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6基于OWL共享本体的动态Web服务组合DynarmicWebServicesCompositionBasedOnOWLSharedOntology须文波1，周中成1,2XUWen-bo1,ZHOUZhong-cheng1,2(1.江南大学信息工程学院，江苏无锡214036；2.苏州科技大学应用数学系，江苏苏州215011）（1.SchoolofInformationEngineer,SouthernYangtzeUniversity,Wuxi214036;2.DepartmentofAppliedMattthematics,SoochowUniversityofScienceandTechnology,suzhou215011,China)摘要：在自动的动态Web服务组合中，如何提高匹配成功率是个很重要的课题。本文认为，通过结合语义.Web服务本体语言OWL-S和Web本体语言OWL，将语义引入Web服务，可以提高服务发现和匹配的效率，并可以方便地实现Web服务组合的自动化。本文给出了一个基于Java的实现平台，并在服务匹配过程中实现了基于OWL共享本体的服务匹配。Abstract:HowtopromotethesuccessfulmatchrateindynamicWebservicecompositionisabigproblem.ByintegratingsemanticsintoWebservicecompasotionthroughOWLandOWL-S,thispaperintrducesanapproachwhichcanpromotetheefficiencyofservicediscoveryandservicemath,andrealizestheautomationofWebservicecompasotion.AJavabasedimplemetationplatformisgivenandtheservicematchbasedonsharedontologyisrealized.关键字：动态Web服务组合；语义Web服务；OWL-S；本体Keywords:dynamicWebservicescomposition;semanticWebservices;OWL-S;ontology中图分类号：TP393文献标识码：A1引言Web服务组合就是把现有的基本Web服务（这些Web服务很多情况下是来自不同的组织）联合起来提供具有附加值的新功能[1]。Web服务组合Web服务应用中的意义和重要性已经获得了很多研究者的认同[2,3]。作为Web服务的服务提供者，企业为了保持竞争力，必须具有在任何时候针对不同的客户（这里当然就是组合Web服务的使用者）都提供最好服务的能力。显然试图不断的手工修改组合Web服务模板（组合Web服务模板中的Web服务不需要是实际的可执行Web服务，其任务是标记服务的输入输出及其它重要参数特征，本文称之为Web服务原型）以反映环境的改变的方法是不太可行的。因为这种环境的改变过于频繁：在Web上，不断地会有新的服务提供者出现，暂停或终止服务；并且，手工修改模板是一件耗时的重复性也不断地会有服务提供者工作。在在理想状态下，组合Web服务要在没有人工干预（或是很少人工干预）的情况下能够自动、透明地适应环境的变化及客户的需要[4]。因为静态的Web服务组合在组合Web服务设计师即预先定义参与其中的Web服务而不会再有所改因而无法满足上述要求。而动态的Web服务组合是最优先的，如此则可以较好的满足上述要求。要实现动态Web服务组合，必须经过三个步骤：第一是以某种合适的语言定义组合Web服务模板；第二是对模板中每个Web服务原型要自动发现、匹配、选择优先的Web服来具体实现其功能，最终的带实例化的可执行Web服务；最后一步是执行前一步得到的实例化组合Web服务。上述三个步骤中的第二步，即自动的Web服务发现、匹配及选择是动态Web服务组合的关键。但是若没有语义地支持，自动的服务发现、选择、匹配要获得较高的匹配率是比较困难的。OWL–S作为语义Web服务本体语言，与OWL一起可以提供描述Web服务地语义支持；另外，通过OWL-S中的ProcessModel及其中的重要组合两外通过的余地支持并且有两个组成的匹配是非常困难的，手工的要本体—组合7过程另外通过OWL-S中的其中重要本体—组合过程OWL-S具有表达Web服务间交换的能力。故而，OWL-S也可作为组合Web服务模板的描述语言。本系统以OWL-S与OWL语言为基础，开发了一个自动的动态Web服务组合平台；同时为提高服务匹配的成功率，系统提出并实现了基于基于OWL共享本体的服务匹配。2Web本体语言OWL与语义Web服务本体语言OWL-SOWL(OntologyWebLanguage,简称OWL)是一种定义结构化的、基于Web的本体的语言。OWL相对于XML、RDF和RDFSchema拥有更多的原语来表达语义，从而超越了XML、RDF和RDFSchema的表达能力。OWL-S是一种基于OWL（OWL现在是语义Web建议标准[5]）的描述Web服务的本体语言。下面简单介绍OWL-S的高层本体结构[6]。OWL-S本体是根据Service的三个属性即presents、describedBy和supports来建造的，这三个属性分别回答Web服务的三个基本问题：此Web服务提供什么样的服务；Web服务具体怎样工作的以及服务调用方具体如何使用Web服务.这三个问题分别由上述三个属性的range即ServiceProfile、ServicerviceModel及ServiceGrounding来回答。ServiceModel中最重要的实体是过程(Process)。过程共有三种类型：原子过程、简单过程及组合过程。原子过程不包含子过程，而组合过程由子过程（原子过程或组合过程）组成。一般而言，含有组合过程的Web服务即是组合Web服务。3系统原理及系统框架系统有两个主要部件—Web服务组合器与组合Web服务引警构成，如图1所示（虚线框内Web服务组合器的内部构件）。系统首先要输入组合Web服务模板文件及输入参数，Web服务组合器解析组合Web服务模板文件，将每个需要替换的Web服务原型予以析出并根据一定的规则选择优选的Web服务予以替换，最终形成可以实际执行的组合Web服务实例，此可执行组合Web服务实例与输入参数一起传递给组合Web服务执行引警予以执行并返回执行结果。由此可见，Web服务组合器的功能时将组合Web服务模板转化为实际可执行组合Web服务实例。这个转化是通过模板中的Web服务原型优选出来的实际可执行服务来完成的。替换由三个组件—服务发现器、服务匹配器、及服务选择器协作完成。下面介绍服务替换的原理。待替换的Web服务原型wls输入服务发现器，服务发现器从Web服务原型wls的Profile中获得参数及服务分类（SeoryrviceCategory），此参数标记服务所属的分类。接着UDDI服务器从Web服务的服务描述文档（采用OWL-S语言）的URI列表。服务匹配器根据匹配的算法，从前面获得URI列表中除去不匹配的服务并筛选出匹配wls的Web服务。基本可以保证是同被替换Web服务wls务原型具有相同的功能，可以替换wls。一般情况下，匹配wls。的Web服务一般不唯一，甚至可能数量很大。服务选择器的作用就是从这一系列匹配的wls的Web服务中根据服务参数优选出一个Web服务来具体替换wls，最终完成Web服务原型wls的发现、匹配、及选择。当服务模板中的所有Web服务原型都替换完毕时，就得到可执行的组合Web服务并最终交给Web服务执行引警予以执行。服务匹配器在系统中扮演非常重要的角色，下面一节详细介绍服务匹配器的实现原理。4基于OWL共享本体的服务匹配的原理及具体实现服务发现器返回的Web服务只是在UDDI注册的同Web服务原型wls同类别的Web服务，并不能保证与wls具有相同的功能并且可以替换wls，服务匹配器要从服务发现器返回的Web服务列表中筛选出可以匹配wls的Web服务。本系统设计的筛选过程是根据Web服务的功能属性Input与Output进行匹配、筛选，因为这个匹配、筛选过程是以OWL共享本体为基础实现的，这里把它叫做基于OWL共享本体的服务匹配。O服务匹配的基本功能是要求待匹配服务与Web服务原型wls具有相同的功能并可以替换wls。要实现有效的自动Web服务组合，必须保证很高的匹配成功率；否则，大量的错误会导致组合服务实例的无法执行（或是错误执行）从而要重新组合，严重影响系统效率。这里的首要问题是如何标示一个Web服务的功能：一种方法是对Web服务进行详尽而细致的分类标示Web服务的功能，另一种方法是通过给出Web服务的IPOE(Inputs,Outputs,Precondition,Effects，简称IPOE)来标示Web服务的功能，这两种方法各有其优缺点。本系统采用一种折中的方法，在ServiceProfile中给出Web服务所属的服务分类(这种服务可以是很细致的，也可以比较粗略)，同时给出Web服务的IPOE，只有服务分类与IPOE都匹配才是匹配成功（本系统暂未考虑Pr务发现中已经予以实现了，因为UDDI服务器只组合Web服务执行引警OWL-SAPIAAAxisWeb服务组合器服务发现器SystinetUDDI服务选择器服务匹配器通信通道Web服务及其本体描述文档Web服务及其本体描述文档8返回与Web服务原型wls所属的分类同类别的Web服务。大多数情况下，IPOE的匹配对于保证成功率的更为关键。在OWL-S00中，IPOE的参数类型（parameterTyp）没有任何限制，它可以是OWL类，也可以是XSD数据类型。通过大量统计的Web服务样本可以发现，string是最常使用的数据类型。但是如果大量的Web服务的Input与Output都是string，就不能够充分的标识这些Web服务的特定功能。例如有两个Web服务，一是提供书籍价格信息的Web服务1，Input数据类型为string(代表书籍名）Output的数据类型为复杂类型，有两部分组成，分别是xsd:decimal(代表书籍价格)和string代表货币单位）二是提供影片VCD销售价格信息的Web服务2，其Input与Output的数据类型与Web服务1的相同，但Input代表的是影片片名。显然，仅根据数据类型无法区分这两种Web服务的功能差异。故而根据数据类型来匹配Web服务会导致大量的无效匹配。要实现高效的服务匹配，必须在服务的提供者与使用者（在本系统中就是组合Web服务中的Web服务原型）之间建立有效的共识。然而Web服务是松耦合的，服务提供者与使用者难以进行有效的沟通协调。通过引入语义Web技术，本系统提出一种基于OWL共享本体的方法。Web服务的IPOE不是简单的具有一个ID标识，而是具有无歧义的语义，具体做法是IPOE要指向一个本体类，用这个本体类表达IPOE的具体含义。例如前述Web服务1，Input的数据类型为string，Output为复杂类型（有string和decimal组成）。数据类型的这种特征并不能保证这个Web服务确实提供书籍信息服务功能(任何商品价格信息查询Web服务都有可能使用同样的数据类型)但如果明确标定Web服务的Input实际含义是书籍名，而Output的实际含义是价格，则可以比较明确的标识此Web服务的功能。系统认为，Input与Output指向相同的本体类的Web服务具有相同的功能，可以相互予以替换，如此匹配成功率可以得到比较好的保证比较好的匹配的保证（这里采取了严格的匹配方针）。下面介绍服务匹配的具体实现方法。系统要求Web服务的Input与Output的参数类型必须为表达其实际含义的领域本体中的owl类而不是没有语义表达能力的XSD数据类型。在服务匹配过程中，比较Web服务原型与待匹配Web服务的I