基于語義Web服務的建?？蚣鼙容^研究

林關成

(渭南師范學院 傳媒工程學院，陜西 渭南 714099)

基于語義Web服務的建?？蚣鼙容^研究

林關成

(渭南師范學院 傳媒工程學院，陜西 渭南 714099)

作為一種新興的Web應用模式，Web服務能夠擺脫硬件系統平臺、操作系統以及編程語言的束縛，為跨平臺、跨行業的服務提供技術保障。為了改進傳統的文本匹配思路和信息組織形式，提高Web服務的智能化水平，增強服務定位的精準性，在分析語義Web服務結構的基礎上，從語義層面對Web服務的能力和屬性進行描述，將語義Web技術和Web服務機制相結合，闡述了OWL-S、IRS、WSMO主流語義Web服務建?？蚣艿奶攸c，為服務用戶提供本體描述方法。從行為、體系結構和服務本體的角度比較分析了三大主流語義Web服務建?？蚣艿漠愅?，同時，展望了語義Web服務建?？蚣艿陌l展趨勢，有助于語義Web服務的建模方法及其改進。

語義Web服務；建?？蚣?；服務描述；體系結構；服務本體

0 引 言

隨著Web服務在信息服務領域的應用越來越廣泛，互聯網上Web服務的數量呈現出爆炸式增長。Web服務作為一種新興的Web應用模式，可以擺脫硬件系統平臺、操作系統以及編程語言的束縛，為服務提供者跨平臺、跨行業的進行服務提供了技術保障。然而，當前的Web雖然能夠更多地為用戶提供多種描述文本信息，卻不包含可供機器間相互理解的語義信息，在傳統的Web服務模式下要想實現服務的自動選擇、自動配置以及自動組合是不太容易的，這不僅限制了機器在互聯網信息檢索領域的發展，也限制了機器自動化的處理能力[1]。

在Web服務數量龐大的今天，再依靠傳統的人工方式去組織、管理、分類Web服務已經不太現實，要讓機器自動地處理這些服務的識別、組織以及匹配問題，需要讓計算機具加智能化，必須克服傳統的信息組織形式，摒棄傳統的文本匹配思路，于是語義Web應運而生[2]。

語義Web的出現給機器之間的智能交互提供了契機，通過語義描述語言使互聯網上的信息具有語義，從而更準確地發現知識[3]。將語義Web技術應用于Web服務領域就產生了語義Web服務，它是語義Web技術和傳統的Web服務機制相結合的產物，能夠自動處理服務的選擇、服務的調用以及服務的配置，使Web服務更加智能化、服務定位更加精準、用戶的體驗度更高[4]。

語義Web服務的實現，既需要建立、發現和自動調用Web服務的形式化描述[5]，又需要用于分析和驗證服務語義的建模框架[6]。當前，有關研究機構各自提出了不同的語義Web服務建模框架，比較著名的有：METEOR-S[7]，WSMO[8]，IRS[9]以及SWSF[10]等。

文中以語義Web服務的一般結構為基礎，對其三大主流建?？蚣躉WL-S[11]，IRS和WSMO[12]從行為、體系結構和服務本體等方面進行比較分析，對語義Web服務的建模有一定的參考價值。

1 語義Web服務的基礎結構

當前，圍繞語義Web服務的研究大多是從行為、體系結構和服務本體三個方面展開的。行為定義了包括服務的發布、配置、發現、選擇、組合、調用以及本體管理等支撐語義Web服務的多種功能；體系結構則定義了包括注冊機、推理機、分解器、匹配子以及觸發器等一系列實現上述行為的各種組件；服務本體定義了服務的輸入輸出、執行的前提條件和執行后得到的結果、服務的類型以及服務的質量等，主要從概念上對服務作了最本質的描述。

三者相輔相成，從宏觀到微觀構成了語義Web服務的基礎結構，如圖1所示。

圖1 語義Web服務的基礎結構

2 語義Web服務主流建?？蚣?/h2>

語義Web服務整合了語義Web技術和Web服務機制，為智能化解決Web服務問題提出了一個新的發展方向。其服務建模是在傳統的Web服務的基礎上增加語義信息，使得服務的知識表示形式既能夠被人理解也能夠被機器分析處理。除了簡單服務、I/O等信息功能，服務還包括在應用環境下的組合服務，包括控制流和數據流兩部分，通常語義Web服務建模包括兩種，即對原子服務的建模以及對組合服務的建模。

當前，從事語義Web服務研究的組織和機構提出了一系列構建語義Web服務的理論和方法，其中最著名的、同時也得到行業廣泛認可的語義Web服務框架是：斯坦福大學、馬里蘭大學和卡內基·梅隆大學等機構提出的OWL-S；來自知識管理項目KMI工作組的IRS；歐洲委員會和愛爾蘭科學基金等多個組織提出的WSMO。

2.1 OWL-S

OWL-S是由“DAML(DARPA Agent Markup Language for Services)計劃”定義的關于語義Web服務的基于本體描述的語言體系[13]。通過對Web服務進行邏輯化描述，形成相關的描述方法，以支持機器和機器之間的相互理解。以此為核心的OWL-S語言構件可以實現Web服務的自動處理，比如服務的自動發現、服務的調用、服務的組合及監視等。從體系框架來看，OWL-S本體形成一個層次結構，以概念類為基本的組織形式，這種概念類主要表現為服務的形式，因此也將這些概念類稱為服務類，其主要包含三個基本屬性：表示、支持和被描述，如圖2所示。

圖2 OWL-S的頂層本體

OWL-S包括三個組件，服務概要描述服務是做什么的，即服務的功能，服務搜尋代理通過服務概要實現服務的選擇和匹配，尋找到滿足服務請求者所需求的Web服務；服務基點描述怎樣訪問服務，即服務的訪問方式；服務模型描述服務是怎么做的，即實現服務的具體細節。

WSDL與UDDI使Web服務實現了自動化，OWL-S則使得Web服務實現智能化。但是，在目前的Web框架下，語義Web并沒有廣泛應用，因此，在缺乏語義的狀況下，縱使OWL-S具有一定的優越性，也無法發揮最大的功效，很難得到廣泛的應用。

圖2中，服務概要是用來描述服務功能的，告訴用戶服務的總體信息，在Web服務發布機制中起到了發布服務廣告的作用，用戶看到以后，根據自己的服務需求能夠精準地進行服務判決；服務模型用來描述服務在實現過程中的運行方式以及執行流程；服務基點通過提供服務調用過程中的通信協議以及消息格式等具體細節，進而提供服務方位方式的具體方案，用戶通過服務基點即可知道如何與Web服務進行存取等通信信息。

2.2 IRS

IRS是Open University開發的一種框架結構，它將各個Web服務利用語義描述其功能，通過語義推理服務提供對上下文知識的理解，支持Web服務的發布、定位、組合以及執行，其體系結構如圖3所示。

圖3 IRS框架體系結構

由IRS服務器、IRS發布器和IRS客戶機三大部分組成，通過SOAP(Simple Object Access Protocol)[14]協議進行交互。SOAP不僅可以完成服務通信功能，而且在安全實現方面有更多的機制。

IRS服務器對語義Web服務的不同層次進行了描述。一方面，它使用OCML語言從內部組件知識層面進行描述。另一方面，將知識層面的描述和特定的Web服務之間的關系利用集合進行映射。IRS發布器在IRS服務器中連接了Web服務和語義描述。IRS客戶端負責請求需要完成的任務，調用恰當的Web服務。

2.3 WSMO

WSMO是一個概念模型，它通過形式化描述語言對WSMF[15]進行擴展，并細化了WSMF中描述語義Web服務的本體、目標、Web服務以及中介器4個要素，其目的是為語義網絡服務的核心元素提供本體化說明和描述，從而更好地支持網絡服務的發現、整合以及交互。其整體框架如圖4所示。

本體提供了對某一領域的正式描述和共享概念，為Web服務的交互信息提供正式語義，方便Web服務整合；目標描述了當客戶請求服務時可能持有的目的，它詳述了客戶端對某個Web服務的功能要求，也描述其期望的與Web服務的交互方式；Web服務描述了其所提供的功能以及在Internet上的業務接口；中介器提供了整合多個Web服務聯合作業中產生的誤匹配問題的一般機制。

圖4 WSMO框架結構

3 語義Web服務建?？蚣鼙容^分析

3.1 行 為

行為定義了支撐語義Web服務的各種功能及功能組合，在行為方面，幾種建模的核心框架各有各的優勢。OWL-S通過良好的服務框架構建，對服務發現、服務選擇、服務組合、服務配置以及知識本體庫的服務觸發能夠提供良好的支持，特別是在服務發現方面能夠發現隱含的深層次的服務對象，對于構建整體服務、形成綜合服務組合具有重要意義；IRS通過設立專用的服務發布器，對于服務的發布進行專門處理，在新服務產生時可以及時地發布新服務，并且通過其IRS服務單元對專門服務對象提供領域知識服務，利用領域知識調用來提供領域內的服務組合。WSMO通過構建專用的服務發現架構，實施服務發現的優化設計，為語義本體服務的核心元素提供本體化說明，使所提供的服務描述更加詳細、服務發現更為精確，從而更好地支持網絡服務的發現、整合以及交互等行為。

3.2 體系結構

體系結構定義了一系列實現上述行為的組件。從體系結構的角度來看，三大建?？蚣芨鞑幌嗤?，各有其側重點。IRS構建了較為完善的體系結構，其核心框架由IRS服務器模塊、IRS發布器模塊和IRS客戶端模塊組成，通過基于XML的SOAP協議提供各個模塊之間的通信，并負責通信過程中的安全保障。IRS服務器模塊通過SOAP協議將功能說明文檔映射到具體的Web服務上。當接收到獨立代碼描述的Web服務后，IRS發布器模塊首先將上述代碼描述方式轉化為標準的Web服務，然后利用映射將IRS服務器中相應的語義描述與解析出的Web服務建立關聯信息，最后，用戶提出服務任務請求，可以通過任務觸發機制在IRS服務器上找到并觸發相應服務。OWL-S沒有為其服務本體制定具體的執行框架，采用若干組件來支持OWL-S的應用開發。WSMO建模體系結構的核心是服務發布與自動發現，這些過程是通過位于遠程的服務注冊服務器來完成的，服務注冊服務器的核心是中介器，它可以控制Web服務以及服務發現過程的交互。

3.3 服務本體

服務本體從概念上對服務進行本質描述。從服務本體的角度來看，OWL-S建?？蚣?、IRS建?？蚣芎蚖SMO建?？蚣艿倪壿嫽A和服務本體構建方法不盡相同。從本體模型的角度來說，IRS的服務本體包括問題求解方法本體和任務本體兩部分，其中任務本體主要包含基于描述邏輯的領域本體。通過分離Web服務的描述與Web服務的實現，增強了Web服務調用過程的靈活性，但是這樣的分離也帶來了一些弊端，主要表現在：IRS服務本體規范化要求不高，導致處理本體服務的靈活性較大，加之本體使用過程中應用領域的差別，使得應用領域難以達到統一，從而無法完成統一管理本體的目標；本體無法統一也導致不同領域本體之間難以融合，使多領域推理難度加大，降低了推理知識庫的適用范圍。WSMO本體是基于一階邏輯的本體，它通過形式化的規格說明達到服務的匹配、組合和調用目的，雖然其推理能力有所增強，但受到一階邏輯的推理能力制約，其推理功能及服務發現功能受到一定的限制。OWL-S是基于描述邏輯的本體服務描述，服務本體采用概念化的表示方法，能夠描述邏輯所具有的具體特性，雖然無法明顯地表達任務的概念，但它是建立在語義Web技術標準之上的，具有強大的邏輯表達能力，本體規范化程度較高，管理較容易。

根據上述分析與比較，OWL-S基于面向代理的思想規范了一系列基于OWL的服務本體；IRS則是從可重用的知識組件方法演化而來，易于使用且得到了很多應用的支持；WSMO主要采用面向業務的方法，致力于解決要求具有信任與安全機制的電子商務等領域的應用需求。

從行為的角度來看，三種方法都有各自的優勢；從體系結構的角度來看，IRS相比另外兩種建模框架較為完善，也更為實用；從服務本體的角度來看，OWL-S具有表達能力強、規范程度高等優勢。

4 結束語

在分析語義Web服務結構的基礎上，從行為、體系結構和服務本體的角度分析比較了當前語義Web服務三大主流建模框架的特點，對語義Web服務的建模具有一定的參考價值?？傊?，三大建模框架各具特色，也可相互補充，它們分別為不同的應用領域提供不同的Web服務，在具體的應用環境中究竟采用哪種建?？蚣芤鶕枰С值姆疹愋汀Ⅲw系結構要求以及語義描述形式等功能需求進行具體的分析與選擇。當然，三種主流建?？蚣芤灿懈髯缘娜毕?，現有的語義Web服務建模框架有待進一步的完善。

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Comparative Research on Modeling Framework Based on Semantic Web Services

LIN Guan-cheng

(College of Media Engineering,Weinan Normal University,Weinan 714099,China)

As a new mode of Web application,Web Service can get rid of the restrictions,such as the hardware platform,operating system and programming language,and provide technical support for the service of cross-platform and cross-industry.In order to overcome the traditional text matching method and information organization form and improve the intelligent level of Web Service and enhance the accuracy of service matching,it describes the capabilities and attributes of Web Service from the semantic level,combined semantic Web technology and Web Service mechanism,the properties of mainstream semantic Web Service modeling framework is discussed,such as OWL-S,IRS,WSMO,which provides ontology description method for service users on the basis of analyzing the structure of semantic Web Service.Finally,it compares and analyzes the similarities and differences of mainstream semantic Web Service modeling framework from activity,architecture and service ontology.Meanwhile,it prospects the development trend of semantic Web Service modeling framework,which is helpful for the modeling of semantic Web Service and its improvement.

semantic Web Service;modeling framework;service description;architecture;service ontology

2015-04-16

2015-07-23

時間：2016-01-04

國家自然科學基金資助項目(51179157)；陜西省教育廳專項科研計劃項目(12JK0745)；渭南師范學院理工類人才基金項目(15ZRRC13)

林關成(1974-)，男，副教授，博士，研究方向為信號與信息處理。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160104.1510.052.html

TP311

A

1673-629X(2016)01-0163-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.01.035