基于政務知識的服務集成模型和服務集成方法

摘要：分析電子政務應用集成發展的五個階段以及當前面臨的主要問題。針對電子政務領域應用的特殊性，提出了適合電子政務應用集成的知識本體模型，該模型具有基于規則推理和面向場景導航等特點。在服務集成模型的基礎上，還提出一種服務集成方法。該方法通過場景導航、服務組合和服務調解等三個步驟實現Web服務的自動集成。利用該服務集成模型和方法可以有效解決傳統服務集成模型在規則描述和推理能力方面、目標發掘方面以及服務自動組合能力上的不足。

關鍵詞：服務集成； 電子政務； 知識本體

中圖分類號：TP339文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)03－0839－05

1電子政務應用集成的發展以及新趨勢

近年來，隨著互聯網技術的蓬勃發展，人們的生活方式發生了巨大的改變。在信息化高速發展的引導下，傳統的政府形態在21世紀也發生著理念上的變化。電子政務就是這個信息浪潮的產物。電子政務就是政府機構運用現代計算機和網絡技術，將其管理和服務職能轉移到網絡上去完成，充分利用了政務信息與政府業務的共享與集成，實現政府組織結構和工作流程的重組優化，超越時間、空間和部門分割的制約，向全社會提供高效優質、規范透明和全方位的管理與服務[1]。

應用集成技術是電子政務發展的關鍵技術之一。所謂應用集成是指將業務流程、應用軟件、硬件和各種標準聯合起來，在兩個或更多的應用系統之間實現無縫集成，使它們像一個整體一樣進行業務處理和信息共享，從而提高政府效率，為客戶提供靈活的業務服務。電子政務的應用集成自20世紀90年代提出以來，主要經歷了以下五個發展階段：

a）非集成的、以靜態信息為中心的電子政務。

政府部門通過政府的網站向公眾提供公共信息，或者完成政府應用所需的表格下載，以及完成政務事件的一些指引等。公眾在獲取相關信息后根據服務指導到政府部門提交相關的數據表格，并最終完成相關的政務實踐。

b）以事務為中心的電子政務集成。

政府提供一些相對簡單的在線服務，如稅務申報等。這些服務通常僅由單個信息系統完成。應用集成的范圍為單個組織的前臺信息系統與后臺信息系統之間的集成。在這種工作模式下，公眾可以在政府部門通過政務部門的應用系統，完成所需的政務事件。

c）以流程集成為中心的電子政務集成。

通過工作流的方式，政府可以提供一些比較復雜的在線服務，這些服務通常可由多個不同系統共同完成，通過工作流引擎或中間件技術，它們被整合在一起。在這種工作模式下，應用集成的范圍為組織內多個信息系統的集成。公眾可以通過聯機交互的方式獲取由多個信息系統共同提供的服務。

d）以服務集成為中心的電子政務集成。

不同政府組織以Web服務的方式對外提供服務。政府為公眾提供通過一站式服務，在統一的入口里面通過服務組合的方式把不同組織所提供的Web服務集成在一起。應用集成的范圍為小范圍內跨組織的多個信息系統的集成。在這種工作模式下，公眾可以通過政府門戶網站尋找自己所需要的服務，并通過統一的入口在線完成所有的功能，包括需要多個組織的信息系統共同完成的服務。

e）基于政務知識的智能化電子政務集成。

在政務知識的引導下，政府的智能集成平臺不僅能為公眾提供智能化的一站式服務，而且還能根據政務規則動態地組合不同組織提供的服務，實現更為復雜的功能。應用集成的范圍為大范圍內跨組織的多個信息系統的集成。在這種工作模式下，公眾可以根據自己的需求動態生成相關的服務（包括需要多組織信息系統支持的服務），并在線完成所有的相關功能。

階段e）的電子政務應用集成與前四個階段的電子政務應用集成相比，最大的不同在于對政務知識的利用上。在階段a)的應用集成中，政務知識只存在靜態網站的指導、下載的表格中。階段b)的電子政務應用主要把用于集成的政務知識固化在集成的代碼中，當政府相關規則發生改變時，需要重寫相關代碼。階段c)的應用集成可以把政務知識運用在政務流程的定義中，通過改變流程的定義可以適應政務規則變化的需求。階段d)的應用集成把政務知識存在政務組合服務的定義中，通過改變服務組合的定義可以適應政務規則變化的需求。而在階段e)的電子政務應用集成中，政務知識可以采用本體語言描述，在整個應用集成過程中，計算機可以利用政務知識實現服務的自動描述、發現、組合、執行等功能，實現智能化的服務集成。

目前大部分的電子政務應用均處在階段c)d)。要實現階段e)的電子政務應用，在知識本體的基礎上，建立服務集成模型是需要解決的關鍵問題。只有建立服務集成模型，才可能把政務知識與電子政務應用集成更好地相互融合，真正實現智能化的應用集成。而本文的主要貢獻在于提出了一個基于政務知識的服務集成模型，它具備了基于規則推理和面向場景導航等特點。

2主要的服務集成模型及其不足

服務集成模型主要利用本體來描述Web服務，然后利用本體語言本身所具備的可推理特性，實現Web服務描述、發

布、發現、組合、執行等的自動化和智能化。OWLS[2]和WSMO[3]是目前比較成熟的兩個服務集成模型。OWLS提出的時間相對較早，發展的時間也較長，在許多方面，如服務模型和服務基礎等方面均更加成熟。WSMO提出相對較晚，雖然提供了更完整的概念化模型，提出了目標和調解器這些有特色的概念，但是還有很多方面需要進一步完善。OWLS和WSMO作為目前研究中最典型、最有效的成果，均充分認識并體現了本體的作用。但是，本體的解決方案有其自身的局限性。結合到電子政務應用集成的需要，本文認為OWLS和WSMO還存在以下一些需要改進的地方。

1）對規則描述和推理能力上的支持不足

規則通常是決策的依據，決定著業務運行和通信的方式。由于規則在商業和政務應用中的特殊重要性，目前對規則描述和規則應用的研究是語義Web技術的研究熱點。如何描述電子政務中的政務規則，并利用政務規則實現服務集成，是電子政務服務集成模型需要解決的主要問題之一。在規則描述和應用上，OWLS和WSMO均未提供完善的解決方案。

2）目標發掘方面不足

與OWLS相比較，WSMO最大的優點是提出了目標和調解器的概念。目標的提出，使服務提供者和服務請求者能采用各自的語言去分別描述服務目標和服務能力。但在實際應用中，人們逐漸發現，服務請求者對服務目標的描述要遠比服務提供者對服務功能的描述困難。對于服務提供者來說，他們可以聘請專業人員利用本體語言描述提供的服務；但是對于普通的非專業服務請求者，要使用本體語言正確描述自己的服務目標，這在現實生活中幾乎是不可能的事情。因此這就需要一個目標的發掘過程，也就是一個幫助普通服務請求者正確描述自己的服務目標的過程。WSMO雖然提出了目標的概念，但是并沒有提出目標發掘的解決方案。

3）對服務組合的支持上的不足

服務組合是實現服務集成的重要手段，OWLS主要通過組合過程描述靜態的組合服務。WSMO中可以通過服務編排（choreography）和服務編制（orchestration）描述服務組合。然而兩種方案均未提供有效的方法說明如何實現服務組合，特別是動態的服務組合。目前，國內外不少研究在OWLS和WSMO的基礎上，基于規劃的方法來解決服務自動組合的問題。例如不少研究采用人工智能中的規劃問題去解決Web服務組合問題，這就是一個知識推理的過程。目前比較成功的基于規劃的服務集成方法包括以下幾個[4]： 以STRIPS為代表的經典規劃方法；以SHOP 2為代表的層次規劃方法；以SNLP、UCPOP、 VHPOP為代表的偏序規劃方法等。然而對于基于規劃的服務組合方法來說，最大的問題在于如何提高規劃效率。當服務個數增加時，規劃域不斷增大，使得服務的規劃效率大幅度減低。因此基于規劃的服務組合方法在實際中得到有效使用的并不多。

3基于政務知識的服務集成模型

針對第2章提出的問題，本文在吸取了OWLS和WSMO等的設計思想的基礎，提出了基于政務知識的服務集成模型。該模型共分為六個層次、包含十一個子模型，如圖1所示。

圖1服務集成模型

3．1基礎層模型概述

服務集成模型的基礎層在服務集成建模過程中起支撐的作用，它主要提供了本體支撐子模型和邏輯支撐子模型。

3．1．1本體支撐子模型

本體支撐子模型主要提供了知識本體的基本構造方法。該子模型是參考文獻[5]中給出本體形式化的描述而設計的。該模型描述了本體構造過程中概念（concept）、屬性(attri￣bute)、關系(relation)、函數(function)、個體(instance)、關系個體（relationinstance）、公理（axiom）等基本構造元素。本體支撐子模型是知識本體形式化描述的基礎，在其基礎上可以進一步構建政務領域的知識本體。本體支撐子模型的構成如圖2所示。

3．1．2邏輯支撐子模型

邏輯支撐子模型主要為服務集成模型提供了基于F邏輯[6]的邏輯描述方法，這使得在服務集成模型中可以直接使用邏輯表達式對其中的組成元素進行描述或限制。邏輯支撐子模型的引入使整個服務集成模型具備更強的邏輯描述和推理功能。服務集成模型中的多個子模型均必須在邏輯支撐子模型的基礎上建立起來。邏輯支撐子模型的構成主要劃分為復合語句層、原子語句層和基本詞匯層等三個層次。每個層次構成如表1所示。

3．2通用層模型

通用層模型利用基礎層模型提供的本體描述方法以及邏輯描述方法，描述了一些非領域的、通用的概念和術語。這些概念或術語是服務集成模型其他子模型構建的基礎。

流程支撐子模型是通用層模型中最有代表性的模型之一。該模型提供了一個通用工作流的構建和描述的方法。在服務集成模型中，服務流程子模型、導航流程子模型均構造在流程支撐子模型的基礎上。流程支撐子模型采用結構化模型去描述工作，其基本思想如下：一個流程由若干流程組件所構成，流程組件有兩種類型，即活動組件和控制組件。活動組件主要完成具體的流程活動；控制組件主要是控制流程的走向，限定流程活動之間的各種關系。目前在流程控制主要提供了四種類型的控制，即順序流程、并發導航、條件流程及循環流程。圖3描述了流程支撐子模型。

3．3領域層模型

領域層模型利用基礎層模型提供的本體描述方法以及邏輯描述方法，描述了一些領域的、非通用的概念和術語。這些概念或術語是服務集成模型其他子模型構建的基礎。比如說，對于稅務系統的納稅人、申報表等的概念和術語。

3．4服務層模型概述

服務層模型主要描述服務集成中的基本服務、服務流程和服務調解。基本服務主要是由各企業、政府預先定義好的基本服務單元，通常實現了本部門需要完成的一些基本業務功能，基本服務是組成服務流程的基本要素。服務流程通過組合不同的基本服務實現更為復雜的功能。服務調解主要解決不同服務組合在一起時的接口匹配問題。服務層模型包含了三個子模型，即基本服務子模型、服務流程子模型和服務調解子模型。服務層模型的描述如圖4所示。

3．4．1基本服務子模型

基本服務子模型主要描述基本服務的構成，包括基本服務的輸入、輸出等信息。服務提供者利用這個模型去描述自己提供的服務的基本信息。在服務自動集成過程中，服務集成引擎也需要利用基本服務子模型去組合合適的基本服務。

本文提出的基本服務子模型主要借鑒了OWLS和WSMO的設計思想而提出的。基本服務子模型中最主要的元素包括webservice、capability等，分別描述了服務和服務能力等概念。基本服務子模型的具體構成請參見圖4。

3．4．2服務流程子模型

服務流程子模型描述了一個完整的業務過程是如何執行的，它通過串行、并行、分支和循環等多種基本流程模式，將多個基本服務組合在一起，以實現更為復雜的業務功能。服務流程子模型采用工作流的基本概念去描述服務的組合信息，它包含了對構成服務流程的基本服務以及它們之間的關系。服務流程子模型是在流程支撐子模型的基礎上構造的，具體請參見圖4。

3．4．3服務調解子模型

在服務集成過程中主要通過調解器解決不同基本服務組合在一起時的接口匹配問題。集成調解子模型主要的作用在于實現對調解器的描述。服務調解子模型的構成可以參見圖4。

3．5集成層模型

集成層模型主要解決服務集成過程中的用戶集成目標描述、服務集成策略描述等問題，它主要包括集成策略子模型和集成目標子模型。集成層模型的構成如圖5所示。

3．5．1集成目標子模型

集成目標子模型用來描述符合用戶需要的實現集成目標。集成目標子模型的主要元素為integrationGoal，它通過屬性hasDefinition，利用邏輯支撐層中所提供的復合語句描述具體的集成目標。集成目標子模型的構成可參見圖5。

3．5．2集成策略子模型

集成策略子模型是服務集成模型的關鍵部分之一，體現了基于規則推理的設計思想。服務集成策略是由一組規則組成的，通過集成策略，可以對特定服務場景中的服務集成過程進行約束和控制，使不同服務按照一定的規則組合在一起，完成特定的服務場景功能。目前，在集成策略子模型中提供的集成規則主要包括以下幾種類型：

a）必要規則。該規則主要規定了在一個服務場景中必須實現的目標。以開辦新公司的場景為例，無論開辦何種類型的公司都必須獲取工商代碼，這就是一個必要服務規則。

b）條件規則。該規則主要規定了在一個服務場景中，如果滿足某些條件，就必須執行實現特定目標。以開辦新公司的場景為例，如果開辦公司的類型是一個診所，就必須通過當地衛生局的允許，這就是一個條件規則。

c）關系規則。該規則主要規定了在一個服務場景中，實現不同目標之間必須遵循的約束關系。例如前后關系、并發關系等。以開辦新公司的場景為例，獲取營業執照之前必須要進行企業名稱預先登記，這就是一個順序規則。

在集成策略子模型中，每個集成策略（integration）均包含了一系列的集成規則。而每條規則采用〈標簽、前提、結論、動作〉的四元組結構。

其中標簽定義了規則的優先級；前提定義了規則生效的條件，采用的是合取形式的復合公式描述；結論定義了規則生效時，能推理出來的新結論，采用原子公式進行描述；動作表示當集成規則生效時，相應采取的服務集成動作，它由一系列復合公式來描述。集成目標子模型的構成如圖5所示。

3．6門戶層模型

門戶層模型的主要作用是處理用戶與門戶網站之間的信息交互，利用智能場景導航，協助用戶盡快尋找到需要的服務場景，定制自己的服務需求。門戶層模型主要分為三個子模型，即服務場景子模型、服務導航子模型、用戶配置子模型。門戶層模型的構成如圖6所示。

圖6門戶層模型

3．6．1服務場景子模型

電子政務中的服務場景是指公眾、企業在與政府互動過程中所要碰到的政務事件，如納稅、交社保費等。政務場景從公眾和企業日常生活及工作的角度去考慮政務服務。服務場景子模型提供一種描述方法，使得領域專家能夠通過形式化的描述方法描述服務場景，也使得普通公眾能夠迅速獲取滿足自己需要的服務。一個服務場景通常包括場景分類信息以及場景關鍵字等信息。利用分類信息可以建立一個服務場景的目錄樹，服務使用者可以利用目錄樹迅速定位需要的服務場景。另外，通過基于關鍵字的查詢也能夠使得服務使用者快速尋找到需要的服務場景。同時服務場景還包含了公眾和企業在該服務場景中可能需要的服務，以及與該服務場景相關的法律法規公文等信息。服務場景子模型的構成可參見圖6。

3．6．2服務導航子模型

服務導航的作用在于幫助用戶定制符合自己需要的服務場景，并從中得到相應的集成目標。即使對應相同的服務場景，根據不同用戶實際情況和需求，對應的集成目標也會有所區別。比如一個駕駛執照的申請例子，可能會有以下約定：18~60歲的申請人只需要執行正常申請服務就可以了，但60~70歲的申請人除了執行正常申請服務以外，還需要執行特別申請服務。服務導航的作用正是通過一系列導航動作，幫助用戶有效地獲取相關的集成目標，這些目標作為以后的規則推理中的事實被推理引擎所使用。服務導航中最關鍵的概念是導航流程，一個導航流程由多個導航活動所組成。在每個導航活動中，用戶都必須根據相關的導航提示作出符合自己需求的選擇或輸入，導航流程將這些選擇和輸入轉換成為相應的描述用戶集成需求的邏輯描述。導航流程是在流程支撐子模型的基礎上建立的。服務導航子模型的構成可參見圖6。

3．6．3用戶配置子模型

用戶配置子模型用來描述門戶中用戶的配置信息，如姓名、性別、職業、居住地等，這些信息將在服務導航的過程中使用。用戶配置子模型和集成目標子模型比較相似，均是利用邏輯支撐層中的復合公式來描述具體的用戶配置信息。用戶配置子模型的構成可參見圖6。

4基于服務集成模型的服務集成方法

服務集成模型中，各子模型間的關系描述如圖7所示。

圖7各子模型之間的關系

a）門戶表示門戶網站。其中門戶中包含了多個服務場景，它們利用分類信息組成目錄樹的層次結構。同時對于門戶的每個使用者均有相應的用戶配置信息。

b）每個服務場景對應一個服務導航，同時擁有一個專門為本場景使用的集成策略。

c）利用服務導航和用戶配置信息，可以根據用戶需求針對同一個服務場景為不同用戶制定不同的集成目標。

d）利用集成目標和集成策略，可以生成服務流程。

e）一個服務流程包含了一到多個基本服務，同時利用服務調解解決服務間接口匹配的問題。

f）邏輯支撐、本體支撐和流程支撐等子模型對于其他子模型起到支持的作用。

基于服務集成模型，本文提出了相應的服務集成方法，可以歸納為以下三個過程：

a）場景導航過程。用戶登錄門戶網站，利用服務導航引擎選擇自己需要的場景。同時啟動導航流程，按照要求定制服務場景，并生成集成目標。服務導航過程主要幫助普通用戶發掘集成目標。

b）服務組合過程。服務集成中心獲取集成目標后，利用規則推理引擎，產生對應的服務流程。服務組合過程主要解決如何通過業務規則，將集成目標轉換為服務流程的過程。

c）服務調解過程。服務集成中心尋找合適的服務調解器解決組合服務不同服務之間接口不匹配的問題，并形成最

終可執行的服務流程。

5結束語

本文在知識本體的基礎上提出了服務集成模型，該模型是實現智能化電子政務應用集成的關鍵。它不僅僅包含了普通服務集成模型中的服務信息，還包含了服務集成中需要的集成信息和導航信息。利用該模型可以把與電子政務應用集成相關的政務知識采用形式化的方法進行描述，使得計算機能夠充分利用這部分政務信息實現服務集成的自動化、智能化。本文提出的服務集成模型具有以下特點：

a）在本體支撐層和邏輯支撐層的支持下，服務集成模型不但具有本體描述的能力，而且還具備了較強的邏輯描述能力，有利于描述復雜的政務知識。

b）服務集成模型提供了較強的規則描述方法，可以描述與服務集成相關的政務規則。在此基礎上，可以通過基于規則的邏輯推理實現服務的自動組合。

c）服務集成模型引入了場景導航的思想，通過服務場景和導航流程，用戶能迅速構造自己的集成需求。

目前，基于服務集成模型的工具、描述語言和應用正在設計開發當。特別是為了保證服務集成方法中的三個過程的自動進行，在服務集成模型的基礎上還需要設計幾個重要的算法，實現不同子模型之間的自動轉換，它們是：

a）服務導航過程中的基于導航流程的目標挖掘算法。

b）服務組合過程中的基于規則推理的服務組合算法。

c）服務調解過程中的基于調解器的服務調解算法。

由于文章篇幅有限，筆者將在另外的文章中對基于服務集成模型的工具、語言、應用以及算法進行討論。

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