基于語義服務的虛擬企業伙伴雙向搜索方法

摘要：為提高伙伴搜索系統的開放性和查準率，通過引入Web服務和本體技術，提出了一種基于語義服務的伙伴搜索模型。該模型使用OWL－S描述盟主企業的任務型服務和成員企業的資源型服務，介紹了語義相似度的計算方法以及一種基于語義相似度的任務型服務與資源型服務的匹配算法。針對伙伴搜索的實時動態性及盟主企業和成員企業雙方利益最大化需求，介紹了雙向搜索的搜索規則，提出了基于以上模型的虛擬企業伙伴的雙向搜索機制。最后，對該方法進行了分析評價。

關鍵詞：虛擬企業； 伙伴搜索； 雙向搜索； 語義Web服務

中圖分類號：TP399；TH166文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)06－1670－03

0引言

虛擬企業是未來制造業充分利用企業優勢資源實現雙贏的一種重要形式，其目標是快速響應市場。當前，人類社會的生產制造活動日益網絡化和全球化，基于Internet尋找合作伙伴，構建虛擬企業成為可能。因此，如何快速搜索到潛在合作伙伴成為一個關鍵問題[1]?；锇樗阉鞯膫鹘y方法主要依賴于基于關鍵字檢索的搜索引擎[2，3]，系統的開放性和搜索結果的查準率均不太理想。同時，也有一些研究文獻提出了其他思路[4~6]，但這些方法均無法適應虛擬企業應用動態性要求?；诙鄠€企業組織的虛擬企業伙伴搜索，必須直接面向當前企業應用及資源日益顯著的異構性、自治性和分布性特點。同時，為了有效提高伙伴搜索的準確率，需要建立虛擬企業信息的語義網絡，減少語義沖突。針對以上需求，本文介紹了一種基于語義Web服務的虛擬企業伙伴雙向搜索模型，通過Web服務與本體技術的引入，提出了一種基于語義相似度的Web服務匹配算法。本文提出的伙伴雙向搜索機制可以實現伙伴搜索的實時動態性及最優化匹配，從而確保了虛擬企業應用中，盟主企業和成員企業的利益最大化。

1基于語義服務的合作伙伴雙向搜索模型

盟主企業根據訂單分解任務，封裝成Web服務后向Internet發布；同時，盟主企業的agent在Internet上自動尋找與任務匹配的資源信息，期待得到每個生產任務的潛在合作伙伴序列。另一方面，其他有空閑生產設備、富余生產資源的企業將其資源信息封裝為Web服務發布，各自企業的agent自動在Internet上為其資源尋找潛在的生產任務，期待得到潛在的生產任務序列。盟主企業和潛在的合作伙伴雙方經過篩選協商后確認合作對象。盟主企業為每個生產任務找到合作伙伴后，虛擬企業就組建了。

本文中用于發布盟主企業生產任務信息的Web服務被稱為任務型服務（task service，TS），用于發布成員企業的各種資源信息的Web服務被稱為資源型服務（resource service，RS）?；锇殡p向搜索即為基于TS和RS之間雙向匹配的過程。

1．1模型的總體結構

基于以上分析，本文提出了一個基于語義Web服務的虛擬企業合作伙伴雙向搜索模型，如圖1所示。在該模型中，盟主企業及其他有富余生產力的企業將各自的生產任務和資源信息通過語義Web服務，在UDDI（universal description，disco－very，and integration，統一描述、發現和集成）注冊中心注冊和發布；然后利用語義級服務匹配算法實現對期待目標的搜索，為企業尋找合適的合作伙伴。

本文的合作伙伴搜索模型可分為五層：a)應用層，即企業的自主信息平臺，由相關的企業級應用(任務分解、伙伴搜索和生產調度等)構成，實現系統與用戶的交互。b)協商層，由企業級agent完成企業需求與UDDI發布的Web服務之間的語義級匹配，將潛在合作伙伴返回給應用層。企業級agent還將完成盟主與經確認后的潛在合作伙伴之間的協商，直至建立起虛擬企業。c)中介層，即提供第三方支持的實體，包括UDDI注冊中心、公共本體庫和服務的語義描述庫。d)服務層，是對企業資源的Web服務封裝，根據服務的不同類型可以分為盟主企業中的任務型服務和成員企業中的資源型服務。e)資源層，包括企業的生產任務信息、各種空閑生產設備信息、生產資源信息、人力資源信息等。

1．2模型的語義支持

本模型中，Web服務的語義描述由OWL－S實現，使用其ServiceProfile文件提供服務概要描述信息、服務質量評價信息和功能描述信息。由于以上信息無法直接被UDDI的API在查找和發現服務時所獲取，需要擴展UDDI的數據結構(Ser－vice Profile)，以增強服務描述能力。同時，筆者通過擴展find_service接口，增加了服務匹配接口service_match()。Service_match()將返回與服務匹配的ServiceList結構，并將service_match的結果返回給find_service 接口。

2基于語義相似度匹配的伙伴搜索算法

在該合作伙伴搜索模型中，盟主企業中根據訂單分解的任務及成員企業中的各種制造資源信息，經過Web服務化后，均使用OWL－S添加語義描述[7]。由此，搜索潛在合作伙伴的問題就轉換為語義Web服務的匹配問題。

2．1語義相似度計算方法

OWL－S描述Web服務的Service Profile文件由三個部分構成，即服務基本信息、服務功能信息及服務的其他特征。在服務的各個屬性信息中，有的可能是一個詞，有的可能是一串詞語或者一個語句、一段話甚至一篇文字。在進行服務匹配時，不能僅僅計算詞匯的相似度，還要考慮它們在語境中的詞義[8]。

對象x和y之間的相似度函數定義為SIM(x，y)，滿足：

3伙伴雙向搜索機制

3．1搜索規則

雙向搜索過程中，將遵循以下三條搜索規則：

a)發布任務型服務的盟主企業找到合作伙伴后，應立即告知成員企業（由agent發出通知）；

b)發布資源型服務的成員企業為其資源找到生產任務后，應立即告知盟主企業（由agent發出通知）；

c)虛擬企業組建后，盟主企業和各成員企業的agent應注銷相關的失效任務型服務和資源型服務。

規則a)和b)避免了語義服務的重復匹配，從而可以提高系統性能；規則c)通過及時注銷失效信息，從而提高搜索效率。

3．2搜索機制

基于2．2節的匹配算法可以得到一個與源服務最為匹配的目標服務序列，即a)任務型服務匹配到合適的資源型服務；b)資源型服務匹配到合適的任務型服務?；谠撈ヅ渌惴ǖ膬蓚€搜索過程分別稱為尋找資源的過程和尋找任務的過程。

尋找資源的過程，即盟主企業為每個任務找到一個合適的企業序列，盟主企業得到該序列后，對結果進行修剪，與修剪后的序列中的企業進行協商，直至選出該任務的最優合作伙伴。如果協商不能達成一致，即沒有找到合適的資源，盟主將通過調整任務，再次進行搜索和協商，直到選出最佳合作伙伴。



盟主企業搜索合作伙伴的過程如圖2所示。描述如下：

a)盟主企業將任務分解成一系列子任務；

b)將子任務封裝為Web服務后在UDDI注冊中心發布；

c)盟主企業定義相似度閾值Th(Th∈[0..1]）和初步匹配規則；

d)執行2．2節的匹配算法，為每個任務搜索匹配的Web服務；

e)返回相似度滿足SIM(WS1，WS2)≥Th的資源型服務，組成一個潛在合作伙伴序列，如果返回的序列為空集，再次執行c）~e)；

f)盟主企業對于返回的潛在企業序列進行修剪和篩選，得到新的潛在合作伙伴序列；

g)盟主企業的agent分別與潛在合作伙伴的agent進行協商；

h)協商通過，則該企業成為成員企業，否則把該企業從潛在合作伙伴序列中刪除；

i)不斷與潛在合作伙伴序列中的企業進行協商，直到找到每個任務的最優合作企業，建立起虛擬企業。

尋找任務的過程，即一般企業為自己的富余生產力尋找最合適的生產任務的過程。這些企業的agent在該模型中搜索與其資源型服務相匹配的任務型服務，然后與發布任務的盟主企業進行協商，確定最終的合作伙伴。該過程描述如下：

a)有空閑生產設備、富余生產資源的企業將其資源信息封裝為Web服務發布；

b)企業定義相似度閾值Th(Th∈[0..1]）和初步匹配規則；

c)執行2．2節的匹配算法，為每個資源型服務搜索匹配的任務型服務；

d)返回相似度滿足SIM(WS1，WS2)≥Th的任務型服務，組成一個潛在盟主序列，如果返回的序列為空集，執行b）~d)；

e)企業agent分別與潛在盟主的agent進行協商；

f)協商通過，則該企業成為成員企業，加入該盟主組建的虛擬企業；否則與潛在盟主序列中的下一個盟主進行協商直到為該資源找到合適的任務。

以上兩個搜索過程構成合作伙伴雙向搜索，在這個過程中，成員企業也可以使自身利益最大化，避免了傳統方法中，只有擁有自主權的盟主企業利益最大化的不平等現實。同時，也提高了搜索效率。

4評價與討論

這里選擇了以下四個指標評價虛擬企業合作伙伴雙向搜索方法的性能。

1)查準率筆者提出的合作伙伴雙向搜索方法是一種基于擴展UDDI的語義匹配方法（實時查找資源對應的服務），相比于傳統的基于關鍵字檢索的伙伴搜索方法而言，可以保證較高的查準率。

2)搜索效率在本模型中：a)盟主企業agent找到合適的資源型服務或成員企業找到合適的任務型服務后，將立即通知對方；b)企業發布的信息失效后，由企業級agent自動請求UDDI注銷該Web服務，從而減少了垃圾信息；c)規則（如初步匹配規則）的定義可以用來輔助相似度的計算。這些措施均可以提高搜索的效率。

3)系統敏捷性盟主企業的agent在服務器上搜索與其任務型服務相匹配的資源型服務；同時，其他企業agent實時動態地在服務器上搜索與其資源型服務相匹配的任務型服務。這個雙向的搜索過程更具主動性，結果更為準確，使系統更加敏捷。

4)雙方利益最大化在傳統招標形式的伙伴選擇方式中，盟主單方面擁有選擇權，無法使成員企業的利益最大化。本文提出的虛擬企業合作伙伴雙向搜索模型中，當盟主企業（求）搜索合作伙伴（供）時，其他企業也在為自身的資源（供）尋找合適的合作伙伴（求），供求雙向都在搜索最佳合作伙伴，從而可以確保盟主企業和成員企業雙方利益的最大化。

5結束語

為使虛擬企業快速地發現合作伙伴，提出了一種基于語義Web服務的虛擬企業伙伴雙向搜索模型。通過將伙伴搜索轉換為語義Web服務的查找過程，以及供求雙方進行雙向信息搜索，實現了企業資源的實時動態匹配及盟主企業和成員企業雙方利益的最大化。在未來虛擬企業的發展中，該模型具有良好的應用前景。同時，需要進一步研究的工作包括基于該模型的協商機制、合作伙伴選擇策略等。

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