基于语义的web服务发现与组合关键技术研究

论文摘要

电子商务、电子政务应用的不断深入发展要求分布在不同地理位置、具有多种多样的硬件平台、操作系统、编程语言、软件技术和数据库管理等技术因素的企业(或政府部门)应用系统可以在Internet环境下进行企业(或政府部门)之间的应用互操作和应用集成，要求能够根据不同的应用需求，快速、灵活地发现合适的业务应用程序，或者在单个业务应用程序无法满足需求的情况下能自动化地组合各种已有的和新添置的业务应用系统，并使得它们可以有机地协同工作来为用户提供服务。Web服务概念以及web服务体系结构的提出使得服务提供者可以将自己的软件以服务的形式提供给用户，同时，服务通过将不同层次的应用和资源抽象成统一的形式并提供标准的服务使用方法，为分布环境下资源共享与协同工作提供了很好的支持。语义web服务是语义web与web服务技术的结合体，通过对web服务进行语义封装可便于实现web服务的自动化发现、调用、互操作、组合、执行、监控等。因此，如何将语义web与web服务技术结合起来以实现web服务的自动化发现和组合是一个非常值得研究和探讨的问题。本文结合国家自然基金项目“面向资源自动发现的网络信息空间结构化模型研究”以及863重大专项课题“上海市电子政务关键技术研究与开发”，针对基于语义web服务的自动化服务发现和自动化服务组合的关键问题进行了研究，并设计和实现了基于语义web服务的自动化服务发现和服务组合原型系统ASDC(Automatic Service Discovery and Composition)。“自动化服务发现”是指系统可以自动化地选择能满足用户的特定需求和相关约束的服务。“自动化服务组合”是指当不存在能满足用户需求的单个服务情况下，系统可以自动化地产生满足用户需求的组合web服务。本文主要的工作和成果如下：(1)提出一种支持自动化服务发现和服务组合的语义web服务描述模型(简称ASDC服务描述模型)。该模型不仅包括传统web服务所描述的输入输出消息的数据类型和绑定等底层调用内容，还包括web服务的语义信息以及它所包含的操作和相关输入输出信息的语义内容以及服务质量描述信息，同时还包括web服务参量所包含的数据元的描述信息。对web服务的描述细化到服务参量所包含的数据元，可便于对序列web服务之间需交换的信息进行自动化的语义转化与异构消除。(2)提出一个自动化的服务发现方法。该方法先把用户的特定需求和相关约束转化为初始状态与需求目标，然后把它们与web服务的执行前提条件(preconditions)和后驱状态(effects)进行语义比较，根据一种匹配算法确定服务请求与web服务之间的匹配度，以得出web服务相对于用户需求的合适程度。与传统的基于关键字和目录的服务搜索方法相比，该方法使服务发现变得更方便灵活、更自动化、更符合用户的服务需求。(3)提出一种基于语义web服务的自动化服务组合技术。该技术允许计算机能精确地理解用户的需求，并使得计算机根据该需求利用已经发布的web服务的语义信息进行语义化推理产生抽象工作流(所谓抽象，是因为只考虑业务逻辑问题而忽略了进行交互的web服务之间的底层匹配的细节问题)，再根据抽象工作流中需互操作的web服务的语义信息与语法信息对它们之间要交换的消息进行必要的语义转化以及异构消除，自动化地把抽象的工作流转化为可执行的工作流(如以BPEL4WS表示)。该组合技术通过把服务组合分为产生抽象工作流和语义转化以及异构消除两个阶段，既便于实现自动化服务组合，又把web服务之间的异构性考虑其中，从而提高了自动化服务组合的可适用性。(4)提出一种着色Petri网的web服务组合形式化模型，该模型具有可视化地、动态地反映web服务组合过程的能力。因此，可以采用该模型模拟给定的组合服务的执行过程，以便对web服务组合模型的正确性、有效性进行分析与评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 研究由来和目标
• 1.2 一个应用实例
• 1.3 研究的问题
• 1.4 研究背景
• 1.4.1 项目背景
• 1.4.2 技术背景
• 1.4.2.1 web服务技术
• 1.4.2.2 语义web技术
• 1.5 提出的解决办法
• 1.6 主要研究内容
• 1.7 创新点
• 1.8 全文的组织结构
• 第二章 WEB服务发现与组合的研究现状分析
• 2.1 面向服务的计算（SOC）
• 2.2 WEB服务:标准和相关技术
• 2.3 语义WEB服务
• 2.4 WEB服务发现
• 2.5 WEB服务组合
• 2.5.1 基于工作流的web服务组合方法
• 2.5.2 基于智能规划的组合方法
• 2.5.2.1 基于情境演算的规划
• 2.5.2.2 基于规划域定义语言（PDDL）的规划
• 2.5.2.3 基于规则的规划
• 2.5.2.4 其他的AI规划方法
• 2.5.3 基于程序综合的组合方法
• 2.5.4 web服务组合方法分析
• 2.6 小结
• 第三章 基于语义WEB服务的自动化服务发现与组合的体系结构
• 3.1.引言
• 3.2.体系结构
• 3.2.1.本体库
• 3.2.2.web服务注册库
• 3.2.3.服务发现模块
• 3.2.4.服务组合规划系统
• 3.2.5.语义转化和异构消除模块
• 3.3.自动化服务发现过程
• 3.4.自动化服务组合过程
• 3.5.小结
• 第四章 信息资源的本体描述
• 4.1 引言
• 4.2 语义WEB及其语言
• 4.2.1 XML/XML Schema
• 4.2.2 RDF/RDFS
• 4.2.3 OIL（Ontology Inference Language）
• 4.2.4 DAML+OIL
• 4.2.5 OWL（Web Ontology Language）
• 4.3 本体形式化定义中的逻辑
• 4.3.1 基于描述逻辑的本体
• 4.3.2 描述逻辑的基本元素
• 4.3.3 支持本体推理的规则
• 4.3.4 OWL的语义推理
• 4.4 信息资源本体的建立
• 4.4.1 本体论工程
• 4.4.2 电子政务领域本体建立的实例分析
• 4.5 小结
• 第五章 ASDC服务描述模型及其基于语义的服务发现方法
• 5.1.引言
• 5.2.当前WEB SERVICE的描述模型
• 5.2.1 WSDL（web service描述语言）的描述模型
• 5.2.2 OWL-S的描述模型
• 5.3.ASDC服务描述模型
• 5.3.1 ASDC服务描述模型的详细定义
• 5.3.2 实例分析
• 5.4.基于语义WEB服务的自动化服务发现方法
• 5.4.1 web服务的语义匹配算法
• 5.4.2 相关工作比较
• 5.5.小结
• 第六章 基于语义WEB服务的自动化服务组合
• 6.1 引言
• 6.2 当前WEB服务组合模型及其关键技术
• 6.2.1 Web服务组合模型的设计需求
• 6.2.2 Web服务组合模型简要总结
• 6.2.3 常用web服务流程建模语言支持特性的比较分析
• 6.3 服务规划
• 6.3.1 把OWL-S转化为规划元素
• 6.3.2 规划产生
• 6.3.2.1 相关术语定义
• 6.3.2.2 规划算法
• 6.4 规划选择（基于非功能属性）
• 6.5 语义转化及异构消除
• 6.6 可执行工作流的产生
• 6.7 相关工作比较
• 6.8 小结
• 第七章 WEB服务组合的模拟与分析
• 7.1 PETRI网对WEB服务组合模型验证的支持
• 7.2 基于着色PETRI NET的WEB服务组合模型
• 7.2.1 着色Petri网简介
• 7.2.2 基于着色Petri网的web服务组合形式化模型
• 7.2.3 模型的应用—web服务组合的模拟与分析
• 7.3 相关工作比较
• 7.4 小结
• 第八章 原型系统设计
• 8.1 引言
• 8.2 语义WEB服务在电子政务的应用
• 8.3 原型实现
• 8.3.1 原型系统的功能模块
• 8.3.2 主要实现工具及界面
• 8.3.2.1 Protégé本体开发工具
• 8.3.2.2 Jena
• 8.3.2.3 Jess
• 8.3.2.4 BPWS4J
• 8.3.2.5 用户界面GUI
• 8.4 小结
• 第九章 结束语
• 9.1 主要工作内容总结
• 9.2 主要创新及贡献
• 9.3 进一步的研究方向
• 参考文献
• 附录一 "外资企业在华注册"示例中的本体词汇定义列表
• 附录二 "外资企业在华注册"的SERVICEPROCESS文件示例
• 附录三 "外资企业在华注册"的BPEL4WS文件示例
• 攻博期间发表论文的情况
• 攻博期间主持、参加的项目
• 致谢