（计算机软件与理论专业论文）基于uddi扩展的web服务匹配.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着w e b 服务技术的迅猛发展，w e b 正在由可浏览的信息资源的 集合发展成为可以进行互操作的w e b 服务的集合。基于w e b 的商务应用为客户 提供了不同类型的w e b 服务，因此进行w e b 服务互操作的关键是首先要发现合 适的w e b 服务，即利用服务匹配引擎将服务请求者的描述与服务提供者的描述 进行匹配来寻找满足要求的服务。因此，服务匹配在w e b 服务的实现过程中占 有举足轻重的地位。 现有的比较成熟的w e b 服务匹配技术是基于u d d i 框架的服务匹配，但由 于u d d i 缺乏语义信息的支持，仅提供服务的基本描述和基于框架的匹配机制， 使得服务匹配是基于关键词和语法的匹配，这种服务匹配既不能区别语法不同但 语义相同的信息，也不能区别语法相同但语义不同的信息，因此不能够提供基于 服务功能的匹配。而且u d d i 没有内在的对服务的组合特性的支持，不能够将简 单的服务组合成为复杂的服务，这显然不能满足w e b 服务自动发现和组合的要 求。 语义w e b 技术的出现使我们能够以明确的、机器可理解的语言来描述w e b 服务，使得w e b 服务成为计算机可以理解的实体，这启发我们将w e b 服务的匹 配问题转换为基于语义的推理过程，从而可以利用知识管理领域的成果有效的进 行w e b 服务匹配从而支持服务的自动发现、执行和组合等。目前，语义w e b 的研究有了很大进展，实现语义w e b 的基本语言如r d f 和o w l 等目前已成为 w 3 c 推荐标准，而面向w e b 服务的本体语言如d a m l s 、o w l - s 则从本体的 角度对w e b 服务进行了语义描述，使得基于服务功能的匹配成为可能。 本文在把语义w e b 和w e b 服务技术结合的基础上，设计了一个基于u d d i 语义扩展的引入服务组合的w e b 服务匹配框架，利用o w l - s 语言对发布服务和 请求服务的功能进行描述，将基于关键词的服务匹配变为基于w e b 服务功能的 语义匹配，大大提高了服务匹配的精确度。我们在匹配框架的基础上还提出了一 种引入组合进行语义w e b 服务匹配的算法，即首先将请求服务的o w l sp r o f i l e 描述中的i n p u t 、o u t p u t 参数分别与发布服务的o w l - $ p r o f i l e 描述中的i n p u t 、 ，| | 山东大学硕士学位论文 o u t p u t 参数进行语义匹配，若能够直接找到一个单一的服务可以满足需求则匹配 完成；若找不到一个单一满足要求的服务。则在语义服务发布数据库中根据任意 两发布服务的o w l - sp r o f i l e 描述中的i n p u t 、o u t p u t 参数之间的语义匹配关系建 立一个发布有向图，其中顶点代表服务，边代表两服务i n p u t 、o u t p u t 参数之间的 语义匹配关系，权值代表两服务之间的语义匹配度。这样就可以利用加权最短路 径算法将语义服务发布数据库中各种已有的服务组合起来灵活、自动的满足客户 的需求。 关键词：w e b 服务，u d d i ，o w l s ，本体，语义匹配，服务组合 i j 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eg r o w i n gn u m b e ro fw e bs e r v i c e s ，t h ew e bi sm o v i n gf r o mb e i n ga c o l l e c t i o no fp a g e st o w a r dac o l l e c t i o no fs e r v i c e st h a ti n t e r o p e r a t et h r o u g ht h e i n t e m e t n 圮w e bp r o v i d ea l lk i n d so f af u n d a m e n t a ls t e pt o w a r dt h i si n t e r o p e r a t i o n i st h ea b i l i t yo fl o c a t i n gs e r v i c e s t l l i sn e e d sm a t c h i n ge n g i n et of i n ds e r v i c e st h a t s a t i s f yr e q u e s t m a t c h i n gi sv e r yi m p o r t a n ti nw e bs e r v i c e s c u r r e n tm a t c h i n gt e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e si sb a s e do nu d d lw h i c hd o e s n o tm a k ea n yu s eo fs e m a n t i ci n f o r m a t i o n , t h em a t c h i n gi sb a s e do nk e yw o r d sa n d s y n t a c t i c ，i tc a nn o td i s t i n g u i s ht h ei n f o r m a t i o nw i t ht h es a m es y n t a c t i ca n dd i f f e r e n t i t s e m a n t i c i ta l s oc a nn o td i s t i n g u i s ht h ei n f o r m a t i o n 、v i t ht h es a m es e m a n t i ca n d d i f f e r e n t i ts y n t a c t i c s oi td o e sn o tm a t c ht h er e q u e s tw i t ht h ec a p a b i l i t i e s u d d id o e s n o tm a k ea n yu s eo fc o m p o s i t i o n i tc a nn o tc o m p o s es i n g l es e r v i c e si n t oc o m p l e x s e r v i c e s s oi to b v i o u s l yd o n tf u l f i l lt h er e q u i r e m e n t sf o rt h ea u t o m a t i cd i s c o v e r ya n d c o m p o s i t i o no f w e bs e r v i c e 1 1 1 es e m a n t i cw e bm a r k u pl a n g u a g ec a nb eu s e dt od e s c r i b et h es e m a n t i c so f w e bs e r v i c e sa n dm a k et h e mc o m p u t e r - i n t e r p r e t a b l ee n t i t i e s s oa st 0e n a b l ep r o g r a m s o ra g e n t st ol o c a t e ，m a t c h i n ga n dc 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 y t h u st h e p r o b l e mo fw e bs e r v i c ed i s c o v e r yc a nb et r a n s f o r m e di n t ot h es e m a n t i cb a s e d r e a s o n i n gp r o c e s s a n dt h e nw ec a ne x p l o i tt h ea d v a n t a g e so ft h ek md o m a i n t h e s e m a n t i cb a s e dd i s c o v e r yd i r e c t l ys u p p o r t st h ea u t o m a t e dc o m p o s i t i o no f w e bs e r v i c e t h eb a s es e m a n t i cw e bl a n g u a g e sr d fa n do w lh a sb e c o m et h er e c o m m e n d a t i o no f w 3 c ；o t h e rw e bs e r v i c e - o r i e n t e dl a n g u a g e ss u c ha sd a m l s 0 w l st r yt od e s c r i b e w 曲s e r v i c e ss e m a n t i c sf r o mo n t o l o g yp e r s p e c t i v e s oi ti sp o s s i b l et om a t c h i n g s e r v i c eb a s e do ni t sc a p a b i l i t i e s w ep r e s e n t sas e m a n t i ce n h a n c e du d d iw e bs e r v i c e sm a t c h i n gf r a m e w o r k b a s e do nt h es e m a n t i cw e ba n dw e bs e r v i c e s w ea d o p to w l - st od e s c r i b et h e c a p a b i l i t i e so fw e bs e r v i c e s ，t h e nw ec a nh a v ec a p a b i l i t ) 7 - b a s e dm a t c h i n g ，t h er e s u l t o fm a t c h i n gc a l lb ee x c e l l e n t o nt h eo t h e rh a n d ，an e w c h a l l e n g eo fw e bs e r v i c e si s s e r v i c e ss h o u l db ea b l et oi n t e r o p e r a t et oc o m p o s ea u t o m a t i c a l l yc o m p l e xs e r v i c e s s o w e p r e s e n t sam a t c h i n ga l g o r i t h mt h r o u g hc o m p o s eo fs e m a n t i cw e bs e r v i c e sb a s e d 山东大学硕士学位论文 o nt h em a t c h i n gf r a m e w o r k f i r s tw ef i n das i n g l es e r v i c ei np u b l i s hd a t a b a s et o s a t i s f yr e q u e s t ，i fn o ts u c c e e d ，f o rag i v e np r i v a t es e m a n t i cw e bs e r v i c e sp u b l i s h d a t a b a s e ，w eh a v ep r o p o s e daa d v e r t i s e m e n tg r a p ht ob ec o n s t r u c t e d t h i sg r a p h r e p r e s e n t st h es e m a n t i cr e l a t i o n s h i pa m o n ga l la d v e r t i s e ds e r v i c e s ，a n de v e r ye d g e h a v ed e g r e eo fs e m a n t i cm a t c h i n g 鹤aw e i g h t w eu s et h es h o r t e s t p a t hg r a p h a l g o r i t h mt of i n dt h eb e s ts e r v i c e t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e s0 1 1t h es e m a n t i cw e b s e r v i c e sc o m p o s i t i o na n da i m st od e v e l o pat e c h n o l o g yw h i c hc a na u t o m a t i c a l l ya n d f l e x i b l yc o m p o s ev a r i o u se x i s t i n gs e r v i c e st of u l f i l lu 酬t a s k sa c c o r d i n gt ot h e i r r e q u i r e m e n t s ，t h u sr e a l i z es o - c a l l e ds e r v i c eo nd e m a n d k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，u d d i ，o w l - s ，o n t o l o g y , s e m a n t i cm a t c h i n g ，s e r v i c e c o m p o s e 原创性声明和关于学位论文使用授权的说明 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已经发表或撰写过的科研成果。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。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：劢：遣 日期：矽。 坼y 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅：本人授权山东大学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、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：硅! 童导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章引言 w o r l dm d cw e b ( w w w ) 是一种在t c p , q p 协议之上的特殊结构框架，通过链 接机制可以访问遍布全球的i n t e m e t 资源。有关w w w 的各种技术通称为w e b 技术。当前w e b 技术的体系结构主要是基于h t m l 和h r r p 协议。w w w 是一 种基于c l i e n t s e r v e r 模式的b r o w s e r s e r v e r 结构：在服务器方存放有u r l 标识的 各种w e b 资源；客户端通过浏览器访问w w w 上的文档资源，即页面。 w w w 自上个世纪9 0 年代初由t i mb e m e r s l e e 发明以来，经过1 0 余年的 发展，已经在i m e m c t 中完全占据了主导地位。随着w e b 迅速地普及，基于w e b 的应用也由最初的简单应用延伸到种类日益繁多的复杂应用和计算。然而，传统 的w e b 体系结构已越来越不能满足新的发展需求，w w w 的潜力也还远远没有 发挥出来。因此，近年来，w w w 的发展出现了两个新兴的重要发展趋势： 一个新兴的重要发展趋势是w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 1 。w e b 服务是一些自 包含、自描述、模块化的程序，可以发布在w e b 上，并被发现和调用。w e b 服 务使得w w w 从静态的、松散的w e b 页面集合逐渐演化成动态的、互联的应用 和服务平台。越来越多的服务提供商开始基于w e b 向用户提供服务，例如b 2 b 应用、b 2 c 应用等。 另一个新兴的重要发展趋势是语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 。语义w e b 的概念【2 】 由t i mb e m e r s - l e e 于1 9 9 8 年首次提出。其目标是扩展当前的w e b 并赋予w e b o p 的 所有信息以定义良好的语义，让计算机能够理解和处理，从而使人和计算机能更 好地协作，充分发挥w w w 这个巨大的分布式信息系统的潜力。语义w e b 是对未 来w e b 体系结构的一个伟大构想，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 ”。当前基于h t m l 的w 曲网页是设计给人看的，计算机并不 能理解其中信息的含义。而语义w e b 的基本思想是通过本体( 0 n t o l o g y ) 和w e b 内容 的语义标记，使计算机( 程序或智能a g e n 0 能够理解并处理w e b 上的信息，从而更 好地协助人们在w e b 上发现知识、处理事务。本体是共享概念的形式化、显式的 山东大学硕士学位论文 定义。在语义w e b 中，隐含在数据、页面、程序和其它w e b 资源中的语义都通过 合适的语义w e b 标记语言来显式表示，构成一个基于知识的w e b ，使计算机可以 智能地处理和集成这些信息，从而使w e b 提供的服务实现一次质的飞跃，因此语 义w e b 技术被誉为“下一代的w e b 技术”，”w e b 技术的革命”等。 语义w e b 的研究不仅将使w w w 由信息的海洋变为知识的海洋，也为 w w w 上的另一种重要资源一w 曲服务带来了新的活力。如果用语义w e b 的知 识标记手段来描述服务的语义，将使得w e b 服务成为计算机可以理解的实体， 从而支持服务的自动发现、执行和组合等，这就是我们所说的语义w e b 服务 ( s e m a n t i cw e bs e r v i c e s ) 3 【4 】。语义w e b 服务将是一种更为智能的服务，是 w e b 服务未来的发展趋势，如图l l 所示。 图1 一l 语义w e b 服务是w e b 服务的发展趋势 图1 2 给出了传统w e b 服务与语义w e b 服务几个主要的不同之处 5 1 。 比较项。传统。的w e b 服务语义w 西服务 服务简单的 复合豹 服务请求者入计算机( 程序或a g 吼c ) 服务描述基于词汇 基于础i o 秽 数据交换基于语法的基予语义的 图l 一2 传统w e b 服务与语义w e b 服务的比较 2 山东大学硕士学位论文 通过语义w e b 标记语言来标记w e b l 匣务、用户的要求以及a g e n t 的处理过程， 并采用相应的能识别和处理这些标记的a g e n t 技术，这些目前w e b 服务技术不可能 实现的任务都将通过语义w 曲服务来实现。在这种语义w e b 服务的方式下，服务 的发现、执行和组合不再需要由人来完成，而是可以f 1 1 a g e n t 来自动完成。由于 服务的描述是基于o n t o l o g y 的，是计算机能够理解的形式，因此服务的查找可以 是基于语义的匹配。 基于w e b 的商务应用为客户提供了不同类型的w e b 服务，因此进行w 曲服务 互操作的关键是首先要发现合适的w e b 服务，即利用服务匹配引擎将服务请求者 的描述与服务提供者的描述进行匹配来寻找满足要求的服务因此，服务匹配在 w e b 服务的实现过程中占有举足轻重的地位现有的比较成熟的w e b 服务匹配技 术是基于u d d i 框架的服务匹配，但由于u d d i 缺乏语义信息的支持，仅提供服务 的基本描述和基于框架的匹配机制，使得服务匹配是基于关键词和语法的匹配， 这种服务匹配既不能区别语法不同但语义相同的信息，也不能区别语法相同但语 义不同的信息，因此不能够提供基于服务功能的匹配语义w e b 技术的出现使我 们能够以明确的、机器可理解的语言来描述w 曲服务，使得w 曲服务成为计算机 可以理解的实体，这启发我们将w e b 服务的匹配问题转换为基于语义的推理过 程，从而可以利用知识管理领域的成果有效的进行w 曲服务匹配，从而支持服务 的自动发现、执行和组合等。目前，语义w e b 的研究有了很大进展，实现语义 w e b 的基本语言如r d f 和o w l 等目前已成为w 3 c 推荐标准，而面向w e b 服务的本 体语言如d a m l s 、o w l s 则从本体的角度对w e b 服务进行了语义描述，使得基 于服务功能的匹配成为可能。 而且u d d i 没有内在的对服务的组合特性的支持，不能够将简单的服务组合 成为复杂的服务，而w e b 服务面临的另一个挑战就是，简单的服务能够通过互 操作自动的组合为更加复杂的服务，因此单个的服务也可以由a g e n t 自动地组合 起来，以完成用户提出的复合任务i n t e r a c t 环境的动态，异构等特性要求基于 w e b 提供的服务可以灵活、可靠地满足客户的需求，实现“按需服务”，即根据 用户的需求将各种已有的服务组合起来、协同工作完成用户的任务。 本文研究的就是在现有的基于u d d i 的w e b 服务匹配工作基础上引入语义 和组合特性的支持，因此我们设计了基于u d d i 扩展的w e b 服务匹配框架，并 山东大学硕士学位论文 提出了一种引入组合进行语义w e b 服务匹配的算法，根据用户的需求将各种已 有的服务组合起来灵活、自动的满足客户的需求。 1 2 论文的主要工作 现有的成熟的w e b 服务匹配技术都是基于u d d i 工业标准的，但由于u d d i 缺乏语义信息的支持，仅提供服务的基本描述和基于框架的匹配机制，使得服务 匹配是基于关键词和语法的匹配，这种服务匹配既不能区别语法不同但语义相同 的信息，也不能区别语法相同但语义不同的信息，因此不能够提供基于服务功能 的匹配。而且u d d i 没有内在的对服务的组合特性的支持，这使得服务匹配精度 不高，匹配方法不够灵活，显然不能满足w e b 服务自动发现和组合的要求。 本文的主要目标有两个： 在服务匹配中引入语义，利用知识管理领域的成果将w e b 服务的匹配 问题转换为基于语义的推理过程，使原有的基于关键词和框架的匹配变 为基于服务功能的匹配。 在服务匹配中引入组合，将简单的服务组合成为复杂的服务灵活的满足 需求。 根据以上的目标，本文做了一下的工作： 在把语义w e b 和w e b 服务技术结合的基础上，设计了一个基于u d d i 语义 扩展的引入服务组合的w e b 服务匹配框架，利用o w l - s 语言对发布服务和请求 服务的功能进行描述，并对u d d i 进行语义扩展，将基于关键词的服务匹配变为 基于w e b 服务功能的语义匹配，大大提高了服务匹配的精确度 我们在匹配框架的基础上还提出了一种引入组合进行语义w e b 服务匹配的 算法，即首先将请求服务的o w l - sp r o f i l e 描述中的i n p u t 、o u t p u t 参数分别与发 布服务的o w l - sp r o f i l e 描述中的i n p u t 、o u t p u t 参数进行语义匹配，若能够直接 找到一个单一的服务可以满足需求则匹配完成；若找不到一个单一满足要求的服 务，则在语义服务发布数据库中根据任意两发布服务的o w l - sp r o f i l e 描述中的 i n p u t 、o u t p u t 参数之间的语义匹配关系建立一个发布有向图，其中顶点代表服务， 边代表两服务i n p u t 、o u t p u t 参数之间的语义匹配关系，权值代表两服务之间的语 义匹配度。这样就可以利用加权最短路径算法将语义服务发布数据库中各种已有 4 山东大学硕士学位论文 的服务组合起来灵活、自动的满足客户的需求 1 3 论文的整体结构 本文的整体结构如下： 第一章是引言部分，主要介绍了语义w 曲服务匹配问题的研究背景，如语 义w e b 、w e b 服务等的发展状况，由此引出本文所作的主要工作，最后说明了论 文的整体结构。 第二章分析了匹配问题所涉及的关键技术，对现有的几种服务匹配技术及架 构进行了比较并对国内外的相关研究的现状进行了综述：在指出目前广泛使用的 基于u d d i 框架匹配的特点和不足的基础上提出了本文的改进。 第三章对引入组合的语义w e b 服务匹配框架的工作原理进行分析，并对其 中所应用到的集中式匹配框架u d d i 和语义匹配的基础本体及语义w e b 服务描 述语言o w l s 的基本知识进行了详细介绍，之后详细阐述了引入组合的语义匹 配算法，并对算法进行了分析。 第四章对论文的研究工作和成果进行一个总结，指出了其中的不足，并对今 后进一步的工作进行展望。 1 4 本章小结 本章首先介绍了本文的研究背景，即语义w 曲的研究为w e b 服务带来了新 的活力，使得基于语义的服务匹配成为可能，由此引申出论文的主要工作即本文 在把语义w e b 和w e b 服务技术结合的基础上，设计了一个基于u d d i 语义扩展 的引入服务组合的w e b 服务匹配框架并提出了一种引入组合进行语义w e b 服务 匹配的算法，使得可以根据用户的需求将各种已有的服务实例组合起来灵活、自 动的满足客户的需求。最后介绍了论文的整体结构。 5 山东大学硕士学位论文 2 1w e b 服务架构 第二章w e b 服务匹配 w e b 服务技术是随着互联网特别是w e b 技术的发展而出现并不断发展、成 熟。它作为一种新兴的w e b 应用模式，是一个崭新的分布式计算模型，是w e b 上数据和信息集成的有效机制。w 曲服务的主要目标是在现有的各种异构w e b 平台的基础上构筑一个通用的面向功能的应用基础层，各种不同的功能应用在 这个基础层上进行连接和集成。w e b 服务通过将功能的实现和交互交给计算机系 统使人们可以集中精力进行功能层面的开发和集成，这样w e b 应用的层次得到 了提高。在商务应用中，w e b 服务能够解决传统电子商务应用的高维护代价和更 新代价问题，成为目前应用环境中最为合理的解决方案。 w e b 服务是一些自包含，自描述、模块化的程序，可以发布在w e b 上，并被 发现和调用。它使得w w w 从静态的、松散的w e b 页面集合逐渐演化成动态的、 互联的应用和服务平台越来越多的服务提供商开始基于w e b l 甸用户提供服务， 例如b 2 b 应用、b 2 c 应用等。如果从面向应用的角度描述w e b 服务的基本架构， w e b 服务模型由三个参与者和三个基本操作构成。三个参与者分别是服务提供 者( s e r v i c e p 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 ) 和服务代( s e r v i c e b r o k e r ) ， 而三个基本操作分别为发布( p u b l i s h ) 、查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) ，如图2 - l 所示。服 务提供者将其服务发布到服务代理的一个目录上；当服务请求者需要调用该服务 时，它首先利用服务代理提供的目录去搜索该服务，得到如何调用该服务的信息； 然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。当服务请求者从服务代理得到 调用所需服务的信息之后，通信是在服务请求者和提供者之间直接进行，无须再 经过服务代理。w 曲服务架构通过一系列标准和协议实现，例如使用w s d l ( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 来描述服务，使用u d d l ( 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 ) 来发布、发现服务，而s o a p ( s i m p l eo 巧e e ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 被用来执行服务调用，由于它们都缺乏语义信息的支持，因此不能进行自动的服 务的发现、匹配和组合。 6 山东大学硕士学位论文 图2 1 w e b 服务架构 2 2w e b 服务匹配在服务实现中的重要地位 w e b 服务主要是围绕服务的发布p u b l i s h 、查找f i n d 和绑定b i n d 展丌基于 w e b 的商务应用为客户提供了不同类型的w e b 服务，进行w e b 服务互操作的关 键是首先要发现w e b 服务，因此w 曲服务查找是w e b 服务系统架构中的一个重 要部分，查找的主要工作就是利用服务匹配引擎将查询条件与服务描述进行匹配 来寻找满足要求的服务因此，服务匹配在w 曲服务的实现过程中占有举足轻 重的地位。在2 1 节所述w e b 服务架构中，w e b 服务发现其实是通过服务代理者 找寻满足服务请求者需求的服务提供者的过程。基本步骤如下： 提供者描述其服务( 服务描述) ； 代理者分类并发布这些服务描述( 服务发布) ； 请求者询问代理者是否存在具有合适功能性的服务提供者( 请求者需求描 述1 ： 服务代理者将请求者的需求与存储的服务描述进行匹配并返回结果( 服务匹 配) ： 最后，服务请求者根据发现的服务描述激活目标w e b 服务 w e b 服务的整个生命周期必须满足一定条件以使其高效率，并支持自动化过 7 山东大学硕士学位论文 程。下面分为四个部分对这些要求进行阐述： 1 服务描述的要求： 对w e b 服务的能力进行描述对服务分类、发现、集成至关重要，服务描述 必须满足以下条件： 包含功能性描述，如服务能做什么及必须的消息序列； 包含非功能性描述，包括服务分类法、安全、服务质量等： 包含行为性信息，如服务交互，服务状态转换信息： 不仅能被人理解，而且机器也能解释服务描述，这要求服务描述同时包 含语法和语义信息，以便在不同层面支持w e b 服务的使用； 对服务描述的这些要求使服务描述的自动推理和组合成为可能，本体是实现 这种功能的一种技术通过使用r d f o w l 等描述服务的本体，并按语义层次组 织起来，就能对这些概念进行自动推理。 2 ) 服务发布的要求： 服务的发布是使服务可用的基本操作发布的服务可以是面向终端用户的或 者面向开发者或程序的技术性的服务主要的要求有： 提供面向编程的发布接口和w e b 发布接口以及一定级别的自动化发布功 能，以适应不断增长的服务数量和支持不经代理者的服务描述拖离 ( c r a w l e r ) 。 服务代理的匹配算法应具有有效的目录性和分类法，以便对服务描述良 好的管理、准确的匹配，从而建立对特定服务的信任机制。 3 ) 请求者需求描述的要求： 请求者需求描述准确与否直接决定了服务发现结果的优劣，对需求的描述必 须与服务本身的描述的要求一致。 8 山东大学硕士学位论文 4 ) 服务匹配的要求： 服务匹配过程通过对比服务提供者的描述和服务请求者的需求，找到满足请 求者需求的服务功能性，这是w e b 服务能否很好使用的关键，必须支持以下特 性： 全面匹配描述中的语法和语义信息，而不是传统的基于关键字匹配。这 点对避免语法语义等价性的不一致很重要，同时可以满足终端用户和开 发者程序的不同需求，前者仅需要语义等价即可，后者因为要对w e b 服务服务组合、集成，需要更深层次的技术层面的语法等价性；而实际 匹配中要遵循语义匹配语法匹配的顺序进行。 匹配过程支持早期( 设计时) 和晚期( 运行时) w e b 服务绑定。这意味着必 须提供面向编程的接口或w e b 接口以满足不同要求。 提供一次性( v o l a t i l e ) 和订l 如( p e r s i s t e n t ) 服务查询功能。相比前者，订阅查 询能提供相关服务的更新，提高了服务组合的可靠性。 支持w e b 服务的自动组合及集成。因为服务组合使单一功能集成以提供 满足用户需求的组合w e b 服务，服务描述必须提供某种声明性的信息反 映使用服务的前提和结果从而支持自动服务组合。 对于w e b 服务的匹配一般称为m a t c h i n g 或m a t c h m a k i n g ，并将执行匹配的 功能模块称为m a t c h m a k e r ，其主要功能就是检索出那些功能能够满足服务请求 的提供者。服务匹配( m a t c h m a k e r ) 与另一个名词一服务代理( ( b r o k e r ) 容易混淆。 因为服务代理也具有服务匹配的功能。两者区别如图2 - 2 所示，服务代理在完成 服务匹配后，仍然要参与服务提供者和服务请求者之间的执行环节，成为一个数 据传输的中转站，服务提供者和服务请求者之间的所有交互数据都要经过服务代 理；而服务匹配在完成匹配操作后就不再参与实际执行环节，服务请求者得到服 务提供者的信息并且直接与服务提供者进行交互的操作和数据的传输。因此在服 务匹配( m a t c h m a k e r ) 中一般不会出现数据传输瓶颈问题，本章中我们采用 m a t c h m a k e l 服务匹配方式 9 山东大学硕士学位论文 图2 2 服务代理与服务匹配 2 4 现有的几种服务匹配技术及架构t 匕较 w e b 服务的匹配技术是随着w e b 服务应用的兴起和发展而出现的。服务匹 配采用了很多信息搜索的成果，因为从直观上看，这两种技术很相似。都是为了 某种目的去寻找相关资源的过程服务匹配与传统的信息搜索有很多相似之处。 但w e b 服务匹配具有更高的复杂性和实现技术的不成熟性，目i j 大多数匹配机 制都可以采用信息检索中的某些评价标准来评价w e b 服务匹配技术的性能，例 如查准率( p r e c i s i o n ) 和查全率( r e c a l l ) 从技术上看，服务匹配和信息搜索都可以归为三类： 1 ) 基于关键字的( k e y w o r d b a s e d ) ，类似传统的搜索引擎的工作方式； 2 ) 基于框架的( f r a m e b a s e d ) ，根据分类法和功能将服务归类，服务发现归 结为结构化查找，大多数服务匹配技术都是“基于框架”的方法，如 u d d i 。 3 ) 演绎发现( d e d u c t i v er e t f i e v a l ) ；演绎发现方法是基于框架方法的进一步 改进，所有的服务属性都以逻辑的形式表示；然而服务的逻辑表示和服 务的逻辑推理都具有很高的计算复杂性，使得该方法并不能应用到实际 中。图2 3 为现有的几种匹配技术的比较。 1 0 山东大学硕士学位论文 服务匹配技术 查准率 查全率 实现难度 毕r 天谜7 船 低 嫡 一般 坫j ：舷禁的较高 低一般 演绎发现较高较高 难 图2 3 现有的几种匹配技术的比较 而今后的趋势是大多数w e b 服务匹配技术都考虑有效利用语义信息和本 体，以服务发现的自动化和智能化为目标。而基于语义w e b ，利用本体描述w e b 服务，并将w e b 服务通过映射建立到本体上，与前面三种技术相比，具有高查准 率、高查全率和易实现的特点，这也是本论文讨论的内容。 在实际应用中，w e b 服务匹配技术所应用的架构有以下几种： 1 ) 直接检索：效率和实用性不高，仅用于测试或内部： 2 1 集中式架构：此架构提供一中心目录，服务提供者在其中注册服务，发 布相关描述( 可称为广告) 或相应引用。服务请求者根据特定的条件在目 录中搜索所需服务这种架构能保证性能，但可靠性和增容性不好。目 前比较典型的集中式架构是u d d i 。 3 ) 分布式架构：典型的分布式架构如p 2 p 发现机制【6 】。在p 2 p 架构中， 通常服务请求者同时也是服务提供者。请求者向已知的服务提供者提交 查询，后者又可将查询转发给其所知的其他服务提供者，使得这个查询 在整个p 2 p 网络中迅速扩散，直到找到足够多的合适的服务。这种架 构灵活性和增容性相对较好，但无法保证效率。 其中集中式的u d d i 匹配架构是目前应用最为广泛和成熟的工业标准。 2 5 基于u d di 框架匹配的特点和不足 u d d i 【7 】是一种基于工业标准的集中式w e b 服务发布，发现、集成技术，该 山东大学硕士学位论文 技术的规范一致性、强大的服务发布查询a p i 、支持面向服务的建模、强大的分 类法、可扩展性等优点使其在商业界尤其是电子商务应用领域拥有无与伦比的巨 大优势，在电子商务成为商业间交互合作的主流的趋势下，必将不断成熟和发展。 它也是现有的一种典型的匹配解决方案，它属于中心式架构，通过建立统一的 w e b 服务目录，请求者通过匹配关键字搜索所需的服务，但它无法进行更精确、 复杂的高级搜索。下面针对u d d i 在服务匹配过程中对w e b 服务匹配要求的满 足程度做个简要的分析。它有以下几方面的特点和不足； 1 ) u d d i 服务注册结构不提供服务功能性的描述即语义信息。u d d i 对服 务的描述主要是w s d l 8 文档，而w s d l 语言只能描述w e b 服务的技 术和语法方面，不支持语义描述信息；w s d l 也不能描述服务组合场 景；另一方面，服务请求者的需求也不能很好的在w s d l 文档中描述 出来，这种方式只支持简单的面向技术细节的关键字比较。 2 ) u d d i 服务发布基于分类法。u d d i 定义了w e b 服务描述注册信息的结 构化目录，服务在注册时必须选择其分类法属性，u d d i 根掘此属性将 其归入相应的条目类别，由此提供了u d d i 基于框架的发现机制的基 础，这也是u d d i 基本结构中唯一提供了一定语义信息的地方。 3 ) u d d i 服务发布发现模式全面并提供了分布式发现基础。u d d i 即可以 通过w e b 界面与用户实时交互通过检索u d d i 注册发布发现服务，亦 可以通过标准u d d i 程序员a p i 自动发布发现w e b 服务。 4 ) 服务发现时的匹配过程是基于框架的关键字匹配。在服务注册条目中， u d d i 对比某些字段的关键字的匹配性，如服务名，标志符，分类性等， 采用这种基本的服务过滤得到结果集，服务分类是唯一带来一定语义信 息的字段，可以确定服务的行业、产品类目、地理位置等，但是具有很 大的随意性和不确定性，因为分类不是强制的也没有相应的规范。 5 ) 没有内在的对服务的自动发现和组合的支持性。服务发现请求可以在设 计时查询u d d i 获取相关服务，从而支持早期( 静态) 服务绑定；也可在 运行时通过a p i 查询服务的可用性并动态选择和集成感兴趣的服务。 u d d i 提供了服务暂时查询和订阅查询模式，使用户可以获得服务更 新。上面这些特性对服务自动发现和组合的作用都不大。 山东大学硕士学位论文 总之，w e b 服务匹配的研究目标是服务匹配的高效率和自动化，在服务匹 配技术中，利用语义描述和服务本体是达到该目标的有效途径；而如何用本体描 述语言如d a m l o w l 描述服务，如何将语义w e b 、本体和语义推理应用到w e b 服务的发现和匹配中是这种方法的关键。从这个意义上说，w e b 服务匹配是语义 w e b 在w e b 服务中的一种应用，需要将网络架构本身的机制及特点与w e b 服务 的语义信息、本体进行有机结合 2 6 本文对基于u d d i 框架匹配方法的改进 w e b 服务发现的研究目标是服务匹配的高效率和自动化，因此针对上面所 阐述的服务匹配技术的特点和不足我们进行了改进，即提出了引入组合进行语义 w e b 服务匹配的方法。 1 ) 引入语义信息。在服务匹配技术中，利用语义描述和对服务功能进行匹 配是提高匹配精度的有效途径。技术信息匹配如语法，类型等的匹配很简单，我 们可以通过基于关键字和语法的匹配来完成；而对w e b 服务的功能进行匹配， 则要复杂的多，我们将【9 】力以改进设计了基于u d d i 扩展的引入组合的语义w e b 服务匹配框架，利用0 w l s 对w e b 服务进行语义描述，并通过将o w l s 与u d d i 的结合来实现对u d d i 的语义扩展。o w l - s 将功能性的描述转换为服务的状态 转换( 前位条件，结果) 、信息转换( 输入、输出参数) 和结构化半结构化语义数 据。然后再进行服务匹配，本文主要通过o w l s 服务本体把请求服务的输入和 输出参数与被提供服务的输入与输出参数进行语义上的匹配。 2 ) 引入组合的方法。w e b 服务的另一个重要挑战就是，未来的应用将由一 组利用网络的服务组合而成。i n t e m e t 环境的动态、异构等特性要求基于w e b 提 供的服务可以根据用户的需求将各种已有的服务组合起来、协同工作完成用户的 任务。而现有的u d d i 技术没有内在的对服务的自动发现和组合的支持性。我们 采用了带组合器的语义匹配引擎，并提出了引入组合的语义匹配算法，使得可以 根据用户的需求将各种已有的服务实例组合起来灵活、自动的满足客户的需求。 山东大学硕士学位论文 2