基于OWL共享本体的动态Web服务组合

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1、基于OWL共享本体的动态Web效劳组合Dynarmic Web Services Composition Based On OWL Shared Ontology 须文波1，周中成1,2XU Wen-bo1,ZHOU Zhong-cheng1,2(1. 江南大学信息工程学院，江苏 无锡 214036；2.苏州科技大学应用数学系，江苏 苏州2150111.School of Information Engineer,Southern Yangtze University,Wuxi 214036;2.Department of Applied Mattthematics,Soochow Unive

2、rsity of Science and Technology ,suzhou 215011,China)摘要：在自动的动态Web效劳组合中，如何提高匹配成功率是个很重要的课题。本文认为，通过结合语义.Web效劳本体语言OWL-S 和Web本体语言OWL，将语义引入Web效劳，可以提高效劳发现和匹配的效率，并可以方便地实现Web效劳组合的自动化。本文给出了一个基于Java的实现平台，并在效劳匹配过程中实现了基于OWL共享本体的效劳匹配。 Abstract:How to promote the successful match rate in dynamic Web service compos

3、ition is a big problem. Byintegrating semantics into Web service compasotion through OWL and OWL-S,this paper intrduces an approach which can promote the efficiency of service discovery and service math ,and realizes the automation of Web service compasotion.A Java based implemetation platform is gi

4、ven and the service match based on shared ontology is realized. 关键字：动态Web效劳组合；语义Web效劳；OWL-S；本体 Key words:dynamic Web services composition;semantic Web services;OWL-S;ontology 中图分类号：TP393 文献标识码：Aseveral group number, then with b a, =c,c is is methyl b two vertical box between of accurate size. Per-23

5、 measurement, such as proceeds of c values are equal and equal to the design value, then the vertical installation accurate. For example a, b, and c valueswhile on horizontal vertical errors for measurement, General in iron angle code bit at measurement level points grid errors, specific method is f

6、rom baseline to methyl vertical box center line distance for a, to b vertical box distance for b, list can measured91引言Web效劳组合就是把现有的根本Web效劳这些Web效劳很多情况下是来自不同的组织联合起来提供具有附加值的新功能1。 Web效劳组合Web 效劳应用中的意义和重要性已经获得了很多研究者的认同2,3。作为Web效劳的效劳提供者，企业为了保持竞争力，必须具有在任何时候针对不同的客户 这里当然就是组合Web效劳的使用者 都提供最好效劳的能力。 显然试图不断的手工修改组

7、合 Web效劳模板组合Web效劳模板中的Web效劳不需要是实际的可执行Web效劳，其任务是标记效劳的输入输出及其它重要参数特征，本文称之为Web效劳原型以反映环境的改变的方法是不太可行的。因为这种环境的改变过于频繁：在Web上，不断地会有新的效劳提供者出现，暂停或终止效劳；并且，手工修改模板是一件耗时的重复性也不断地会有效劳提供者工作。在在理想状态下，组合Web效劳要在没有人工干预或是很少人工干预的情况下能够自动、透明地适应环境的变化及客户的需要4。因为静态的Web效劳组合在组合Web效劳设计师即预先定义参与其中的Web效劳而不会再有所改因而无法满足上述要求。而动态的Web效劳组合是最优先的，

8、如此那么可以较好的满足上述要求。 要实现动态Web效劳组合，必须经过三个步骤：第一是以某种适宜的语言定义组合Web效劳模板；第二是对模板中每个Web效劳原型要自动发现、匹配、选择优先的Web服来具体实现其功能，最终的带实例化的可执行Web效劳；最后一步是执行前一步得到的实例化组合Web效劳。上述三个步骤中的第二步，即自动的Web效劳发现、匹配及选择是动态Web效劳组合的关键。但是假设没有语义地支持，自动的效劳发现、选择、匹配要获得较高的匹配率是比拟困难的。OWL S作为语义Web效劳本体语言，与OWL一起可以提供描述Web效劳地语义支持；另外，通过OWL-S中的ProcessModel 及其中

9、的重 要组合两外通过的余地支持 并且有两个组成 的匹配是 非常困难的，手工的 要本体组合过程另外通过OWL-S中的其中重 要本体组合过程OWL-S具有表达Web效劳间交换的能力。故而，OWL-S也可作为组合Web效劳模板的描述语言。本系统以OWL-S与OWL语言为根底，开发了一个自动的动态Web效劳组合平台；同时为提高效劳匹配的成功率，系统提出并实现了基于基于OWL共享本体的效劳匹配。2 Web本体语言OWL与语义Web效劳本体语言OWL-SOWL( Ontology Web Language,简称OWL)是一种定义结构化的、基于Web的本体的语言。OWL相对于XML、RDF和RDFSchem

10、a拥有更多的原语来表达语义，从而超越了XML、RDF和RDFSchema的表达能力。OWL-S是一种基于OWLOWL现在是语义Web建议标准5的描述Web效劳的本体语言。下面简单介绍OWL-S的高层本体结构6。OWL-S本体是根据Service的三个属性即presents、describedBy和supports来建造的，这三个属性分别答复Web效劳的三个根本问题：此Web效劳提供什么样的效劳；Web效劳具体怎样工作的以及效劳调用方具体如何使用Web效劳.这三个问题分别由上述三个属性的range即ServiceProfile、ServicerviceModel及ServiceGrounding

11、来答复。ServiceModel中最重要的实体是过程(Process)。过程共有三种类型：原子过程、简单过程及组合过程。原子过程不包含子过程，而组合过程由子过程原子过程或组合过程组成。一般而言，含有组合过程的Web效劳即是组合Web效劳。3系统原理及系统框架系统有两个主要部件Web效劳组合器与组合Web效劳引警构成，如图1所示虚线框内Web效劳组合器的内部构件。系统首先要输入组合Web效劳模板文件及输入参数，Web效劳组合器解析组合Web效劳模板文件，将每个需要替换的Web效劳原型予以析出并根据一定的规那么选择优选的Web效劳予以替换，最终形成可以实际执行的组合Web效劳实例，此可执行组合We

12、b效劳实例与输入参数一起传递给组合Web效劳执行引警予以执行并返回执行结果。 由此可见，Web效劳组合器的功能时将组合Web效劳模板转化为实际可执行组合Web效劳实例。这个转化是通过模板中的Web效劳原型优选出来的实际可执行效劳来完成的。替换由三个组件效劳发现器、效劳匹配器、及效劳选择器协作完成。 下面介绍效劳替换的原理。待替换的Web效劳原型wls输入效劳发现器，效劳发现器从Web效劳原型wls的Profile中获得参数及效劳分类SeoryrviceCategory，此参数标记效劳所属的分类。接着UDDI效劳器从Web效劳的效劳描述文档采用OWL-S语言的URI列表。效劳匹配器根据匹配的算法

13、，从前面获得URI列表中除去不匹配的效劳并筛选出匹配wls的Web效劳。根本可以保证是同被替换Web效劳wls务原型组合Web效劳执行引警OWL-SAPIAAAxisWeb效劳组合器效劳发现器Systinet UDDI效劳选择器效劳匹配器 通 信 通 道Web效劳及其本体描述文档Web效劳及其本体描述文档 具有相同的功能，可以替换wls。一般情况下，匹配wls。的Web效劳一般不唯一，甚至可能数量很大。效劳选择器的作用就是从这一系列匹配的wls的Web效劳中根据效劳参数优选出一个Web效劳来具体替换wls，最终完成Web效劳原型wls的发现、匹配、及选择。当效劳模板中的所有Web效劳原型都替换

14、完毕时，就得到可执行的组合Web效劳并最终交给Web效劳执行引警予以执行。效劳匹配器在系统中扮演非常重要的角色，下面一节详细介绍效劳匹配器的实现原理。 4 基于OWL共享本体的效劳匹配的原理及具体实现效劳发现器返回的Web效劳只是在UDDI注册的同Web效劳原型wls同类别的Web效劳，并不能保证与wls具有相同的功能并且可以替换wls，效劳匹配器要从效劳发现器返回的Web效劳列表中筛选出可以匹配wls的Web效劳。本系统设计的筛选过程是根据Web效劳的功能属性Input与Output进行匹配、筛选，因为这个匹配、筛选过程是以OWL共享本体为根底实现的，这里把它叫做基于OWL共享本体的效劳匹配

15、。O 效劳匹配的根本功能是要求待匹配效劳与Web效劳原型wls具有相同的功能并可以替换wls。要实现有效的自动Web效劳组合，必须保证很高的匹配成功率；否那么，大量的错误会导致组合效劳实例的无法执行或是错误执行从而要重新组合，严重影响系统效率。这里的首要问题是如何标示一个Web效劳的功能：一种方法是对Web效劳进行详尽而细致的分类标示Web效劳的功能，另一种方法是通过给出Web效劳的IPOE(Inputs,Outputs,Precondition,Effects，简称IPOE)来标示Web效劳的功能，这两种方法各有其优缺点。本系统采用一种折中的方法，在ServiceProfile中给出Web效

16、劳所属的效劳分类(这种效劳可以是很细致的，也可以比拟粗略)，同时给出Web效劳的IPOE，只有效劳分类与IPOE都匹配才是匹配成功本系统暂未考虑Pr务发现中已经予以实现了，因为UDDI效劳器只返回与Web效劳原型wls所属的分类同类别的Web效劳。大多数情况下，IPOE的匹配对于保证成功率的更为关键。 在OWL-S00中，IPOE的参数类型parameterTyp没有任何限制，它可以是OWL类，也可以是XSD数据类型。通过大量统计的Web效劳样本可以发现，string是最常使用的数据类型。但是如果大量的Web效劳的Input与Output都是string，就不能够充分的标识这些Web效劳的特定

17、功能。例如有两个Web效劳，一是提供书籍价格信息的Web效劳1，Input数据类型为string(代表书籍名Output的数据类型为复杂类型，有两局部组成，分别是xsd:decimal (代表书籍价格)和string代表货币单位二是提供影片VCD销售价格信息的Web效劳2，其Input与Output的数据类型与Web效劳1的相同，但Input代表的是影片片名。显然，仅根据数据类型无法区分这两种Web效劳的功能差异。故而根据数据类型来匹配Web效劳会导致大量的无效匹配。要实现高效的效劳匹配，必须在效劳的提供者与使用者在本系统中就是组合Web效劳中的Web效劳原型之间建立有效的共识。然而Web效劳

18、是松耦合的，效劳提供者与使用者难以进行有效的沟通协调。通过引入语义Web技术，本系统提出一种基于OWL共享本体的方法。Web效劳的IPOE不是简单的具有一个ID标识，而是具有无歧义的语义，具体做法是IPOE要指向一个本体类，用这个本体类表达IPOE的具体含义。例如前述Web效劳1 ，Input的数据类型为string，Output为复杂类型有string和decimal组成。数据类型的这种特征并不能保证这个Web效劳确实提供书籍信息效劳功能(任何商品价格信息查询Web效劳都有可能使用同样的数据类型)但如果明确标定Web效劳的Input实际含义是书籍名，而Output的实际含义是价格，那么可以比

19、拟明确的标识此Web效劳的功能。系统认为，Input与Output指向相同的本体类的Web效劳具有相同的功能，可以相互予以替换，如此匹配成功率可以得到比拟好的保证比拟好的匹配的保证这里采取了严格的匹配方针。下面介绍效劳匹配的具体实现方法。系统要求Web效劳的Input与Output的参数类型必须为表达其实际含义的领域本体中的owl类而不是没有语义表达能力的XSD数据类型。在效劳匹配过程中，比拟Web效劳原型与待匹配Web效劳的Input与Output的参数类型是否为相同的owl类：相同那么认为二者具有相同的功能，可以予以替换；否那么不可以替换。例如，如图2所示，提供书籍价格信息的Web效劳原型

20、BookPrice，Input的参数类型为OWL本体类“书籍名称， Output的参数类型为OWL本体类“价格。系统中有两个实际Web效劳与BookPrice进行匹配，一是提供书籍价格信息的Web效劳1，Input的参数类型为OWL本体类“书籍名称， Output的参数类型为价格；二是提供影片价格信息的Web效劳2，其Input的参数类型为OWL本体类“影片名称， Output的参数类型为价格；在效劳匹配过程中，系统认为We的本体类，故而可以匹配。OWL共享本体Web效劳2Web效劳1InputOutputInputOutputInputOutput影片名称书籍名称价格这里还有一个本体的构建问

21、题，通用的Web效劳组合平台不太容易在效劳提供方与效劳使用方之间协商共享本体，Web效劳组合平台最好是在特定领域内予以实在理想情况下，每个领域都形成了自己的本体并可以在此本体上构建相应的Web效劳组合平台。5 结束语系统同时给出了上述思想的原型实现，在本地局域网的一台效劳器上系统在本地编写了多个并在UDDI效劳器中予以注册，以便模拟实际系统的运行。 本系统并为提高效劳选择、匹配的成功率，提出了基于OWL共享本体的效劳匹配。当然，其中的某些功能还不是很完善如基于OWL本体的效劳匹配，目前采用精确匹配的方法，将来可以考虑增加模糊匹配的方法。参考文献：1Paolu F Pires,Mario R F

22、 Benevides,Marta Mattoso.Building Reliable Web Service CompositionA. Proc of the Tntl conf on Web Databases Web Services(LNCS2593)C.2002.59-72.2POm./,2000-11.3G Weikum.Special Issue on Infrastructure for Advanced e-ServiceJ.IEEE Data Engineering Bulletin,2000,24(1).4F Casati,S Ilnicki,L J Jin,et al.

23、Adaptive and Dynamic Service Composition in eFlowA.Proc of the Intl Conf on Advanced Information Systems EngineeringC.2000.5W3C.World Wide Web Consortium Issues RDF and OWL RecommendationsEB/OL. :/ w3.org/2022/01/sws-pressrelease.html.en,2022-01.6The OWL Services Coalition.OWL-S:Semantic Markup for Web ServicesEB/OL. / daml-s.org/owl-s/1.0/owl-s.pdf,2022-12.7The OWL Service Coalition.Proces OntologyEB/OL. :/s/1.0/Process.owl,2022-12.