QoS感知的语义Web服务发现研究1

1、学科专业：软件工程学科专业：软件工程作者姓名：作者姓名：XXXX指导导师：指导导师：XXXXXX教授教授 20142014年年5 5月月QoS感知的语义Web服务发现研究2汇报目录 绪论绪论技术路线及方案设计技术路线及方案设计 优化选择功能设计优化选择功能设计 原型工具设计实现原型工具设计实现 案例研究及总结案例研究及总结一二三四五3 Web服务是面向服务的体系结构中一项非常关键的技术，也被认为是下一代网络的核心技术之一12。Web服务是“一次发布，到处可用”的Internet组件，理论上任何Web服务在Web上都是可以被发现和调用的3。它是建立在TCP/IP，HTTP，XML等规范基础上的一

2、种软件结构，具有浏览Web上的链接文档、动态发布和发现服务、自动调用事务等功能。根据Web服务的基本概念，无论是移动设备（硬件方面）还是应用程序（软件方面），都可被认为是服务。这些服务封装了具体的实现细节，通过提供应用程序接口与Internet中其他服务或者用户进行交互4。 语义Web服务（Semantic Web Services, SWS）的大部分方面（如自动发现、选择、组合、调用等等）都与服务质量（Quality of Service, QoS）紧密结合在一起。QoS是服务的非功能属性，如价格、信誉、可用性、安全性以及性能等等。作为服务描述的一部分，QoS对于服务的选择和组合而言是个相当

3、重要的决定性因素12。本文主要研究根据用户的QoS个性化需求，通过语义层的QoS匹配处理，在保证服务基本可执行的前提下，从满足服务功能性需求的候选Web服务集中获取最终匹配的服务的方法。 研究QoS感知的语义Web服务发现不仅可以提高语义Web服务发现的准确性，使所得服务贴近用户查找需求，充分满足用户个性化需要，而且也有利于语义Web服务技术的发展。从大的方面讲，这也有助于促进语义Web技术的普及应用13。一、绪论研究背景、内容、意义4第一章绪论 介绍本文的研究背景、研究内容和研究意义；第二章当前技术现状综述 介绍了本体的概念和Web服务的QoS，分析了现有QoS本体描述方法以及QoS感知的语

4、义Web服务发现的方法，指出了当前QoS本体描述和QoS感知服务发现方法的不足；第三章QoS感知服务发现技术方案设计及QoS本体设计 给出QoS感知的语义Web服务发现技术方案的总体设计思想、体系结构以及QoS本体的设计方案。第四章QoS匹配及QoS优化选择功能设计 研究QoS感知的语义Web服务发现方法，详细叙述了QoS匹配处理的功能设计以及QoS优化选择的功能的设计；第五章原型工具的设计和实现 叙述了原型系统的开发平台和工具，以及QoS匹配处理和QoS优化选择等步骤的具体实现细节；第六章案例研究 通过典型案例来验证本文技术方案的可行性和有效性；第七章总结与展望 总结研究成果，展望下一步研究

5、目标。一、绪论论文结构组织5本体这一词汇诞生于哲学领域。从哲学的角度来讲，本体是客观存在的一个系统的解释或说明，关心的是客观现实的抽象本质14。计算机领域最早在人工智能方面引入了本体的概念。在人工智能相关研究中，本体被定义为“构成相关领域词汇的基本值和关系,以及利用这些值和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”在语义Web服务相关研究中，已存在一些基于本体的服务描述语言，如OWL-S19（OWL Web Ontology Language for Services，其前身为DAML-S），WSMO20（Web Service Modeling Ontology），WSDL-S21（Web S

6、ervice Description Language for Services）等。这些语言的出现和发展为语义Web和Web服务的结合提供了一个良好的契机。创建基于本体的服务描述，可以帮助计算机理解Web服务。同时这种基于本体的描述能够很容易地被智能主体自动发现和处理，这很大程度上增强了服务请求者和Web服务之间的交互性。Web服务的QoS描述是从服务提供商和服务请求者两个方面来进行的。服务提供商用它来声明Web服务具备的相应服务质量，服务请求者用它来描述其对Web服务的要求。由于不同服务请求者对服务QoS需求不尽相同，且不同服务提供商提供的服务在QoS方面也可能存在很大差异，所以Web服务

7、中的QoS参数包含了很多方面的内容。如服务的可获取性、可用性、价格、信誉、响应时间、可维护性、安全性、性能等。二、技术路线及方案设计技术术语定义6综合前文内容，可见，在QoS本体创建时，大部分方法是通过扩展OWL-S本体来创建QoS本体。但QoS本体创建没有很好的与QoS匹配结合起来，且不能很好地区分和描述QoS参数。在进行服务发现时，大部分使用描述逻辑推理来进行匹配，难以解决复杂的QoS需求匹配问题。在服务选择时，很多方法都是以最后QoS的总体匹配程度来进行排序选择，没有考虑到用户的个性化需求，最后选出的服务集合未必是用户最想要的。在部分含有用户个性化需求的服务发现方法中，基本上都不提供方法

8、来保证服务满足基本可执行条件。总的来说，目前为止，QoS感知的语义Web服务发现的国内外研究已经取得了一定研究成果。但仍未有公认的成熟的QoS感知的语义服务发现的方法。研究建立一个简洁且适合进行语义Web服务发现的本体，兼顾QoS定性和定量参数的不同度量方式，并利用建立的本体，在保证服务基本可执行的情况下，获取满足用户个性化QoS需求的服务的工作很有意义。二、技术路线及方案设计国内外主要QoS感知服务发现的技术比较7二、技术路线及方案设计QoS感知的服务发现的体系结构用 户 交 互 界 面用户领域专家语义可比性判断约束满足判断 约束满足求解器QoS优化选择候选服务库QoS领域本体库服务提供商基

9、本QoS需求个性化QoS需求匹配的最终服务集基本QoS需求库QoS匹配处理推理引擎判断 8二、技术路线及方案设计OWL-UQ本体模型建立一个QoS本体是本文服务发现工作的基础。综合考虑多种QoS模型的优缺点，在参考文献33本体建立方法的基础上，考虑到定性和定量QoS在度量方式的不同，本文通过扩展OWL-S服务本体，构建了一个包含了一些核心QoS参数概念的简单QoS本体模型OWL-UQ（OWL-S Upper QoS Ontology）。ServiceQoSProfileQoSParameterCategoryNameTendencyMetrichasTendencyhasMetricWeigh

10、thasWeighthasCategoryFunctionhasFunctionhasParameterCompositeQoSParametehasRelationshiphasFunction9三、优化选择功能设计QoS匹配功能与算法设计QoS匹配处理主要分两步：根据领域专家指定的基本QoS需求库对候选服务集进行匹配处理，确保服务发现的结果基本可执行；然后根据用户的需求进行服务的匹配处理。交互界面用户语义可比性判断约束转化约束满足判断候选服务库QoS领域本体库QoS需求基本QoS需求库1)，6)2)2)，6)3)，7)4)，8)5)9)QoS优化选择10三、优化选择功能设计QoS优化选择处

11、理流程首先对候选服务的QoS参数值进行预处理，将以区间值表示的QoS参数值转化为具有代表性的单值数值，去除布尔型和枚举型的QoS参数值（因为布尔型和枚举型QoS参数值不具备取值趋势，对进一步优化选择没有影响）。然后构造矩阵，并对矩阵进行规约化处理，消除取值区间不同等带来的问题。最后将矩阵与用户QoS参数的权值相乘，按照所得结果对服务候选集进行排序，并最终输出给用户。预处理规约化处理加权处理候选服务及用户需求服务发现结果11四、 原型工具设计实现源文件组织结构core包中存放主要的处理逻辑文件，包括数据库的连接、本体解析、查询推理扩展等处理逻辑的Java源文件；datatype包中主要存放的是所

12、有数据结构文件；ontology包中主要存放的是本体文档；QoSMatch包中主要存放的是用于实现QoS匹配功能的类文件，包括主要算法实现的功能类等；QoSSelect包中主要存放的是用于进行QoS优化选择的类文件，包括主要算法实现的功能类等；jsp包存放了JSP文件，包括显示用户查询界面及查询结果界面等的JSP文件。QoSASWSDcoredatatypeontologyQoSMatchQoSSelectjsp12四、 原型工具设计实现QoS匹配处理的实现该模块的主要功能由QoSMatch包中的DoQoSMatch类来实现，DoQoSMatch类包含的主要方法有：serviceQosGet(

13、)，该方法与数据库进行连接，获取候选服务表的服务信息；serviceUserQosGet()，该方法用以获取用户输入的QoS需求信息；serviceProQosGet()，该方法用以获取数据库中存放的领域专家指定的QoS需求信息；semanticComp(Q1,Q2)，该方法用以判断候选服务的QoS数据Q1与需求的QoS数据Q2是否具有语义可比性。开 始首次执行标识Isfirst置1获取SWS库中的QoS信息Isfirst=1获取专家建议的QoS信息语义可比性判断约束满足处理Isfirst=1获取用户的QoS信息结束Isfirst=0更新SWS库是是否否13五、案例研究及总结案例介绍该用开发的

14、案例来验证本文技术方案，需要四部分的数据作为实验数据，即QoS领域本体、领域专家指定的基本QoS需求、用户个性化QoS需求以及服务提供商提供的候选服务QoS数据。QoS领域本体是对OWL-UQ本体的扩展，是该QoS本体在某领域内的具体实现，它体现了在这个领域中各个QoS参数之间的语义关系。本文的应用领域为酒店预定服务。领域专家指定的基本QoS需求是领域专家根据自身经验为保证服务基本可执行而界定的最低要求。本文在文献33的基础上做了部分改进，作为案例中领域专家指定的QoS需求。本文拟使用的实验数据如下表： 14五、案例研究及总结实际运行QoSASWSD原型系统用户从下拉框中选择QoS参数名称，在

15、“取值”后的文本框中输入自己的期望值。 “其关注程度在需求中的比重” 是指该参数对于用户的整个需求而言的重要程度，即权值。用户从拉框中选择期望该QoS参数在整个服务发现过程中所占的比重（布尔型和枚举型的QoS参数没有权值设定的下拉选项，因为它们不具备取值趋势，对于QoS优化选择处理没有实际影响）。用户选择的权值比重总和为1。比重可取值对应为10%，20%，90%。权值越大说明用户越关注该参数在候选服务中的满足情况。 15五、案例研究及总结实际运行QoSASWSD原型系统用户可以选择输入一个QoS需求或者多个需求，可以通过点击“添加”按钮将一个输入完整的QoS需求添加到候选需求框中。选中具体的一

16、行候选QoS需求条件后点击“删除”，就可以将这条QoS需求从候选条件中去除。点击“重置”按钮，即可清空所有候选QoS需求，供用户重新输入。考虑到真实情况下，候选服务集的量很大，故本文利用硬盘空间固定存放候选服务集的数据，仅仅将其URL存入数据库中，减轻数据库处理的负担，提高系统效率。按照本章设计的方案，以样本表中的数据为参考，输入服务发现所需的QoS需求。点击“查询”按钮，运行系统进行服务发现。 16五、案例研究及总结实际运行QoSASWSD原型系统权值为 和 的系统运行结果与理论分析也是一致的，此处不给出具体运行结果的截图。与前文理论分析的结果对比，可见系统服务发现所得的服务集合以及服务顺序都与理论分析的结果一致。由此可见本文的技术方案是有效的，可行的。 17本文的技术方案是在文献33和文献38方法基础上的改进和创新。在QoS属性度量