（计算机应用技术专业论文）基于语义的Web服务发现机制研究(2).pdf

中文摘要 摘要 随着i n t e r n e t 的飞速发展，网络上的w e b 服务急剧增多，如何高效地发现并获 得所需功能的w e b 服务成为了一个值得关心的问题。然而传统的w e b 服务发现方 法是基于u d d i 框架的服务匹配，由于u d d i 注册中心只能提供基于关键字的查 询，并且缺乏对语义信息的支持，使得服务匹配是基于关键字和语法级的匹配， 不能实现基于服务功能的匹配，导致较低的查全率和查准率，无法满足人们的需 求。另方面，w s d l 描述语言是语法级的服务描述语言，主要提供w e b 服务的 物理信息，即调用具体服务所需的技术细节，缺乏对服务功能的语义描述，因此 不能很好的提供服务的功能信息。 语义w e b 致力于w e b 上信息的语义化，使信息的语义能够得到形式化表达， 从而使这些信息容易被计算机自动处理。将语义w e b 技术引入w e b 服务可以实现 基于服务功能的匹配。同时本文采用o w l - s 作为w e b 服务的描述语言。o w l - s 是基于本体的、用于语义w e b 服务描述的个规范语言，具有语义的描述能力， 能够弥补w s d l 描述语言在语义方面的不足。 论文比较全面的介绍了w 曲服务及服务发现机制、语义w e b 、本体和o w l 等技术的相关知识背景，探讨了语义w e b 在w e b 服务发现技术中的应用。然后， 在对现有算法进行分析的基础上，本文提出了以基于服务功能的语义匹配为主的 分级匹配算法。首先是服务分类匹配，通过服务分类匹配过滤掉大量无用的服务， 选取与服务请求分类相同的服务集。然后是基于服务功能的语义匹配，通过输入 参数集匹配和输出参数集匹配来实现。本文把语义距离算法引用到服务功能的匹 配中，并针对其中的平等距离算法进行扩展。最后对服务匹配算法进行实现，通 过实例验证了匹配算法的可行性。 关键词：w e b 服务；语义w e b ；本体；w e b 服务发现；服务匹配 英文摘要 r e s e a r c ho ns e m a n t i c b a s e dw e bs e r v i c e sd i s c o v e r y a b s t r a c t a st h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r a c t ，t h e r ea r em o r ea n dm o r ew e bs e r v i c e s a v a i l a b l eo nt h ew e b h o w e v e r , h o wt od i s c o v e ru s e f u lw e bs e r v i c ei na l le f f i c i e n tw a y b e c o m e sa ni m p o r t a n tp r o b l e m i nt h et r a d i t i o n a lw a y , d i s c o v e r i n gaw e bs e r v i c em a i n l y b a s e do ns e r v i c em a t c h i n go fu d d ia r c h i t e c t u r e ，b u tu d d ir e g i s t r a t i o nc e n t e rc a l lo n l y p r o v i d eq u e r ys e r v i c et h r o u g hk e y w o r d sa n dc a nn o ts u p p o r ts e m a n t i ci n f o r m a t i o n a s ar e s u l t ，s e r v i c em a t c h i n gi sr a t h e rak i n do fk e y - w o r d sa n ds y n t a xm a t c h i n gt h a na s e r v i c em a t c h i n g ；i tm a k e sf o rl o wr e c a l lr a t i oa n dp r e c i s i o nr a t i ow h i c hc a nn o ts a t i s f y t h eu s e r s f u r t h e rm o r e ，w s d li sak i n do fs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g eo nt h e s e m a n t i cl e v e l ，i t p r o v i d e s s o m e p h y s i c a li n f o r m a t i o no ft e c h n i c a ld e t a i l s w h e n i n v o k i n gac e r t a i nw e bs e r v i c e ，s oi tc a nn o tp r o v i d ef u n c t i o n a li n f o r m a t i o nb e c a u s e t h e r ei sn of u n c t i o n a ld e s c r i p t i o n s s e m a n t i cw e bh a m m e r sa tt h es e m a n t i z a t i o no fw e bi n f o r m a t i o n ，i tc a nd e s c r i b e t h ei n f o r m a t i o ni naf o r m a l w a y , a n dt h e n t h ei n f o r m a t i o nc a nb e p r o c e s s e d a u t o m a t i c a l l yb yc o m p u t e r t h eu s eo fs e m a n t i cw e bm a k e si tp o s s i b l et oi m p l e m e n ta m a t c h i n gm e t h o db a s e do ns e r v i c ef u l t c t i o n t h i sp a p e ru s e so w l - sa st h ed e s c r i p t i o n l a n g u a g ew h i c hi so n t o l o g yb a s e dt h a tc a nd e s c r i b ew e bs e r v i c e so ns e m a n t i cw e b ，i n t h a tw a y ，t h ed i s a d v a n t a g eo fu s i n gw s d lf o rs e m a n t i cc a nb er e m e d i e d t h ep a p e rm a k e sad e e pr e s e a r c ho nw e bs e r v i c e sa n ds e r v i c ed i s c o v e r i n g m e c h a n i s m ，s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y , o w la n do t h e rr e l a t e dt e c h n i q u e s ，d i s c u s s e st h e u s a g e o fs e m a n t i cw e bi nd i s c o v e r i n gm e t h o do fw e bs e r v i c e s a f t e ras e r i e so f a n a l y s e s o nc u r r e n ta l g o r i t h m ，t h ep a p e rp r o p o s e sam a t c h i n ga l g o r i t h mu s e df o rs e m a n t i c m a t c h i n gt h a tb a s e do ns e r v i c ef u n c t i o n s e r v i c ec l a s s i f ym a t c h i n gi st h ef i r s ts t e p ， s e r v i c em a t c h i n gc a nf i l t r a t ean u m b e ro fu s e l e s ss e r v i c e ，l e a v eo v e rt h es e r v i c es e tt h a t 英文摘要 m a t c h e su s e r sr e q u i r e a f t e rt h a ti st h es e m a n t i cm a t c h i n gs t e pb a s e do ns e r v i c e f u n c t i o n ，t h i ss t e pn e e d si n p u tp a r a m e t e r - s e ta n do u t p u tp a r a m e t e r - s e tf o rf u r t h e r m a t c h i n g t h i sp a p e ri n t r o d u c e ss e m a n t i cd i s t a n c ea l g o r i t h mt os e r v i c ef u n c t i o n m a t c h i n ga n de x t e n d st h ee q u a l d i s t a n c ea l g o r i t h m a tt h ee n do ft h ep a p e r , t h ea u t h o r i m p l e m e n t st h es e r v i c em a t c h i n ga l g o r i t h mi na ne x a m p l ew h i c hp r o v e st h ef e a s i b i l i t y o ft h em a t c h i n ga l g o r i t h m k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ；s e m a n t i cw e b ；o n t o l o g y ：w e bs e r v i c e sd i s c o v e r y ； s e r v i c e sm a t c h i n g 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文 = = 基王适塞的进垒题签发瑰扭剑硒窥：。除论文 中已经注明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公 开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：澎h 辞移挈 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名飘嘶导品签名：勺劭诜丫 日期：年月日 基于语义的w e b 服务发现机制研究 第1 章绪论 1 1 研究背景 w e b 服务技术随着互联网特别是w e b 技术的发展而出现并不断发展、成熟， 从集中式发展到分布式。w e b 服务( 1 】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。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 服务架构【2 l 采用了开放式的标准，它具备松散耦合、面向组件和跨技术的 特点，从而简化了商业应用的开发和集成。w e b 服务最基本的平台是x m l 加 h t t p 。其中，h t r p 是一个在i n t e m e t 上广泛使用的协议，也就使得w e b 服务能 在i n t e r n e t 上广泛应用并具备基本的协议基础。x m l t 3 ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ， 可扩展标记语言) 是一种元语言，可以用来书写特定的语言来描述客户和服务之间 或者组件和复杂服务之间的交互，w e b 服务及其各种协调过程都采用x m l 的技术 作为核心。在应用服务器之后，x m l 格式的消息被转变成中间件的请求，返回的 结果也会转化成x m l 格式。有了x m l 作为核心技术，各种网站提供的服务都不 再局限于静态页面，而是可以进行编程调用的w e b 服务。 目前，关于w e b 服务的研究己经达到了一定的标准化程度。w e b 服务描述语 言标准w s d l 4 1 ，统一描述、发现和集成标准u d d i 5 】和简单对象访问协议s o a p 6 1 的相继推出都为w e b 服务的研究和发展奠定了基础。以上这些工业界协议都采用 x m l 作为语法基础，彼此间具有一定的兼容性。但是由于这些w e b 服务协议缺乏 良好定义的语义信息和w e b 服务间交互的表达能力，因而很难满足w e b 服务发现、 执行、组合和监控中的自动化需求。 针对目前w e b 服务中遇到的问题，研究界提出了将语义w e b 的技术应用到 w e b 服务领域，为w e b 服务的描述提供语义信息。语义w e b 服务技术通过为w e b 服务提供一种以x m l 为语法基础的包含语义信息的描述，使w e b 服务之间互相 第1 章绪论 理解对方的内容、功能以及属性成为可能，并且为w e b 服务的自动发现、执行、 组合和监控提供了技术基础。 l 语义w e b 的概念是2 0 0 0 年的世界x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 大会上， 万维网创始人t i mb e r n e r s l e e 首次提出的【7 1 ，对语义w e b 的概念进行了解释，提 出了语义w e b 的体系结构。语义w e b 研究的主要目的就是扩展当前的w e b ，使得 w e b 中所有信息都是具有语义的，是计算机能够理解和处理的，便于人和计算机 之间的交互与合作。因而其研究的侧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，这即是语义w e b 上本体研究的主要内容。语义w e b 上的本体知识可以应用于各种领域。例如当前w e b 上的搜索引擎主要是使用基于 关键词的查找策略，这使得查找效率非常低下，将本体知识应用于w e b 搜索将大 大提高其工作效率。在w e b 服务中利用本体知识将大大改进w e b 服务的能力和范 围。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 ) 。语义w e b 服务将是一种更为智能的 服务，是w e b 服务的发展趋势。 1 2 相关技术现状综述 语义w e b 服务发现领域的研究包括语义w e b 服务组织、语义w e b 服务描述、语 义w e b 服务发现算法三个方面，这三方面相互关联，任何一个方面都影响着语义 w e b 服务发现机制的查全率和查准率【引。 在语义w e b 服务组织方面的研究，u d d i 的服务组织方法己经成为工业级标 准，绝大多数关于服务发现的研究都是以u d d i 的服务组织为基础展开的。目前 的研究方向主要包括：针对u d d i 的集中存取方法所造成的服务发现瓶颈，尝试 采用p 2 p 的方式对之进行扩展【9 1 。 在语义w e b 服务描述方面的研究，主要包括w s m o ( w e bs e r v i c em o d e l i n g o n t o l o g y ) 1 1 0 】和o w l - s 1 1 2 】两方面。 基于语义的w e b 服务发现机制研究 服务的w e b 本体语言o w l - s 是d a r p a 组织继d a m l - s 后推出的新一代语 义w e b 服务描述语言。2 0 0 4 年1 1 月，o w l - s 标准被提交给w 3 c 。作为第一个提 交到w 3 c 审议的语义w e b 服务领域的规范，o w l - s 得到了w 3 c 的一致好评f l l j 。 o w l - s 基于w 3 c 的语义w e b 技术，提供了一个描述服务的本体，使用户可 以以明确且机器可理解的方式描述w e b 服务的属性和能力【1 2 l 。 o w l - s 描述了关于服务的三类关键信息：服务能做什么、服务如何工作以及 如何使用服务【1 2 j 这三类关键信息分别通过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 和 s e r v i c e g r o u n d i n g 定义。o w l - s 为w e b 服务全自动化的执行( 包括服务的发现、调 用、组合和互操作) 提供了基础。 w s m o 研究小组是欧洲语义w e b 组织e s s i 下属的一个团队，其目标是在进 一步发展语义w e b 服务，并研究语义w e b 服务语言和基础领域的标准。该小组以 语义w e b 服务模型框架w s m f ( w e bs e r v i c e sm a n a g e m e n tf r a m e w o r k ) 为研究基础 1 2 1 , 经过提炼和扩充提出了w e b 服务模型本体w s m o ，该标准已于2 0 0 5 年6 月 提交给w 3 c 审核【1 0 1 。 ，总体来说，w s m o 是一个规范化描述w e b 服务的本体框架，w s m o 结构的 特点是弱耦合和强仲裁，自治组件之间依靠中间层完成互操作，通过定义四类关 键组件来描述服务【1 3 1 。四类关键组件具体包括：用户的目标组件、语义功能性描 述w e b 服务组件、处理连接和异质等问题的中间层组件和提供概念和术语定义的 本体集。 目前o w l - s 作为语义w e b 服务描述标准已经逐渐得到认可【1 4 】，o w l - s 与服 务的底层规范和本体的标准语言兼容性良好，使得其在w 3 c 受到一致好评。 在语义w e b 服务发现算法方面的研究，目前主要方向是根据服务描述中属性 词汇的语义相似度来判断“供需”匹配程度，该研究与语义w e b 服务描述框架联 系紧密，主要的研究成果如表1 1 所示： 第1 章绪论 表1 1 研究成果列表 t a b 1 1l i s to fr e s e a r c hr e s u l t s 研究者时间研究基础研究成果 w s m o 研究组2 0 0 4 年w s m o 将服务与包含语义的服务描述绑定，通过用 户选择目标组件本体来调用语义w e b 服务 【2 1 1 。w s m o 研究组的i r s 就是采用基于 w s m o 描述框架的语义w e b 服务发现模型。 根据w s m 0 服务描述框架创建语义w e b 服 务，发布该服务后，i r s 代理将根据用户选择 的目标本体，定位到合适地语义w e b 服务描 述并调用该服务。 美国卡内基梅2 0 0 2 年，世界 基于、b 服务能力的服务匹配思想( 成为后来 隆大学p a o l u c c i语义w e b 工作 语义w e b 服务发现研究的核心思想1 1 8 1 ) 。该思 等人大会 想认为：服务能完成什么样的功能可以通过 考察服务描述中的某些属性进行判定，进而 将语义w e b 服务发现过程转换成对特定的服 务属性的考察。 2 0 0 3 年，第十 d a m i ，s 进一步发展基于w e b 服务能力的语义匹配思 二届世界互联 想，提出通过对d a m l - s 描述的语义w e b 服务 网 的输入输出接口的概念匹配，得到匹配结果 1 1 9 】。 2 0 0 4 年，世界 o w l 广s 进一步提出将o w l - s 语义w e b 服务描述引入 语义w e b 服务u d d i 机制的语义w e b l 艮务发现模型【2 0 1 和w e b 过程集 成大会 英国牛津人学 2 0 0 4 年 ， 描述逻辑运用描述逻辑和o w l 语言规范设计出数学 4 基于语义的w e b 服务发现机制研究 的c a p r o t t i 等人m o n 哪目 o w l w e b j 艮务匹配算法【1 7 】。在o w l 语言的基础上 发展了数学服务描述语言( m a t h e m a t i c a lw e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o n ) ，作为语义、e b 服务在特 殊领域的应用具有十分重要的意义。 美国马萨诸塞2 0 0 1 年，世界本体工作流基于过程本体的w e b j 眨务发现技术【1 6 1 。通过 州理工学院的语义w e b 大会描述服务过程的匹配来提高服务匹配的查全 k l e i n 和纽约大 率和查准率，服务查找和发现的过程就是过 学的b e r m s t e i n程模型中的过程本体与查询中所用到的过程 本体相匹配的过程。 美国马里兰大2 0 0 1 年，第2 0d a m l基于预先定义的服务属性本体中的属性进行 学c h a k r a b o r t y届分布式系统p r o l o g 服务发冽1 5 1 等大会 ，目前，国内在语义w e b 服务发现方面的研究刚刚起步，主要的研究方向是侧 重语义w e b 服务发现流程中某个环节，包括：研究如何在语义w e b 服务中确认分 布式本体变动、维护其一致性，并实现基于进化的分布式本体的w e b 服务语义查 询【9 】；语义w e b 服务匹配过程中属性词汇的语义相似度的判定【2 3 】；探讨如何为服 务建立本体描述( 不同于o w l - s 和w s m o 的服务描述) ，并以此为基础进行基于 本体相似的服务搜索1 2 4 1 。 综上，语义w e b 服务发现的研究与服务描述之间关系密切，o w l s 推出的时 间不长，并且还在不断完善中，以o w l - s 为基础进行的语义w e b 服务发现研究 还处于起步阶段。而且，目前以o w l - s 为基础的语义w e b 服务发现策略中仍有 可改进的地方，主要包括：仅使用接口参数的语义相似度作为服务发现的基础难 以保证服务发现的精确度；在接口参数相似度判定的过程中以树形结构作为基础 有一些局限性；以接口参数语义相似度的简单求和作为服务的匹配度有一些局限 性。 第1 章绪论 1 3 论文研究内容和论文组织结构 用户要想使用w e b 服务，首先必须查找到合适的w e b 服务，因此，w e b 服务 架构需要一个合适的服务发现机制来支持。当前，发现技术是w e b 服务技术的主 要挑战之一。有效和自动地查找和选择相关的服务对使用者( 开发者或非技术人员) 和程序( 比如说软件代理) 都是同样重要的。 所谓服务发现就是通过一个服务代理为服务请求者寻找一个合适的服务提供 者的过程，其主要步骤如下： 1 、提供者描述他们的服务。 2 、代理分类和发布这些服务描述。 3 、请求者询问代理是否存在所需的服务。 4 、代理将服务请求与已注册的服务描述相匹配，并向请求者返回结果。 目前，标准的w e b 服务架构采用u d d i 规范来实现服务注册、发布和查找， 但u d d i 缺乏语义并且只支持基于关键字的查找，因而查全率和查准率都得不到 保证，查找效率不高。 结合语义w e b 和w e b 服务技术的服务发现方法为提高服务发现性能提供了条 件，但同时也随之提出新的挑战，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 采用何种服务描述语言来形成规范化的服务语义描述，并能与原有的w e b 服务体系结构有良好的相容性。 ( 2 ) 如何设计一种基于服务功能的语义匹配算法，既能提高服务发现性能，又 尽可能地降低系统响应时间。 本文将在前人研究成果的基础上，进行如下几个方面的探讨和研究： 第一，研究当今w e b 服务以及相关发现机制方面的内容； 第二，对语义w e b 发展的最新动态f 包括本体描述语言o w l 以及语义w e b 服务标记语言o w l - s ) 进行了深入的探讨； 第三，在现有语义匹配算法的基础上，对匹配算法进行研究。 本文的各章节结构和主要内容安排如下： 基于语义的w e b 服务发现机制研究 第l 章绪论：介绍了论文研究的背景、意义、国内外研究现状、论文的工作 和结构安排。 第2 章w e b 服务发现机制概述：介绍w e b 服务的定义、模型、体系结构及 实现规范，介绍了目前w e b 服务发现技术及存在的缺陷。 第3 章语义w e b 服务发现技术综述：介绍语义w e b 的定义、体系结构和相 关技术。并分别就本体方法、基于描述逻辑的语义推理和语义w e b 本体描述语言 ( o w i ，s ) 等技术进行阐述。 第4 章语义w e b 服务匹配算法研究：在现有语义匹配算法的基础上，对服务 匹配进行改进，提出一个分级匹配的匹配策略，第一级是过滤性质的服务类别匹 配，用来筛选与服务请求分类相同的服务集，第二级是基于服务功能的语义匹配， 通过输入参数集和输出参数集的匹配来实现。 ，：第5 章是对前面提出的匹配方法的验证和实现，通过语义w e b 服务匹配器的 实现完成。 第6 章结束语。总结本文所作的工作，指出本文中需要迸一步研究的问题， 并给出需要进一步完善的工作。 第2 章w e b 服务发现机制概述 第2 章w e b 服务发现机制概述 2 1 什么是w e b 服务 2 1 1w e b 服务定义 简单的说，w e bs e r v i c e 就是一个向外界暴露出的能够通过i n t e r n e t 进行调用 的a p i 或者说应用程序。我们能够用一般的编程方法通过i n t e m e t 来调用这些w e b s e r v i c e 应用程序，调用这些w e bs e r v i c e 的应用程序被称作客户。例如，如果你想 创建一个w e bs e r v i c e ，它的作用是返回当前的天气情况，那么你可以建立一个页 面，它接受邮政编码作为查询字符串，然后返回一个用逗号隔开的字符串，该字 符串包含当天前的气温和天气情况。要调用这个界面，客户端需要发送一个哪 g e t 请求，然后就可以返回天气情况的数据，这个页面可以算作是最简单的w e b s e r v i c e 了。当然，w e bs e r v i c e 远不止这么简单。 下面是对w e bs e r v i c e 更为精确的解释。w e bs e r v i c e 是一种部署在w e b 上的 对象，它们具有对象技术所承诺的所有优点，同时，w e bs e r v i c e 建立在以x m l 为主的，开放的w e b 规范技术基础上，因此具有比任何现有的对象技术更好的开 放性，是建立可互操作的分布式应用程序的新平台。w e bs e r v i c e 平台是一套标准， 它定义了应用程序如何在w e b 上实现和操作性，我们可以用任何语言，在任何平 台上编写所需要的w e bs e r v i c e 。w e bs e r v i c e 可以有以下定义： _自包含的，模块化的应用程序，它可以在网络中被描述、发布；查找以及 调用。 _ 基于网络的，分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术 规范，因而能与其他兼容的组件进行互操作。 _ 由企业发布的能完成其特别任务需求的在线应用服务，其他企业和应用软 件能够通过i n t e r n e t 访问来使用这些应用服务。 从外部的使用者的角度而言，w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象组件，它 具备以下特征： 基于语义的w e b 服务发现机制研究 t 完好的封装性，w e b 服务既然是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对 象的良好封装性，对于使用者而言，他能且仅能看到该对象提供的功能列 表。 松散耦合，这一特征也是源于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发 生交更的时候，调用者是不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 服务的调用界面不变，w e b 服务的实现任何变更对他们来说都是透明的， 甚至是当w e b 服务的实现平台从j 2 e e 迁移到了n e t 或者是相反的迁移 流程，用户都可以对此一无所知。对于松散耦合而言，尤其是在i n t e r n e t 环境下的w e b 服务而言，需要有一种适合i n t e r n e t 环境的消息交换协议。 而x m i s o a p 正是目前最为适合的消息交换协议。 使用协约的规范性，这一特征从对象而来，但相比一般对象其界面更加规 范化和易于机器理解。首先，作为w e b 服务：对象界面所提供的功能应 当使用标准的描述语言来描述( 比如w s d l ) ；其次，由标准描述语言描述 的服务界面应当是能够被发现的，因此这一描述文档需要被存储在私有的 或公共的注册库里面。同时，使用标准描述语言描述的使用协约将不仅仅 是服务界面，它将被延伸到w e b 服务的聚合、跨w e b 服务的事务、工作 流等，而这些又都需要服务质量_ ( q o s ) f l c j 保障。其次，我们知道安全机制 对于松散耦合的对象环境的重要性，因此我们需要对诸如授权认证、数据 完整性( 比如签名机制) 、消息源认证以及事务的不可否认性等运用规范的 方法来描述、传输和交换。最后，在所有层次的处理都应当是可管理的， 因此需要对管理协约运用同样的机制。 使用标准协议规范，作为w e b 服务，其所有公共的协约完全需要使用开 。放的标准协议进行描述、传输和交换。这些标准协议具有完全免费的规范， 以便由任意方进行实现。一般而言，绝大多数规范将最终有w 3 c 或o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 高度可集成能力。由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作 为组件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论 第2 章w e b 服务发现机制概述 是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过这一种标准的协议进行互操作， 实现了在当前环境下最高的可集成性。 2 1 。2w e b 服务模型 w e bs e r v i c e 体系结构是面向对象分析与设计( o o a d ) 的一种必然的发展结 果，同时也是电子商务解决方案中面向体系结构、设计、实现与部署而采用的组 件化模式的必然结果。 w c b 服务体系结构基于三种角色( 服务提供者、服务注册中心和服务请求者) 之间的交互。交互具体涉及到发布、发现和绑定操作。这些角色和操作一起作用 于w e b 服务构件、w e b 服务软件模块及其描述。在典型的情况下，服务提供者托 管可通过网络访问的软件模块，定义w e bs e r v i c e 的服务描述并把它发布到服务注 册中心；服务请求者使用查找操作来从服务注册中心检索服务描述，然后使用服 务描述与服务提供者进行绑定并调用w e bs e r v i c e 实现同它交互。下面我们来看一 下w e bs e r v i c e 的体系结构一面向服务的体系结构【2 翻( s o a ) ，如图2 1 所示。 图2 1 w e bs e r v i c e 的体系结构 f i g 2 1a r c h i t e c t u r eo fw e bs e r v i c e 从图2 1 可以看出，s o a 结构中共有三种角色： 1 ) 服务提供者：，发布自己的服务，并且对服务请求进行响应。 2 ) 服务注册中心：注册已经发布的w e bs e r v i c e ，对其进行分类，并提供搜索 服务。 基于语义的w e b 服务发现机制研究 3 ) 服务请求者：利用服务注册中心查找所需的服务，然后使用该服务。 s o a 体系结构的组件必须具有上述一种或多种角色，这些角色之间使用三种 操作： 1 ) 发布操作：使服务提供者可以向服务中心注册自己的功能及访问接口。 2 ) 查找操作：使服务请求者可以通过服务注册中心查找特定种类的服务。 3 ) 绑定操作：使服务请求者能够真正使用服务提供者提供的服务。 为支持结构中的三种操作，s o a 需要对服务进行一定的描述，这种服务描述 应具有下面的几个重要特点： 首先，他要声明服务提供者提供的w e bs e r v i c e 的特征。服务注册中心根据 某些特征将服务提供者进行分类，以帮助查找具体服务。服务请求者根据 特征来匹配那些满足要求的服务提供者。 ，其次，服务描述应该声明接口特征，以访问特定的服务。 最后，服务描述还应该声明各种非功能特征，如安全要求，事务要求，使用 服务的费用等，接口特征和非功能特征也可以用来帮助服务请求者查找服 务。 2 1 3w e b 服务的实现规范 要以一种互操作的方式执行发布，发现和绑定这三个操作，必须有一个包含 每一层标准的w e bs e r v i c e 协议栈。图2 2 展示了一个概念性w e bs e r v i c e 协议栈【2 7 l 。 上面的几层建立在下面的几层提供的功能之上，垂直的条表示在协议栈的每一层 中必须满足的需求，左边的文本表示协议栈的那一层所应用的标准技术。 第2 章w e b 服务发现机制概述 匝e 二亟三 w s d l s o a p i 哪丌只e 心l ，m q 等 服务发现 服务发布 服务描述 基于x m l 的消息传递 网络 安管服 务 全理 质 亘 星 图2 2w e bs e r v i c e 的协议栈 f i g 2 2p r o t o c o ls t o r e h o u s eo fw e bs e r v i c e 底层传输协议( 网络传输层) 是广泛使用的因特网标准，如h 1 r r p ，f t p 和s m t p 等。 x m l 是整个w e b 服务技术架构的基石，它是一种界定文本数据的简便而标准 的方法，曾经被人称作“w e b 上的a s c i i 码。x m ls c h e m a 是w e b 服务架构下 的标准x m l 数据建模工具，它的主要目的是用来定义一类x m l 文档。 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) 用于w e b 服务调用 的x m l 消息表示，为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化 和类型化的信息提供了一个简单且轻量级的机制。 w s d l 用于描述w e b 服务的调用接口，它将w e b 服务描述定义为一组服务访 问点，客户端可以通过服务访问点对包含面向文档信息或面向过程调用的服务进 行访问。 u d d i 是w e b 服务架构下的核心的服务描述、发现和集成机制，目前定义了 六种主要信息类型：商业实体信息、服务信息、绑定信息、技术规范、关联关系 断言和实体订阅信息。 基于语义的w e b 服务发现机制研究 w s f l ，x l a n g 和b p e l 4 w s 是w e b 服务组合语言，它们通过建立一个框架 来组合现有的商业流程和w e b 服务。图2 2 中的右边部分是各个协议层的公共机 制，主要包括安全、管理和服务质量等机制。 w e bs e r v i c e 协议栈的基础是网络层，w e bs e r v i c e 要被服务请求者调用，就必 须通过网络访问。因特网上可供访问的w e bs e r v i c e 必须使用普遍部署的网络协议， 而唧凭借其普遍性，成为因特网可用的w e bs e r v i c e 真正的标准网络协议。 w e bs e r v i c e 还可以支持其他因特网协议，包括f t p ，s m t p ，m q ( 消息排队) ， h o p ( 因特网o r b 间协议) 上的远程方法调用( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ，r m i ) ， e m a i l 等，应使用哪种网络协议跟应用程序的具体需求有关。 2 2w e b 服务的发现 2 2 1w e b 服务发现问题的提出 w e bs e r v i c e 发现是w e bs e r v i c e 系统架构的重要部分，发现符合用户需求的 服务是实现服务调用，组合的重要前提，服务发现的效果直接关系到服务调用的 质量，影响到服务组合的相容性和可替换性，关系到能否真正实现服务的即插即 用。然而随着互联网的广泛运用和高速发展，所提供的服务也呈现几何级数爆炸 性增长，潜在的可用的w e b 服务将是整个因特网所有对外开放的w e b 服务，我们 不再是从几百个服务中挑选一个，而是从几千至几万个w e b 服务中选择一个服务， 并且为用户提供了不同类型的w e bs e r v i c e ，而这些服务可能具有不同的形式，并 且它们的复杂程度不相同，例如面向软件( s o f t w a r e o r i e n t e d ) 的服务，面向硬件 ( h a r d w a r e o r i e n t e d ) 的服务，移动( m o b i l e ) 服务等。用户对这些表现形式和复 杂性都可能不同的服务，如何准确的，高效的从庞大的w e b 服务群中找到所需的 服务，尤其是如何从众多功能相似的w e b 服务中发现最佳服务要求的i d 服务，并 进一步满足自动，智能服务发现，执行，组合及互操作的要求是w e bs e r v i c e 技术 面临的巨大挑战。所以，w e b 服务的灵活自动的发现机制是必须的。 第2 章w e b 服务发现机制概述 2 2 2w e b 服务发现原理 所谓w e bs e r v i c e 发现就是服务请求者以某种方式在不同的服务中找到所需的 w e bs e r v i c e 的过程。w e bs e r v i c e 发现的整个过程由如下几个步骤组成： ( 1 ) 服务提供者对其提供的服务进行描述( s e r v i c ed e s c r i p t i o n ) ( 2 ) 服务提供者发布w 曲s e r v i c e ( s e r v i c ep u b l i s h i n g ) ( 3 ) 服务请求者请求所需服务( s e r v i c er e q u e s t ) ( 4 ) 服务注册中心把服务请求与服务广告进行匹配，并把匹配结构返回给服 务请求者( s e r v i c em a t c h m a k i n g ) ( 5 ) 服务请求者根据返回信息绑定所需服务( s e r v i c eb i n d i n g ) 。 服务请求者首先利用w s d l 描述语言来描述所提供的w e bs e r v i c e ，然后向 u d d i 注册中心注册服务，u d d i 注册中心存放该服务的w s d l 文档地址，并提供 查询接口供服务请求者查询所需服务。服务请求者向u d d i 注册中心提出服务查 询请求，u d d i 注册中心通过关键词匹配的方式返回匹配成功的服务列表，服务请 求者获知如何访问w e bs e r v i c e 的信息后，通过s o a p 消息框架与w e bs e r v i c e 进 行通信，并调用目标服务。 u d d i 、w s d l 和s o a p 是实现w e bs e r v i c e 发现的核心技术。w s d l 提供描 述w e bs e r v i c e 的统一方法，主要提供调用具体服务所需的技术细节，如消息格式、 参数类型、操作、协议绑定和服务地址等。u d d i 注册中心提供服务发布和查询 a p i 来方便实现服务发布、发现和调用。发布a p l 支持服务的发布和更新操作， 使服务提供者可在u d d i 注册中心发布和更新服务信息。查询a p l 支持服务请求 者的查询操作，可对业务、服务、绑定模板和t m o d e l 类型信息进行搜索，从而获 得与这些类型相关的描述信息。s o a p 提供w e bs e r v i c e 与服务请求者的通信机制， 服务请求者通常通过s o a p 消息框架与w e bs e r v i c e 进行通信，并调用目标w e b s e r v i c e 。这些技术使服务双方的交互方式可以独立于特定的编程语言、操作系统 和硬件平台。 基于语义的w e b 服务发现机制研究 2 2 3w e b 服务描述语言( w d s 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 服务器描述语言是用x m l 文档来描述w e b 服务标准的，是w e b 服务的接口定义语言，由a r i b a 、i n t e l 、i b m 、 m s 等共同提出，通过w s d l ，可描述w e b 服务