基于形式化的语义Web服务自动组合方法研究

论文摘要

语义Web和Web服务是WWW发展的两个重要趋势,这两种技术的结合产生了另一个新兴的研究课题——语义Web服务。语义Web服务是指用语义Web标记语言来描述服务的语义,使Web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。基于语义Web的服务自动组合技术,目标是使软件Agent能根据用户的需求将各种已有的Web服务自动地组合起来、协同工作完成用户的任务,使服务可以灵活地满足用户的需求,实现“按需服务”。语义Web服务组合研究领域的一个重要的问题是如何形式化描述语义Web服务组合,如何验证服务组合的正确性。语义Web服务组合涉及多个Web服务通信协作,以及推理,这些特点使得语义Web服务组合的验证更加困难。而且,语义Web服务的组合语言作为一种基于本体标记语言OWL的服务组合方法,建模理论基础比较薄弱,组合正确性的保证较弱。而错误的模型会导致运行的失败,运行失败就会给开发带来不必要的损失,因此模型的正确性、无死锁性等问题,在它正式被实施前必须得到形式上的模拟与检验。本文针对上述问题,研究AI规划、有色Petri网如何形式化及其验证语义Web服务的自动组合,并提出了一种基于Pi演算的语义Web服务组合的建模方法,利用Pi演算的并发计算操作符,将语义Web服务组合建模为一组并发执行的服务组合,在此基础上验证Web服务组合的正确性。主要研究内容包括以下五个方面:（1）研究AI规划、有色Petri网如何实现对语义Web服务的形式化描述及其验证方法,得出利用有色Petri网验证语义Web服务组合的优点和缺点。（2）在对语义Web服务组合的模型及其描述语言OWL-S和Pi演算研究的基础上,提出了一种基于Pi演算形式化、验证语义Web服务的自动组合的方法。该方法可以保证语义Web服务自动组合的正确性以降低由于Web服务执行的失败带来的开销。（3）对于用Pi演算形式化描述和建模的语义Web服务组合进行正确性的验证,对于验证后的Web服务组合给出反馈意见。（4）本文对语义Web服务组合的验证不是停留在架构层面上,而是直接对语义Web服务组合语言编写的程序代码进行验证,因此更具有可行性和实用性。（5）利用Pi演算形式化、验证语义Web服务组合,解决了语义Web服务中基于语义的不同组合序列的模型也能匹配的问题,不仅证明了组合模型的正确性,还证明了需求模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究课题及意义
• 1.3 论文解决主要问题
• 1.4 论文的总体结构
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 Web 服务组合
• 2.1.1 基本框架
• 2.1.2 Web 服务组合的方法
• 2.2 语义Web 服务组合相关技术
• 2.2.1 语义Web 技术
• 2.2.2 语义Web
• 2.2.3 语义Web 服务
• 2.3 Web 本体论描述语言
• 2.3.1 本体论
• 2.3.2 OWL-S
• 2.4 小结
• 第三章 基于AI 规划和Petri 网的语义Web 服务组合
• 3.1 基于AI 理论的Web 服务自动组合方法
• 3.1.1 基于OWL-S 和HTN 规划系统的Web 服务组合方法
• 3.1.2 基于SHOP2 的Web 服务组合原型系统的优缺点
• 3.2 基于Petri 网的Web 服务组合
• 3.2.1 有色Petri 网
• 3.2.2 基于有色Petri 网的语义Web 服务组合
• 3.3 小结
• 第四章 基于Pi 演算的Web 服务组合
• 4.1 Pi 演算简介
• 4.1.1 语法定义
• 4.1.2 Pi 演算的操作语义
• 4.1.3 结构等价规则
• 4.1.4 化简规则
• 4.2 Pi 演算建模Web 服务
• 4.2.1 Pi 演算与Web 服务元素的对应关系
• 4.2.2 Web 服务的Pi 演算建模
• 4.3 基于Pi 演算的语义Web 服务组合
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 语义Web 服务组合的形式化描述
• 4.4 语义Web 服务组合的Pi 演算建模
• 4.5 小结
• 第五章 基于Pi 演算检验语义Web 服务组合实例
• 5.1 基于Pi 演算检验语义Web 服务组合的验证
• 5.1.1 问题描述及处理过程
• 5.1.2 服务的Pi 演算描述
• 5.1.3 MWB 验证工具
• 5.1.4 实验结果及其分析
• 5.2 原子服务匹配
• 5.2.1 问题描述
• 5.2.2 应用理论
• 5.2.3 基于Pi 演算的模型实例
• 5.2.4 实验结果及分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录