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1、基于功能语义的基于功能语义的 Web 服务发现方法服务发现方法计算机研究与发展JournalofComputerResearchandDevelopmentISSN10001239|CN11-1777|TP44(8):13571364,2007基于功能语义的 Web 服务发现方法叶蕾张斌(东北大学信息科学与工程学院沈阳 l10004)()AMethodofWebServiceDiscoveryBasedonFunctionalSemanticsYeLeiandZhangBin(CollegeofInformationScienceandEngineering,NortheasternUnive
2、rsity,Shenyang110004)AbstractWiththerapiddevelopmentandapplicationofWebservicetechnologies,howtodiscoverWebservicesbasedonfunctionalsemanticshasalreadybecomethemosturgentproblemtoberesolved.ButinpracticetheexistingWebservicediscoverymethodsarenotmature,andcannotcopewithsuchkindofrequestsverywel1.Int
3、hispaperaneffectiveandfeasibleapproachtoWebservicediscoverybasedonfunctionalsemanticsisproposed.TheWebservicesfunctionalsemanticdescriptionmodelisfirstdefined,whichprovidesaunifiedmannertosemanticallydescribethefunctionofWebservicesforserviceprovidersandcustomers.Inordertoavoidsemanticheterogeneity,
4、thedomainorientedfunctionalontologyisbuilt.Dependingontheontologythefunctionalsemanticannotationmechanismisproposedtofurthereliminatethesemanticdifferencebetweenthedescriptivetermsusedbyservicesprovidersandcustomers.BasedontheaboveeffortsthematchmakingbetweenWebservicesandrequestsisrealized.Furtherm
5、ore,theWebservicedescriptionlanguagebasedonfunctionalsemanticsisdesignedandaprototypesystemFunWSDSisestablished.Finally,basedontheprototypesystemtheperformanceofthismethodisevaluatedbyanexperimentalsetup.TheresultsofexperimentprovethatsuchakindofWebservicediscoverymethodisfeasib1eandPffective.Keywor
6、dsWebservice;Webservicesfunctionalsemanticdescriptionmodel;domainorientedfunctionalontology;semanticannotation;Webservicediscovery摘要随着 web 服务技术的发展与应用,基于功能语义进行 web 服务发现已经逐渐成为服务使用者最为迫切的需求.而现有的服务发现机制还不能很好地解决这一问题.所以提出了一种基于功能语义的 web 服务发现方法.通过定义 web 服务功能描述模型,规范服务提供者和使用者对 web 服务功能的描述;同时构建了领域功能本体,提出语义标注的机制,
7、从而让用户可以基于功能语义发现 web 服务.并设计了基于功能语义的 web 服务描述语言,构建了原型系统,为基于功能语义进行服务发现提供了一种有效可行的方法.关键词 Web 服务;Web 服务功能描述模型;领域功能本体;语义标注;Web 服务发现中图法分类号 TP393在面向服务体系结构中,Web 服务发现是一个非常重要的组成部分.发现适合的 Web 服务是实现收稿日期:20060318;修回日期:200705l1基金项目:国家“十五“重点科技攻关基金项目(2004BA721A05)服务共享与复用的前提.服务发现的效果将直接影响服务复用的质量.查全率,查准率以及匹配效率1358 计算机研究与
8、发展 2007,44(8)是衡量服务发现方法的重要指标.目前的 Web 服务发现方法主要有两类,一类是语法级的,实现上依赖于关键字匹配的服务发现机制.如 IBM 的 UDDI 系统就是基于预定义分类的语法级服务发现方法.这种发现机制的实现简单,但查全率和查准率较低.另一类是依赖本体基于语义推理的服务发现方法,如 DAMLS,OwLs 等都是基于本体的服务描述语言.这种服务发现方法可以满足用户基于语义进行服务发现的目的,且具有查准率高的优点.这些 Web 服务描述语言对服务的定义较为复杂,却并不全面.同时这种服务发现方法大都是基于语义 Web 的,在目前的网络环境下,还不能投入实际应用.在具体应
9、用中,基于功能语义进行服务发现是用户最为直接的需求.由于上述两类服务发现机制存在一定的局限,本文提出了一种简单灵活的基于功能语义的 web 服务发现方法.本文通过定义 Web服务功能描述模型,构建领域功能本体,提出了语义标注机制,让用户可以依赖功能语义发现 web 服务.同时还定义了基于功能语义的 Web 服务描述语言,搭建了原型系统 FunDWDS,并最终通过实验对该方法的意义和有效性进行了验证.1 相关工作服务发现是服务计算研究领域的核心问题之一.其研究目标主要关注如何实现服务提供者和使用者间的互操作,从而使服务发挥最大效能,更好地满足用户需求.现有的服务发现方法主要分为以下两类1:一是句
10、法级的服务发现,大多采用 WSDL 标准描述服务,通过关键字匹配进行服务搜索,如UDDIEJ 和 ebXMLregistry【3j 就都提供了基于预定义分类的服务发现机制.这种发现机制着重定义服务的接口和实现细节,而忽略了对服务功能与行为的语义描述.所以其实现简单,但查全率和查准率较低,且不能有效地支持用户基于功能语义进行服务发现.二是语义级的服务发现,大多基于描述服务的上层本体,实现服务的自动语义匹配和搜索.这种方法增强了对 Web 服务的语义描述,实现上主要是基于本体通过逻辑推理进行服务匹配,如文献5.这种服务发现方法可以满足用户基于语义进行服务发现的目的,且具有查准率高的优点.但其web
11、 服务描述语言,如 DAMLS【4j,OWLSJ 对服务的定义较为复杂,却并不全面.首先,它们对 Web服务功能的概要描述过于笼统,简单,如文献6就简单地采用具有特定语义术语描述服务的功能.其次,虽然文献7_8分别通过输入/输出多数,前置/后置条件(即 lOPE)来完善对服务能力的刻画,但通常情况下,用户的服务发现请求很难如此完整地指定服务的 lOPE.同时这种服务发现方法大都是基于语义 Web 的,而语义 Web 真正投入实际应用还存在距离.因此这种 Web 服务发现方法的灵活性较差,匹配效率较低,且实用性不强.在实际应用中,用户迫切需要的是轻量级的,可以灵活有效的支持基于功能语义服务搜索的
12、服务发现方法.通过上述分析可以看出,现有的 web 服务发现方法并不能很好满足用户的实际需要.2Web 服务功能语义描述模型服务提供者和用户之间缺少对服务功能的共同语义描述约束.首先为了统一服务提供者和用户对Web 服务功能的描述方式,消除描述方式的差异,需要建立统一的 Web 服务功能语义描述模型.同时由于个体的差异,即使在相同的功能语义描述约束下,不同的人对同一 web 服务的功能可能采用不同的术语来描述.这种语义异构问题也是本文亟须解决的问题.2.1Web 服务功能语义描述Web 服务包含了一系列操作和方法.在一定程度上,可以认为 Web 服务是面向特定领域完成一系列工作的复杂应用程序.
13、所以,web 服务及其操作的功能都可以用由名词和动词(或是表示动作的名词或动名词)组成的动宾短语来描述.例如一个实现酒店预定功能的 Web 服务,包含两个操作:酒店查询和酒店预定.可以采用“hotelbook“来描述服务的功能,采用“hotelquery“和“hotelbook“来描述服务的两个操作.在实际应用中,web 服务实现的功能更为复杂,如:五星级酒店预定系统.所以在使用动宾短语对服务进行基本功能描述的基础上,还要进一步加入具体的约束对服务的功能进行限定与说明.例如:可以将操作“预定五星级酒店“的功能描述为“hotelb()Ok“,同时加入“star=5“的约束.定义 1.Web 服务
14、操作的功能语义描述:F=(object,action,constraint),(1)object=ClCC,表示操作所针对的对象或客体,其中 C 为某领域描述客体的概念的集合,如叶蕾等:基于功能语义的 web 服务发现方法 1359hotel,airline,car 等.action=ClCC,表示操作针对某一具体客体进行的动作和行为,其中 C,为某领域表示客体相关动作的概念集合,如 book,query,booking 等.constraint=P1P,P,表示操作针对某一具体客体进行某种动作和行为时要遵守的规范和约束,其中 P(i=1,n)为原子谓词,表示一个具体的约束,由具有一定语义的约
15、束术语作为变量加上相应的运算符(算术运算符或比较运算符)和字面量组成.由于操作可能具有零个以上的多个约束,所以这里将约束定义为由逻辑操作符 and 连接起来的多个原子谓词所组成的复杂表达式.如(100money200)(star=3)是操作预定酒店的约束,它包含两方面含义:定义酒店的价格在 100200 之间;定义酒店为 3 星级.按照上述定义,实现五星级酒店预定功能的操作可以用三元组(hotel,book,star=5)来描述.根据上述分析,采用定义 1 所示的三元组可以描述 Web 服务的功能.但这种描述方式不够全面.这是由于 Web 服务包含着多个操作,具有相似功能语义描述的 Web 服
16、务可能提供了不同的操作.Web服务的功能语义描述应该在描述服务自身功能的同时,表现出服务由多个操作组成的特性.定义 2.设 web 服务包含 n 个操作,且 n1,则 web 服务功能语义描述为fFb=(object,action,constraint),jWSF=F.=FlF=(object,action,(2)【constraint),i=1,2,其中 F 表示 web 服务的基本功能语义描述,F.为Web 服务包含的所有操作的功能语义描述集合.从上面的定义可以看出,web 服务功能语义描述是一系列的三元组,且三元组的核心是 object,action 是对 object 进行的动作和行为,constraint 是对 object 范围和属性的限定与规范.通过 Web 服务功能语义描述的定义,服务提供者可以更加全面的基于功能语义描述 Web 服务.同时也在服务提供者和用户之间建立起服务功能描述方式的约定.2.2 领域功能本体语义异构使得服务提供者和用户对采用相同描述模式描述
