限制条件的语言；另方面是在这种语言基础之上，构建一种使 w e b 服务之间能够实现自动发现、选取、执行、合成以及交互的模型或体系结 构 9 1 。 w e b 服务的实质是“共享资源、交互通信、协作研究”。通过分布在全球各 地w c b 上的各种资源，在某种共同认可的协议下达到共享的目的。当然，“服 务”也是一种资源，它的内涵十分广泛，从计算服务、查询与检索、信息处理 都可以纳入为“服务”范畴，而语义w 曲服务将会使得这种共享更加人性化、 定制化，并具有协调性和合理性。随着语义w c b 服务技术研究的不断深入，信 息处理将进入一个可以自动完成w e b 服务查找和合成的语义w e b 服务时代。尤 其在构建实用的电子商务电子政务系统中，浯义w c b 服务将会起着关键作用。 其实，无论什么信息系统，把“广义服务”作为资源束考虑，在“w 曲服务” 的架构下，达到共享的目的，无疑是现今信基社会的发展趋势。 综上所述，在w 曲服务中有效利用本 论领域模型进行服务的概念建模， 可以指导w 西服务应用的设计；在w e b - 务中有效利用语义信息，进行w 曲 服务和语义w 曲的有机结合可提高、v e b 服务的质量；语义w e b 服务是语义w e b 和w e b 服务的结合，可为w e b 服务的发现，执行、解释和组合的自动化提供有 效的支持。因此，本文将对基于语义的w c b 服务( 即语义w e b 服务) 自动发现 和组合技术进行研究，具有比较成熟的科学和技术发展背景，有广泛的社会需 求及理论意义。 1 2 国内外发展现状 往w e b 服务中加入语义信息是实现w e b 服务自动化的最有效的手段。而对 于如何往现有的w e b 服务加入的语义的问题，工业界和学术界印有着各自的观 点。他们都认为应该往w e b 服务描述中加入更多的语义，但就如何加入以及加 入多少语义的问题上有不同看法。应该加入多少? 一个、v e b 服务操作是否需要 完全的语义描述( 即操作语义) 还是仅仅需要对其进行功能性分类或归类就足 两此t 、皿j ：宁傅卜学竹论文铝一芎绪论 够了? 机器处理或理解过程如何把握语义的形式化和非形式化尺度? 例如人们 很难创建或理解一份形式化的、完全的语义规格说明；而一个基于标准接口的 断言将会是一个更好的短期方案。当然，我们可以将标准转换成本体级的描述。 这种方法已经在数据库集成中得到验证( 即将每个模式映射到一个通用的本体 上去) 。于是我们想到可以同样来处理、v e b 服务，只是问题变得更为复杂，因 为对操作的描述本身就比数据对象的描述更复杂。 针对往、v e b 服务中加入语义的重要性和复杂性，工业界和学术界的研究方 向不同。工业界的研究注重于短期的、实用的和高可能性的方法，而学术界的 方法则是长期的和具有推测性的，并且更具有野心【9 】。下面本文将从学术界和 工业界两个方面束叙述语义w 曲服务的研究发展现状以及前景。 1 2 1 学术界对语义、v e b 服务研究的现状 在学术界方面，对语义w e b 服务的研究是从d a m l s 【1o j 起步的。d a m l s 使用一种形式化语言束准确定义、v e b 服务的行为。众所周知，w s d l 是对w e b 服务最基本的描述，它较为简单，只着重于w e b 服务的操作，因而这些描述对 于自动化的w e b 发现和组合来说是不够的。于是需要一种更丰富的、更深层的 和更便于机器处理的描述方法。d 芦0 l s ( 现在是0 w i 广s j ) 组织给w e b 服务 增加了p r o n i e 、p r o c e s s 和g r o u n d i n g 描述。其中，p r o m e 通过输入( i ) 、输出 ( o ) 、前置条件( p ) 和结果( e ) 等术语描述了w 曲服务的功能，p r o c e s s 说 明了如何通过组件来构建w 曲服务，而g r o u n d i n g 则将这些信息映射到w s d l 。 许多的语义信息就囊括在i o p e 的详细说明中。而o w l s 将推动w e b 服务自动 化，包括w e b 服务的发现、执行和组合的自动化。当前版本的0 w l s 是基于 o wl 【1 8 1 创建的，o w l 则由w 3 c 的w e b 本体工作组( w e b o n t o l o g yw o r k i n g g m u p ) 制定。o w l s 是第一个发展较好的w 曲服务本体，在学术界有许多用 户。 除了主要的o w l - s 项目以外，另外还有两个正在开发的语义w e b 服务项 目，包括美国的l s d i s m e t e o r s 项目和欧洲的d e r j s w w s 项目。 其中，m e t e o r s 【1 2 】着重于整个语义w e b 过程生命周期中的语义的使用。 此过程表现为各个语义w 曲服务之间的复杂交互。m e t e o r s 项目的目标在于 研究语义w 曲过程中的四个重要阶段，即注解、发现、组合和执行。一种针对 生命周期中每个研究阶段的框架已经被丁f 发和实现。首先m e t e o r s 的语义 w e b 服务注解框架( m w s a f ) 能够半自动化的使用本体标记w 曲服务描述， 用相关本体匹配和注释w s d l 文件的算法也已经给出。其次m e t e o r s 的w e b 酣北r 业人学博十学伊论文第一章绪论 服务发现构架( m w s d i ) 使用基于本体的方法束组织注册信息，这样使得所有 的、v e b 服务可以基于领域进行语义分类。每一条注册信息都支持w e b 服务的语 义发布。这些注册信息将被w c b 服务发现所使用。再次，m e t e 0 艮s 的w e b 服务组合框架( m w s c f ) 对现有、b 过程组合技术进行了改进，它使用语义 模板来获取w 曲过程的语义需求。最后，m e t e o r s 的动态过程管理器 ( m w s d p m ) 允许基于事务和过程约束将w 曲服务的部署态和运行念绑定到 一个抽象的过程。 d e r i l 项目的标题是语义w 曲使能的w e b 服务( s w w s ) 。d e r i 的研究 人员考虑围绕u d d i 、w s d l 和s o a p 等即有技术来发掘w c b 服务的全部潜力。 因为，尽管当前的技术只能对自动化的w e b 服务发现、组合和执行提供非常有 限的支持。但是它们仍然是使用语义所必不可少的部分。s w w s 最初的重要目 标包括为w 曲服务描述和发现提供一个更丰富的框架，以及提供一个可伸缩的 w e b 服务仲裁中间件。任何需要的仲裁都必须基于语义数据、过程本体以及语 义互用。 另外，d e r j 还在致力于w s m o 、w s ml 【5 】和w s m x 的丌发。w s m o 是用来定义语义w 曲服务的完全本体。w s m o 本身是由基于一阶逻辑的本体语 言定义。它包含所有语义w e b 服务所必需的概念，包括：本体、介体、目标以 及w e b 服务接口。w s m l 足一系列语占，它们允许语义w e b 服务设计者以形 式语言来定义语义w 曲服务。w s m x 则为语义w e b 服务的执行提供了一种标 准体系结构。这种体系结构是基于组件的，就好比s o a 。w s m x 本身有执行语 义。 除了对、e b 服务功能的描述的研究以外，还有对其行为描述的研究。服务 的行为特征描述了该服务如何与其他服务进行交互。在w e b 服务组合中提供行 为特征是关键。例如两个正在交互的服务可能由于都在等待对方消息而都无法 进行下去。因此，有人建议w 曲服务组合( 无论是自动化的还是半自动化的) 应该决定性地依赖于行为规定中的交互模式。一种最近开发出来的称为w s a t 的工具可以分析w 曲服务交互和w e b 服务行为。 1 2 2工业界对语义w e b 服务研究的现状 与学术界的研究相比，工业界注重的是w 曲服务规范和协议的标准化问题， 例如：s 0 a p 协议、w s d l 、u d d i 以及过程描述语言等。这些丌放标准确保了 不同w 曲服务实现之问的互操作性。其中，过程描述语言包括w s c g ( w 3 c ) 、 b p e l 4 w s ( 微软、m m 和b e a ) 、w s c l ( h p ) 、b p m l ( 微软) 、w s c i ( s u n 、 4 荫1 tf 。业尺嶂十学付冷文第一审绪论 b e a 和y 曲o o 等) 、x l a n g ( 微软) 以及w s f l ( m m ) 等等。 但是到目前为止，几乎没有任何商业产品成功地在已有稳定的w 曲服务框 架上实现了语义层。如前所述，对于、b 服务的语义最初有两种考虑：过程层 面和数掘层面。大多数生产厂商已经真正认识到各个领域中的语义元数据的重 要性和价值，但是他们都趋向于使用专属的解决方案，即使用自己的元数据格 式来维持其内部语义一致。如此一来，各个厂商之间的交互就产生了问题。d e i u 和w 3 c 组织都对合并各个标准很感兴趣，因而许多厂商都在等待标准的统一。 另一方面，与这些商业厂家的犹疑不决的等待不同，那些工业界研究组织，例 如：m m 、h p 、法国电信以及富士等，都已经为w e b 服务加入语义，并运用到 了一些创新的、发现驱动的应用场景中。 与“协商型”( n e g o t i a t i o n s t y l e ) 语义w 曲服务相比较，还有一种“查询驱 动”的方法来实现语义w c b 服务。事实上，一些商业厂家开始在现有的w e b 服 务框架之上实现语义层，方法就是为w 曲服务发布查询，而不是撰写更多的脆 弱契约。使用o w l 为w 曲服务做注解使得在动态事务中推进服务更简单。为 此需要些建模工具将本体映射到w 曲服务的w s d l 接口，以及一个实时推理 引擎来向潜在的服务发布查询计划。这种类型的语义查询明显与以过程为中心 的方法不同，但是这两种方法都可以使得对极度丰富的组合信息进行有意义的 访问变得自动化起来。 ， 为了使w e b 服务成为面向语义服务计算的平台，工业界和学术界的研究者 们需要创建各种术语、技术和产品以完善w e b 服务的宣传，发现、选择、组合 和执行，最近学术界和工业界的先行研究者( s w s i ) 已经联合起来准备开发一 个将语义w e b 和w e b 服务合并的基础框架，以实现w e b 服务中所有方面的自 动化。除了推进o w l s 的发展外，s w s i 还将致力于将0 w l s 与s w w s 、 w s m o 、w s m l 以及w s m x 等项目的研究工作进行融合，为w e b 服务提供者 提供一系列的核心构架，方便他们用计算机可解释的方式束描述自己的服务。 1 2 3 语义w e b 服务的进一步研究课题 以上只是分析了目前语义w 曲服务研究工作的主要方面，事实上，对语义 w e b 服务的研究还只是刚起步，许多课题有待进一步的研究。这些课题主要包 括以下几个方向： 1 完备可执行的语义w e b 服务本体：语义w e b 服务中所有的资源描述和 数据交换都是基于本体的。本体是被广泛使用的知识表示方式，因而也是语义 曲北川k 人学博_ 卜。￥：伊论文第一章绪论 、b 中的核心技术。语义w 曲服务的整个生命周期的每个阶段都是由服务本体 所支持，所以一个完备可执行的服务本体就必不可少。 2 成熟完整的语义w e b 服务框架：语义、e b 服务框架是实现语义w 曲服 务的基础设施。一个成熟完整的语义w e b 服务框架应该具有自组织分布式体系 架构，使用语义w e b 服务本体为w 曲服务建模，能够提供完善的自动化w e b 服务发现、组合和执行的解决方案，同时具有资源管理能力和可视化工具，方 便用户管理和使用。因此如何设计和实现满足上述要求的语义w e b 服务框架是 一个至关重要的研究课题。 3 定义语义w e b 服务的形式语言：为了实现自动化的w c b 服务发现、组 合和执行，仅有一个概念模型是不够的，还需要一种形式化语言来为w 曲服务 作注解。对这种形式化语言中的描述可以应用逻辑推理机制。为了对语义w 曲 服务进行适当的、恰如其分的基于逻辑的推理，这种描述语言必须具有合理的 表达性以及定义良好的形式语义。 4 自动化的w e b 服务发现技术：实现w e b 服务发现自动化是语义w e b 服 务的基本目标之一。通过利用语义描述和服务本体是实现自动化的w e b 服务发 现的有效途径；而如何用服务本体描述服务，如何将语义w 曲、本体和语义推 理应用到w e b 服务的查找和匹配中则是有待进一步研究的课题。 5 自动化的w e b 服务组合技术： 实现w 曲服务组合自动化同样是语义 w 曲服务的一个基本目标。w 曲服务组合自动化是指程序或代理自动挑选、组 装和配合适当的w 曲服务来完成一个整体任务。如何使用本体描述w e b 服务组 合，如何自动化的规划w e b 服务组合过程，以及如何保持语义w 曲服务组合过 程中的复合语义等等都是w e b 服务组合自动化中值得研究的课题。 6 简单实用的语义、b 服务工具：无论是学术界还是工业界，未来的目 标都是要让语义w c b 服务变得更为简单。如果没有好的工具，那么不管是哪种 技术( o w l 、o w l s 、f 。l 0 西c 【1 7 】或者x m l 等等) 都很难以要求的精度精确地 描述语义w e b 服务的元数据。人们当然希望可以简单地通过拖拽来绘制过程图， 或者仅仅点击鼠标就可以完成本体映射。到时候研究人员的工作将只是检查搜 索模型以减小由于语义w e b 服务使用范围太大而产生的阻碍。 1 3 本文研究内容及主要创新点 为了进一步推动语义w e b 服务的发展，并针对语义w e b 服务的研究现状和 存在问题，本文对语义w e b 服务进行了深入的研究，主要工作包括以下几个方 两北r ，业人学博十 “诊文剪一帚绪论 面： 1 提出了一种基于o a a 的分布式构架体系的语义w e b 服务框架 x u i 。x u m i 是一种自组织分布式体系架构，它使用o w l s 及x 切i 协k 本 体为w e b 服务和w c b 服务事务建模，提供了完善的自动化w 曲服务发现、组 合和执行的解决方案。同时，x u m i 具有资源管理能力和可视化工具，方便用 户管理和使用。相对于o w l s 、w s m o 以及m e t e o r - s 等技术而言，x u m i 的优势在于它具有无限扩展能力和便于集成的自组织分布式体系结构、更好和 更完善的w 曲服务自动化技术以及提供了更多更实用的工具。这些优势正是语 义w 曲服务进一步发展的目标。 2 在描述逻辑和动态描述逻辑的基础上，提出了x u m i 服务描述逻辑 ( ) ( 【 v i is e r v i c e d e s c r i p t i o nl o 画c s ，x s d l ) 。x s d l 将语义、v e b 服务的静态和 动态的知识表示与推理有机地整合在一起，形成了一种统一的形式化框架。它 具有清晰的语义特征，提供了可判定的逻辑推理，能有效地对w 曲服务事务( 如 服务的发现、组合和执行等) 进行表示和推理，从而为基于o w l 广s 的语义w e b 服务提供完备合理的逻辑基础。 3 对服务框架x u i 提出了相应的自动化w e b 服务发现技术。给出了一 种精确实用的服务匹配算法；基于x s d l 对服务匹配算法进行形式化描述和推 理，并提出了一种量化服务匹配度的方法。与其它w e b 服务发现技术相比，我 们的自动化w e b 服务发现技术具有更高的查准率和查全率。 4 提出了一种针对语义w 曲服务的信誉度模型，并实现了该模型。与其 他的w e b 服务信誉度机制相比，该模型的优点是针对语义w e b 服务的特点为服 务信誉度加入了语义信息，通过判断语义信息的真实性和确切性，并综合了第 三方权威机构的评价，使得信誉度值更加有效和准确。 5 针对服务框架x u m i ，提出了相应的自动化w e b 服务组合技术。针对具 体组合服务与抽象组合服务的匹配问题，给出了一种语义复合算法s s c ， 并基于x s d l 对该算法进行了形式化描述和推理。为了更精确地检验组合服务 的有效性，提出了一种量化组合服务语义匹配度算法，该算法认为组合服务的 语义匹配度与三个因素相关：子服务匹配度，组合结构以及子服务之间上下文 匹配度。 1 4 论文组织安排 全文共分八章。 曲匕。业人 博十“。伊论文 赞一音绪论 第一章：绪论。介绍了关于基于语义的w 曲服务自动化技术( 即语义w c b 服务技术) 的国内外研究现状以及本文的选题背景和意义。 第二章：语义w e b 服务技术基础。首先简要介绍了w e b 服务和语义w 曲 的相关技术及研究现状：然后指出语义w e b 服务是语义w 曲和、b 服务的结 合物，说明了w 曲服务自动化的含义，并阐述了语义w c b 服务的意义以及在 w e b 服务自动化方面所起到的主要作用。 第三章：通用语义w e b 服务框架x u m i 。介绍了一种基于o a a 的语义 、v c b 服务框架x u m i 。首先分析和比较了已有的语义w 曲服务框架的优缺 点，并指出这些框架还不能满足个成熟完备的语义w e b 服务框架的需求，有 待改进和完善。然后在此基础上给出了n v i i 的整体体系结构，接着详细讨论 了w e b 服务本体、m 丌a s k 模型、服务匹配引擎、w 曲服务自动化搜索器、 语义w e b 服务执行管理器等关键问题和模块设计。最后针对x u m i 中的安全、 服务质量( 0 0 s ) 等问题做了进一步讨论。 第四章：服务描述逻辑。首先叙述了描述逻辑、动态描述逻辑以及0 w l 和o w l s 与它们的对应关系，同时晚明了动态描述逻辑仍然不足以为语义w e b 服务提供完备合理的逻辑基础。然后提出了x u m i 服务描述逻辑( x s d l ) 描 述了x s d l 的语法、语义和相关推理问题。最后说明了x s d l 如何为语义w 曲 服务的发现、组合和执行任务提供逻辑基础的。 第五章：基于语义的w 曲服务发现技术。重点讨论了语义w e b 服务发现技 术。首先介绍了当前主要的发现技术，并分析和比较了各种方法的优缺点，讨 论了各种基于语义的发现技术和服务匹配算法的优劣。然后给出了x u m i 中自 动化w e b 服务发现技术，描述了服务发现技术框架。接着给出了一种服务匹配 算法，基于x s d l 对该算法进行了形式化描述和推理，并提出了一种量化服务 匹配度的方法，而且举例说明。最后针对语义w e b 服务信誉度问题提出了一种 信誉度模型，设计并实现了该模型。 第六章：基于语义的w e b 服务组合技术。重点讨论了语义w c b 服务组合技 术。首先介绍了当前主要的自动化w 曲服务组合技术，包括基于工作流方法和 基于a i 规划方法，并分析和比较了各种方法的优缺点。然后给出了x u m i 中自 动化w c b 服务组合技术，描述了服务组合技术框架。接着针对具体组合服务与 抽象组合服务的匹配问题给出了一种语义复合算法s s c ，基于x s d l 对该 算法进行了形式化描述和推理。最后为了更精确的检验组合服务的有效性，提 出了一种量化组合服务语义匹配度的算法。 第七章：原型实现与实验。介绍了作者丁f 发的语义w 曲服务框架x u m i 的 西此厂、f k 人学博十学伊论文第一奇绪论 原型实现，并针对x u m i 服务匹配算法进行了仿真实验。实验证明尽管在算法 执行效率上有待改进，但) ( 【m i 服务匹配算法能达到高的查全率和查准率，具 有较好的实用价值。 第八章：总结与展望。对作者的研究成果进行了总结，并指出了进一步的 研究方向。 9 两北f q p ：学悼十学伊论文第：章；吾义w e h 服务技术萆咄 第二章语义w e b 服务技术基础 本章介绍w 曲服务、语义w e b 、语义w 曲服务的概念以及相关技术及研究 现状，论述了语义w 曲服务是语义w 曲和w e b 服务的结合物，说明了w 曲服 务自动化的含义，并阐述了语义w e b 服务的意义以及在w 曲服务自动化方面的 主要作用。 2 1w e b 服务相关技术及研究现状 近年来，随着电子商务的迅速崛起，w e b 应用从局部化发展到全球化，从 b 2 c 发展到b 2 b ，从集中式发展到分布式。w e b 服务作为一种新兴的w 曲应用 模式，是一个崭新的分布式计算模型，是w 曲上数据和信息集成的有效机制。 从电子商务应用领域来看，复杂的应用连接和程序代码造成了电子商务应用的 高维护代价和更新代价，而w 曲服务正好能够解决这一问题，成为目前应用环 境中最为合理的解决方案。w 曲服务的使用将改变目前的开发模式和应用部署 的费用规模。各种w e b 服务分别实现了一定的电子商务功能，通过将各种电子 商务的w e b 服务进行组合和集成以创建动态电子商务应用。、e b 服务能够统一 地封装信息、行为、数据表现以及商务流程