语义Web服务匹配研究

来源 :中国科学院计算技术研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RHLOK007
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在开发大规模分布式应用的过程中,如何有效地集成和共享已有的软件和本地计算,提高系统的开发效率,降低系统的开发成本一直是分布式系统研究和关注的重点问题。为了解决这一问题,面向服务的计算(SOC)和面向服务的架构(SOA)将软件封装成服务,应用系统通过服务的组合和调用来完成大规模跨平台系统的开发。这种新的业务集成和软件开发模式,以其标准化,跨平台,透明性等特点,已成为标识分布式系统和软件集成等方向技术进步的一个新的里程碑。   Web服务作为当前最主要的一种服务实现技术,其特点是它能被标准的Internet应用层协议调用,可以很方便地集成到各种Web应用系统中。Web服务的基本架构是服务提供者,服务使用者和服务代理。服务提供者实现服务,描述服务的接口并将它发布到服务代理端;服务使用者查询和调用服务;服务代理提供服务注册(如UDDI),帮助服务提供者发布服务,帮助服务使用者查找所需的服务。由于Web服务具有完好的封装性,松散耦合,并采用标准的Internet协议进行通信,使得Web服务成为分布式计算的新模式,并在工业界得到广泛应用。   Web服务的大量涌现对服务发现提出了挑战,UDDI上基于关键词和简单分类的服务发现机制已经不能很好满足需要,怎样在大量已发布的服务中快速,准确和全面地发现满足服务使用者需求的服务成为面向服务的计算中的关键问题和难点问题。语义Web服务匹配旨在通过定义标准的服务描述语言,结合领域本体,准确全面地描述已有服务和服务需求的信息,根据服务供需双方的语义描述,采用适当的匹配方法来判断双方描述的匹配程度,返回给服务使用者最合适的服务。   本文总结了语义Web服务匹配的研究现状,分析了语义Web服务匹配中需要解决的关键问题,在此基础上提出了对这些关键问题的解决方案,并将它们与已有的解决方法作了比较,说明了已有解决方法中存在的不足和我们的解决方案的特色,本文的主要工作和创新性贡献如下:   1.提出了包含语境信息的服务需求语义描述模型。针对现有的语义Web服务描述语言不包含服务使用方的语境信息,我们提出了包含服务使用方语境信息的服务需求描述模型,将用户的语境信息用基本语境信息,静态语境信息和动态语境信息来描述,从不同的侧面描述用户的需求及其特征,以便对需求的服务以及需求方本身的特征做出尽可能详细的描述,在充分挖掘用户显式的或隐式的需求的基础上,获取与需求最相匹配的服务。我们在包含语境信息的服务需求描述与发布的服务的语义描述之间建立各部分的匹配关系,并在后续的章节中采用匹配算法判断各对应部分之间的匹配程度。   2.提出基于本体概念语义相似度的服务匹配方法。服务描述语言提供服务描述的上位本体,约定服务中需要描述的信息,而领域本体则对上位本体中约定的信息做具体的说明与描述。本文根据领域本体概念之间的包含关系,定义了本体概念之间的非对称相似度,利用这种非对称的相似度可以计算两个服务的匹配程度。与经典的OWL-S/UDDI服务匹配算法比,本文的算法通过实数的取值细分了OWL-S/UDDI算法的等级,与通常的本体概念语义相似度的计算比,本文分析了本体概念语义相似度与服务相似度的区别与联系,定义了符合服务匹配等级的相似度计算方法。   3.提出基于动态描述逻辑的服务匹配方法。动态描述逻辑(DDL)是描述逻辑的一种动态扩展,支持语义Web环境下对动作的描述和推理。Web服务可以看作是一个动作,它的执行可以改变Web信息和状态空间。根据Web服务的这一特点,可以将Web服务描述为DDL,的动作,基于动态描述逻辑的语义Web服务匹配方法将服务需求描述为DDL的目标公式,将每个原子服务描述为一个DDL动作,将服务匹配问题归结为DDL公式的可满足性判定问题。利用DDL对动作的推理功能,采用DDL推理机对公式可满足性的判定,发现与目标服务相匹配的原子服务组合。   上述工作分别从理论和应用的角度对语义Web服务匹配中的关键问题:服务描述和匹配算法进行了深入研究。在理论研究的基础上,结合语义服务匹配流程,设计和开发了语义Web服务匹配器,采用综合的匹配算法,将服务的语法匹配和语义匹配相结合,提高服务匹配的质量和效率。修改了已有的语义Web服务组合原型系统,将服务匹配器嵌入语义Web服务开发平台Semantic Web Service Broker(SWSBroker)中,设计和实现了服务匹配双方语义的自动标注,语义Web注册,语义Web匹配器这三个主要功能。同时,语义Web服务匹配器又嵌入了本体知识管理系统KMSphere(用于本体的编辑和管理,服务语义的自动标注)和DDL推理机(用于公式的可满足性推理),整个系统初步实现了以旅游服务为背景的服务匹配,系统运行结果表明了本文工作的可行性和有效性。  
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