语义Web服务匹配与发现技术研究

在开放的互联网环境中，面向服务的计算（Service-Oriented Computing, SOC）和面向服务的体系架构（Service-Oriented Architecture, SOA）使得信息资源和软件系统的主要形态发生了巨大变化，并引领着互联网计算技术和软件系统新的发展方向。服务是SOC和SOA的核心思想，服务的平台独立、高可重用和松散耦合等特性使之成为复杂分布式应用可行的解决方案。Web服务的出现和发展为实施与部署SOC和SOA提供了最佳支撑技术。目前web服务发现机制在服务描述的全面性和服务匹配方法的有效性方面存在不足之处，难以保证服务发现的性能。特别是在服务数量剧增的情况下，用户亟需一种自动快速而准确的服务发现机制。语义web技术不仅为web的表示内容提供了一种语义标识方法，推动了web内容的自动化和智能化搜索，也为web服务的描述提供了增加语义层次内容的有效方法，两者的结合形成了一个新的研究领域——语义web服务。该领域通过借鉴语义web的相关技术来增加web服务的语义描述，进而为web服务的发现、组合、调用和监控等环节提供语义层次的支持，增强web服务的自动化和智能化水平。 本文的研究目的就是利用语义web的思想，基于SOC和SOA的理念以及现有的web服务发现机制对web服务信息进行语义描述、组织，探索语义web服务匹配与发现的关键问题，提出有效的解决方案。本文的研究工作和贡献主要在以下四个方面： 1. 针对语义近似度的度量和计算问题基于OWL（Web Ontology Language）提出了一个语义近似度计算SSM模型，该模型中所有概念及概念之间的关系、所有的概念属性及属性之间的关系都被抽象定义并建模，根据概念、属性及其语义关系模型，构建了基于概念关系的拓扑近似度计算函数和属性近似度计算函数，从而进一步构建语义近似度计算函数。该语义近似度计算函数以代表OWL本体概念上下级关系和等价关系的树状结构为基础，利用概念间的拓扑关系和属性关系进行语义近似度的度量和计算。语义近似度函数的返回值为一个介于0与1之间的数值，代表函数的两个输入概念之间的语义近似度值。 2. 提出了一个基于概念语义近似度的以OWL-S为顶层本体的web服务语义匹配PSM模型。该模型将服务的匹配项分为服务能力、服务质量、服务名称和服务参数四个部分。基于该模型，提出了相应的PSM服务匹配算法。PSM算法能够对服务内部的服务流程及流程的组合进行与服务请求的语义匹配，并且避免了服务流程中互斥接口参数参与匹配。而且PSM匹配算法实现了服务接口的单射匹配，进一步提高服务发现的性能。在服务质量匹配计算上，提出了服务质量匹配模型PSM-QoS，为服务的QoS匹配建立了计算基础。PSM算法使用语义近似度计算函数度量和计算服务属性概念的语义近似度值，从而能够返回细粒度的服务匹配度值。 3. 在语义服务匹配PSM模型的基础上提出一种语义web服务发现架构系统PSM-SD模型。该模型将OWL-S语义元素引入UDDI服务描述，从而在UDDI中保存语义信息。通过PSM算法提高web服务匹配性能，并通过数据映射机制保证模型对于当前的服务发现标准UDDI基础架构的兼容以及UDDI标准操作接口的透明性。模型使用本体概念的索引机制提高服务发现的效率。在建立和维护索引的过程或服务的匹配过程中，模型使用近似概念搜寻算法进一步提高本体概念搜寻和服务匹配的效率。 4. 设计并开发了基于语义web服务发现架构模型的原型系统。该系统将语义近似度计算模型、语义web服务匹配模型和语义web服务发现架构模型进行软件实现。本文在该原型系统平台上对语义web服务发现的方法进行了实验，验证了方法的有效性。

基于语义的Web服务匹配及其框架模型研究

随着Internet上异构应用系统的大量增加和SOA技术的空前发展，Web服务技术变得越来越重要，已经成为了学术界和工业界关注的热点。在Web服务技术中，服务发现为Web服务消费者调用Web服务提供者提供的服务提供了桥梁，起到非常重要的承接作用，成为了Web服务技术中的重点。目前的Web服务发现机制主要有两种，第一种是传统的Web服务发现方式，主要基于UDDI（Universal Description， Discovery and Integration）的纯粹关键字查找；第二种是基于Web服务的语义信息，进行Web服务间的语义匹配。 第一种方法的基础UDDI是国际标准，而且应用也最为广泛，但UDDI中对于Web服务的描述是基于语法的，而且缺乏Web服务所特有的I/O属性和服务质量属性等信息。第二种方法基于Web服务的语义信息，包括Web服务所特有的I/O属性，但因为缺乏灵活有效的Web服务匹配方法和与之对应的Web服务匹配框架，限制了其应用。 基于此，本文在对当前语义Web服务匹配技术分析和研究的基础上，对当前的语义Web服务匹配方法进行了改进，同时提出了基于过滤器（filter）的语义Web服务匹配框架模型。本文的主要工作有： 1）对目前的语义Web服务匹配技术进行了较为全面深入的探讨和综述。 2）对当前的语义Web服务匹配的各个阶段进行了详细的分析，对其中的匹配方法进行了改进。提出了基于向量空间模型(VSM)和TF-IDF(Term Frequency–Inverse Document Frequency)思想的本体权重的计算方法，本体层次关系图中边的权重的计算方法和本体之间相似度的计算方法。 3）提出了基于web服务黑盒属性的语义。 4）语义Web服务匹配框架方面，本文提出了基于filter的语义Web服务匹配框架，并将其延伸到非语义Web服务系统中。

基于有色Petri网的Web服务组合建模与分析

形式化定义了Web服务组合过程中的5种基本逻辑结构,并采用有色Petri网表示,然后将其抽象为服务的代数运算;在此基础上,提出了经过服务运算后得到的服务的性质及组合服务的构造方法;最后通过实例分析,说明该建模方法可以保证组合的服务是正确且可终止的。

一种基于UPPAAL的Web服务组合模型检测方法

Web服务组合的正确性验证对提高软件开发效率、实现服务增值具有重要意义。为从高层抽象层次研究Web服务组合的正确性及其形式化验证方法,考虑到Web服务组合中的实时特征,在采用软件体系结构描述语言XYZ/ADL对Web服务组合进行描述的基础上,将其实时描述部分XYZ/RE转换至时间自动机模型,组合后系统应满足的性质用分支时序逻辑CTL公式表示,最后应用模型检测工具UPPAAL实现了Web服务组合正确性的自动化验证。

基于XML/Web Services的月球探测数据管理与集成技术研究

随着网络技术、特别是Internet技术的发展，分布式系统的高睦能、高可靠性、高灵敏度、可扩展性和系统透明性使得基于分布式系统的应用越来越广泛。在分布式坏境下，信息系统的集成是必须认真考虑的问题。研究如何集成和统一访问分布的、异构的数据资源，实现各种数据的转换、交流与共享；以及如何建立一个开放、可扩展和异构兼容的新一代信息管理系统成为当今网络应用的重要研究方向。本文针对建立月球探测数据管理和集成系统的数据集成与操作集成两方面的内容，重点分析和研究了数据存储管理和系统集成技术，结合月球探测数据管理的应用集成需求与特点提出了基于XML技术的数据存储与管理和基于Web Service技术的系统集成方案。并利用XML／WebService技术基于Net平台开发了一个月球探测数据管理与集成系统实例。研究内容主要包括以下四个方面： （1）基于XML的数据模型与数据库存储。利用XML的自描述性、独立于平台和应用、半结构化，机器可处理、可扩展性以及便于网络传输和广泛支持的特性，实现了基于关系数据库的XML数据存储。对系统中的结构化和非结构化数据信息、都进行了XML标记定义，实现了信息存储和查询的小粒度，增强了数据的表示、查询、插入和删除等数据处理能力和效率。同时，利用XML作为月球探测数据交换和信息传输的格式，也为实现与异构系统数据的互操作提供了理想的角军决方案。（2）基于WebServices的分布式信息系统集成的体系结构。在对XML、SOAP、WSDL和UDDI关键技术和标准规范进行研究与探讨基础上，针对绕月探测数据管理的需求提出了基于XML／Web Service的三层分布式结构模型。分别是表示层、应用逻辑层、服务端数据层。实现了系统功能的可迁移性和可装配性、各层间传输过程中数据流的XML化、接口定义的动态性。与传统技术开发的耦合的分布式应用系统相比，系统在跨平台性、可配置性、可伸缩性、可维护性等方面都有了大幅度的提高。（3）基于，NET平台系统的开发与实现。深入分析和研究了Mic1’osoft．NET平台的核心技术与整体技术框架，在VisLla1Sttldio．NET开发环境中利用C＃、ASP．NET、ADO．NET基于关系型数据库Oracle9i开发实现了统一身份认证系统和月球探测数据管理与集成系统。统一身份认证系统是一个通用的统一用户身份认证管理系统，包括用户管理、身份验证、实体管理、日志监控和消息、管理等功能，达到了一次登录，所有系统共用的目的。月球探测数据管理与集成系统包括数据管理、信息发布、系统管理、综合查询和应用集成五大功能模块，相对于原来的紧祸合的应用系统而言，系统的开发效率、重用性、祸合度、灵活性和自适 应性都有了很大的提高。（4）基于XML／WebServices的动态系统集成。分析了传统分布式对象模型在异构环境集成的弊端，基于XML、SOAP和WSDL等技术规范基础上，实现了统一身份认证系统、月球探测数据管理与集成系统、小空间碎片数据库系统以及其它语言开发的应用系统的信息集成、实现了资源时空的有效整合。通过这些集成应用实例，充分体现和说明了Web Services技术在应用系统集成方面的优越性。本研究的成果，也将为地球化学研究领域涉及海量数据的处理、管理和系统集成提供示范实例，推动地球化学数据的融合和综合应用。