語義網格環境下數字圖書館的服務整合

[摘 要]語義網絡和網格技術在數字圖書館建設中的重要性已被業界所關注。語義網絡應用于數字圖書館建設可以對其資源進行基于語義的標注，提供基于語義的資源瀏覽與檢索;網格技術應用于數字圖書館建設可以整合分布、異構、自治的數字資源，獲得資源透明調用的能力。

[關鍵詞]服務整合;語義網絡環境;數字圖書館

DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2010.08.013

[中圖分類號]G250.76 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-0821(2010)08-0052-03

Semantic Grid Environment to Integrate Digital Library ServicesLi Jingyun

(Library，Maoming University，Maoming 525000，China)

[Abstract]The semantic web and grid technology in the digital library construction has been the importance of the concerns of the industry.Semantic network can be used in the construction of digital library resources based on their semantic annotation，semantic-based browsing and retrieval of resources;Grid used in the construction of digital libraries can be integrated distributed，heterogeneous，autonomous digital resources，and transarent access to resources the ability to call.

[Keywords]service integration;semantic network environment;digital library

在語義網格的環境下，關于數字化圖書館的服務整合，要求能夠自動其發現語義的網格中所包含一系列的服務，并且能對它按照其用戶的需求進行組合。服務組合就是把現有的基本服務聯合起來提供具有附加價值的新功能。服務組合分為靜態服務組合和動態服務組合。靜態的服務組合在組合服務設計時即預先定義參與其中的服務而不會再有所改變(除非手工修改)，因而無法滿足語義網格環境動態變化的需求。而動態的服務組合是在執行時才根據一定的優選規則選定參與服務組合的服務，因而在任何時刻都可以保證所選中的參與服務是最優的，如此則可以較好地滿足前述要求。

要實現動態服務組合，必須經過3個步驟:第一，以某種合適的語言定義組合服務模板;第二是對模板中定義的每個服務原型要自動發現、匹配、選擇優選的服務來具體實現其功能，最終得到實例化的可執行組合服務;最后一步是執行前一步得到的實例化組合服務。上述3個步驟中的第二步，即自動的服務發現、匹配及選擇是動態服務組合的關鍵。然而，若沒有語義的支持，自動的服務發現、選擇、匹配要獲得較高的匹配成功率是比較困難的。因此，基于語義的服務發現是實現服務組合的基本要求。通過定義服務發布者和請求者共同遵守的本體和服務接口的語義描述，達到服務發布者和請求者可以實現語義層次的匹配，從而為服務與服務之間的自動組合和協作奠定了基礎，使得動態地利用網絡中的資源，即時組合出新的應用成為可能。基于語義來實現語義網格環境下數字圖書館服務整合的一個最顯著的優勢就是在于它能夠在可接受的資源和時間的限制下，能夠自動的操作和推理好，人為參與極大地減少了。用以方便服務的服務OWL-S標記任務的自治操作，其中包括了自動化服務的發現、互操作、執行、執行監控以及合成。

1 自動數字圖書館語義網格服務發現模型

自動的語義網格服務發現能夠實現語義網格服務的自動定位。通過OWL-S的服務標識，用于服務發現的信息能夠以計算機可解釋的語義標簽的形式給出，一個服務注冊處或者基于Ontology的搜索引擎能夠被用于自動定位服務。

1.1 自動語義網格服務發現思路

基于功能服務的發現要實現，缺乏了的共同語義造成的語義沖突問題解釋必須首先解決;其次，應考慮把語義信息添加Web 服務使用的戶獲得的服務功能信息。因此就需要采用本體庫，統一的表現形式和描述就能被領域信息所提供。同時，能利用OWL-S對其服務來進行語義描述;就能使所有用戶了解其所服務的功能和細節，以便加強機器理解服務描述信息。而服務發現的基本思路是:當一個服務請求提交之后，首先將請求服務的輸出和已發布服務的輸出進行基于概念相似度計算的匹配;在找到輸出合適的已發布服務之后，再進行請求服務的輸入和該發布服務的輸入的比較，最后得到匹配結果。如圖1所示。

圖1 服務發現的基本思路

服務請求者和服務發布者都用OWL-S作為描述語言，對服務的輸入和輸出等參數用領域本體進行描述。服務解析模塊加載請求服務和發布服務，并解析出輸入和輸出等描述服務的參數信息。相似度計算模塊計算任意兩個概念之間的語義相似度，得到服務參數概念相似度矩陣。服務匹配模塊計算請求服務和發布服務之間的匹配程度，最后得到輸出結果。

2 語義網格服務自動發現的模型結構

要自動完成服務發現就必須要OWL-S所提供發布的服務屬性和能力方面的廣告。請求描述以及廣告描述它們之間的匹配問題就是服務發現實質，而目前采用的關鍵字所匹配的方式就缺乏了對用戶查詢的請求中的對有用信息的處理和提取，不能較好地描述給用戶查詢請求中所需要服務的能力;同時，服務請求者也無法從其廣告描述之中獲悉服務功能的信息;所以，需要構造以查詢處理器的方式來抽取其查詢請求中服務特征的信息而形成的標準語義請求來進行描述，同時也需要對建立發現的引擎實現針對服務功能的信息語義的匹配，進而來提高服務查準率。如圖2所示基于本體Web服務的發現模型。

(1)查詢處理器:接受用戶輸入的查詢請求，根據本體庫對用戶的查詢信息進行標準化和過濾，保留應用于查找的條件和約束信息，形成新的用戶查詢描述。圖2 服務發現模型結構

該模塊就能夠實現從用戶的查詢和請求中抽取出一些滿足其需求服務的功能信息，并且能形成標準及無語義沖突查詢的描述，這樣就使得服務請求經過映射后的描述就更能精確表達出用戶們所需的服務及信息。

(2)領域本體庫:存儲特定領域內的知識庫、知識關系。建立特定的領域本體，使本領域內的用戶形成共同的語義理解。

(3)發現引擎:該模塊包含廣告數據庫與匹配引擎兩個組件。匹配引擎利用基于語義的匹配算法對由查詢處理器產生的查詢描述與服務提供者廣告描述進行匹配，并結合建立在本體上的推理系統進行邏輯推理。廣告數據庫用來存儲服務提供者的服務描述信息，該服務描述信息是由OWL-S描述語言所描述的，能夠增加對服務功能的語義描述。該發現引擎建立在語義基礎上的匹配，因此能大大提高服務的查準率。

1.3 語義網格環境下數字圖書館服務發現模型

語義網格是一個高度自動化的開放環境，在這種環境下，便于用戶發現服務是至關重要的。匹配的概念在服務的語義發現里是十分重要的，匹配就是將請求者要求服務的特征同廣告服務的特征進行比對的過程。在語義網格環境下的數字圖書館中，應該通過語義發現網格服務，因此筆者認為，語義網格環境下數字圖書館的服務發現應該首先比較服務請求的功能性，然后再比較輸入輸出。根據這種思路，所構建的服務發現匹配模型如圖3所示。發布IO比較功能比較。

圖3 服務發現匹配模型

圖3中給出創建服務廣告、進行服務發現所必需的組成部分。服務提供者用WSDL文件(網絡服務的描述語言)描述服務的特征，OWL-S編輯器中的“WSDL2OWLS”轉換工具可以把它轉換成OWL-S描述。OWLS對網格服務進行語義描述，可使用任何一種推理機，比如Algernon推理機來進行查詢，查詢得到的信息同服務請求進行匹配。匹配系統應用了本體的概念對服務請求和服務廣告的功能性、輸入、輸出(FOI)進行比較，確定FOI的相似性。網絡本體語言(OWL)使我們能夠對概念進行描述，從而復雜的概念可以從涵義上分解為簡單的概念。使用斯坦福大學開發的OWL編輯器Protégé，可以較輕松地將本體建立起來。再通過推理機采用適當的推理規則就可以確定本體中兩個不同概念間語義的相似性。這種模型利用推理機與本體知識基礎相結合，檢索語義信息。由功能本體(功能本體:指語義描述所有可能的功能性的本體，本體中的概念及子概念代表功能性，每個概念(子概念)的名稱代表一個固定的行為語義)確定服務請求和服務廣告功能上的語義相似性;領域本體(領域本體是指語義描述函數輸入變量和輸出變量所有可能的數據類型的本體，本體中每個概念及子概念代表一個數據類型)確定輸入和輸出的相似性。由預先設定的算法執行匹配，確定服務廣告FOI和請求FOI的相似程度。算法將基于相似性，返回與服務申請較為相關的服務。

2 動態服務組合體系結構

動態服務組合包括調用自動服務、組裝和互操作的自動服務。而且自動服務的調用需要實體自動執行和通過程序或者經過語義標識的一個服務。在對服務的執行上可以將其看作是一系列函數的調用集合。自動服務的互操作和組裝主要指的是:給出了高層的一個目標描述后，其對于某個任務來說，對其所需的服務來進行組裝、自動選擇和互操作。在通過OWL-S，組合服務和選擇所用于的信息將被編碼在服務器上。OWL-S要提供單個服務來進行選擇的組合順序和先決條件。由五層組成服務的組合:傳輸層，X消息層，實現層，ML服務描述層，服務發布、查找、組合層。XML消息層，傳輸層，傳統web的服務服務協議能與描述層相一致。查找、服務發布、組合層采用OWL-S框架，如圖4所示。

服務組合

OWL-S Service Model服務查找發布

OWL-S Service Profile實現層:OWL-S Grouding服務描述層:WSDLXML消息層:SOAP傳輸層:HTTP，SMTP，FTP…圖4 服務組合的體系結構

ServiceGrouding就指定如何來訪問服務細節。其主要包括了消息和協議的序列化、格式、定位和傳輸等。因此一個ServiceGrounding看作可以是具體實現和從服務描述元素抽象的定義的一個映射，一個原子的過程輸入和輸出就是其最主要的。在OWL-S中，都認為ServiceModel和ServiceProfile是抽象表達，僅有ServiceGrounding是其具體的實現層次規范。而ServiceProfile就提供了來描述服務的一個方式就是服務請求者所需的服務和提供者提供的服務。ServiceProfile的表達形式沒有限定服務，相反，特定的服務可以通過OWL的子類來描述。OWL-S為其提供了一個可能的表達Profile類的服務。而Profile將服務描述成為了一個3種類型信息所具有具有的功能:提供了該服務的是哪個組織，功能是什么等。服務在要執行時將會發生什么被ServiceModel所描述。對于非普通的那些服務(即一些組合的服務)，可能被一個Agent對該描述依照以下4種方式使用:①描述用于完成一個任務是由多個組合服務服務所給出的;②進行深層次的分析:對于該服務是否符合要求;③在服務制定階段，要完成參與者多個之間的協同;④一個服務執行的監控。

3 動態服務

組合模型及服務組合模塊的組成:即服務組合引擎和推理引擎兩部分。提供匹配服務能力并推理的引擎存儲服務語義描述信息;服務組合引擎處理組合服務的解析，執行和管理，如圖5所示。

圖5 動態服務組合模型結構

3.1 服務匹配引擎

服務匹配引擎由OWL-S/UDDI的轉換器和OWL-S匹配引擎組成。服務匹配引擎生成組合服務的工作流程如圖6所示。

當服務請求者發出請求(包括服務功能描述和可以提供的輸入以及期望的輸出)，則服務組合應用接口將該請求轉換成Service Profile形式，再將其交給匹配引擎。然后匹配引擎利用OWL推理機對功能描述進行基于OWL-S Ontology庫和服務描述庫的靈活匹配，得到一組滿足條件的組合服務。這種匹配不是簡單的基于關鍵字方式，而是基于語義約束的模糊匹配。接著再使用匹配引擎逐個檢查找到的服務的輸入是否是請求者所提供的輸入的子集和其輸出是否包含請求者所期望的輸出;這樣匹配率最高的服務就是服務發現的目標。

3.2 合成服務執行引擎

組合服務執行的引擎是負責組合服務所執行中的運行控制，它為組合服務的實例一些提供運行的環境，其中包括進行解釋組合服務定義，組合服務實例的創建，并且要控制實例的掛起、激活、終止、恢復等狀態，引導實例中的活動進行，并且要負責將外部服務激活等。為了實現動態組合的服務機制，引擎還需要提供動態的訪問注冊庫服務的功能。該引擎主要包括以下4個模塊:①服務解析模塊。②服務執行模塊。③系統監控模塊。④安全管理模塊。

參考文獻

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