太原理工大學碩士研究生學位論文 知識路由中基于描述邏輯的語義w e b 服務復合的研究 摘要 語義w e b 通過本體技術為w e b 資源提供了豐富的可供機器處理的語義 信息，使得機器可以利用這些語義元數(shù)據(jù)進行自動化的信息訪問，從而提 供一種高質量的新服務。同時，語義w e b 研究的興起也為w e b 服務技術帶 來了新的活力，這兩種技術的結合產生了另一個新興的研究課題語義 w e b 服務。語義w e b 服務是指用語義w e b 標記語言來描述服務的語義，使 w e b 服務成為計算機可以理解的實體，從而支持服務的自動發(fā)現(xiàn)、執(zhí)行和 復合等。其中，服務的復合體現(xiàn)了w e b 服務的重要思想：未來的應用將由 一組利用網絡的服務復合而成。 同時，隨著語義w e b 和語義w e b 服務的不斷發(fā)展，面對語義w e b 上 分布的海量服務和知識，如何在這些海量服務和知識中按照用戶的需求快 速準確的定位目標知識，如何將已有的w e b 服務自動地復合起來、協(xié)同工 作完成用戶的任務，使服務可以靈活地滿足用戶的需求，實現(xiàn)“按需服務”， 也成為迫切需要解決的問題。 + 本文正是針對上述問題，結合國家自然科學基金知曉內容和環(huán)境的 本體知識路由研究，利用語義w e b 相關技術、以p 2 p 網絡為底層架構、 以本體為知識標記方法、以描述邏輯為語義w e b 服務復合邏輯基礎，提出 了一種用戶需求驅動的、結合p 2 p 網絡和描述邏輯的本體知識路由機制， 奎壁望蘭叁堂堡圭笪塞竺蘭垡堡壅 并以此為背景，對其中語義w e b 服務復合進行了更為深入的研究和探討。 主要工作成果包括以下四個方面： ( 1 ) 將p 2 p 技術和本體技術相結合，利用描述邏輯概念包含性的基本 原理，采用動態(tài)虛擬社區(qū)的思想，結合傳統(tǒng)p 2 p 網絡結構所具有 的分布性和開放性等特點，提出了一種本體驅動的基于p 2 p 網絡 結構的本體知識路由機制，并詳細討論了知識路由算法的設計與 實現(xiàn)。 ( 2 ) 在此知識路由中，通過考慮用戶需求偏好信息和擴展原有o w l - s 模型，提出一種將用戶需求偏好信息考慮在內的擴展x o w l s 模 型； ( 3 ) 將描述邏輯所具有的良好知識表示能力和強大推理能力與越規(guī) 劃所具有的行為變化建模能力相結合，以擴展x o w l s 模型為基 礎，提出一種面向知識路由的基于描述邏輯的語義w e b 服務動態(tài) 復合機制d l a i p ( 舡p l a n n i n gb a s e do nd l ) ，并對其進行形式化證 明。 ( 4 ) 設計和開發(fā)基于本體的e - l e a r n i n g 教學平臺o b e t p ( o n t o l o g y b a s e dg l e a m i n gt e a c h i n gp l a t f o r m ) ，該平臺是知識路由實驗系統(tǒng) 的基礎性工作，為系統(tǒng)的最終完成提供了有價值的開發(fā)經驗。 關鍵詞：知識路由，p 2 p ，描述邏輯，服務復合，語義w e b 太原理工大學碩士研究生學位論文 r e s e a r c ho ns e 姒n t i c ，】巳bs e r v i c e s c o m 呼o s i t l 0 ne 田l o n gd e s c r i p t i o nl o g i ci n k n o 、砸d g er o u t i n g t h es e m a n t i cw e b p r o v i d e s a f f l u e n tm a c h i n e - r e a d a b l es e m a n t i c i n f o r m a t i o nf o rt h ew e br e s o u r c e st h r o u g ho n t o l o g y b a s e do nt h e s es e m a n t i c m e t a d a t a ，t h em a c h i n ei sa b l et oa c h i e v et h ea u t o m a t i ci n f o r m a t i o na c c e s sa n d t h e r e f o r eb u i l d sak i n do fh i g h - q u a l i t yn e ws e r v i c e a tt h es a m et i m e ，t h eb i r t h o fs e m a n t i cw e ba l s ob r i n g sn e wm o t i v a t i o nf o rt h ew e bs e r v i c e sd e v e l o p m e n t t h ec o n f l u e n c eo fw e bs e r v i c e sa n ds e m a n t i cw e bg i v e sb i r t ht oa n o t h e rn e w t e c h n o l o g y - s e m a n t i cw e bs e r v i c e s t h es e m a n t i cw e bm a r k u pl a n g u a g ec a nb e u s e dt od e s c r i b et h es e m a n t i c so fw e ba 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 e e n t i t i e ss oa st oe n a b l ep r o g r a m so ra g e n t st ol o c a t e ，i n v o k ea n dc o m p o s ew e b s e r v i c e sa u t o m a t i c a l l y p a r t i c u l a r l y , t h es e r v i c e sc o m p o s i t i o nr e f l e c t so n eo ft h e i m p o r t a n ti n i t i a t i v e so fw e b ：t h ef u t u r ea p p l i c a t i o n sw o u l dc o n s i s to fas e r i e so f w 曲s e r v i c e s a tt h es a m et i m e ，w i 廿lt h ed e v e l o p m e n to ft h es e m a n t i cw e ba n dw e b s e r v i c e s ，t h e r ei sm o r ea n dm o r ea b u n d a n tk n o w l e d g ei nt h es e m a n t i cw e b i i i 太原理工大學碩士研究生學位論文 t h e r e f o r e ，i ta l s ob e c o m e sm u c hm o r ec r i t i c a la n de m e r g e n tt oe f f e c t i v e l ya n d i m m e d i a t e l ya c q u i r e a c c u r a t e k n o w l e d g ea n dc o m p o s i t et h ee x i s t i n g w e b s e r v i c e st of u l f i l lt h eu s e r sr e q u i r e m e n t s ，m e a n i n gt h es o c a l l e ds e r v i c e0 1 1 d e m a n d c o n s i d e r i n gt h ea b o v ep r o b l e m s ，b a s e do nt h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o n o fc h i n a ：r e s e a r c h0 1 1c o n t e n t c o n t e x t - a w a r eo n t o l o g yk n o w l e d g er o u t i n g t h i st h e s i sp r o p o s e sak i n do fu s e r s r e q u i r e m e n t s d r i v e nk n o w l e d g er o u t i n g m e c h a n i s mt h r o u g he m p l o y i n gt h ep 2 pa n dd l ( d e s c r i p t i o nl o g i c ) ，a n d e s p e c i a l l yf o c u s e so nt h es e m a n t i cw e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o n t h em a i np o i n t s o f t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： ( i ) i td e s i g n sa l lo n t o l o g y - d r i v e nk n o w l e d g er o u t i n gm e c h a n i s mb a s e d o nt h ec o m b i n a t i o no fp 2 pw i t ho n t o l o g y , t h ee m p l o y m e n to ft h e c o n c e p t ss u b s u m p t i o np r i n c i p l ei nd la n d t h ei n t r o d u c t i o no fd y n a m i c ( i i ) i nt h i sk n o w l e d g er o u t i n g ，t h r o u 曲c o n s i d e r i n gt h eu s e rp r e f e r e n c e a n de x t e n d i n gt h eo w l - sm o d e l ，i tp r o p o s e sa ne x t e n d e do w l s m o d e lx o w l - st h r o u g ha d d i n gt h eu s e rp r e f e r e n c e si n t ot h eo r i g i n a l o w l - sm o d e l ； ( i i i ) c o m b i n i n g t h e s t r o n gk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n a n dr e a s o n i n g c a p a b i l i t i e so ft h ed lw i t ht h em o d e l i n gc a p a b i l i t yo ft h ea c t i o ns t a t e t r a n s f o r m a t i o no ft h ea ip l a n n i n ga n db a s e do nt h ee x t e n d e dm o d e l x o w l - s ，i tp r e s e n t sak n o w l e d g er o u t i n g - o r i e n t e ds e m a n t i cw e b 太原理工大學碩士研究生學位論文 s e r v i c e s c o m p o s i t i o nm e c h a n i s md l a i p ( a jp l a n n i n gb a s e d o n d e s c r i p t i o nl o 百c ) a n dt e s t i f i e si t sa v a i l a b i l i t yi nd l ； ( i v ) a no n t o l o g yb a s e de l e a r n i n gt e a c h i n gp l a t f o r m ，c a l l e do b e t p , i s d e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h i sp l a t f o r mi st h ei n i t i a lw o r ko f k n o w l e d g e r o u t i n gs y s t e md e v e l o p m e n ta n da l s op r o v i d e st h eu s e f u le x p e r i e n c e s f o r i t k e y w o r d s ：k n o w l e d g er o u t i n g , p 2 p ，d e s c r i p t i o nl o g i c ，s e r v i c e sc o m p o s i t i o n , s e m a n t i cw e b v 聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在指導教師的指導下， 獨立進行研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外。本論文 不包含其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究 做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的 法律責任由本人承擔。 論文作者簽名：壟篡王， 日期：圣! 塑：蘭三 關于學位論文使用權的說明 本人完全了解太原理工大學有關保管、使用學位論文的規(guī)定。其 中包括：學校有權保管、并向有關部門送交學位論文的原件與復印 件；學?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復制手段復制并保存學位論文； 學校可允許學位論文被查閱或借閱；學?？梢詫W術交流為目的。 復制贈送和交換學位論文；學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內 容( 保密學位論文在解密后遵守此規(guī)定) o 簽名：簽甍森日期：乃。7 ，i 導師簽名：如品日期：蘭翌2 ，墨2 ) - 太原理工大學碩士研究生學位論文 第一章緒論 本章首先介紹基于知識路由及語義w e b 的服務復合的研究背景；然后介紹本文的 研究內容并概括本文的主要工作；最后說明論文的整體結構。 1 1 研究背景 w o r l dw d e w e b ( w w w ) 是一種在t c p i p 協(xié)議之上的特殊結構框架，通過鏈接機制 可以訪問遍布全球的i n t e m e t 資源，有關w w w 的各種技術統(tǒng)稱為w e b 技術。當前w e b 技術的體系結構主要是基于h t m l 和h ，兀p 協(xié)議。w w w 是一種基于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 結構：在服務器端存放有u r l 標識的各種w e b 資源，客戶端通過 瀏覽器訪問w w w 上的文檔資源。 w o r l dw i d ew e b ( w w w ) 自上個世紀9 0 年代初由t i mb e m e r s l e e 發(fā)明以來，經過 1 0 余年的發(fā)展，已經在i n t e m e t 中完全占據(jù)了主導地位。隨著w e b 迅速地普及，基于 w e b 的應用也由最初的簡單應用延伸到種類日益繁多的復雜應用和計算。然而，傳統(tǒng)的 w e b 體系結構已越來越不能滿足新的發(fā)展需求，w w w 的潛力也還遠遠沒有發(fā)揮出來。 因此，近年來，w w w 的發(fā)展出現(xiàn)了兩個新興的重要發(fā)展趨勢【l 】： 一個是w e b 服務( w e bs e r v i c e s ) 。w e b 服務是一些自包含、白描述、模塊化的程序， 可以發(fā)布在w e b 上，并被發(fā)現(xiàn)和調用。w e b 服務使得w w w 從靜態(tài)的、松散的w e b 頁 面集合逐漸演化成動態(tài)的、互聯(lián)的應用和服務平臺。越來越多的服務提供商開始基于 w e b 向用戶提供服務，例如b 2 b 應用、b 2 c 應用等【2 l 。 另一個是語義w e b ( s e m a n t i cw e b ) 。語義w e b 的概念【習由t m ab e r n e r s l 于1 9 9 8 年首次提出。語義w e b 為w e b 資源提供了豐富的可供機器處理的語義信息，彌補了傳 統(tǒng)w e b 缺乏語義的不足。語義w e b 的基本思想就是提供基于機器可處理的語義元數(shù)據(jù)， 并應用這些語義元數(shù)據(jù)進行自動化的信息訪問，使得w e b 提供一種高質量的新服務。 語義w e b 通過賦予w e b 中的所有信息以定義良好的語義，讓計算機能夠理解和處理， 從而使人和計算機能夠更好地協(xié)作，充分發(fā)揮w w w 這個巨大的分布式信息系統(tǒng)的潛 力。 太原理工大學碩七研究生學位論文 語義w e b 的研究使w w w 由信息的海洋變?yōu)橹R的海洋。一般來說，在語義w e b 上，一個給定的知識庫包括兩類知識。一類是可以明確聲明的服務知識，即可以使用單 個類表達的知識；另一類則是無法使用單個類表達的知識，該類知識主要指的是有關領 域方面的知識?；谶@些豐富的知識語義信息，計算機便可智能地實現(xiàn)w e b 知識的發(fā) 現(xiàn)、定位以及復合。但是由于語義w e b 上分布著海量知識，如何獲取并有效利用這些 語義知識，建立一種高效的知識路由發(fā)現(xiàn)機制就成為迫切需要解決的問題。 同時，語義w e b 的研究也為w w w 上的另一種重要資源w 曲服務帶來了新的 活力。如果用語義w e b 的知識標記手段來描述服務的語義，將使得w e b 服務成為計算 機可以理解的實體，從而支持服務的自動發(fā)現(xiàn)、執(zhí)行和復合等h 】【5 1 。而i n t e m e t 環(huán)境的動 態(tài)、異構等特性要求基于w e b 提供的服務可以根據(jù)用戶的需求匹配、發(fā)現(xiàn)和復合服務， 從而靈活、可靠地滿足客戶的需求，實現(xiàn)“按需服務”。 此外，作為語義w e b 知識標記語言o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 與o w l s ( w e b o n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e ) 邏輯基礎的描述邏輯( d e s c r i p t i o nl o g i c ) 近年來也得到了 迅速的發(fā)展。描述邏輯【6 】【7 1 是一種建立在概念( c o n c e p t ) 和關系o k l a t i o n ，r o l e ) 之上的非經 典邏輯。其中概念解釋為對象的集合，關系解釋為對象之間的二元關系。描述邏輯具有 合適定義的語義和很強的表達能力。一個描述邏輯系統(tǒng)包含四個基本組成部分：表示概 念和關系的構造器；1 均x 包含斷言；a b o x 實例斷言；t b o x 和a b o x 上的推理機制。其 表達能力和推理能力取決于對以上幾個要素的選擇以及不同的假設。 在眾多知識表示的形式化方法中，描述邏輯在十多年來受到人們的特別關注，主要 原因在于：它們有清晰的模型理論機制；很適合于通過概念分類學來表示應用領域； 并提供了強大的推理服務。 本課題就是在研究語義w e b 、語義w e b 服務及復合和描述邏輯等相關技術的基礎 上，提出了一種本體驅動的基于p 2 p 網絡結構的本體知識路由機制，并以此為基礎，設 計了一種面向用戶需求的基于描述邏輯的語義w e b 服務動態(tài)復合機制d l ( d e s c r i p t i o nl o g i c a lp l a n n i n g ) 。 下面分別就語義w e b 、語義w e b 服務及復合和描述邏輯等概念作初步闡述。其具 體內容將在后續(xù)章節(jié)詳細介紹。 2 太原理工大學碩士研究生學位論文 1 1 1 語義w e b 研究的興起 語義w e b 是對未來w e b 體系結構的一個偉大構想，被定義為“由一些可以被計算 機直接或間接處理的數(shù)據(jù)組成的w e b ”。當前基于h t m l 的w e b 網頁是設計給人看的， 計算機并不能理解其中信息的含義。而語義w 曲的基本思想是通過本體( o n t o l o g y ) 和 w e b 內容的語義標記，使計算機( 程序或智能a g e n t ) 能夠理解并處理w e b 上的信息， 從而更好地協(xié)助人們在w e b 上發(fā)現(xiàn)知識、處理事務。o n t o l o g y 是共享概念的形式化、 顯式的定義。在語義w e b 中，隱含在數(shù)據(jù)、頁面、程序和其它w e b 資源中的語義都通 過合適的語義w e b 標記語言來顯式表示，構成一個基于知識的w e b ，使計算機可以智 能地處理和集成這些信息，從而使w e b 提供的服務實現(xiàn)一次質的飛躍，因此語義w e b 技術被譽為“下一代的w e b 技術”，“w e b 技術的革命”等。 語義w e b 研究的重點是如何把信息表示為計算機能夠理解和處理的形式，即帶有 語義的形式。b e m e r s l e e 在x m l 2 0 0 0 國際會議上提出了語義w e b 的層次結構【8 】。它主 要基于x m l ( e x t e n d e dm a r k u pl a n g u a g e ) 和r d f ( r e s o u r c d e s c d p t i o n f r a m e w o r k ) r d f s ( r d fs c h e m a ) ，并在此之上提供本體和邏輯推理規(guī)則，以完成基于語 義的知識表示和推理，從而能為計算機所理解和處理。語義w e b 在理論上以知識 工程成熟的理論、技術和方法為核心，知識表示、o n t o l o g y 和智能a g e n t 等都是重 要的研究內容，它們是不可分割的。 1 1 2 語義w e b 服務及復合 語義w e b 研究的興起為w e b 服務帶來了新的活力，結合語義w e b 技術的w e b 服務 ( 即語義w e b 服務) 【9 】【1 0 1 將是一種更為智能的服務，是w e b 服務未來的發(fā)展趨勢。 通過語義w e b 標記語言來標記w e b 服務、用戶的需求以及a g e n t 的處理過程，并 采用相應的能識別和處理這些標記的a g e n t 技術，這些目前w e b 服務技術不可能實現(xiàn)的 任務都將通過語義w e b 服務來實現(xiàn)。在這種語義w e b 服務的方式下，服務的發(fā)現(xiàn)、執(zhí) 行和復合不再需要由人來完成，而是可以由a g e n t 來自動完成。由于服務的描述是基于 o n t o l o g y 的，是計算機能夠理解的形式，因此服務的查找可以是基于語義的匹配，單個 的服務也可以由a g e n t 自動地復合起來，以完成用戶提出的復合任務。這就是服務的復 合問題，它包括服務的選取和執(zhí)行。傳統(tǒng)方式下服務的選取和執(zhí)行通常是由用戶來完成 的，而在語義w e b 環(huán)境下，計算機則需根據(jù)必要的信息自動地、動態(tài)地選取和復合服 3 太原王甲t 大學碩十研究隹學位論文 務，即語義w e b 服務自動復合。這些必要的信息就是語義w e b 服務的語義信息，其描 述手段就是語義w e b 服務標記語言o w l s ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g ef o rs e r v i c e s ) 。因此， 語義w e b 服務復合就是研究如何有效地利用這些語義信息實現(xiàn)w e b 服務的自動復合的 問題。但是，由于語義w e b 服務標記語言o w l s 的邏輯基礎是描述邏輯，因此，反映 的多是與領域或服務相關的靜態(tài)語義信息，而對于描述服務復合等動態(tài)過程中的語義信 息卻存在著不足。而且，采用o w l - s 描述語義w e b 服務時，并未考慮與用戶需求相關 的個人偏好和約束信息。 1 1 3 描述邏輯簡介 描述邏輯6 】【7 1 是語義w e b 知識表示的邏輯基礎，又稱為術語邏輯或類k l o n e 系統(tǒng)， 它的基本組成部分是概念( c o n c e p t ) 、角色( 】l e ) 和個體( i n d i v i d u a l s ) ，簡單的概念和角色可 以通過復合方式表示復雜的概念和角色。根據(jù)不同的應用環(huán)境，描述邏輯有許多變種， o w l 就是基于其中的一類s h q 描述邏輯。描述邏輯的推理功能集中在以下兩方面： 包含( s u b s u m p t i o n ) ：即判斷一個概念是否為另一個概念的子集，主要用于概念 的自動分類； 可滿足性( s a t i s f i a b i l i t y ) ：即判斷一個概念與已有的概念集( 本體) 是否相容， 主要用于進行概念集合的一致性檢測。 采用描述邏輯可以實現(xiàn)對特定領域的語義建模。但是，描述邏輯反映的多是與領域 或服務相關的靜態(tài)語義信息，而對于描述服務復合等動態(tài)過程中的語義信息卻存在著不 足。 1 2 論文研究內容及意義 本文的研究工作是在語義w e b 及其相關技術的基礎上展開的，主要研究內容包括： 建立一種本體驅動的知識路由機制，能夠根據(jù)用戶的知識需求，快速有效地發(fā) 現(xiàn)、定位和返回目標知識； 對現(xiàn)有語義w e b 服務描述模型o w l s 進行擴展，建立反映用戶偏好的擴展 o w l - s 模型x o w l - s ，并將其應用于語義w e b 服務動態(tài)復合； 結合擴展的x o w l - s 模型，建立一種用戶需求驅動的語義w e b 服務動態(tài)復合機 制d l a i p ( h ip l a n n i n gb a s e do i ld e s c r i p t i o nl o g i c ) ，并對其合理性和復雜度 4 太原理工大學碩士研究生學位論文 給予相應的形式化分析和證明： 設計和開發(fā)基于本體的e l e a r n i n g 教學平臺o b e t pe o n t o l o g yb a s e de - l e a r n i n g t e a c h i n gp l a t f o r m ) 本文的研究意義在于語義w 曲服務動態(tài)復合機制d l a i p 不僅基于知識路由，面向 用戶需求，考慮了與用戶需求相關的個人偏好和約束信息，彌補了o w l s 描述服務時 未考慮用戶偏好的不足，且具有良好的知識表示能力和強大推理能力，可以彌補當前語 義w e b 標記語言o w l 、o w l - s 對服務復合等動態(tài)過程建模能力的不足，而且還可以通 過利用燦規(guī)劃方法解決服務復合時所具有的效率高的優(yōu)點來彌補直接利用o w l - s 語義 進行服務復合效率低的缺點。因此，采用該機制，將會有助于提高語義w e b 上服務復 合的效率和準確率。 1 3 論文結構 文章組織結構如下： 第一章緒論主要介紹了本文的研究背景以及所要研究的內容； 第二章主要介紹了語義w e b 服務復合的相關概念和關鍵技術，并對其進行初步分 析，引出本體知識路由的概念； 第三章首先介紹和分析p 2 p 網絡的基本結構和特點，然后提出建立一種基于p 2 p 網絡的知識路由機制，并對其相關概念和工作機制進行詳細敘述； 第四章提出了面向知識路由的基于描述邏輯的語義w 曲服務動態(tài)復合機制d l a i p ， 并以描述邏輯為形式化證明工具，對該機制的合理性和復雜度進行了理論分析和證明； 第五章基于語義w e b 和語義元數(shù)據(jù)等相關技術，重點介紹了基于本體的e 1 e a r n i n g 教學平臺o b e t p ( o n t o l o g yb a s e de - l e a r n i n gt e a c h i n gp l a t f o r m ) 的設計與開發(fā)； 第六章是對全文工作的總結和對進一步研究工作的展望。 ， 5 太原理t 大學碩+ 研究生學位論文 第二章語義w e b 和本體知識路由 本章首先分析和介紹語義w e b 、語義w e b 服務及語義w e b 服務復合的相關概念， 然后以當前w e b 發(fā)展所要求的快速、準確、高效地定位目標知識為宗旨，提出了本體 知識路由的概念，并對其進行了初步的闡述。 2 1 語義w e b 對w e b 服務發(fā)展的影響 2 1 1w e b 服務概述 w e b 服務是一種新興的分布式技術，它的使用將改變目前的開發(fā)模式和應用部署 的費用規(guī)模。w e b 服務能夠統(tǒng)一地封裝信息、行為、數(shù)據(jù)表現(xiàn)以及商務流程，而無需考 慮應用所在的環(huán)境是使用何種系統(tǒng)和設備。它成為目前應用環(huán)境中最為合理的解決方案 n 1 1 。w e b 服務提供了一種嶄新模式：人們通過程序來自動啟動和處理商業(yè)事務，并能夠 在一個分布式的計算環(huán)境中動態(tài)地描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和調用所需的服務，而不用關心服 務在什么地方，以及它是怎么實現(xiàn)的 w e b 服務使用的是s o a 架構( s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，面向服務的架構) 。w 曲 s e r v i c e s 是獨立的、模塊化的應用，能夠通過i n t e m e t 來描述、發(fā)布、定位以及調用。 w e bs e r v i c e s 的體系架構中包括三個角色：服務提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) ，服務請求者 ( s e r v i c er e q u e s t e r ) 和服務注冊器( s e r v i c er e g i s t r y ) 。角色間有三個操作：發(fā)布( p u b l i s h ) ， 查找( f i n d ) ，綁定( b i n d ) 。如圖2 1 所示。 圖2 - 1w e bs e r v i c e s 的運行模式 f i g 2 - 1w e bs e r v i c e sr u n n i n gp a t t e r n 6 太原理工大學碩士研究生學位論文 下面分別從w e b 服務發(fā)現(xiàn)機制u d d i ( 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 ya n d i n t e g r a t i o n ) 和w e b 服務描述語言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 ) 兩方面 對w e b 服務作進一步的闡述。 ( 1 ) w e b 服務的基石u d d i u d d i t l 2 】是一套基于w e b 的、分布式的、為w 曲服務提供信息注冊中心的實現(xiàn)標準 規(guī)范，同時也是促使企業(yè)能將自身提供的w e b 服務進行注冊，以使別的企業(yè)能夠發(fā)現(xiàn) 服務的訪問協(xié)議的實現(xiàn)標準。它主要由a r i b a 、m m 、i n t e l 和m a c r o s o f t 等公司共同推出， 其v l 版本于2 0 0 0 年9 月正式發(fā)布，2 0 0 1 年6 月發(fā)布了v 2 版本，意圖建立一個全球化 的、平臺無關的、開放式的架構，通過創(chuàng)建、使用一個全球性的商務注冊中心，以共享 信息在定義的i n t e m e t 交互方式下使得企業(yè)能對外發(fā)布自己的服務并且輕松快捷地尋找 到需要的w e b 服務，從而加速全球b 2 b 電子商務的應用。 u d d i 的核心組件是u d d i 商業(yè)注冊，它使用一個x m l 文檔來描述企業(yè)及其提供 的w e b 服務。從概念上來說，u d d i 商業(yè)注冊所提供的信息包含白頁、黃頁和綠頁三個 部分。所有的u d d i 商業(yè)注冊信息存儲在u d d i 商業(yè)注冊中心中，通過u d d i 注冊，各 企業(yè)可以將自身的描述、服務描述以及服務訪問方式的描述公開發(fā)布。 通過使用u d d i 的發(fā)現(xiàn)服務，企業(yè)可以單獨注冊那些希望被別的企業(yè)發(fā)現(xiàn)的自身提 供的w e b 服務。企業(yè)可以通過u d d i 商業(yè)注冊中心的w e b 界面，或使用實現(xiàn)了“u d d i p r o g r a m m e r sa p i 標準”所描述的編程接口的工具，將信息加入到u d d i 的商業(yè)注冊中 心。u d d i 商業(yè)注冊中心在邏輯上是集中的，在物理上是分布式的，由多個根節(jié)點組成， 相互之間按一定規(guī)則進行數(shù)據(jù)同步。當一個企業(yè)在u d d i 商業(yè)注冊中心的一個實例中實 旌注冊后，其注冊信息會被自動復制到其他u d d i 根節(jié)點，于是就能被任何希望發(fā)現(xiàn)這 些w 曲服務的人或單位所發(fā)現(xiàn)。 u d d i 核心技術包括核心部件、u d d i 運用、互操作協(xié)議棧、技術發(fā)現(xiàn)層、p 2 p ( p e e r t op e e r ) 數(shù)據(jù)同步以及商務發(fā)現(xiàn)功能等六部分。 ( 2 ) w e b 服務描述語言w s d l w e b 服務的描述是進行服務發(fā)現(xiàn)和復合的基礎。隨著通信協(xié)議和消息格式在w e b 中的標準化，以某種格式化的方法來描述通信變得越來越重要，其實現(xiàn)的可能性也越來 越大。服務提供者向一個或多個服務注冊處發(fā)布服務描述。服務提供者使用服務描述通 知服務請求者所有必要事項，以便請求者理解如何調用服務。服務描述對于查找操作也 7 太原理t 大學碩士研究乍學伊論屯 同樣是重要的。服務描述是服務請求者查找服務注冊的基礎查找操作的最終結果就是 獲得服務描述。服務描述對于綁定操作的重要性體現(xiàn)在它確切描述了調用w e b 服務的 消息格式以及目標網絡地址。 目前大多數(shù)的w e b 服務描述規(guī)范都是語法性的1 1 3 】，典型的就是w s d l 。w s d l 由 a r i b a 、i n t e l 、i b m 和m i c r o s o f t 等開發(fā)商提出，采用標準的x m l 格式描述w e b 服務。 它用一種和具體語言無關的抽象方式定義了給定w e b 服務收發(fā)的有關操作和消息。 w s d l 定義了一套“l(fā) 語法描述的網絡服務方式。它是描述w e b 服務的規(guī)范。在w s d l 文檔中描述了服務的地址，所支持的操作以及通信的細節(jié)，比如對參數(shù)數(shù)目和參數(shù)類型 等都作了詳細的描述。將服務描述成w s d l 的形式，服務提供者能夠隱藏服務內部復 雜的實現(xiàn)機制，而服務請求者能夠繞過平臺細節(jié)從而根據(jù)w s d l 規(guī)范來調用服務。 一個w s d l 文檔包含了w e b 服務的四個重要信息。分別是：接口信息、數(shù)據(jù)信息、 綁定信息以及地址信息。一個w s d l 文檔在定義網絡服務時使用如下元素： 類型( t y p e s ) ：一種使用某種類型系統(tǒng)( 如x s d ) 定義數(shù)據(jù)類型的容器，定義了 所有數(shù)據(jù)類型集合。 消息( m e s s a g e ) ：通信數(shù)據(jù)抽象的、有類型的定義，定義了通信中使用的消息的 數(shù)據(jù)結構。 操作( o p e r a t i o n ) ：w e b 服務支持的某種行為的抽象描述。 端口類型( p o r t t y p e ) ：對于某個訪問入口點類型所支持的操作的抽象集合，使 用m e s s a g e s 部分的消息定義來描述方法( 操作名稱、輸入輸出參數(shù)等) 。 綁定m d m g ) ：將特定端口類型的具體協(xié)議和數(shù)據(jù)格式規(guī)范綁定。 端口( p o r t ) ：定義為協(xié)議數(shù)據(jù)格式綁定與具體w e b 訪問地址組合的單個服務 訪問點，描述的是一個服務訪問入口的部署細節(jié)。 服務( s e r v i c e ) ：相關w e b 服務訪問點的集合。 此外，w s d l 還定義了通常的綁定機制。這種機制用于為抽象的消息、操作或端 點附加一種特定的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或結構。它允許抽象定義的重用。 2 1 2 語義w e b 概述 語義w e b 的目標是使得w e b 上的信息具有計算機可以理解的語義，滿足智能軟件 代理( a g e n t ) 對w w w 上異構和分布信息的有效訪問和檢索【1 4 l 。語義w e b 的研究和開發(fā) 8 太原理工大學碩士研究生學位論文 是按層次進行的，每一層都建立在更低層次的基礎上【15 1 。圖2 - 2 是t 缸b e m e r s l e e 為未 來w e b 發(fā)展提出的基于語義的體系結構一語義w e b 體系結構： 圖2 - 2 語義w e b 層次結構圖 f i g 2 - 2t h eh i b e r a r c h yo f s e m a n t i cw e b 【3 】 ( 1 ) u 和u n i c o d e w e b 環(huán)境中的應用需要相互通信，資源之間直接或間接地以機器可理解的數(shù)據(jù)格式 傳遞和發(fā)布信息。這些信息是對w e b 上資源的描述。因此，首先應該以明確的方式來 標識這些資源。語義w e b 采用統(tǒng)一資源標識符( u n i f o r mr e s o u r c ei d e n t i f i e r s ，u r i ) 來標 識資源及其屬性，u r i 是一個i n t e m e t 標準，記載于r f c 2 3 9 6 p 6 1 。它和w w w 常用的統(tǒng) 一資源定位符( u 1 1 i f o r mr e s o u r c el o c a t o r ，u i 也) 以及統(tǒng)一資源名稱( u n i f o r mr e s o u r c e n a m e ，u r n ) 的區(qū)別在于u r i 泛指所有以字符串標識的網絡資源，包含了u r l 和u r n 。 另外由于語義w e b 的最終目的是要構建一個全球信息的網絡，在這個網絡上應該涵蓋 各種語言和文字的信息資源，所以它采用統(tǒng)一編碼u n i c o d e 作為字符的編碼方案。這一 層是這個語義w e b 的基石，它成功地解決了w w w 上資源的定位和跨地區(qū)字符編碼的 標準格式的問題。 ( 2 ) x m l 、n a m e s p a e e 和x m ls c h e m a ， 在u r i 和u n i c o d e 之上，是x m l 及相關技術層。x m l 允許用戶根據(jù)需要自定義 一些“有意義的”標簽對發(fā)布的內容進行標記，并使用文檔類型定義【d o c u m e n tt y p e d e f i n i t i o n ，d t d ) 或x m ls c h e m a 來約束這些標簽的結構。由于x m l 標簽可以由用戶 根據(jù)自己的需要來定制，這樣不可避免地會造成標簽同名的情況，為了避免這樣的沖突， w 3 c 采用了n a m e s p a c e 機制。例如：用戶可以制定 標簽： 9 太原理下大學碩十研究牛學伊論文 這樣即使其他用戶也自定義了 標簽只要它們的n a m e s p a c e 不同，也不會造成 沖突。因此，這一層通過x m l 的特性，實現(xiàn)了文檔對自身結構的描述，實現(xiàn)了跨應用 的語法互操作層，這是傳統(tǒng)的h t m l 語言所無法完成的。有一點值得注意， 這個標簽對人來說很容易理解，但對計算機而言，x m l 標簽 和h t m l 標簽 沒有本質的區(qū)別，因為計算機并不能真正理解x m l 標簽 的含義。也就是說， x m l 是底層的數(shù)據(jù)交換格式，它只是解決了文檔內容的次序，結構的問題，并沒有解 決文檔內容的語義、聯(lián)系的問題。標簽的具體含義的定義和互操作要交給上一層去解決。 ( 3 ) r d f 和r d fs c h e m a x m l 層的上一層是數(shù)據(jù)互操作層一一資源描述框架( r e s o u r c ed e s c r i p t i o n f r a m e w o r k ，r d f ) 和r d fs c h e m a 。r d f 本身并沒有規(guī)定語義，但是它為每一個資源描 述體系提供了一個能夠描述其特性需求的語義結構的能力。它定義了一種機器可理解的 數(shù)據(jù)語義的數(shù)據(jù)模型。該數(shù)據(jù)模型主要包含下面的三個對象類型： 資源( r e s o u r c e s ) ：資源可能是整個網頁，或網頁的一部分；或頁面的全部集合； 或者是不能通過w 曲直接訪問的對象。 特性( p r o p e r t i e s ) ：特性是描述某個資源特定的方面、特性、屬性或關系。 聲明( s t a t e m e n t s ) ：一個特定的資源和特性名稱加上該特性的值一起構成了一個 r d f 聲明。一個聲明中包含三個部分，分別稱為：主體( s u b j e c t ) ，謂詞( p r e d i c a t e ) 和對象( o b j e c t ) 。從本質上說，r d f 定義o b j e c t - p r o p e r t y - v a l u e 三元組作為基本建 模原語并為它們引入了標準的語法。 r d f 和x m l 之間的關系一直是一個容易混淆的問題，它們之間有著明確的功能分 工：r d f 解決如何無二義性地描述資源對象的問題，使得描述的資源的元數(shù)據(jù)信息成為 機器可以理解的信息。r d f 通過基于x m l 語法的明確定義的模型來幫助建立語義協(xié)定 ( r d f s ) 和語法編碼( x m l ) 之間的橋梁，并以此來實現(xiàn)元數(shù)據(jù)的互操作功能【1 7 】。這部分解 決了部分通用語義的問題，但是r d f r d f s 描述語義的功能非常有限，需要進一步擴展。 ( 4 ) o n t o l o g y 砌) fs c h e m a 可以定義類、子類、超類，并且可以定義屬性和子屬性，以及它們的 約束如：領域( d o m a 岫和范圍( 瑚n g 囝等，因此在某種意義上說，r d fs c h e m a 本身就是一 種簡單的本體( o n t o l o g y ) i 吾言。但是r d f r d f s 對特定應用領域的詞匯描述能力比較弱， 需要進行擴展，我們把這個r d f r d f s 之上的擴展層稱為o n t o l o g y 層。 1 0 太原理工大學碩士研究生學位論文 o n t o l o g y 作為種能在知識層提供知識共享和重用的工具在語義w