（管理科学与工程专业论文）基于rdf、ontology技术的语义web应用研究.pdf

独创声明 y5 9 8 7 3 4 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，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，也不包含为获得 ( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或 证书使用过的材料。与我一同工作的同志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谢意。 学位论文作者签名：( 冕毛晶导师签字：蚓卫专加 签字日期：2 0 0 4 年年月2 细签字日期：2 0 0 4 年彩丹魂 素趣绺静、每厢同煮 钢仓女会棠 基于r d f 、o n t o l o g y 技术的语义w e b 应用研究 摘要 i b m 和微软公司在它们提出的w e bs e r v i c e s ( w e b 服务) 中首先提出了服务式的电 子商务概念，并定义了实现w e bs e r v i c e s 的规则( u d d i ，w s d l ，s o a p 等) 。对于w e b 服务的描述可以采用不同的概念体系表示，而同一个概念体系中的概念也可能有同型异 义或异型同义的现象。由于在u d d i 中注册的服务没有利用任何语义信息，因而无法实 现不同概念体系之间服务的匹配，无法根据服务请求者提供的所需服务信息进行准确地 服务定位，更不能实现自动的服务互操作。 为了增加对w e b 服务的语义描述信息，论文采用语义w e b 倡导的x m l 、r d f 和 o n t o l o g y 技术对w e b 服务进行语义描述。语义w e b 的思想就是利用元数据( m e t a d a t a ) 语言对w e b 信息资源的内容进行语义上的描述，从而使计算机能够利用这些语义信息 对信息资源的内容进行理解和处理，并在此基础上，实现更高级的、基于知识的智能应 用。 利用语义w e b 技术来指导服务的注册、发布与发现过程，可以帮助服务提供者更 加准确的对w e b 服务进行描述，服务的管理者可以更有序地组织和管理所有相关的服 务资源，同时服务中介可以实现不同概念体系之间服务的动态查找、绑定与调整。 本文围绕“基于语义的w e b 服务”展开，所作的主要研究工作如下： 1 w e b 服务技术是基于x m l 语言，使用h t t p 协议的一种跨平台、语言无关的 互调用方式。它提供了异构系统进行信息交换的机制及商业服务发布和发现机制。语义 w e b 通过建立公共的本体，改进使用不同术语之间的系统的交流方式，为i n t e r n e t 上的 资源提供机器可以理解的语义，实现网上资源的语义层次上的互连，并在此基础上实现 资源共享和智能应用。本文首先对w e b 服务及语义w 曲的关键技术进行了简单的介绍， 并将两种技术相结合，对w e b 服务的语义描述模型进行了研究。 2 在w e b 服务描述及服务珏配阶段应用语义w 幻中的知识表示技术，可以提高 机器自动寻找符合用户需求条件的服务的能力，减少人工寻找及筛选所需的工作量。在 上文提到的w e b 服务的语义描述模型的基础上，本文研究了基于语义的w e b 服务描述、 发现以及匹配等过程。 3 发现服务的关键，是服务匹配。好的匹配方法，可以帮助服务请求者找到尽可 能满意的服务i 不好的匹配方法，只能将大量无用的信息返回给用户，此时，用户不得 不手工在返回的信息中寻找自己需要的服务，这样就大大增加了人工劳动。本文研究了 当前w e b 服务中的服务匹配方法，在w e b 服务语义描述模型的基础上，提出了基于语 义的w e b 服务匹配算法，并给出了匹配度的计算公式。本文提出的匹配算法，在一定 程度上减少了无用信息的数量。 4 最后，本文提出了基于语义的w e b 服务实现，在w e b 服务中引入语义w e b 的 第1 页 山东师范大学删：【j 学位论文 关键技术，设计了基于语义的w e b 服务结构框架，并阐述了其实现的思想和部分算法。 关键词：语义w e b w e b 服务；o n t o l o g y ；r d f ；u d d i 服务匹配 分类号：t p 3 9 3 0 8 第2 i 苎三竺! ：竺! ! ! ! ! 望垫查塑堕墨竺! 竺旦型垄 a b s t r a c t i b ma n dm i c r o s o f tc o r p o r a t i o nf i r s tp r e s e n t t h ec o n c e p to fe c o m m e r c eo r i e n t e d s e r v i c e a n dd e f i n es o m ep r o t o c o l ss u c ha s s o a p , w s d la n du d d ia b o u tw r e bs e r v i c e s ，t h e d e s c r i p t i o no fw e b s e r v i c e sc a r lb ed e s c r i b e db ys o m ed i f f e r e n tc o n c e p t i o n a ls y s t e m s e v e r y s y s t e mc a nu s et h es a i t l ec o n c e p t i o nt oe x p r e s st h ed i f f e r e n tm e a n i n g so ru s et h ed i f f e r e n t c o n c e p t i o n s t o e x p r e s s t h es a n l e m e a n i n g h o w e v e r , t h e r e h a s h tb e e n a n y s e m a n t i c i n f o r m a t i o nu s e di nu d d ia n d w s d l ，t h u si n f o r m a t i o nc a no n l yb es e a r c h e db y k e y w o r d sn o t b y s e m a n t i c sa n dw e bs e r v i c e s m a t c h i n g i nd i f i e r e n t c o n c e p t i o n a ls y s t e m s c a l l tb e i m p l e m e n t e d i no r d e rt oa d ds o m es e m a n t i ci n f o r m a t i o nt ow e bs e r v i c e sd e s c r i p f i o i l ，w eu s et h ek e y t e c h n o l o g i e sa b o u ts e n m a n t i cw 曲s u c ha sx m l 、r d fa n do n t o l o g y t h es e m a n t i cw e bi sa n e wt y p eo fw 曲w h i c hw i l l b r i n g s t r u c t u r et ot h e m e a n i n g f u lc o n t e n to fw 曲p a g e s c o m p u t e r sc a nu n d e r s t a n dt h ec o n t e n t s o nt h ew e ba n dp e r f o r ms o m ej u d g e m e n t sa n d i n f e r e n c e so ni t u s i n gt h et e c h n o l o g i e sa b o u ts e m a n t i cw 曲i nt h ep r o c e s s e so f r e g i s t e r i n g p u b l i s h i n g a n d f i n d i n go f w e bs e r v i c e sc a l lm a k et h ep r o v i d e ro fw e bs e r v i c e sd e s c r i b et h ew e bs e r v i c e s m o r e a c c u r a t e l ya n dm a k e t h em a n a g e ro f w e bs e r v i c e so r g a n i z ea n d m a n a g e t h ew e bs e r v i c e s m o r ei no r d e r t h er e g i s t r yc a n i m p l e m e n td y n a m i cf i n d i n g b i n d i n ga n da a j u s t i n g t h em a i nr e s e a c hw o r k sw ed oa r ea sf o l l o w s ： 1 t h ew 曲s e r v i c e s t e c h n o l o g yi sb a s e do nx m ll a n g u a g e i tp r o v i d e st h em e c h a n i s m o fi n f o r m a t i o ne x c h a n g i n ga n db u s i n e s ss e r v i c e sf i n d i n g s e m a n t i cw 曲u s e st h e p u b l i co n t o l o g yd a t a b a s e t oi m p r o v et h ew a yo fi n t e r c o m r n u n i o ni ns y s t e m st h a tu s e t h ed i f f e r e n tt e r m s a n ds e m a n t i c 6 p r o v i d e sm a c h i n e r e a d a b l em e a n i n gf o rt h e r e s o u r c e so nt h ew 曲i nt h i sp a p e r , w ef i r s ti n t r o d u c et h ek e yt e c h n o l o g i e sa b o u t w e bs e r v i c e sa n ds e m a n t i cw e b i nt h e f o l l o w i n g w ep r e s e n tas e m a n t i cw c b s e r v i c ed e s c r i p t i o nm o d e lb a s e do nt h ep r i n c i p l eo fs e m a n t i cw e b w ee m p h a s i z e o l l rr e s e a r c ho nt h es e r v i c e ss e m a n t i cd e s c r i p t i o na n di m p l e m e n t a t i o n w ea l s og i v e o n ee x a m p l et oe x p l m nh o wt od e s c r i b es e r v i c ew i t l ld a m l s 2 u s i n gt h ek n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o nt e c h n o l o g i e si nt h ep r o c e s s e so fw e bs e r v i c e s d e s c r i p t i o n a n d m a t c h i n g c a r l i m p r o v e t h e a b i l i t y t h a ts a t i s f i e st h e r e q u e s t e r s r e q u i r e m e n t s a b o u ta u t o m a t i cw e bs e r v i c e sf i n d i n g ，a n dr e d u c e st h ew o r k l o a do f f i n d i n ga n ds e l e c t i n gb ym a n u a lw o r k a c c o r d i n gt ot h eu p p e rc o n t e n t s ，w ed i s c u s s t h ep r o c e s s e so fw e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n ，f i n d i n ga n dm a t c h i n gw h i c h0 1 eo nt h e b a s i so fs e m a n t i c s 3 t h ek e yo fw e bs e r v i c e f i n d i n gi s w e bs e r v i c em a t c h i n g 。t h eb e t t e r m a t c h i n g m e t h o d sc a nh e l pt h er e q u e s t e r st of i n dm o r ea p p r o v i n gs e r v i c e s i nt h i st h e s i s ，w e s t u d yt h em e t h o d so fs e r v i c e sm a t c h i n ga tp r e s e n t ，a n do nt h eb a s i so ft h ew e b 第3 页 山东师范大学硕：l 学位论文 s e r v i c e ss e m a n t i cd e s c r i p t i o n ，w ed i s c u s s et h ep r o c e s s e so f f i n d i n gs e r v i c e s ，a n dp u t f o r w a r do n es e r v i c e m a t c h i n ga l g o r i t h m 4 w ed i s c u s st h ei m p l e m e n t a r yf r a m e w o r ko fw e bs e r v i c e sb a s e do nt h es e m a n t i c si n t h ee n d w eu s et h ek e yt e c h n o l o g i e so fs e m a n t i cw e bi nt h ew e b s e r v i c e s ，d e s i g n t h ew e bs e r v i c e sf r a m e w o r kw h i c hi sb a s e do nt h es e m a n t i c s ，a n de x p o u n dt h e t h i n k i n go fi m p l e m e n t a t i o na n d s o m e p a r t so f t h ea l g o r i t h m s k e y w o r d s ：s e m a n t i cw e b ，w e bs e r v i c e s ，o n t o l o g y , r d f , u d d i ，s e r v i c em a t c h i n g c l a s s i f i c a t i o n ：t p 3 9 3 0 8 笫4 页 1 1 论文的背景和研究意义 第一章绪论 1 1 1 电子商务与w e bs e r v i c e s 电子商务( e l e c t r o n i cc o m m e r c e ，简称e c ，或者e l e c t r o n i cb u s i n e s s ，简称e b ) ， 指的是各参与方之间以电子方式而不是以物理交换或直接物理接触方式完成的任何形 式的业务交易。这里的电子方式包括电子数据交换( e d i ) 、电子支付手段、电子订货系 统、电子邮件、传真、网络、电子公告条码、图像处理、智能卡等。 电子商务打破了地域分离，缩短了信息流动时间，减低了物流、资金流及信息流传 输处理成本，是对传统贸易方式的一词重大变革，具有高效、方便、集成、可扩展及协 作等特性。高效性是电子商务最基本的特性，即提供买卖双方进行交易的一种高效服务 方式、场所和机会。方便性是指客户在电子商务环境中可以在全球范围内寻找交易伙伴、 选择商品，而不受时空限制。集成性是指电子商务系统能够协调新技术的开发、运用和 原来技术设备的改造、利用，而且使事务处理具有整体性和统一性。可扩展性是指电子 商务系统能随着网络用户的不断增加而随时扩展。协作性是指电子商务系统能将企业的 供货方、贷货方及有关的协作部门连接至企业的商务管理系统，并使之协调运作。 随着i n t e r n e t 的高速发展与普及，互联网上的信息呈指数增长，在经历了一个蓬勃 发展的过程之后，人们逐渐发现，基于传统技术构建的电子商务环境，存在着两个比较 突出的问题：第，由于电子商务的参与者没有使用统一的技术标准或体系结构作为彼 此服务联系的方法，使得相互间的信息交换和合作变的非常困难；第二，由于缺乏一种 统一的商业发布和发现机制，使得商家之间无法互相发现并进一步展开有效的合作。 w e b 服务正是针对这些问题而提出的一种解决方案。 w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 【l 】是指通过使用x = l v i l 消息和标准的网络协议来访问应用 的一组接口，这些接口定义了一系列可供外界访问的操作。由于它的通信协议和数据表 示的方式都是标准化的，因此w e b 服务具有平台无关性。w e b 服务可以看作是一种部 署在w e b 上的对象组件，它是对象组件技术在i n t e m e t 中的延伸。w e b 服务提供了 基于x m l 和s o a p 协议的，可跨越i n t e m e t 进行远程调用的服务机制。w e b 服务包括 s o a p 、u d d i 、w s d l 等相关协议。w e b 服务的解决方案不必依赖于某个特定的实现提 供商，对运行环境的要求也比较宽松，特别适合i n t e m e t 上分散应用的互联。此外，任 何一个w e b 服务可以通过s o a p 与其他任何w e b 服务交互，无需c o r b a 、d c o m 中 采用的转换操作。同时，任何支持h t t p 和x m l 的设备均可使用w e b 服务。 尽管w e bs e r v i c e s 有很多优点，但还存在一定的不足。 首先，u d d i 没有利用任何语义信息，对于资源的描述可以采用不同的概念体系表 鹅5 页 山东师范大学硕l 学位论文 示，而同一个概念体系中的概念也可能有同型异义或同义异型的现象。因而无法表达不 同资源的匹配，对于用户来说，无法根据所要发现的服务功能进行服务定位，更不能实 现服务的互操作；对于服务提供者来说，自然不能有效的发布服务。 其次，w s d l 着重于服务的基础，它虽然在x s d 中定义了输入和输出类型的概念， 但它并不支持在输入和输出参数之间的逻辑约束的定义，它与u d d i 一样不能对服务进 行语义描述。因此，用户在搜索并发现服务时，只能通过关键字( 标识符，标准分类法 或服务名称) 匹配来搜索。搜索的查准率和查全率都不能令人满意，造成“大数据量， 小信息量”的问题。 1 1 2 语义w e b w e b 从i 9 9 1 年出现以来，其上的信息量以几何级数的速度增长，经过1 0 年已经发 展成为一个巨大的全球化信息资源库。然而，在伴随着w e b 成功的同时，呈指数级增 长的海量信息使得来自各领域的用户对信息的查找、访问、表示以及维护变得越来越困 难起来。“丰富的数据和贫乏的知识”问题越来越突出，主要的原因是目前的w e b 对知 识的表示主要是“呈现”式的，大量的信息以自然语言、图片等方式罗列出来，使人淹 没于知识的辨别、提取等繁杂的劳动中。对于目前w e b 上的信息，计算机只能从格式 上来处理和验证，并不能处理知识级别的问题。 为了解决这种问题，人们提出了语义w e b l 6 1 的概念。语义w e b 的思想就是利用元数 据( m e t a d a t a ) 语言对w e b 信息资源的内容进行语义上的描述，从而使计算机能够利用 这些语义信息对信息资源的内容进行理解和处理，并在此基础上，实现更高级的、基于 知识的智能应用。从计算机科学知识表示的角度来说，语义是建立在一定的语法上，反 映一定认知结果的数据对象、数据对象之间关系的描述与客观存在的一种对应关系。因 此，语义w e b 中的语义与对客观存在的概念化以及描述认知结果的语言密切相关。定 义这种语义的核心就是在数据的相互关系中定义数据的含义。 语义w e b 的发展为在语义级上进行信息的描述和知识表示提供了一种崭新的、非 常有意义的手段。语义w e b 中采用的知识表示方法，是为了满足计算机能够理解w e b 上的内容，并对其进行判断和推理，满足智能代理( a g e n t ) 对w w w 上异构和分布信 息的有效访问和搜索的需要，而产生的基于基本知识表示方法的新思想。语义w e b 中 采用的知识表示方法主要是r d f 和o n t o l o g y 技术。 1 1 3 研究意义 w e b 服务技术是基于x m l 语言，使用h t t p 协议的一种跨平台、语言无关的互调 用方式。它提供了异构系统进行信息交换的机制及商业服务发森和发现枫制。语义w e b 通过建立公共的本体，改进使用不同术语之间的系统的交流方式，为i n t e m e t 上的资源 提供机器可以理解的语义，实现网上资源的语义层次上的互连，并在此基础上实现资源 共享和智能应用。将两种技术相结合，在w e b 服务描述及服务匹配阶段应用语义w e b 始6 页 基于r d f 、o n t o l o g y 技术的语义w e b 应用研究 中的知识表示技术，可以提高机器自动寻找符合用户需求条件的服务的能力，减少人工 寻找及筛选所需的工作量。利用语义w e b 中的知识表示技术来指导w e b 服务的注册、 管理和发现过程，可以帮助服务提供者更加准确的对w e b 服务进行描述，服务管理员 更加有效地组织和管理所有有关的服务资源，同时服务中介能够实现服务的动态查找、 绑定与调整。 1 2 国内外研究现状 w w w 的发明者t i mb c m e r s l e e 早在1 9 9 9 年就提出了语义w e b 的概念。他所领 导的非赢利性组织w 3 c 于2 0 0 0 年创建了w v c w s e m a n t i c w e b o r g 网站。2 0 0 1 年2 月9 日，w 3 c 正式成立“s e m a n t i cw e ba c t i v i t y ”来指导和推动语义w e b 的研究和发展，语 义w e b 的地位得以正式确立。语义w e b 是建立在r d f 与其它定义的标准基础之上 1 4 1 1 8 ，对w e b 上的数据所进行的一种抽象表示。语义w e b 由w 3 c 负责开发，同时联 合了为数众多的研究结构和工业团体。根据w 3 c ，“s e m a n t i cw e b a c t i v i t y ”的目标是开 发一系列计算机可理解和处理的表达语义信息的语言和技术，以支持网络环境下广泛和 有效的自动推理。目前，w 3 c 正致力于语义w e b 各关键协议的制定和开发。 w e bs e r v i c e s 的概念推出之后，得到了业界的广泛关注，i b m 、h p 、m i c r o s o f t 、s u n 、 b e a 等大公司纷纷推出了自己的w e bs e r v i c e s 开发工具。i b m 的w e b s p h e r e ，m i c r o s o f t 的n e t ，s u n 公司推出的s u no n e ，b e a 公司的w e b l o g i c 等产品都把实现w e bs e r v i c e s 列为自己的目标。按照目前i t 界较为公认的划分方法，w e bs e r v i c e s 技术从产生到成熟 可以分成三个阶段： 夺基础服务架构的完善； 夺安全与可靠性支持的完善； 夺跨域协同( c o o r d i n a t i o n ) 和快速服务链整合技术( c o m p o s i t i o n ) 的完善。 在第一阶段，w e bs e r v i c e s 的发展重点在于服务通信、描述以及发现机制的标准化。 在面向服务的架构下，具体的标准规范通信消息的s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s s p r o t o c 0 1 ) 协议，规范服务描述的w s d l 语言，和用于服务注册与发现的u d d i ( u n i v e r s a l d 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 ) 服务和e b x m l ( e b u s i n e s sx m l ) 标准。该阶段 的主要工作目前已经完成。 目前，w e bs e r v i c e s 的发展已经到了第二阶段，即消息级的w 曲s e r v i c e s 安全机制 和w e bs e r v i c e s 消息传输的可靠性机制的标准化。w e bs e r v i c e s 作为一种端到端的分布 式技术，不同于以往的点对点的技术，传递的消息可能穿越各类信息服务中介，如：内 容分类过滤的防火墙、商业导购中间商、专业计费服务提供商等。最终的服务，被服务 方以及中介之间存在有限的商业信任，这意味着中介既需要看懂并处理部分消息内容， 又无权看到与己无关的部分而传统的因特网点对点安全技术不能满足这样的需求。所谓 消息级安全是对点对点安全技术的加强与扩充，目的在于满足端到端的通信安全需要。 第7 页 山东师范大学预一l 学位论文 尽管实现效率还有待提高，目前在电子商务最具权威性的机构，o a s i s ( o r g a n i z a t i o nf o r t h e a d v a n c e m e n to f s t r u c t u r e di n f o r m a t i o ns t a n d a r d s ) 组织中制定了w e bs e r v i c e ss e c u r i t y 的发展框架，其核心的w s s e c u r i t y 标准也已经完成了第一版的工作。此外，大多数商 业服务需要可靠的信息传输，它们共同的需求被抽取出来，就构成了对w e bs e r v i c e s 可 靠性的需求。一些厂商试图给出这些需求在系统一级的解决方案，提出了一系列的标准 化方案，整个工作正在迅速的进行之中。 1 3 论文的组织结构 论文共分六章。其主要章节内容如下： 第二章“w e b 服务及语义w e b ”，详细介绍了w e b 服务的框架结构、相关协议及其 主要操作；探讨了语义w e b 的架构及其关键知识表示技术r d f 和o n t o l o g y ，简单介绍 了d a m l s 本体建模语言，并给出了w e b 服务的本体模型。 第三章“基于语义的w e b 服务”，研究了w e b 服务描述的语义模型，并对w e b 服 务中的服务发现过程进行了描述，详细探讨了服务发现过程中的关键点一w 曲服务的匹 配问题。在分析传统w e b 服务匹配方法不足的基础上，基于本文给出的w e b 服务描述 语义模型，提出了基于语义的w 曲服务匹配算法，并说明了如何进行语义匹配。 第四章“基于语义的w e b 服务实现”，尝试将本文提出的方法与实际应用相结合， 对w e b 服务进行基于语义的描述，服务发现过程参照o n t o l o g y 进行。给出了相应的w e b 服务结构设计，及其关键算法。 第六章“结论与展望”总结了全文，并且说明了进一步的工作方向。 笫8 页 甚于r d f 、o n t o l o g y 技术的语义w e b 成用研究 第二章w e b 服务及语义w e b 2 1w e b 服务 w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 【1 】是指通过使用x m l 消息和标准的网络协议来访问应用 的一组接口，这些接口定义了一系列可供外界访问的操作。由于它的通信协议和数据表 示的方式都是标准化的，因此w e b 服务具有平台无关性。w e b 服务可以看作是一种部 署在w e b 上的对象组件，它是对象组件技术在i n t e m e t 中的延伸。w e b 服务提供了 基于x m l 和s o a p 协议的，可跨越i n t e m e t 进行远程调用的服务机制。w e b 服务包括 s o a p 、u d d i 、w s d l 等相关协议。 2 1 1w e b 服务模型结构 1 w e b 服务的特点 w e b 服务【1 】( w e bs e r v i c e s ) 是基于x m l 、自包含、自描述、规范以及模块化的新 型的w e b 应用程序，可以通过w e b 发布、查找和调用，它具有可描述性、可发布性、 可定位性以及可被远程调用( 一般是通过i n t e m e t ) 等优良的特性及以下特点： ( 1 ) 集成性和协议的标准性：由于w e b 服务的通信和数据表达方式都是基于开放 标准，诸如x m l 、s o a p 、h t t p 的，这些标准在目前都是独立于平台的，因此，w e b 服务提供了很好的跨平台集成性； ( 2 ) 普遍性：w e b 服务使用h t l p 和x m l 进行通信，任何支持这些技术的设备都 可以拥有和访问w e b 服务。例如，w e b 服务可以在计算机网络上应用，也可以在汽车、 家用电器、手持设备中得到应用； ( 3 ) 基于消息的模式：消息传递系统中的发送方既不需要考虑消息被接受后如何 处理，也不需要考虑接发双方之间的详细通信情况。接收方的具体接收程序可在任何时 刻进行更改，而不会干扰发送方的消息发送，只要它仍可辨识原有消息的格式和内容。 另外，发送方只要能发出正确格式的信息，接收方就可以据此进行处理并做出响应。 2 w e b 服务模型 通常认为w e b 服务包含三个基本组成部分：服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务 请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 和服务注册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) 。这三个部分由三个基 本的操作发布( p u b l i s h ) 、发现( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 互相连接，密不可分。其基本逻 辑结构图如图2 - 1 所示： 第9 页 山东师范大学硕十学价论止 销 服务j 1 一、 服务描述 ： 一 图2 1w e b 服务基本逻辑结构图 图2 - 1 显示了w e bs e r v i c e s 框架中存在的三种角色以及角色间的操作： ( 1 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ： 服务提供者，负责使用w s d l 来描述和定义那些可以通过编程来访问的应用程序 的功能，在服务注册中心( 即u d d i 商业注册中心) 中发布这些服务的信息，使其可以 被其它应用访问，接收和处理w e b 服务请求者的调用。 ( 2 ) 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) ： 服务请求者，是要求满足特定服务的用户，也称服务用户( s e r v i c eu s e r ) 。从体系 结构的角度看，这是寻找并调用服务，或启动与服务的交互的应用程序。服务请求者角 色可以由浏览器来担当，由人或由无用户界面的程序( 如另外一个w e b 服务) 来控制 它。 ( 3 ) 服务注册中心( s e r v i c e r e g i s t r y ) ： 服务注册中心，是可搜索的服务描述注册中心。服务提供者在此发布( p u b l i s h ) 他 们的服务描述。服务请求者发现( f i n d ) 服务并获得服务的信息( 在服务描述中) 。 对于w e bs e r v i c e s 的应用来说，必须发生以下三个功能操作： ( 1 ) 发布服务描述( p u b l i s h ) ： 服务提供者为了使自己的服务能够被使用，需要向服务注册中心发布服务描述，以 使服务请求者可以查找它。 ( 2 ) 发现服务描述( f i n d i n g ) ： 在查找操作中，服务请求者直接检索服务注册中心，查询满足要求的服务。 ( 3 ) 绑定服务( b i n d i n g ) ： 最后需要绑定服务。在绑定操作中，用户使用服务描述中的绑定细节来定位、联系 和调用服务，从而在运行时调用或启动与服务的交互。 在w e bs e r v i c e s 框架中，用户请求某种服务时，首先必须发现所需的服务，因此服 务过程的前提是服务发现( s e r v i c ed i s c o v e r y ) 。在w e bs e r v i c e s 框架中，服务发现是由 基于r d f 、o n t o l o t y v 技术的语义w e b 应用研究 服务注册中心完成的，它采用的是u d d i 规范，因此服务注册中心又称u d d i 注册中心， 简称u d d i 中心。本文中将使用“u d d i 中心这个名称，作为与“u d d i 规范的区 别。 2 1 2w e b 服务的相关协议 w e b 服务技术是在现有的w e b 技术( 如h t t p ) i n t e m e t 的基础上，通过制定新的 协议和标准组成的。当前和w e b 服务相关的主要协议和标准包括：s o a p 、w s d l 、u d d i 等。 w e b 服务的整个技术体系组成了一个栈2 卜口】，如图2 2 所示 皇曩j 鞭 黧糕蕤麟镕豢l 鬻黧i 篱纛l 鬻蠹妻黪麓月壁笺臻燃蘸糕i w s f l ( w e b 服务流语言)w e b 服务流层 u d d i ( 统一描述、发现和集成协议)服务发现层 u d d i 服务发布层 服务描述层： w s d l ( w e b 服务描述语言)一服务执行 一服务接口 x m ls c h e m a ( x m l 规范)基于x m l 的消息层 x m l ( 可扩展标记语言)数据表不层 h t t p ，f t p ，s m t p ( 通用i n t e r a c t运输层 协议) 图2 2w e b 服务协议栈 其实，一个实用的w e b 服务应当按照需要而选用若干层次的功能，而无需所有的 特性。但是无论如何，一个一般意义上的w e b 服务，都应当具备w e b 服务的跨平台调 用和接口可被机器识别的基本特性。接下来，本文对组成w 曲服务的关键技术简要地 作一介绍。 1 s o a p 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 o l ，简单对象访问协议) ，是一个基于x m l 的，用于在分布式环境下对象之间进行通信所用的协议。s o a p 规范是由m i c r o s o f t 和 i b m 等公司联合订立的，该规范随后发展并建立了w 3 cx m l 协议工作组。s o a p 为使 用x m l 在松散、分布的应用环境中交换结构化和类型化信息提供了一个简单的机制， 在服务请求者和服务提供者之间定义了一个通信协议。 s o a p 的特点在于它和厂商无关，其本身并不定义任何编程模型或特定语义实现， 并且相刈于平台、操作系统、目标模型和编程语言而言都是独立的，完全继承了x m l 第1 1 页 山东师范大学硕上学位论文 的开放性和可扩展性，使用基本的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 的优势在于发挥了h t t p 和x m l 的优点， 从而能在i n t e m e t 环境下完成应用之间的交互。 s o a p 规范主要由4 部分组成： ( 1 ) s o a p 信封( e n v e l o p e ) ：定义了一个以s o a ph e a d e r 、s o a pb o d y 为子结构 的描述结构，主要用于描述s o a p 消息结构，例如s o a p 消息中的内容、接收者以及消 息是可选还是强制的等消息。s o a ph e a d e r 提供了一个可扩展的机制，可以实现一些诸 如认证、事务管理以及支付的h e a d e r 条目。s o a pb o d y 则用于描述应用入口调用和响 应的各种数据信息； ( 2 ) s o a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) ：为s o a p 消息提供了数据类型的表示方式， 它可以使用任意基于x m ls c h e m a 的型值描述系统。在该类型系统中，一个类型可以 是简单类型也可以是复合类型，复合类型由多个部分组成，每个部分是个类型( 包括 简单类型和复合类型) ； ( 3 ) s o a p r p c 表示( r p c r e p r e s e n t a t i o n ) ：定义了用于表示远程过程调用和响应 的约定。为了调用远程对象的方法，通常需要以下信息：目标s o a p 节点的u r i 、方法 名、方法的参数等。r p c 调用和响应都包括在s o a pb o d y 元素中，使用如下表示方式： 一个方法调用被表示成一个结构，其中包含了每个 i n 3 或 i n o u t 3 参数的存取标识， 该存取标识的名和类型都对应于相应参数的名和类型，它们的次序也是按照原来r p c 中的次序。方法响应也被建模成一个结构，包含每个 o u t 或 i n o u t 参数的存取 标识。第一个存取标识是返回值，随后则是按照原来次序的返回参数。 ( 4 ) s o a p 绑定( s o a p b i n d i n g ) ：定义了如何使用底层传输协议来完成节点间交 换s o a p 信息的约定。例如，对于s o a p 的h r 丌p 绑定，s o a p 很自然地利用h r r 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 请求里，而将s o a p 响应的参数 放在h t t p 响应里，当需要将s o a p 消息包含在h t t p 消息中时，h t t p 应用程序使用 媒体类型，在h t t p 至上的s o a p 遵从h t t p 中表示通讯状态的状态代码语义，例如， 2 x x 状态代码表明这是客户端s o a p 请求被成功的接收、理解和接受等等。 2 w s d l 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 ，w e b 服务描述语言) ，是个提供描述 服务i d l ( i n t e r f a c e d e f i n i t i o n l a n g u a g e 接口定义语言) 的标准方法的x m l 词汇，用来 描述w e b 服务的接口和w e b 服务的交互。它为服务提供者提供一个简单的方法描述申 请的形式并响应远程方法调用信息。 w s d l 用类型( t y p e ) 、消息( m e s s a g e ) 、端口类型( p o r t t y p e ) 、绑定( b i n d i n g ) 、 端口( p o r t ) 、和服务( s e r v i c e ) 等元素来定义w e b 服务： ( 1 ) s e r v i c e ：描述的是一个具体被布署的w e b 服务所提供的所有访问入口的细节， 一介s e r v i c e 往往会包含多个服务访问入口，每个服务访问入口都是用一个p o r t 元素来 髂1 2 页 基于r d f 、o n t o l o g y 技术的语义w e b 胜用研究 描述。 ( 2 ) p o r t ：描述的是一个服务访问入口的布署细节，包括通过哪个w e b 地址( u r l ) 来访问。应当使用什么样的消息调用模式来访问等，其中消息调用模式则是使用b i n d i n g 结构来表示。 ( 3 ) b i n d i n g ：定义了p o r t y p e 与某种具体的网络传输协议或消息传输协议相绑 定，从这一层次开始，描述的内容就与具体服务的布署相关了，比如可以将p o r t t y p e 与s o a p h t t p 绑定，也可以将p r o t t y p e 与m i m e s m t p 相绑定。 ( 4 ) p o r t t y p e ：具有定义了服务访问入口的类型。访问入口的类型就是指传入传 出消息的模式及其格式。一个p o r t t y p e 可以包含若干个操作，而一个操作则是指访问入 口支持的一种类型的调用。在w s