描述邏輯在基于語義的服務(wù)消息交互中的應(yīng)用

(浙江大學(xué) 計算機學(xué)院， 杭州 310027)

摘 要：提出了一個基于描述邏輯規(guī)則的自動服務(wù)交互的模型框架，將服務(wù)抽象成基于消息的服務(wù)模型。該服務(wù)模型將在服務(wù)之間傳遞的面向?qū)ο蟮姆?wù)消息作為服務(wù)交互的主要手段，使用描述邏輯的概念對服務(wù)之間傳遞的消息數(shù)據(jù)進行語義分析，在服務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)模式與描述邏輯知識庫間建立對應(yīng)關(guān)系。在交互規(guī)則方面，使用基于描述邏輯和Horn子句進行描述；在描述邏輯的Tableau算法的支持下，對知識庫概念和規(guī)則進行有效性、一致性和可滿足性的驗證，實現(xiàn)數(shù)據(jù)異構(gòu)模式下服務(wù)間基于語義的自動交互。

關(guān)鍵詞：描述邏輯；服務(wù)交互；語義服務(wù)；數(shù)據(jù)集成

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

文章編號：10013695(2009)01028905

Application of description logic in semanticbased service message interaction

QIU Jianfeng，WANG Shenkang，MA Qinyong，WANG Yue，XU Haichang

(School of Computer Science， Zhejiang University， Hangzhou 310027， China)

Abstract:The paper proposed a description logic(DL) rulesbased services interaction model，abstracted the services as messagebased abstract service models， in which considered transferring service messages between services as the main mean for service interaction.Analyzed the message data transfered between services by DL concept， and built relationship between service inner data schema and DL knowledge base (KB).Described the interaction rule by DL concept and Horn clause.With the support of Tableau algorithm， the effectiveness， consistency and satisfiability of KB concepts and rules for services interaction could be checked， thus the semantic based automatic interaction between services with heterogeneous data schemas could be implemented.

Key words:description logic(DL); service interaction; semantic service; data integration

0 引言

服務(wù)組合和服務(wù)交互是目前SOA[1]領(lǐng)域中的研究熱點。SOA可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進行分布式部署、組合和使用。語義服務(wù)是對服務(wù)進行語義描述，通過對服務(wù)提供的服務(wù)能力、服務(wù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)含義進行語義描述，指導(dǎo)服務(wù)匹配或服務(wù)交互過程。在SOA領(lǐng)域，語義本體研究以及語義服務(wù)描述RDF[2]、OWL[3]、OWLS等應(yīng)用均在描述邏輯的基礎(chǔ)上展開。

在服務(wù)的自動交互領(lǐng)域，D. Berardi等人[4]提出了自動化語義服務(wù)消息傳輸模型Colombo。該模型解決了如何將服務(wù)內(nèi)部的數(shù)據(jù)模式和數(shù)據(jù)變化情況轉(zhuǎn)換為消息在服務(wù)之間傳遞；如何將服務(wù)操作分解為原子數(shù)據(jù)操作；如何在原子操作組合的基礎(chǔ)上實現(xiàn)服務(wù)的組合和自動交互。但它沒有解決服務(wù)數(shù)據(jù)的語義問題，無法實現(xiàn)不同服務(wù)之間數(shù)據(jù)模式的異構(gòu)問題（即相同語義采用不同表示），而且缺乏完善的語義描述用于對知識進行表示和推理，對服務(wù)數(shù)據(jù)的可滿足性、操作的可滿足性進行判定；無法實現(xiàn)服務(wù)交互領(lǐng)域知識庫的重用。

在描述邏輯和描述邏輯應(yīng)用的領(lǐng)域，描述邏輯自從被提出后，就開始在許多領(lǐng)域中被作為知識表示的工具，如信息系統(tǒng)［5］、數(shù)據(jù)庫等。A. Borgida［6］研究了描述邏輯與數(shù)據(jù)對象的關(guān)系，分析了描述邏輯在數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)中的各種應(yīng)用，指出了描述邏輯在數(shù)據(jù)建模中的獨特優(yōu)勢，為描述邏輯在信息系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。Artable等人[7]研究了描述邏輯與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的關(guān)系，建立了描述邏輯與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫描述之間的映射，以及數(shù)據(jù)模型與ALNUI的知識庫之間的映射。F. Baader等人[8]的研究中提出，將描述邏輯的概念語言和有型域表示結(jié)合起來，并提出了包含有型域的描述邏輯推理、一致性檢驗、滿足性檢驗等方法。A. Levy[9]對Horn子句與描述邏輯的結(jié)合進行了研究，并結(jié)合Horn子句進行穩(wěn)定而完整的邏輯推理研究，給出了基于ALCNR描述邏輯的知識庫和邏輯規(guī)則的推理算法。可滿足性問題是描述邏輯推理中的核心問題，因為其他許多問題（如檢測、一致性問題等）均可轉(zhuǎn)換為可滿足性問題。SchmidtSchaub等人[10]首先建立了基于描述邏輯ALC的Tableau算法，該算法能在多項式時間內(nèi)判斷描述邏輯ALC概念的可滿足性問題。

本文以Colombo模型中提到的服務(wù)消息傳輸為基礎(chǔ)，結(jié)合描述邏輯

ALCFI、PIM平臺無關(guān)和PSM平臺相關(guān)等思想，提出了基于描述邏輯規(guī)則的服務(wù)交互模型。

1 模型結(jié)構(gòu)

在本文的服務(wù)交互模型中，整個框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。從縱向和橫向定義了分層結(jié)構(gòu)。

1)PIM概念模型 它是對服務(wù)交互系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)所包含對象類型的概念描述，并且這種描述不依賴于具體的存在方式。PIM的對象模型主要描述一個對象的語義信息，即對象是什么，有怎樣的屬性，屬性之間有怎樣的角色關(guān)系等。

2)PSM對象模型 它是與具體的服務(wù)實現(xiàn)相關(guān)的對象模型。假設(shè)在服務(wù)Si中存在對象模型Ci，且該對象參與服務(wù)交互，那么在PIM對象模型中存在與該模型Ci相對應(yīng)的PIM模型。這種對應(yīng)關(guān)系是建立在PIM到PSM的映射關(guān)系Hi:PIM×PSMi和從PSM到PIM的映射關(guān)系(Hi)-1：PSMi×PIM。通過該關(guān)系在每個子系統(tǒng)中的對象模型均可以轉(zhuǎn)換為在PIM的對象模型，從而實現(xiàn)與來自其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的集成協(xié)作。

3）規(guī)則模型 它包括概念層所定義模型之間的數(shù)據(jù)關(guān)系和服務(wù)交互之間的數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系，分別包括語義邏輯、觸發(fā)邏輯等。其中平臺無關(guān)的PIM規(guī)則是建立在概念模型的基礎(chǔ)上，而PSM規(guī)則則是建立在對象模型的基礎(chǔ)上。

4）邏輯層 將概念模型、對象模型和規(guī)則模型共同稱為交互系統(tǒng)的邏輯層。雖然許多服務(wù)的服務(wù)交互或服務(wù)集成系統(tǒng)在具體實現(xiàn)上不盡相同，但是許多實現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)和業(yè)務(wù)邏輯上具有相同的內(nèi)涵。傳統(tǒng)服務(wù)交互模型的缺點是缺乏統(tǒng)一的可復(fù)用的機制。在本文研究中，發(fā)現(xiàn)邏輯規(guī)則具有較高的抽象層次，能夠有效地減少實現(xiàn)細節(jié)和特定平臺對服務(wù)交互實現(xiàn)的影響；而且通過選擇良好的邏輯語言，計算機可以實現(xiàn)自動的規(guī)則推理。利用這種邏輯描述機制實現(xiàn)規(guī)則的自動交互，這正是本文的研究目的。

5)交互層 它是服務(wù)交互模型進行服務(wù)消息交互的平臺，交互層中的數(shù)據(jù)內(nèi)容是與各個子系統(tǒng)所持有的對象模型相一致的。從各子系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)通過與對象模型中定義的服務(wù)數(shù)據(jù)模型相匹配再映射為PIM層定義的數(shù)據(jù)模型。

6)服務(wù)層 它提供對不同類型的服務(wù)的適配，主要解決：a)不同通信方式的通信，如SOAP的服務(wù)、Web service的服務(wù)、DCOM的服務(wù)、CORBA服務(wù)等；b)數(shù)據(jù)的獲取方法，如采用輪詢模式或訂閱模式等。

2 服務(wù)的數(shù)據(jù)模型

定義1 服務(wù)數(shù)據(jù)模式(service data schema)θ={w1:d1，…，wm:dm，v1:θ1，…，vn:θn}。其中：dj∈{DB，DI，DR，DS}，DB、DI、DR、DS分別代表原子數(shù)據(jù)類型布爾類型、整數(shù)或枚舉型、實數(shù)型和字符串型；wi是基于字符集上的字段名稱。Θi是服務(wù)Si的所有數(shù)據(jù)模式的集合；Ωi是Θi中所有模式的字段名稱的集合。

定義2 面向?qū)ο蟮姆?wù)消息[4](objectoriented service message)是本文為基于自動推理規(guī)則的服務(wù)交互模型的原型系統(tǒng)而提出的服務(wù)之間的信息交互約定。服務(wù)輸入和輸出的消息以及服務(wù)之間傳遞的消息遵從模式m=〈op，data〉。其中：op∈{insert，delete，modify}；data是服務(wù)所包含的對象數(shù)據(jù)，data=〈v1，…，vn〉是在數(shù)據(jù)模式θ上的賦值（記為α）。一個完整消息可以是下面的形式：

insert θ(t1，…，tk;s1，…，sl)

deleteθ(t1，…，tk)

modify θ(t1，…，tk;r1，…，rl)

其中：θ是該消息所屬的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，θ包含長度為k的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（key data）和長度為l的數(shù)據(jù)；t和s分別代表服務(wù)Si有型域中的內(nèi)容；r既可以是服務(wù)Si有型域中的個體，也可以是符號“－” (代表該位置上的數(shù)據(jù)保持不變)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式θ對應(yīng)于τi中的一個術(shù)語C；storei是服務(wù)內(nèi)部存儲類型變量的有限集合，其包含的變量實例集合可以用來描述服務(wù)Si的狀態(tài)。服務(wù)的內(nèi)部狀態(tài)遷移是一個(m，storei)→p→(m′，storei′)的過程，服務(wù)根據(jù)輸入的消息m和服務(wù)的狀態(tài)storei確定服務(wù)內(nèi)部的流程p，以及執(zhí)行完流程p后服務(wù)輸出的消息m′和服務(wù)storei的狀態(tài)。

命題1 消息與服務(wù)狀態(tài)的關(guān)系。對于每一個服務(wù)Si在某個狀態(tài)statei下，其允許的消息類型insert、delete和modify操作滿足下列條件：

a)對于每一個insert θ(t1，…，tk;s1，…，sl)類型的消息，必然存在〈α(t1)，…，α(tk)，α(s1)，…，α(sl)〉屬于狀態(tài)state′i下的模式R。如果存在不同的〈α(t1)，…，α(tk)，c1，…，cl〉屬于狀態(tài)statei下的模式R，那么該元組在狀態(tài)state′i中不存在。

b）對于所有delete θ(t1，…，tk)類型的消息，那么在狀態(tài)state′i中不存在關(guān)鍵字段為〈α(t1)，…，α(tk)〉的元組。

c）對于所有modify θ(t1，…，tk;s1，…，sl)類型的消息，有兩種情況:(a)在狀態(tài)statei中不存在〈α(t1)，…，α(tk)〉的元組，那么在state′i中同樣不存在以此為關(guān)鍵字段的元組；(b)在狀態(tài)statei中存在元組〈α(t1)，…，α(tk)，c1，…，cl〉，那么存在屬于狀態(tài)state′i的元組〈α(t1)，…，α(tk)，c′1，…，c′l〉，且對所有j∈[1j]，c′j=α(rj)。

定義3 全局服務(wù)系統(tǒng)（global service system）。一個全局的交互系統(tǒng) g={{S0，…，Sm}，L}。其中：L是基于服務(wù)Si之間的鏈接；服務(wù)S0作為交互中介服務(wù)(mediator service)與各個服務(wù)Si交互，它的狀態(tài)store0是服務(wù)交互模型中全局的變量集合，代表服務(wù)交互全局的狀態(tài)。(S0，Si)∈L，1＜i＜m；而(Si，Sj)L，1＜i，j＜m，這意味著L上的所有消息均要經(jīng)過S0。

由于所有的消息均經(jīng)過S0，那么將服務(wù)交互的規(guī)則應(yīng)用在服務(wù)S0上就可以實現(xiàn)基于消息的服務(wù)自動交互。其中服務(wù)S0的TBox τ0包含兩部分，即服務(wù)領(lǐng)域概念術(shù)語和服務(wù)領(lǐng)域交互規(guī)則術(shù)語。

3 基于描述邏輯的服務(wù)邏輯定義

31 描述邏輯

描述邏輯[11]是基于對象知識表示的形式化，它吸取了KLONE的主要思想，是一階謂詞邏輯的一個可判定子集。它與一階謂詞邏輯不同的是，描述邏輯系統(tǒng)能提供可判定的推理服務(wù)。描述邏輯擅長用來進行知識表示，描述邏輯的重要特征是很強的表達力和可判定性，它能保證推理算法總能停止，并返回正確的結(jié)果。其主要特點是有清晰的模型—理論機制；很適合通過概念分類學(xué)來表示應(yīng)用領(lǐng)域；提供了有用的推理服務(wù)。

32 邏輯語法

在服務(wù)交互模型中，筆者使用描述邏輯ALCFI的形式作為服務(wù)交互系統(tǒng)的概念描述，從而利用描述邏輯ALCFI的推理機制對交互系統(tǒng)進行自行推理，同時使用基于ALCFI的謂詞邏輯表達交互規(guī)則。

定義4 ALCFI語法

C，C′→A|┐C|CC′|CC′|R.C|R.C|≤n R|≥nR

R，R′→P|R-

ALCFI從語義的角度來看，給定一個解釋

I，作為ΔI的一個子集的概念解釋和定義在ΔI之上的角色關(guān)系。

定義5 交互過程規(guī)則。 一個原子交互過程規(guī)則為一個四元組R=（I，O，Cd，E）。其中：I是可以觸發(fā)交互過程的對象集合；O是會受交互過程產(chǎn)生狀態(tài)或?qū)傩宰兓膶ο蠹希籆d是規(guī)則的激活條件；E是規(guī)則執(zhí)行后的效果。規(guī)則的激活條件Cd和效果E分別形如p1(1)∧…∧pn(n)和q1(1)∧…∧qn(n)。

交互規(guī)則是定義在知識庫解釋論域Δ上的邏輯表達式。其中：1，…，n和分別是變量或常量的元組，并且滿足下列條件:a) 1∪…∪nI，1∪…∪n(I∪O)；b)謂詞pi、qj可以是概念術(shù)語C、角色術(shù)語R或常規(guī)謂詞(常規(guī)謂詞是指沒有在術(shù)語庫中出現(xiàn)過的詞匯)。交互規(guī)則r的描述規(guī)則執(zhí)行后要達到的狀態(tài)，也就是對規(guī)則激活后服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部與服務(wù)之間數(shù)據(jù)狀態(tài)的要求。

交互規(guī)則的語義來自于Horn子句[9]和謂詞邏輯的語義解釋。滿足下列語義條件：a)對于Δ中的每一個常量a均存在解釋aI∈ΔI；b)對于Δ中的n元謂詞存在定義在ΔI上的n元關(guān)系；c)一個解釋I是規(guī)則r的一個模型當(dāng)且僅當(dāng)存在α這樣一個從r中的變量到ΔI的映射，規(guī)則r的觸發(fā)條件中的變量滿足α(i)∈pIi，規(guī)則r的效果中的變量滿足α()∈qI；d)當(dāng)一個解釋I對于基本事實p()滿足I∈pI，那么I是基本的一個模型；e)對于Δ中的常量，假定它們是名稱惟一的，即aI≠bI。

定義6 依存規(guī)則。當(dāng)常規(guī)謂詞p出現(xiàn)在規(guī)則r1的激活條件Cd中，如果在一個邏輯子句r2的執(zhí)行效果E中出現(xiàn)了謂詞p，則r2稱為r1的依存規(guī)則。

33 ALCFI(D)和語義

定義7 有型類域D［8］，包含D的值域集合ΔD，有型類域的謂詞集合pred(D)。對于每一個謂詞名P∈pred(D)是一個定義在n元關(guān)系上的謂詞，即PD(ΔD)n。

在服務(wù)交互系統(tǒng)中使用的有型類域分為以下四個：基于布爾值域{true，1}的有型類域B；基于自然數(shù)集N的有型類域N，它的值域是自然數(shù)集，pred(N)包括二元謂詞＜，≤，≥，＞和一元謂詞＜n，≤n，≥n，＞n(n∈N)。定義在實數(shù)域R的有型類域R，其值域為實數(shù)集；基于字符集上的字符串集合的有型類域S。它們分別對應(yīng)于代表了布爾值、整型值、實數(shù)值、字符串值等幾種基本的數(shù)據(jù)類型。

在ALCFI(D)上的一個解釋模型I由解釋模型的抽象值域ΔI和解釋函數(shù)組成。抽象解釋值域和有型值域是相離的，ΔD∩ΔI=。解釋函數(shù)是定義在從ΔI到ΔD∪ΔI的一個部分函數(shù)（partial function）。

ALCFI（D）在ALCFI基礎(chǔ)上引入語法解釋C，D→(u1，…，un)#8226;P|(u1，…，un)#8226;P，其含義如下：

((u1，…，un)#8226;P)I={x∈ΔI|存在r1，…，rn∈ΔD使得(x，r1)∈uI 1，…，(x，rn)∈uIn，(r1，…，rn)∈PD}

((u1，…，un)#8226;P)I={x∈ΔI|所有r1，…，rn∈ΔD使得(x，r1)∈uI1，…，(x，rn)∈uIn，(r1，…，rn)∈PD}

根據(jù)有型域的含義，知道有型域的解釋函數(shù)原子概念Mi(wr)存在其有型域解釋。

4 基于描述邏輯的服務(wù)交互表示模型

利用描述邏輯和邏輯規(guī)則的推理機制對服務(wù)交互模型中的可滿足性、冗余性進行自動推理，對服務(wù)交互的過程進行邏輯描述。需要解決幾個問題：a）將服務(wù)模型中的消息數(shù)據(jù)模式映射到ALCFI的知識庫，并證明這種映射的正確性和完整性；b)將服務(wù)交互模型中的業(yè)務(wù)交互流程與邏輯規(guī)則進行轉(zhuǎn)換，并分析邏輯規(guī)則的表達能力；c）基于ALCFI的邏輯推理，解決服務(wù)集成交互中語義對象之間的數(shù)據(jù)兼容問題。

41 服務(wù)對象模型與描述邏輯

定義8 服務(wù)交互知識庫Kβ={T，A}，T=T 0∪(∪mi=1T i)。其中： T 0代表與平臺無關(guān)的服務(wù)領(lǐng)域術(shù)語集合；Ti代表服務(wù)組合所處領(lǐng)域內(nèi)參與組合的服務(wù)Si所包含的知識術(shù)語；A=∪mi=1Ai，Ai表示服務(wù)Si中對T i中所描述術(shù)語的實例說明。

定義9 服務(wù)交互模型數(shù)據(jù)模式的語義描述。服務(wù)Si數(shù)據(jù)模式的實例α是TBox T i中的一個實例對象，storei代表服務(wù)Si的內(nèi)部消息數(shù)據(jù)集合；Ii是服務(wù)Si在領(lǐng)域Δ上的解釋；Mi:{Θi，Ωi}×T i給出了定義在服務(wù)數(shù)據(jù)模式到服務(wù)知識庫中概念或角色的映射關(guān)系；(θ，C)∈Mi表示C是θ語義描述。交互模型的數(shù)據(jù)對象滿足α∈storei，且θ是α的數(shù)據(jù)模式，那么存在C∈Ii滿足(θ，C)∈Mi且α∈CIi，服務(wù)Si中的數(shù)據(jù)對象與ΔIi存在映射關(guān)系。

Mi:{Θi，Ωi}×Ti給出了從服務(wù)數(shù)據(jù)模式到服務(wù)的TBox術(shù)語庫Ti的轉(zhuǎn)換關(guān)系。依據(jù)這種轉(zhuǎn)換每一個數(shù)據(jù)對象實例均可以分析得到其語義信息。

如果知識庫Ti中存在一個概念C，且θ∈Θ，Mi(θ)=C，那么概念術(shù)語C對于數(shù)據(jù)模式Θ是有意義的。

定義10 數(shù)據(jù)模式特征約束γ。它是定義在服務(wù)數(shù)據(jù)模式θ上的約束條件，記為γ[θ]。對于所有x∈(γ[θ])S，x∈γS且x滿足特征約束γ，很顯然(γ[θ])S∈θS。在知識庫中存在C∈Ti且C=Mi(θ)，且存在一個概念術(shù)語D≡C

(/)(u1，…，un)#8226;P，如果(γ[θ])S中的每一條記錄滿足(|)(u1，…，un)#8226;P(顯然(γ[θ])S中的每一條記錄也均符合D的語義)且θSr\\(γ[θ])S中的每一條記錄均不滿足(|)(u1，…，un)#8226;P，那么可以說特征約束γ是有型域謂詞條件(|)(u1，…，un)#8226;P在θ下的一個模型，并定義Mi(γ(θ))=D。對于Ti中的一個概念術(shù)語D，雖然θ#8226;Mi(θ)≠D，但存在θ上的約束γ，使得γ(θ)是D的一個模式，那么概念術(shù)語D對于數(shù)據(jù)模式Θ是有意義的。

如果知識庫T i中存在一個概念D

AB，而且A、B均是有意義的概念，那么概念術(shù)語D也是有意義的。也就是可以定義Mi(i(A)∪i(B))=D。

當(dāng)一個知識庫的所有概念術(shù)語對數(shù)據(jù)模式Θ有意義，就稱這個知識庫是良好定義的。

定理1 當(dāng)知識庫Ti是良好定義的，對于其中的任何概念C就能確定它在服務(wù)的數(shù)據(jù)模式下的解釋集合。

證明 對于知識庫中任何一個概念，要么

a）存在映射Mi(θ)=C，θ∈Θi，那么在模式θ下的數(shù)據(jù)都是C的解釋；

b）存在映射Mi(γ（θ)）=C，那么在模式θ下并且滿足約束γ的數(shù)據(jù)均是C的解釋；

c)存在映射Mi(i(A)∪i(B))=C，那么A、B的解釋均是C的解釋。

通過服務(wù)數(shù)據(jù)模式與服務(wù)知識庫術(shù)語之間的映射關(guān)系，可以確定知識庫中任意概念所包含的解釋集合；同樣地，對于statei中的數(shù)據(jù)，也可以通過確定它是否屬于某個概念所對應(yīng)的集合來確定它是否屬于這個概念的解釋。

42 全局知識庫中概念的模型

定義11 知識庫內(nèi)部模式關(guān)系[12]Li

extLj，LiintLj。

其中：Li和Lj可以是關(guān)系表達式也可以是概念表達式。LiextLj表示Li包含在Lj的外延中，即來源Si中滿足表達式Li的每一個對象也滿足來源Sj中的表達式Lj。LiintLj表示來源Si中的Li是來源Sj中的一個子概念，即來源Si中滿足表達式Li的對象也滿足來源Sj中的表達式Lj，且該對象同樣出現(xiàn)在來源Sj中。

服務(wù)交換模型中知識庫Kβ={T，A}，T=T 0∪(∪mi=1Ti)。在服務(wù)交互模型的知識庫中，如果來源于服務(wù)Si的概念Ci包含于全局服務(wù)S0的概念C0，即Ciext

C0，那么對于服務(wù)數(shù)據(jù)對象中的一條數(shù)據(jù)，如果它滿足Ci那么它也滿足C0，因此通過

ext、int關(guān)系可以將服務(wù)Si的數(shù)據(jù)語義提升到全局的層次，從而參與全局服務(wù)的數(shù)據(jù)交互。

給定參加交互服務(wù)的服務(wù)集合{S1，…，Sm}和全局服務(wù)S0，如果一個原子概念C0∈T0，且在{S1，…，Sm}中至少存在一個服務(wù)Si，Ci∈Ti且CiextC0，那么稱概念C0是有意義的。如果概念C0不是原子概念，但是它可以被若干個有意義的概念所表達，那么也是有意義的。

43 交互規(guī)則的可滿足性

對于給定服務(wù)集合{S1，…，Sm}中的良好定義服務(wù)知識庫T 0，{T 1，…，T m}和服務(wù)的狀態(tài)集合{state1，…，statem}，一個規(guī)則r是否可以被滿足的問題定義如下：

定義12 規(guī)則的可滿足Cd≡p1(1)∧…∧pn(n)。其中：p1，…，pn是T0中概念或角色謂詞；，1，…，n是變量或常數(shù)元組，且1∪…∪n。如果T 0∪{T1，…，T m}∪{state1，…，statem}|=()p1(1)∧…∧pn(n)，那么交互規(guī)則的激活條件Cd就可以被滿足。

規(guī)則的調(diào)用過程如圖2所示。

定理4 對于良好定義的知識庫T 0∪{T 1，…，T m}∪{state1，…，statem}|=()p1(1)∧…∧pn(n)是可以判定的。

證明 首先良好定義的知識庫中規(guī)則r是良好定義的，那么

p1(1)∧…∧pn(n)中出現(xiàn)的謂詞均包含在T0中；且{state1，…，statem}的數(shù)據(jù)可以分別被知識庫{T 1，…，T m}所判定。良好的知識庫T 0和T i中的概念存在

ext，int關(guān)系，使得{state1，…，statem}的數(shù)據(jù)可以被知識庫T 0判定。基于ALCFR的存在繼承滿足性算法可以判定從{state1，…，statem}相應(yīng)的知識庫概念，從而根據(jù){ALCFR0，ALCFR1，…，ALCFRm}中的知識推導(dǎo)出()p1(1)∧…∧pn(n)。

規(guī)則的可滿足性判定可以采用描述邏輯中的Tableau[10]算法判斷。

44 規(guī)則的效果

規(guī)則效果E中描述形如q1(1)∧…∧qn(n)。其中：iI∪O，且I、OT0；qi是對i的邏輯謂詞描述，邏輯謂詞q可以是概念謂詞、角色謂詞、有型域謂詞。a）如果qi是概念謂詞，那么變量組i中表示的個體滿足概念謂詞qi的語義，而且該概念謂詞可惟一確定變量i的某一個屬性。b）如果qi是角色謂詞，那么變量組i中表示的個體組之間存在qi所表示的角色關(guān)系。c）如果qi是有型域謂詞，那么變量組i表示的個體組之間就應(yīng)該滿足有型域謂詞qi的關(guān)系。

交互規(guī)則在執(zhí)行知識庫和服務(wù)的狀態(tài)可以滿足{T 0，T 1，…，T m}∪{state′1，…，state′m}|=q1(1)∧…∧qn(n)。對于一個變量所對應(yīng)的對象交互規(guī)則的執(zhí)行結(jié)果通常有三種情況，即修改屬性、新增對象、刪除對象等結(jié)果。而這種模式可以實現(xiàn)與基于消息的服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

a）如果變量x∈I∧x∈O，那么規(guī)則在x所對應(yīng)的對象上的作用就是修改它的屬性。u1(x，y1)∧…∧um(x，ym)∧(y1，z1)=∧…∧(ym，zm)=表示一個對x進行屬性修改的標準形式。

b）如果變量x∈O∧new(x)∈E，那么規(guī)則在x代表的對象上的作用就是新增對象。new(x)∧u1(x，y1)∧…∧um(x，ym)∧(y1，z1)=∧…∧(ym，zm)=表示新增對象的標準形式。

c）如果變量x∈I∧xO∧del(x)∈E，那么規(guī)則在x代表的對象上的作用就是要刪除的對象。del(x)表示刪除對象的標準形式。

上面a)~c)中表示概念的有型域?qū)傩躁P(guān)系；zi可以是有型域中的常量，也可以是基于觸發(fā)變量集合I中概念對象所包含的有型域?qū)傩员磉_式。

5 原型實現(xiàn)和實驗

51 系統(tǒng)原型

基于自動推理規(guī)則的服務(wù)交互模型在面向服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用中有著實際的用途。本文試圖實現(xiàn)了一個原型系統(tǒng)用于研究模型部署的方法和測試模型的實際效果。

52 應(yīng)用實例

在基于描述邏輯規(guī)則的智能樓宇服務(wù)交互系統(tǒng)（KBMS）中使用了上述的服務(wù)交互模型實現(xiàn)了一個應(yīng)用在智能樓宇服務(wù)中的交互系統(tǒng)，如圖3所示。該系統(tǒng)連接智能樓宇內(nèi)各個智能系統(tǒng)中的服務(wù)接口，通過將智能設(shè)備間的通信和數(shù)據(jù)進行集成，以對象型數(shù)據(jù)為中心，進行各樓宇智能系統(tǒng)間的服務(wù)功能和數(shù)據(jù)交互。PIM知識庫是依靠專家系統(tǒng)構(gòu)建的模式建立的一般采用人工規(guī)劃的手段，被集成的各個服務(wù)領(lǐng)域內(nèi)的概念信息的獲取也是采用人工協(xié)助的方式，從而構(gòu)建出PIM概念庫、PIM規(guī)則庫和PSM概念映射庫。

在實際應(yīng)用中，樓宇各個智能系統(tǒng)間的服務(wù)之間采用OPC標準數(shù)據(jù)協(xié)議進行連接，OPC協(xié)議是基于Windows平臺的一套設(shè)備數(shù)據(jù)通信協(xié)議。通過OPC協(xié)議進行服務(wù)集成，同時也采用了Web service接口的服務(wù)適配；采用了類似于XML的數(shù)據(jù)作為通用的數(shù)據(jù)格式并在此基礎(chǔ)之上加入語義解釋。根據(jù)智能樓宇的實際應(yīng)用，給各個子系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)對象賦予所對應(yīng)的邏輯對象，并且制定了一系列相關(guān)的邏輯規(guī)則。

53 實驗簡介

在交互系統(tǒng)中的PIM知識庫中定義了一系列智能樓宇領(lǐng)域相關(guān)的邏輯概念，總共23個點位對象概念和諸如同地點角色關(guān)系、隸屬角色關(guān)系等對象之間的角色定義，如溫度設(shè)定值角色、運行狀態(tài)角色、安裝地點角色等。

例1空調(diào)溫度設(shè)定值#8226;溫度運行狀態(tài)#8226;開關(guān)狀態(tài)安裝地點#8226;大樓分區(qū)

這條定義表明空調(diào)這個概念中需要包括溫度設(shè)定值、運行狀態(tài)角色、安裝地點這些角色屬性，并給出了這些角色的概念類型。

交互規(guī)則在概念邏輯的有型域邏輯的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，包括智能空調(diào)規(guī)則、燈光規(guī)則、防盜安全規(guī)則等總共50多條，這些服務(wù)交互規(guī)則構(gòu)成了智能交互系統(tǒng)的服務(wù)依據(jù)。

例2根據(jù)室內(nèi)探溫器的溫度自動打開該區(qū)域內(nèi)空調(diào)或關(guān)閉空調(diào)的簡單規(guī)則（規(guī)則1）就可表示成：

空調(diào)(x)∧大樓分區(qū)(y)∧空調(diào)安裝地點(x，y)∧開關(guān)狀態(tài)(w)∧運行狀態(tài)(x，w)∧探溫器(z)∧大樓分區(qū)(u)∧探溫器安裝地點(z，u)∧溫度(v)∧探溫器溫度(z，v)∧=s(y，u)∧＞N(v，30)∧┐=s(w，ON)=s(w，ON)

在這個規(guī)則中，一元謂詞基于概念，二元謂詞基于角色關(guān)系。其中大樓分區(qū)等概念又對應(yīng)于相應(yīng)的有型域?qū)ο?。?/p>

在本文實驗環(huán)境中，實體對象的數(shù)量已經(jīng)實現(xiàn)確定了，即服務(wù)自身不存在新增對象實體的情況，在測試環(huán)境分析中，總共有近1 300多個數(shù)據(jù)對象實例。在實際應(yīng)用中，根據(jù)接入的不同類型的子服務(wù)的數(shù)量以及每一個子服務(wù)下所存在數(shù)據(jù)的數(shù)量，決定了服務(wù)交互的復(fù)雜程度。

54 測試結(jié)果

筆者設(shè)計了兩個方案進行測試，這兩個方案主要在預(yù)處理的流程上有所不同。

方案1只進行概念角色和規(guī)則的預(yù)處理，產(chǎn)生運行時知識庫，數(shù)據(jù)流程按照圖3所示進行。

方案2在KBMS中子服務(wù)包含的實例對象已知的情況下，可將數(shù)據(jù)對象的信息預(yù)先編入運行時知識庫，將消息—數(shù)據(jù)實例—數(shù)據(jù)模式—PSM概念—PIM概念—規(guī)則的關(guān)系在編譯時確定下來，這樣就直接可以在消息—規(guī)則之間建立聯(lián)系；同樣也可以在規(guī)則變量與對應(yīng)的數(shù)據(jù)實例之間建立相應(yīng)的聯(lián)系，從而縮短搜索規(guī)則相關(guān)數(shù)據(jù)的時間。編譯又可以分為兩個層次：

a）結(jié)合了PSM知識庫內(nèi)容的規(guī)則（規(guī)則2）

例3 空調(diào)1(x)∧大樓分區(qū)1(y)∧空調(diào)安裝地點1(x，y)∧開關(guān)狀態(tài)1(w)∧運行狀態(tài)1(x，w)∧探溫器2(z)∧大樓分區(qū)2(u)∧探溫器安裝地點2(z，u)∧溫度2(v)∧探溫器溫度2(z，v)∧=s(y，u)∧＞N(v，30)∧┐=s(w，ON)=s(w，ON)（下標序號表示所屬的不同子服務(wù)知識庫）。

b）結(jié)合了PSM和服務(wù)數(shù)據(jù)實例的規(guī)則（規(guī)則3）

例4 空調(diào)1(x)∧空調(diào)編號1(y)∧開關(guān)狀態(tài)1(w)∧運行狀態(tài)1(x，w)∧探溫器2(z)∧探溫器編號2(u)∧溫度2(v)∧探溫器溫度2(z，v)∧=I(y，1)∧=I(u，1)∧＞N(v，30)∧┐=s(w，ON)=s(w，ON)

這條規(guī)則將空調(diào)的大樓分區(qū)屬性和探溫器的大樓分區(qū)屬性進行分析，得出編號1的空調(diào)和編號1的探溫器具有相同的大樓分區(qū)屬性，因此可以為探溫器1和空調(diào)1建立對應(yīng)關(guān)系。這樣對于作為觸發(fā)變量的探溫器類型數(shù)據(jù)，直接將1號探溫器的數(shù)據(jù)與該規(guī)則進行聯(lián)系，當(dāng)接收到1號探溫器的數(shù)據(jù)時就可以很快引用此規(guī)則快速地推理出是否打開1號空調(diào)的交互結(jié)果。

規(guī)則1設(shè)計中只有兩個參與的變量；規(guī)則2設(shè)計中有三個變量xyz，但只有xy和xz直接存在約束；規(guī)則3設(shè)計中三個變量xyz相互之間存在約束，因此在條件的判斷上稍微復(fù)雜，而時間的增加是因為針對規(guī)則3符合條件的數(shù)據(jù)實例組合有所增加的原因。從圖4可以看出，響應(yīng)時間基本上與服務(wù)交互系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)量和規(guī)則所涉及的對象個數(shù)成正比。

另外，方案2的平均耗時是方案1的0.367 9倍。因此將數(shù)據(jù)對象信息預(yù)先加入規(guī)則庫將大大縮短規(guī)則觸發(fā)的響應(yīng)時間。但是卻不能隨著子服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的變化而實現(xiàn)知識庫的動態(tài)變化，而需要對運行時數(shù)據(jù)庫進行重新的分析處理，不適合有經(jīng)常加入新對象的服務(wù)系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

本文主要提出了一個自動服務(wù)交互的模型框架。該模型框架將在服務(wù)之間傳遞的消息作為服務(wù)交互的主要手段；將服務(wù)的操作理解為對服務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄的影響；將服務(wù)分解為原子操作的組合。使用描述邏輯的概念對服務(wù)數(shù)據(jù)進行語義分析，在服務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)模式與描述邏輯知識庫之間建立對應(yīng)關(guān)系，并引入平臺無關(guān)和平臺相關(guān)的概念。其中平臺無關(guān)知識庫作為聯(lián)系各個服務(wù)數(shù)據(jù)的紐帶?；诿枋鲞壿嫼虷orn子句的交互規(guī)則作為服務(wù)之間交互的邏輯依據(jù)，在描述邏輯的Tableau算法的支持下，對知識庫概念和規(guī)則進行有效性、一致性和可滿足性的驗證。在服務(wù)交互方面，通過服務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)、平臺相關(guān)概念、平臺無關(guān)概念最終到交互規(guī)則的聯(lián)系，實現(xiàn)異構(gòu)模式下服務(wù)之間的語義數(shù)據(jù)交互。而建立在平臺無關(guān)基礎(chǔ)上的概念和規(guī)則知識庫又可反復(fù)重用。

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