畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于Web服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究.doc

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 基于基于 web 服服務(wù)務(wù)的的查查找技找技術(shù)術(shù)的研究的研究 學(xué) 院 計(jì)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技算機(jī)科學(xué)與技術(shù)術(shù) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 03 級(jí)級(jí) 指導(dǎo)教師 教務(wù)處制表 二 七 年 五 月 二十八 日 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 1 基于基于 webweb 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 專業(yè)名：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生：張玲 指導(dǎo)老師：陳良銀 摘要摘要隨著 Internet 的發(fā)展和電子商務(wù)的迅速崛起，基于 web 的應(yīng)用模式也迅速發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)模 式開始向著局部化到全球化，封閉式到開放式，B2C 到 B2B，集中式到分布式的方向發(fā)展，其中 web 服 務(wù)成為解決這種變化的有效的方案，特別是在現(xiàn)今應(yīng)用極其廣泛的電子商務(wù)領(lǐng)域里。Web 服務(wù)是一個(gè)嶄 新的分布式計(jì)算模型，是 web 上數(shù)據(jù)和信息集成的有效機(jī)制。隨著 Internet 上服務(wù)數(shù)量的劇增，如何實(shí) 現(xiàn)服務(wù)的按需發(fā)現(xiàn)，以保證服務(wù)的有效復(fù)用和集成，對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下軟件系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，以 及實(shí)現(xiàn)跨組織的業(yè)務(wù)集成具有重要的意義。因此 web 服務(wù)查找是 web 服務(wù)中一個(gè)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)， 為 web 服務(wù)更高層的應(yīng)用提供最基礎(chǔ)的技術(shù)支持。服務(wù)查找也稱服務(wù)發(fā)現(xiàn)或服務(wù)匹配，它主要包括兩個(gè) 方面的問題：服務(wù)描述以及服務(wù)匹配。本文就將從這兩個(gè)方面對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行探討，著重介紹了當(dāng) 前比較成熟的服務(wù)描述語(yǔ)言 WSDL 以及服務(wù)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)范 UDDI，并在此基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)基于兩層 過濾匹配算法的服務(wù)匹配框架，通過文本過濾和功能過濾，來彌補(bǔ) UDDI 基于關(guān)鍵字的查找在服務(wù)的查 全率和查準(zhǔn)率上的局限性。在文本過濾中提出了一個(gè)二級(jí)關(guān)鍵字機(jī)制，提高了服務(wù)的查全率，功能過濾 則通過基于樹的結(jié)構(gòu)化匹配算法，提高服務(wù)的查準(zhǔn)率。此外，由于 WSDL 不包含語(yǔ)義信息，在實(shí)現(xiàn)服務(wù) 的自動(dòng)化發(fā)現(xiàn)和集成方面存在著很大的問題，因此本文還探討了 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)的新方向語(yǔ)義 web 服 務(wù)發(fā)現(xiàn)中語(yǔ)義 web 服務(wù)描述語(yǔ)言 OWL-S 以及語(yǔ)義 web 服務(wù)匹配問題，描述了未來 web 服務(wù)發(fā)展的新 方向。 關(guān)關(guān)鍵詞鍵詞：web 服務(wù)， 服務(wù)描述，服務(wù)匹配，語(yǔ)義 web 服務(wù) 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 2 Research on Technology of Service Discovery Based on Web Services Computer Science and Technology Student: Zhang Ling Adviser: Chen Liangyin Abstract With the development of Internet and rapid rising of e-commerce, the application model based on web has rapidly been developing. The model of application system has also been developed from the local to globalization, from closed to open, from B2C to B2B, from centralized to distributed, that web services has became the effective solutions, especially in the area of electronic commerce. Web services are a new distributed computing model, and also the effective integration mechanism of web data and information. With the increasing number of Internet services, how to make services discovery effectively guarantee service reuses and composition compatibility are of great importance both in quality and improvement of Internet software production efficiency and in the implementation of cross-organization business integration. Therefore web service searching is a pivotal technology in web services, and provides a basic technical support for the higher level application. Service searching is also called service discovery or service matching, which mainly includes two issues: service description and service matching. This paper will discuss the two aspects of web service discovery, focusing on the current relatively mature service description language WSDL and UDDI, and on this basis to achieve a two-tire filtering matching for the matching algorithmtext filtering and functionality filtering. Compared to the UDDI discovery mechanism based on key-words, this algorithm will be more precise and general. In text filtering, I proposed a two-tier keyword mechanism to improve the precise Functionality filtering can enhance comprehensiveness through the structured match algorithm based on the data structure of tree. In addition, this paper includes the new development direction of web services semantic web services and its description language, match algorithms. Keywords: web services, services description, services matching, semantic web services 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 3 目目 錄錄 1 1 緒緒 論論 .1 1 1.11.1 研究背景研究背景 .1 1.21.2 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 .2 1.2.1 web 服務(wù)描述語(yǔ)言的研究現(xiàn)狀.2 1.2.2 web 服務(wù)匹配技術(shù)研究現(xiàn)狀.2 1.31.3 論文結(jié)構(gòu)及論文的主要工作論文結(jié)構(gòu)及論文的主要工作 .3 2 2 WEBWEB 服務(wù)和服務(wù)和 WEBWEB 服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn).4 4 2.12.1 WEBWEB服務(wù)及其特征服務(wù)及其特征.4 2.22.2 WEBWEB服務(wù)協(xié)議棧和運(yùn)行機(jī)制服務(wù)協(xié)議棧和運(yùn)行機(jī)制.5 2.2.1 web 服務(wù)協(xié)議棧.5 2.2.2 web 服務(wù)運(yùn)行機(jī)制.6 2.32.3 WEBWEB服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn).7 3 3 WEBWEB 服務(wù)描述語(yǔ)言及匹配算法服務(wù)描述語(yǔ)言及匹配算法.8 8 3.13.1 相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù) .8 3.1.1 XML .8 3.1.2 JAXP.9 3.1.3 UDDI.10 3.23.2 WEBWEB服務(wù)描述語(yǔ)言服務(wù)描述語(yǔ)言 WSDLWSDL 文檔詳解文檔詳解.13 3.2.1 WSDL 文檔的結(jié)構(gòu).13 3.2.3 WSDL 文檔示例.15 3.33.3 匹配算法匹配算法 .17 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 4 3.3.1 描述模板的建立.17 3.3.2 算法概述.18 3.3.3 文本匹配.20 3.3.4 結(jié)構(gòu)匹配.22 3.3.5 算法小結(jié).32 4 4 WEBWEB 服務(wù)發(fā)現(xiàn)研究新方向服務(wù)發(fā)現(xiàn)研究新方向.3333 4.14.1 語(yǔ)義語(yǔ)義WEBWEB.33 4.1.1 語(yǔ)義 web 的概念.33 4.1.2 語(yǔ)義 web 的層次結(jié)構(gòu).33 4.1.3 RDF 和 RDF Schema15.35 4.1.4 本體和本體語(yǔ)言 OWL.36 4.24.2 語(yǔ)義語(yǔ)義WEBWEB服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn).37 4.2.1 語(yǔ)義 web 服務(wù)概述.38 4.2.2 語(yǔ)義 web 服務(wù)描述語(yǔ)言 OWL-S.38 4.2.3 語(yǔ)義 web 服務(wù)匹配.41 5 5 總總 結(jié)結(jié) .4343 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .4444 聲聲 明明 .4646 致致 謝謝 .4747 附附 錄錄 翻譯的英文資料翻譯的英文資料 .4848 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 5 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 1 1 緒 論 本章簡(jiǎn)要概述了 web 服務(wù)查找技術(shù)的研究背景，以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并介紹了論 文的整個(gè)的結(jié)構(gòu) 1.11.1 研究背景研究背景 20 世紀(jì) 80 年代，Internet 的誕生改變了人們的生活，到 90 年代，Tim Berners-Lee 發(fā) 明了一種可以訪問全球 Internet 資源的技術(shù)，這就是現(xiàn)在人們所熟知的萬維網(wǎng) （WWW,World Wide Web） ，也即 web 的產(chǎn)生1。隨后所有有關(guān) WWW 的各種技術(shù)都統(tǒng) 稱為 web 技術(shù)。經(jīng)過將近二十年的發(fā)展，web 技術(shù)的應(yīng)用在 Internet 中已經(jīng)完全占據(jù)了主 導(dǎo)地位。隨著 web 的迅速普及，基于 web 的應(yīng)用也從最初的簡(jiǎn)單應(yīng)用延伸到種類日益繁 多的復(fù)雜應(yīng)用和計(jì)算。由于 web 應(yīng)用所處的 Internet 環(huán)境的開放性和分布性，一種新的計(jì) 算模型分布式計(jì)算技術(shù)出現(xiàn)了。web 應(yīng)用逐步發(fā)展成為由一個(gè)或多個(gè)軟件實(shí)體在開放的 分布的軟件環(huán)境中協(xié)同工作來完成任務(wù)。web 服務(wù)作為新一代的開放分布式計(jì)算技術(shù)，又 實(shí)現(xiàn)了一種新的計(jì)算模式面向服務(wù)的計(jì)算，它吸收了分布式計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的成功經(jīng) 驗(yàn)，在現(xiàn)有的平臺(tái)環(huán)境中添加了一個(gè)中間層，屏蔽了平臺(tái)之間軟硬環(huán)境的差異，實(shí)現(xiàn)了 各個(gè)異構(gòu)平臺(tái)上的信息共享和相互協(xié)作。web 服務(wù)是部署在 web 上的自包含，自描述， 模塊化的應(yīng)用，可以在 web 中被描述，發(fā)布，查找以及調(diào)用2。web 服務(wù)具有高度的互 操作性，跨平臺(tái)性，使用協(xié)議的規(guī)范性，高度可集成性和松散耦合等特征，是一種分布 式的軟件構(gòu)件，服務(wù)提供者將服務(wù)功能接口發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，服務(wù)使用者可以從網(wǎng)絡(luò)上查 找到需要的服務(wù)，得到所需的服務(wù)后再連接到服務(wù)提供者的服務(wù)器上，調(diào)用它提供的某 項(xiàng)功能。當(dāng)前 web 用戶的需求正向智能化，個(gè)性化和綜合化的方向發(fā)展，web 服務(wù)正成 為一種為用戶提供更加綜合，個(gè)性化服務(wù)的有效解決平臺(tái)，它很容易的就能將一些現(xiàn)有 的應(yīng)用系統(tǒng)集成為新的系統(tǒng)，因此在電子商務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用及其廣泛。 但隨著 web 服務(wù)的發(fā)展和廣泛使用，目前網(wǎng)絡(luò)上的 web 服務(wù)數(shù)量正在不斷的上升， 并且各個(gè)服務(wù)分布在不同的地域和服務(wù)器上，如何在這龐大的 web 服務(wù)群集中，實(shí)現(xiàn)服 務(wù)的按需發(fā)現(xiàn)，以保證服務(wù)的有效復(fù)用和相容組合，對(duì)提高分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下軟件系統(tǒng) 的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，以及實(shí)現(xiàn)跨組織的業(yè)務(wù)集成具有重要的意義。服務(wù)發(fā)現(xiàn)主要涉及到 兩個(gè)問題：（1）服務(wù)的描述，即服務(wù)提供者將以何種形式描述它所提供的服務(wù)。如果服 務(wù)描述能以一種規(guī)范化，通用化的格式來全面的描述服務(wù)的各個(gè)方面，將為服務(wù)匹配帶 來更便捷的方法，同時(shí)也會(huì)提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的精確度和全面性；（2）服務(wù)的匹配算法，即 采用何種方法來判定服務(wù)提供者和服務(wù)請(qǐng)求者之間有關(guān)服務(wù)的描述的匹配度。也就是為 服務(wù)請(qǐng)求者在所發(fā)布的服務(wù)中找到最匹配的服務(wù)。算法的設(shè)計(jì)直接影響到服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效 率，同時(shí)也影響到服務(wù)發(fā)現(xiàn)的精確度和全面度。 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 2 1.21.2 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 隨著 web 服務(wù)越來越廣泛的應(yīng)用，web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為面向服務(wù)計(jì)算領(lǐng)域的研究 熱點(diǎn)。針對(duì) web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外的研究人員做了大量有意義的研究工作。 1.2.1 web 服務(wù)描述語(yǔ)言的研究現(xiàn)狀 作為 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)中一個(gè)重要的部分，服務(wù)描述語(yǔ)言由最初的只描述服務(wù)的接口功 能的語(yǔ)法級(jí)語(yǔ)言發(fā)展到提供對(duì)服務(wù)的行為約束和屬性進(jìn)行支持的語(yǔ)義級(jí)語(yǔ)言。 WSDL3 Web 服務(wù)描述語(yǔ)言目前統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是 WSDL，它由 IBM, 微軟，Ariba 在 2000 年 9 月共同制定，它使用 XML 進(jìn)行描述，是對(duì)一個(gè) web 服務(wù)的位置，支持的傳輸協(xié)議，接口 （包括方法和方法的參數(shù)類型）和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)等等詳細(xì)而明確的說明。WSDL 在技術(shù)層面 上規(guī)范了如何對(duì) web 服務(wù)所使用的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義，如何對(duì)正在通信的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象 定義，如何對(duì)服務(wù)支持的行為進(jìn)行抽象描述，從而使異構(gòu)系統(tǒng)相互間的調(diào)用成為可能， 但是 WSDL 也僅僅只能提供這些語(yǔ)法層面上的信息，不能解釋文檔中的元素所表達(dá)的語(yǔ) 義，這就使得機(jī)器無法理解其描述的功能，從而不能滿足 web 服務(wù)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的要求。本 文將在第三章詳細(xì)討論 WSDL 文檔的結(jié)構(gòu)。 WSDL-S WSDL-S 最初是由美國(guó) Georgia 大學(xué) LSDIS 實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組提出的，目前由 IBM 工作 組和 LSDIS 實(shí)驗(yàn)室共同研究開發(fā)，并在 2005 年 10 月正式提交到 W3C 組織。WSDL-S 是 通過對(duì) WSDL 中的元素添加語(yǔ)義標(biāo)注，對(duì)現(xiàn)有的 web 服務(wù)描述語(yǔ)言 WSDL 進(jìn)行擴(kuò)展，達(dá) 到 web 服務(wù)描述增加語(yǔ)義描述的目的，它是一種輕量級(jí)的語(yǔ)義描述方法。WSDL-S 允許 采用不同的語(yǔ)義描述語(yǔ)言來對(duì) web 服務(wù)進(jìn)行語(yǔ)義標(biāo)注，例如 OWL, WSMO 甚至 UML， 因此這使得語(yǔ)義標(biāo)注體制和具體的語(yǔ)義表達(dá)語(yǔ)言分離開來，更具靈活性。WSDL-S 為 Web 服務(wù)的 XML Schema 類型和本體之間提供豐富的映射機(jī)制。 OWL-S OWL-S 是國(guó)際語(yǔ)義 web 服務(wù)描述語(yǔ)言 DAML-S （DARPA Agent Markup Language- service）的后續(xù)版本。DAML-S 由 BBN Technologies, Nokia, SRI International, CMU, Stanford, Yale 等聯(lián)合提出，其目標(biāo)是為機(jī)器提供精確的，可解釋的一系列標(biāo)識(shí)。Service Profile 是 DAML-S 的最重要組成部分，除基本描述外，使用輸入（Input） ，輸出 （Output） ，前提條件（Precondition） ，和結(jié)果（Result）等元素來描述 web 服務(wù)的功能和 行為。但是 Service Profile 沒有明確的給出通用 Web 服務(wù)質(zhì)量屬性信息，如執(zhí)行時(shí)間，執(zhí) 行代價(jià)，安全性和可用性等。未來服務(wù)描述語(yǔ)言將會(huì)向更全面的描述服務(wù)信息方向發(fā)展。 1.2.2 web 服務(wù)匹配技術(shù)研究現(xiàn)狀 Web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)是 web 服務(wù)合成中最重要的部分，而 web 服務(wù)匹配又是 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn) 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 3 中最重要的部分。從總體上看，語(yǔ)義 web 服務(wù)匹配是當(dāng)前一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，研究人 員已經(jīng)提出了多種方案 IBM, Microsoft，SUN 公司提出的 UDDI 規(guī)范4（Universal Description, Discovery and Integration，統(tǒng)一描述，發(fā)現(xiàn)和集成 ）是一套基于 web 的，分布式的，為 web 服 務(wù)提供信息的注冊(cè)中心實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。UDDI 定義層次信息模型和采用預(yù)定義分類來管理 服務(wù)提供者發(fā)布的服務(wù)描述 WSDL。其提供關(guān)鍵字匹配功能，包括精確匹配和模糊匹配 （使用通配符） ，但不能很好的識(shí)別抽象語(yǔ)義。 DAML 研究組的 Paolucci 等人在 DAML-S/OWL-S 描述技術(shù)的基礎(chǔ)上，從 web 服 務(wù)調(diào)用的角度提出了一個(gè) web 服務(wù)匹配的基本準(zhǔn)則及相應(yīng)的匹配方法 。它們比較請(qǐng)求和 服務(wù)描述的輸入輸出結(jié)構(gòu)，當(dāng)請(qǐng)求的輸入集包含服務(wù)的輸入集時(shí)，同時(shí)服務(wù)的輸出集包 含請(qǐng)求的輸出集時(shí)，即認(rèn)為服務(wù)與請(qǐng)求是匹配的 Georgia 大學(xué)的研究人員提出的 web 服務(wù)匹配方法綜合考慮了語(yǔ)法，語(yǔ)義和操作 相似度，其中語(yǔ)義相似度度量采用基于特征的相似度度量模型（Feature-based Similarity Model） ，即根據(jù)概念之間屬性的比較度量其相似程度。 國(guó)內(nèi)的研究主要由中國(guó)科學(xué)院的史忠植等人提出的基于描述邏輯的主體服務(wù)匹 配算法5，該算法的特點(diǎn)是將 web 服務(wù)表示為 Concept:Action（概念：動(dòng)作）的格式， 然后運(yùn)用描述邏輯對(duì)本體概念進(jìn)行分層推理，從而實(shí)現(xiàn)相似度匹配。 1.31.3 論文結(jié)構(gòu)論文結(jié)構(gòu)及論文的主要工作及論文的主要工作 接下來的第二章將會(huì)介紹 web 服務(wù)和 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)的基本概念，以及 web 服務(wù)的運(yùn) 行機(jī)制，即 SOA 架構(gòu)。并說明了 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)組成部分：服務(wù)描述和服務(wù)匹配， 以及 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)需要完成的任務(wù)； 第三章是本文的重點(diǎn)，在介紹了 XML 等相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)解釋了 WSDL 文 檔中各個(gè)元素的意義，還討論了現(xiàn)在比較成熟的 UDDI 技術(shù)規(guī)范，指出了 UDDI 服務(wù)查 找方法存在的問題，為了解決這個(gè)問題，提出了一個(gè)兩層過濾機(jī)制的服務(wù)匹配算法； 第四章介紹了當(dāng)前 web 服務(wù)發(fā)展的新方向語(yǔ)義 web 服務(wù)，并討論了語(yǔ)義 web 服務(wù) 發(fā)現(xiàn)中的服務(wù)描述和服務(wù)匹配問題； 第五章是對(duì)本文的一個(gè)總結(jié)以及對(duì)未來 web 服務(wù)發(fā)展方向的展望。 論文的主要工作是是在 UDDI 和 WSDL 的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)兩層過濾模型，通過 文本匹配和結(jié)構(gòu)匹配，彌補(bǔ)了 UDDI 的基于關(guān)鍵字的服務(wù)搜索技術(shù)的不足。結(jié)構(gòu)匹配主 要對(duì)服務(wù)的功能操作進(jìn)行匹配，采用 XML 子樹查找算法，盡可能精確的找到用戶需要的 服務(wù)。 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 4 2 web 服務(wù)和 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn) 本章對(duì) web 服務(wù)的基本概念和運(yùn)行機(jī)制做簡(jiǎn)單介紹，并說明了 web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)的任務(wù)， 以及需要滿足的條件。 2.12.1 webweb 服務(wù)及其特征服務(wù)及其特征 Web 服務(wù)，從字面上理解就是通過 web 提供的服務(wù)。我們可以理解 web 服務(wù)是自包 含的，自描述的，模塊化的應(yīng)用，它可以在 web 中被描述，發(fā)布，查找以及調(diào)用；也可 以理解 web 服務(wù)是基于網(wǎng)絡(luò)的，分布式的模塊化組件，它執(zhí)行特定的任務(wù)，遵守具體的 技術(shù)規(guī)范，這些規(guī)范使得 web 服務(wù)能與其他兼容組件進(jìn)行互操作，從而完成協(xié)同工作； 還可以將其理解為由企業(yè)發(fā)布的完成其特別商務(wù)需求的在線應(yīng)用服務(wù)，其他公司或應(yīng)用 軟件能夠通過 Internet 來訪問并使用這項(xiàng)應(yīng)用服務(wù)。從技術(shù)的角度來講，web 服務(wù)是一種 新的技術(shù)架構(gòu)，新的軟件應(yīng)用環(huán)境，但是其系統(tǒng)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)又完全繼承了已有的技 術(shù)，具有簡(jiǎn)單性的特點(diǎn)。 W3C 對(duì) web 服務(wù)的定義是6：web 服務(wù)是一個(gè)用來支持網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)之間交互的 軟件系統(tǒng)，它有一個(gè)接口，這個(gè)接口使用一種機(jī)器可操作的格式來描述（如 WSDL） ，其 它系統(tǒng)通過一種能使用 SOAP 消息描述的方式來與 Web 服務(wù)交互?？梢钥闯?，Web 服務(wù) 是一個(gè)軟件系統(tǒng)，它靠一系列的協(xié)議規(guī)范來支撐，而這些協(xié)議規(guī)范完全是基于現(xiàn)有的技 術(shù)，并沒有創(chuàng)造一個(gè)完全的新體系，這使得 web 服務(wù)能夠被廣泛的接受。 從外部使用者角度而言，web 服務(wù)是一種部署在 web 上的對(duì)象和組件，具備以下特 征： 完好的封裝性web 服務(wù)是一種部署在 web 上的對(duì)象，自然具有對(duì)象技術(shù)的 特 點(diǎn)：良好的封裝性。對(duì)于使用者而言，他僅僅只能看到服務(wù)所提供的一些列功能接口列 表。 松散耦合這一特性也源自對(duì)象技術(shù)，由于向外界隱藏了服務(wù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)， 所 以當(dāng) web 服務(wù)的實(shí)現(xiàn)發(fā)生變更而調(diào)用界面沒有改變的時(shí)候，調(diào)用者是不會(huì)有任何感覺的。 對(duì)于松散耦合而言，尤其是在 Internet 環(huán)境下的 web 服務(wù)而言，需要有一種適合 Internet 環(huán)境的獨(dú)立于平臺(tái)的消息交換協(xié)議，而 XML/SOAP 正是目前最為合適的消息交換協(xié)議。 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 5 使用協(xié)議的規(guī)范性此特性還是源自于對(duì)象技術(shù)，但比一般的對(duì)象其界面規(guī) 范 更加規(guī)范化和易于機(jī)器理解。對(duì)象界面所提供的功能，服務(wù)的聚合，跨 web 服務(wù)的事務(wù)， 工作流等都使用標(biāo)準(zhǔn)的描述語(yǔ)言來描述（如 WSDL） ，對(duì)于授權(quán)認(rèn)證，數(shù)據(jù)完整性，消息 源認(rèn)證以及事務(wù)的不可否認(rèn)性等安全機(jī)制也運(yùn)用規(guī)范的方法來描述，傳輸和交換。Web 服務(wù)的所有公共協(xié)約完全需要使用開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行描述，傳輸和交換。這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié) 議具有完全免費(fèi)的規(guī)范，以便由任意方進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。一般而言，絕大多數(shù)規(guī)范將最終由 W3C 和 OASIS 作為最終版本的發(fā)布方和維護(hù)方。 高度可集成能力由于 web 服務(wù)采用簡(jiǎn)單的，易理解的標(biāo)準(zhǔn) web 協(xié)議作為組 件 界面和協(xié)同描述規(guī)范，完全屏蔽了底層不同軟硬件環(huán)境的差異，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下最高 的可集成性。 2.22.2 webweb 服務(wù)協(xié)議棧和運(yùn)行機(jī)制服務(wù)協(xié)議棧和運(yùn)行機(jī)制 Web 服務(wù)建立在對(duì)開放標(biāo)準(zhǔn) XML 廣泛接受的基礎(chǔ)上，web 服務(wù)使用 XML 序列化其 客戶端收發(fā)的數(shù)據(jù)，即使客戶端和 web 服務(wù)主機(jī)使用不同的操作系統(tǒng)，或者使用不同的 程序開發(fā)語(yǔ)言，只要客戶端可以解析 XML，那么它就可以使用 web 服務(wù)返回的數(shù)據(jù)。下 面將介紹構(gòu)成 web 服務(wù)的整個(gè)協(xié)議棧和運(yùn)行機(jī)制，以明白 web 服務(wù)為何會(huì)有如此高的平 臺(tái)獨(dú)立性。 2.2.1 web 服務(wù)協(xié)議棧 Web 服務(wù)是建立在一系列已有的協(xié)議規(guī)范之上，目前由 W3C 制定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要包 括以下三個(gè)：SOAP8, WSDL3, UDDI9。Web 服務(wù)的協(xié)議技術(shù)棧如圖 2.1 所示7： 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 6 MANAGEMENT Communications HTTP, SMTP, FTP, JMS, IIOP, SECURITY Process Discovery, Aggregation, Choreography Description Web Services Description (WSDL) Message SOAP Extension Reliability, Correlation, Transactions,. SOAP 圖圖 2.1 web 服務(wù)協(xié)議棧服務(wù)協(xié)議棧 上述結(jié)構(gòu)圖中，底層是現(xiàn)有的已經(jīng)定義好了并且廣泛使用的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)： HTTP, SMTP，JMS 等；中間部分是目前開發(fā) Web 服務(wù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括服務(wù)調(diào)用 協(xié)議 SOAP，服務(wù)描述協(xié)議 WSDL 和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議 UDDI 等，這些協(xié)議都是建立在 XML 和 DTD 或者 XML Schema 技術(shù)之上的；之外還包括一些其他技術(shù)如與事務(wù)有關(guān)的 WS- Coordination, WS-Atomic Transaction. WS-Business Activity；與安全有關(guān)的 WS-Security, WS-Trust；與服務(wù)管理有關(guān)的 WS-Management 等。 Web 體系結(jié)構(gòu)中最核心的三個(gè)協(xié)議規(guī)范是 SOAP, UDDI, WSDL。與服務(wù)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的 技術(shù)規(guī)范主要是 WSDL 與 UDDI，因此，本文著重介紹了 WSDL，UDDI 的相關(guān)技術(shù)，并 在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)更加完善的匹配框架。 2.2.2 web 服務(wù)運(yùn)行機(jī)制 前面介紹了構(gòu)成 web 服務(wù)的一系列協(xié)約和規(guī)范，那么它們是如何通過相互的合作來 運(yùn)作 web 服務(wù)的呢？這一小節(jié)就將介紹 web 服務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，如圖 2.211： 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 7 服務(wù)請(qǐng)求者 客戶應(yīng)用程序 SOAP HTTP 服務(wù)提供者 WS 服務(wù)器 SOAP HTTP SOAP 通道 服務(wù)綁定 服務(wù)調(diào)用 服務(wù)代理 UDDI 注冊(cè)表 WSDL 文檔 發(fā)布定義提取信息 服務(wù)查詢條 件 返回查詢結(jié) 果 服務(wù)注冊(cè) 圖圖 2.2 web 服務(wù)運(yùn)行機(jī)制服務(wù)運(yùn)行機(jī)制 Web 服務(wù)的運(yùn)行主要依賴三個(gè)角色（服務(wù)提供者，服務(wù)發(fā)布者以及服務(wù)注冊(cè)中心） 的相互交互來完成。服務(wù)提供者在發(fā)布服務(wù)之前，把所提供的服務(wù)接口以及需要的數(shù)據(jù) 類型及結(jié)構(gòu)用 WSDL 進(jìn)行描述，生成相應(yīng)的 WSDL 文件，然后通過 UDDI 注冊(cè)中心提 供的服務(wù)發(fā)布 API，將服務(wù)發(fā)布出去。服務(wù)請(qǐng)求者則利用 UDDI 瀏覽器瀏覽 UDDI 注冊(cè) 服務(wù)器，并查詢滿足需求的 web 服務(wù)，取得其地址，并將相應(yīng)的服務(wù)描述文件下載到本 地服務(wù)器上，當(dāng)服務(wù)請(qǐng)求者需要使用服務(wù)提供的服務(wù)的時(shí)候，就依據(jù) WSDL 文檔中的相 應(yīng)地址發(fā)起連接，應(yīng)用系統(tǒng)通過 SOAP 協(xié)議和 Web 服務(wù)中的遠(yuǎn)程對(duì)象綁定在一起，進(jìn)行 請(qǐng)求的發(fā)送和應(yīng)答的接收。 2.32.3 webweb 服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn) Web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)，又稱 web 服務(wù)查找或服務(wù)匹配，顧名思義，就是在眾多的 web 服務(wù) 中 找到自己需要的 web 服務(wù)，它是整個(gè) web 服務(wù)模型的關(guān)鍵。 Web 服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上包含兩個(gè)主要部分：一個(gè)是服務(wù)描述，一個(gè)是服務(wù)匹配。對(duì) web 服務(wù)的能力進(jìn)行描述對(duì)服務(wù)分類，發(fā)現(xiàn)，集成至關(guān)重要。比較全面的服務(wù)描述要包括 功能性描述（如服務(wù)能做什么及必須的消息序列） ，非功能性描述（如服務(wù)分類法，安全， 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 8 服務(wù)質(zhì)量信息等）和行為性信息（如服務(wù)如何交互，服務(wù)狀態(tài)信息的轉(zhuǎn)換） 。WSDL 是比 較傳統(tǒng)的服務(wù)描述語(yǔ)言，也是 W3C 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但是它只對(duì)服務(wù)的功能進(jìn)行了描述，而 對(duì)非功能性信息以及行為信息缺乏描述，因此，現(xiàn)在研究人員提出了基于本體的服務(wù)描 述語(yǔ)言 OWL-S，增加了對(duì)服務(wù)的語(yǔ)義信息的支持。后面章節(jié)將會(huì)詳細(xì)介紹這兩種語(yǔ)言以 及他們的優(yōu)缺點(diǎn)；服務(wù)匹配過程通過對(duì)比已有的服務(wù)描述和請(qǐng)求者的需求描述，找到請(qǐng) 求者所請(qǐng)求的服務(wù)，這是 web 服務(wù)能否很好使用的關(guān)鍵。服務(wù)匹配器的設(shè)計(jì)必須完全匹 配描述中的語(yǔ)法和語(yǔ)義信息，而不是傳統(tǒng)的僅僅基于關(guān)鍵字的匹配，同時(shí)還需要定義匹 配層次，通過模糊匹配，提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查全率。 3 web 服務(wù)描述語(yǔ)言及匹配算法 本章主要介紹了當(dāng)前比較成熟的服務(wù)描述語(yǔ)言 WSDL,并在此描述語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，提 出了一個(gè)兩層過濾機(jī)制的匹配模型，以全面準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)服務(wù)。 3.13.1 相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù) Web 服務(wù)是建立在一系列已有的技術(shù)基礎(chǔ)之上，在開始介紹 WSDL 和匹配算法之前， 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 9 我們先來了解一些起支撐作用的相關(guān)技術(shù)。 3.1.1 XML 由于 WSDL 是建立在 XML 基礎(chǔ)之上，所以在這里先介紹 XML 的相關(guān)知識(shí)。 XML（eXtensible Markup Language,可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）是由 W3C 的 XML 工作組定義， 在 XML 規(guī)范 1.0 版本中對(duì) XML 的定義是19：擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）是 SGML 的子集， 其目標(biāo)是允許普通的 SGML 在 web 上以目前 HTML 的方式被服務(wù)，接受和處理。XML 被設(shè)計(jì)成易于實(shí)現(xiàn)，且可在 SGML 和 HTML 之間相互操作。 可以看出，XML 是一種專門在 WWW 上傳遞信息的語(yǔ)言，就像 HTML 一樣，但是 作為一項(xiàng)新的技術(shù)，XML 的目的卻是想彌補(bǔ) HTML 作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記語(yǔ)言的不足，雖然兩者 都是 SGML 的子集，但是兩者卻有著不同的本質(zhì)。HTML 是面向表示的，而 XML 是面 向內(nèi)容的；HTML 的標(biāo)注是有限的，而 XML 的標(biāo)注是可擴(kuò)展的，用戶可以根據(jù)需要任意 定義標(biāo)簽；HTML 文檔不能提供任何關(guān)于文檔內(nèi)容，結(jié)構(gòu)的信息，除非掃描整個(gè)文檔， 而 XML 可以通過 DTD，XML Schema 等來說明文檔結(jié)構(gòu)；HTML 是 web 顯示數(shù)據(jù)的通 用方式，而 XML 提供了一個(gè)直接處理 web 數(shù)據(jù)的通用方法，描述的是 Internet 上共享交 換的內(nèi)容19。 XML是一種元標(biāo)記語(yǔ)言，開發(fā)人員可以在其中生成所需的標(biāo)記。這些標(biāo)記必須按照某種 通用的規(guī)則進(jìn)行組織，但是標(biāo)記的含義可以很靈活。開發(fā)人員自己創(chuàng)建的標(biāo)記必須記錄 在文檔類型定義（DTD）中。XML定義用于描述特定領(lǐng)域標(biāo)記的語(yǔ)言必須遵循的元語(yǔ)法結(jié) 構(gòu)，它描述了底層語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的規(guī)則（例如，描述如何區(qū)分標(biāo)記和內(nèi)容，如何將屬性附加 到元素上之類的規(guī)則），而不是描述這些標(biāo)記，元素和屬性是什么或者其含義是什么等 等。它描述的是這些元素必須遵循的格式而不是給出元素的名字。如果應(yīng)用程序理解這 種元語(yǔ)法，那么它至少部分理解了建立在這種元語(yǔ)言上的標(biāo)記語(yǔ)言。瀏覽器并不需要預(yù) 先知道成千上萬種標(biāo)記語(yǔ)言使用的每個(gè)標(biāo)記的含義，而是在讀取文檔或DTD時(shí)才發(fā)現(xiàn)給定 文檔使用的標(biāo)記。有關(guān)如何顯示這些標(biāo)記內(nèi)容的詳細(xì)說明，則通過附加在這個(gè)文檔上的 樣式表提供。 另外，XML描述的是結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義而不是格式，XML只描述文檔的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義，并不描 述頁(yè)面上元素的格式。元素格式的定義可以使用樣式表再附到文檔上。文檔本身只包含 了說明文檔內(nèi)容的標(biāo)記，而不包含文檔的樣式。 XML使得很多HTML很難開發(fā)的web開發(fā)工作變得容易，使得很多不能用HTML開發(fā)的任 務(wù)變得可能。這得益于它的一些特殊性質(zhì)20： （1）能夠自己設(shè)定特定領(lǐng)域的標(biāo)記語(yǔ)言，XML使個(gè)別行業(yè)（如音樂，化學(xué)，人力資源） 可以定義自己領(lǐng)域的標(biāo)記語(yǔ)言。有了這些語(yǔ)言，這個(gè)領(lǐng)域的實(shí)踐者們可以相互交換短文， 數(shù)據(jù)和信息，而不必?fù)?dān)心接收方是否有特殊的，專用的軟件來閱讀和創(chuàng)建數(shù)據(jù)。 （2）能夠自描述，很多的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失了，不是因?yàn)樽匀粸?zāi)害或者備份介質(zhì)的損 壞，而是因?yàn)闆]有人花費(fèi)時(shí)間編寫文檔來說明如何讀取數(shù)據(jù)媒體和數(shù)據(jù)格式；在比較低 四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 web 服務(wù)的服務(wù)查找技術(shù)的研究 10 的層次上，XML的數(shù)據(jù)格式很簡(jiǎn)單，它可以寫成純ASCII的文本，也可以寫成其他明確定 義格式的文本。ASCII文本的特點(diǎn)就是能夠接納一定的錯(cuò)誤，例如去掉某些字符，或者一 串字符都不會(huì)影響剩下的文本的可讀性，而像壓縮數(shù)據(jù)或串行化了的JAVA對(duì)象之類的數(shù) 據(jù)，只要其中存在錯(cuò)誤或字節(jié)丟失，都會(huì)導(dǎo)致文件的其余部分不可讀。 （3）可以在不同的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，XML是一種通用的數(shù)據(jù)格式，只要使 用任何一種理解XML的工具來就能操作數(shù)據(jù)，甚至可以使用一種工具來編輯，另外一種 工具來瀏覽，這就給開發(fā)者帶來了更大的靈活性，不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)已經(jīng)寫入，或者通信雙 方只能接受專用格式數(shù)據(jù)而限定在某個(gè)專用的程序上。 （4）是一種結(jié)構(gòu)化和集成化數(shù)據(jù)，XML是處理大型的，復(fù)雜文檔的首選，因?yàn)槠鋽?shù) 據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，所以開發(fā)者不僅能指定文檔中定義元素的詞匯，還可以指定元素間的關(guān) 系；另外，XML還提供了一個(gè)客戶端包含機(jī)制，可以將多個(gè)源的數(shù)據(jù)集成到一起，作為 一個(gè)數(shù)據(jù)來顯示。數(shù)