基于本体的Web服务语义支撑技术研究

论文摘要

Web服务是一种新兴的分布式计算模式,提供了一种基于Internet的且与开发环境无关的软件服务。该软件形式与运行平台无关,经过封装的服务发布在Internet上,供用户选择、绑定和调用。这种面向服务的计算模式遵循一定的体系结构,适应了Web环境的开放性,奠定了Web信息和应用程序集成的技术基础。但是,现有的Web服务缺少明显的语义,Web服务之间不能很好地理解其相互传递的消息,阻碍了服务之间的通讯和交互,无法实现服务的自动组合;从服务发现的角度看,基于关键词的语法级服务发现无法保证其准确性,缺乏语义信息的支撑更无法实现在给定的服务候选集中进行二次选择。上述问题的关键原因是缺乏一个面向Web服务的可共享的语义平台,因而无法实现Web服务的接口和执行过程的可共享语义解释。语义平台的搭建有利于提高服务发现的质量,奠定服务自动组合基础。在2000年12月的XML2000会议上,万维网的创始人Tim Berners-Lee正式提出语义Web概念,拟扩展当前的WWW,把Web上的信息表示成机器能够理解和处理的形式,同时在计算机和人类理解的语义之间建立一种联系,使得网络中所有信息都具有语义性。语义Web主要基于XML、RDF/RDFS和OWL等语言,并在此基础上构建本体和逻辑推理规则,以实现基于语义的知识表示和推理,使得计算机能理解和处理Web信息。语义Web服务是在Web服务中加入语义支撑,构造一种带有语义的Web服务环境,使得服务接口及执行过程具有语义支持。针对这些实际应用需求、研究现状和存在的问题,本文主要围绕Web服务语义平台搭建,提出一个多技术支撑的面向服务的架构MTSSOA,该架构以本体为核心,以Web服务的过程属性描述和语义协同为辅助技术,着重研究了面向语义Web服务的分布式本体映射、分布式本体融合、本体语义相似性计算、Web服务操作语义支撑和开放环境下的语义协同等问题。论文的主要研究内容和成果如下:首先,构造了一个多技术支撑的面向Web服务的架构MTSSOA,引入动态QoS数据库、上下文模式库和动态属性数据库,服务被调用和执行后,反馈维护信息;构造本体库支撑Web服务的接口解释和Agent协同;然后,综合考虑Web服务的开放性和分布性,分别采用本体映射和融合方法关联分布式本体,以构造更高层次的语义共享空间,同时给出基于相似性原理的本体语义贴近度的定量计算,论文中给出了实验及分析,验证了分布式本体融合及冗余关系约简算法的有效性;另外,针对Web服务执行的动态和并发属性,给出了一个Web服务操作语义的形式化描述方式,可用于Web服务过程属性描述;最后,阐述了原型系统设计与实现中的两个关键技术:领域本体自动获取和基于元组空间的语义协同。在论文中解决了Web服务的语义平台搭建中的分布式本体映射、融合和本体语义相似度定量计算等问题,给出了面向服务通讯和交互的Web服务动态属性表示方法,实现了开放环境下基于元组空间的语义协同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 WEB 服务语义支撑的需求分析
• 1.2.1 服务描述的静态语义共享需求
• 1.2.2 服务执行与组合的操作语义需求
• 1.2.3 分布式环境的语义协同需求
• 1.3 本课题来源和选题依据
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 选题依据
• 1.3.3 研究目的与意义
• 1.4 本论文主要研究内容及文章结构
• 1.4.1 本文研究内容及方法
• 1.4.2 论文结构
• 第二章 相关工作
• 2.1 WEB 服务研究现状
• 2.1.1 Web 特征及功能转变趋向
• 2.1.2 Web 服务及基本协议
• 2.1.3 语义Web 技术的兴起
• 2.2 本体与语义共享研究现状
• 2.2.1 本体概述
• 2.2.2 基于本体的语义共享研究现状
• 2.3 服务执行属性形式化及操作语义研究现状
• 2.4 开放环境下基于元组的语义协同研究现状
• 2.5 本章小结
• 第三章 多技术支撑的面向服务的架构MTSSOA
• 3.1 经典的WEB 服务架构
• 3.2 多技术支撑的MTSSOA 服务架构
• 3.3 MTSSOA 架构中的服务本体和语义协同
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于本体的共享语义空间理论
• 4.1 基本概念
• 4.2 基于规则的分布式本体映射
• 4.2.1 基于桥规则的本体映射
• 4.2.2 分布式本体机内表示及映射算法
• 4.3 基于内涵和外延的分布式本体融合
• 4.3.1 本体融合流程
• 4.3.2 概念包含和等价判定算法
• 4.3.3 概念格约简算法
• 4.3.4 约简算法实验分析
• 4.4 分布式本体语义度量
• 4.4.1 概念语义距离计算
• 4.4.2 基于相似学的语义贴近度计算
• 4.5 本章小结
• 第五章 WEB 服务的操作语义支撑
• 5.1 引言
• 5.2 WEB 服务动态模型
• 5.3 WEB 服务构件的状态派生图及机内表示
• 5.3.1 Web 服务的状态迁移图
• 5.3.2 Web 服务构件机内表示
• 5.4 基于状态迁移的WEB 服务等价性判定
• 5.4.1 基于图同态的迁移图等价性判定
• 5.4.2 基于强模拟的迁移图等价性判定
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于本体的语义协同
• 6.1 体系结构
• 6.2 协同元本体
• 6.3 协同原语
• 6.3.1 ia 协同操作
• 6.3.2 sir 协同操作
• 6.3.3 dir 协同操作
• 6.3.4 mir 协同操作
• 6.4 本章小结
• 第七章 原型系统设计与实现中的关键技术
• 7.1 领域本体自动获取
• 7.1.1 领域本体自动获取系统架构
• 7.1.2 本体自动获取方法与实验分析
• 7.2 SWTS 原型系统的设计与实现
• 7.2.1 实现环境
• 7.2.2 语义元组空间
• 7.2.3 性能分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 论文总结
• 8.2 有待解决的问题和未来研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究的成果及发表的学术论文
• 主持及参加的科研项目
• 发表的学术论文
• 参加的国内外学术会议
• 附录
• 附录1：概念格冗余包含关系约简代码
• 附录2：WEB 服务状态迁移图存储代码
• 附录3：IA 协同操作算法
• 附录4：SIR 协同操作算法
• 附录5：DIR 协同操作算法
• 附录6：MIR 协同操作算法