Web服務(wù)及其質(zhì)量的本體描述

1、web服務(wù)及其質(zhì)量的本體描述摘要：web服務(wù)機(jī)制缺乏對服務(wù)的語義描述，難以在邏輯層面上實(shí)現(xiàn)基于語義的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)流程組合和服務(wù)動態(tài)調(diào)用。而且wsdl和uddi技術(shù)關(guān)注于服務(wù)功能和接口的靜態(tài)描述，忽視對服務(wù)進(jìn)行非功能屬性的描述，而非功能屬性如服務(wù)質(zhì)量正是用戶在soa環(huán)境中動態(tài)選擇服務(wù)所關(guān)注和必需的。使用rdfs定義web服務(wù)本體，并逐層對其進(jìn)行agent擴(kuò)展和qos擴(kuò)展，構(gòu)建web服務(wù)及其質(zhì)量本體，克服了已有技術(shù)只能在設(shè)計(jì)時(shí)對服務(wù)接口進(jìn)行微調(diào)以滿足用戶需求的缺陷，豐富了web服務(wù)機(jī)制的語義描述，使得web服務(wù)能夠被機(jī)器理解、對用戶透明、被代理自動處理，在語義邏輯上實(shí)現(xiàn)web服務(wù)之間的交互性,而

2、且用戶在選擇服務(wù)時(shí)可以同時(shí)考慮web服務(wù)的質(zhì)量，從而提高服務(wù)選擇時(shí)的靈活性和自主性。關(guān)鍵詞：本體；web服務(wù)；服務(wù)質(zhì)量；語義描述分類號 tp393.4description of web service and its quality with ontologyabstract: lack of semantic description of service in web service, it is impossible to logically realize discovery, composition and dynamic implementation of service base

3、d on semantics. wsdl and uddi, which focus on static description of function and interface of service, neglect to describe the non-functional property, whereas such non-functional property as quality of service is the key factor which impacts the users on dynamic selection of service in soa. rdfs is

4、 used to define a web service ontology, and then a agent extension and a qos extension are made respectively at increasing level. as a result, the defect of the fine-tune on service interface to meet users need with the current technologies is overcome. moreover web service, enriched by semantic des

5、cription and binded by qos, is more readable by machine, transparent to user, automatically processed with agent, interoperational semantically and convenient for users selection of service self-determinatedly.keywords: ontology; web service; qos; semantic description1 語義網(wǎng)與web服務(wù)作為傳統(tǒng)web的擴(kuò)展，語義網(wǎng)（semant

6、ic web）上的信息具有良好定義的含義，使得計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與人之間能夠更好的合作。根據(jù)tim.berners-lee提出的語義網(wǎng)層次化描述體系，本體（ontology）層是語義網(wǎng)的核心1，也就是說語義網(wǎng)建立和運(yùn)作的基礎(chǔ)，是知識的概念化和形式化以及相應(yīng)的推理規(guī)則和推理過程2。web服務(wù)（web service）技術(shù)作為web網(wǎng)絡(luò)中多種異購應(yīng)用之間的標(biāo)準(zhǔn)交互機(jī)制，為開放環(huán)境中發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、調(diào)用、綁定、組合web服務(wù)提供了一整套方法3，核心技術(shù)包括：以xml作為數(shù)據(jù)傳輸和交換的標(biāo)準(zhǔn)格式；以soap4作為發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的基本消息協(xié)議；以wsdl5作為服務(wù)的描述協(xié)議；以uddi6作為服務(wù)的登記發(fā)布協(xié)

7、議。2 本體在semantic web service中的應(yīng)用web服務(wù)基本上采用標(biāo)準(zhǔn)化分類的方式描述服務(wù)的功能、提供者以及如何訪問服務(wù)，如何與之交互。這種機(jī)制對服務(wù)的描述能力非常有限，特別是缺乏對服務(wù)的語義描述，難以在邏輯層面上實(shí)現(xiàn)基于語義的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)流程組合和服務(wù)動態(tài)調(diào)用。為了克服上述缺陷，人們將目光投向語義網(wǎng)。圖1展示了本體使語義網(wǎng)和web服務(wù)相結(jié)合形成智能網(wǎng)的技術(shù)路線圖7?；诒倔w的一些服務(wù)描述語言如owl-s（以前稱作daml-s），旨在支持一些工具和代理技術(shù)在語義網(wǎng)環(huán)境中更加智能地實(shí)現(xiàn)web服務(wù)8。王欣等在參考文獻(xiàn)3中應(yīng)用owl-s對web服務(wù)概貌、過程、綁定等實(shí)現(xiàn)了語義描述。

8、semantic webintelligent webwwwweb servicerdf(s)owlhtmlurihttpowl-sruleswsdlsoapuddistaticdynamicsemanticsyntax圖1 本體聯(lián)結(jié)語義網(wǎng)和web服務(wù)形成智能網(wǎng)的技術(shù)路線圖kaarthik sivashanmugam等在參考文獻(xiàn)9中提出,為了增強(qiáng)web服務(wù)機(jī)制的語義性，提升其概念化程度，不僅要在對服務(wù)本身的數(shù)據(jù)內(nèi)容、功能、執(zhí)行過程等進(jìn)行語義描述，同時(shí)還要對服務(wù)質(zhì)量（qos）構(gòu)建本體，因?yàn)榉?wù)質(zhì)量在web服務(wù)的整個(gè)生命周期（描述與開發(fā)、發(fā)現(xiàn)與調(diào)用、組合、執(zhí)行）中起著至關(guān)重要的作用。本文將使用本體

9、定義語言rdfs1011定義web服務(wù)及其質(zhì)量本體的類體系以及類屬性和類關(guān)系。具體地將用到rdfs中的class（本體類）、property（本體類的屬性）、subclassof（類的層級關(guān)系）、range（本體類的屬性允許的取值范圍）、domain（屬性隸屬于某個(gè)本體類實(shí)體）等關(guān)鍵詞，構(gòu)建一個(gè)web服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量結(jié)合在一起的本體，并采用逐層擴(kuò)展方式擴(kuò)充web服務(wù)及其質(zhì)量本體的內(nèi)容，豐富其語義描述，使得web服務(wù)能夠被機(jī)器理解、對用戶透明、被代理自動處理，在語義邏輯上實(shí)現(xiàn)web服務(wù)之間的交互性,而且用戶在選擇服務(wù)時(shí)可以同時(shí)考慮web服務(wù)的質(zhì)量，從而提高選擇服務(wù)時(shí)的靈活性和自主性。3 web服務(wù)

10、本體3.1 web服務(wù)本體的基本描述圖2描述了一個(gè)最抽象的服務(wù)本體（service profile ontology）。本體類service具有四個(gè)基本的對象屬性，其中對象屬性implementation對應(yīng)于另外一個(gè)類wsdl。wsdl提供了一種描述web服務(wù)的框架，可以采用wsdl對一個(gè)服務(wù)的執(zhí)行過程（這個(gè)服務(wù)能為用戶干什么）進(jìn)行詳細(xì)描述。對象屬性interface的取值是uri，即通知用戶可以通過特定的唯一標(biāo)識符發(fā)現(xiàn)、調(diào)用特定的服務(wù)。另外一個(gè)對象屬性isfree則描述該服務(wù)當(dāng)前是否在服務(wù)注冊中心注冊并被其提供，取值為布爾值（true或false）。service類的一個(gè)重要對象屬性ser

11、vicetype將一個(gè)服務(wù)實(shí)體進(jìn)行分類，圖中根據(jù)服務(wù)類型將服務(wù)分為商務(wù)、休閑、計(jì)算、政務(wù)等。為什么要分類呢？我們可以設(shè)想一個(gè)情景：consumer_a要通過電子商務(wù)平臺購買服裝，這時(shí)web服務(wù)注冊中心uddi有兩個(gè)注冊服務(wù)provider_b和provider_c可以提供給consumer_a，consumer_a該如何選擇呢？一個(gè)辦法就是consumer_a說明自己的需求意向，web服務(wù)供給機(jī)制會將用戶的需求與服務(wù)進(jìn)行匹配，最合適的一個(gè)服務(wù)將提供給用戶。而另一個(gè)比較簡單的辦法就是consumer_a考察provider_b和provider_c的servicetype屬性，如果consume

12、r_a只是想在周末購物，provider_b正好屬于休閑類型的服裝零售商，而provider_c屬于商務(wù)類型的服裝批發(fā)商，那么consumer_a會主動選擇provider_b提供的服務(wù)。服務(wù)相對于用戶的需求意愿更能保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)，所以采用這種描述方法，可以給用戶很大的自由度選擇想要的服務(wù)，使用戶處于一種主動的地位直觀、方便地做出決定，這也體現(xiàn)了服務(wù)以用戶需求為中心的思想。class: serviceclass: wsdlclass: servicetypeclass: computationclass: businessclass: recreationclass: government

13、property: implementationproperty: interfaceproperty: isfreeproperty: servicetypexsd: booleanclass: urisubclassofdomaindomaindomaindomainrangerangerangerange圖2 web服務(wù)本體的基本描述3.2 web服務(wù)本體的agent擴(kuò)展之所以稱圖2構(gòu)建的是一個(gè)最抽象的本體，是因?yàn)樵谶@樣的一個(gè)框架上還可以對服務(wù)本體進(jìn)行一系列擴(kuò)展。圖3在圖2的基礎(chǔ)上對本體類service進(jìn)行了agent擴(kuò)展，如虛線框所示。class: serviceclass: agen

14、tbehaviorclass: autobehaviorclass: interbehaviorclass: serviceagentclass: agentproperty: proxiesproperty: behaviorsbasicpropertydomainsubclassofrangerangedomaindomainsubclassof圖3 web服務(wù)本體的agent擴(kuò)展圖中的核心本體類是serviceagent，它的一個(gè)對象屬性proxies指代一個(gè)service類，實(shí)現(xiàn)其代理功能。serviceagent繼承于父類agent，因而具有了behaviors屬性。具體地說，beh

15、aviors被分成autobehavior和interbehavior兩類，實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）serviceagent參照web服務(wù)本體完成自身的配置，配置過程可以使用jython（python in java）12形成腳本描述，這些腳本描述可以視為autobehavior的一部分；（2）用戶應(yīng)用程序生成、配置并激活一個(gè)本地代理，serviceagent的interbehavior負(fù)責(zé)與用戶代理交互；（3）依據(jù)用戶代理的需求，serviceagent要選擇服務(wù)實(shí)體并為每個(gè)服務(wù)實(shí)體動態(tài)地生成一個(gè)proxy對象，這個(gè)過程也可視為autobehavior的一部分；（4）用戶需要的服務(wù)開始運(yùn)行的信息

16、通過interbahavior被serviceagent接受并直接傳遞給proxy對象，相應(yīng)的service作出響應(yīng)（執(zhí)行一系列過程或者輸出需要的數(shù)據(jù)）；（5）前面的過程都在agent的監(jiān)控之下進(jìn)行?？梢?，對web服務(wù)本體進(jìn)行agent擴(kuò)展，增加了服務(wù)的自治性和動態(tài)性：服務(wù)本體能靈活地加入到代理機(jī)構(gòu)中或從中刪除；服務(wù)本體在保持相對獨(dú)立的情況下能進(jìn)行交互式操作；服務(wù)本體能作為仲裁人衡量用戶和特定的應(yīng)用對service的需求。3.3 web服務(wù)本體的qos擴(kuò)展web services中當(dāng)前的wsdl和uddi技術(shù)關(guān)注于服務(wù)功能和接口的靜態(tài)描述，其目標(biāo)就是支持用戶發(fā)布、查詢、調(diào)用這些服務(wù)。這些技術(shù)的

17、一個(gè)明顯缺陷在于忽視對服務(wù)進(jìn)行非功能屬性的描述，而這些非功能屬性如服務(wù)質(zhì)量（quality of service，簡稱qos）正是用戶在soa環(huán)境中動態(tài)選擇服務(wù)所關(guān)注和必需的。對web服務(wù)本體進(jìn)行qos擴(kuò)展，克服了已有技術(shù)只能在設(shè)計(jì)時(shí)對服務(wù)接口進(jìn)行微調(diào)以滿足用戶需求的缺陷13，不僅擴(kuò)展了web services的語義，而且用戶在選擇服務(wù)時(shí)可以一并考慮web服務(wù)的質(zhì)量，從而提高服務(wù)選擇時(shí)的靈活性和自主性。圖4描述了進(jìn)行qos擴(kuò)展（如虛線框所示）后的web服務(wù)本體。擴(kuò)展在本體類servicetype及其子類上進(jìn)行，主要變化是對每一個(gè)servicetype類及其子類添加一個(gè)對象屬性hasqos，從而

18、與qos和quality這兩個(gè)服務(wù)質(zhì)量的核心本體類聯(lián)系起來，進(jìn)而在web服務(wù)本體上擴(kuò)展了每一種類型服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量本體類的具體含義和內(nèi)容，在下一節(jié)詳細(xì)介紹。class: serviceclass: servicetypeclass: businessclass: governmentclass: qosclass: qualityproperty: hasqosproperty: hasqualityproperty: servicetypedomaindomaindomaindomaindomainrangerangerangesubclassofsubclassofsubclass

19、of.圖4 web服務(wù)本體的qos擴(kuò)展4 web服務(wù)質(zhì)量本體建立qos本體旨在使service agent能選擇滿足用戶服務(wù)質(zhì)量偏好的web服務(wù)。服務(wù)提供者和消費(fèi)者都分別能根據(jù)自己特定的要求使用qos本體表達(dá)自己的規(guī)則和興趣，而代理則能依據(jù)這些本體的語義描述動態(tài)地為兩者建立聯(lián)系，并監(jiān)控兩者間的交互，實(shí)現(xiàn)有限服務(wù)資源的高效利用。web服務(wù)質(zhì)量本體的創(chuàng)建流程參考文獻(xiàn)14。該流程采用兩條路線并行推進(jìn)的方法完成qos本體的構(gòu)建：一條路線確定構(gòu)成qos本體的必要條件，即服務(wù)質(zhì)量的概念是什么，包含哪幾個(gè)方面，從而形成服務(wù)質(zhì)量本體最基本的描述語言（qos ontology language）；另一條路線確定

20、服務(wù)質(zhì)量包含的度量參數(shù)，如可靠性（reliability）、有效性（availability）等，從而形成服務(wù)質(zhì)量本體的參數(shù)集（qos ontology vocabulary）.4.1 web服務(wù)質(zhì)量本體的概要描述web服務(wù)質(zhì)量本體的概要描述（qos profile ontology language）是對服務(wù)質(zhì)量最抽象的描述，也是對web服務(wù)質(zhì)量本體進(jìn)行擴(kuò)展的基礎(chǔ)，如圖5所示。圖中描述了服務(wù)質(zhì)量最基本的概念，同時(shí)對與服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的概念做了定義，具體包括：（1）quality類：quality類是對某一領(lǐng)域內(nèi)的web服務(wù)在可測度的、非功能性方面的抽象，是web服務(wù)質(zhì)量本體的核心。（2）aggr

21、egatequal類：該類由其他質(zhì)量類聚合而成，比如性價(jià)比就是由性能和價(jià)格兩個(gè)相矛盾的質(zhì)量實(shí)體組成。（3）qrelationship類：該類描述了質(zhì)量實(shí)體間的相互關(guān)系，比如性能和價(jià)格一般存在對立的關(guān)系，而且性能和價(jià)格與產(chǎn)品的質(zhì)量都有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。（4）qattribute類：該類表明一個(gè)質(zhì)量實(shí)體在數(shù)量上所屬的類型，比如性價(jià)比可以定義為01之間的浮點(diǎn)數(shù)，而且值越大說明質(zhì)量越好，因而性價(jià)比在浮點(diǎn)數(shù)01上具有連續(xù)單調(diào)性，即monotonic&float&non-discrete。（5）qmeasurement類：該類是在主觀上和客觀上對質(zhì)量實(shí)體的度量，每一次度量都有一個(gè)有效期，而且在這個(gè)有效期內(nèi)度量值

22、要能夠經(jīng)得起檢驗(yàn)。qmeasurement類包含的內(nèi)容很多，將作為對quality類的擴(kuò)展在4.2小節(jié)中介紹。（6）relatedqual屬性：某一個(gè)質(zhì)量實(shí)體可能與另一個(gè)實(shí)體間有關(guān)聯(lián)，relatedqual屬性則用遞歸的方式指出另一個(gè)實(shí)體是什么。class: qualityclass: qattributeclass: decayingattriclass: monotonicattriclass: discreteattriclass: valuedattriclass: qrelationshipclass: valuedirclass: inverseclass: oppositecla

23、ss: parallelclass: valueimpactclass: strongclass: mildclass: weakclass: qmeasurementclass: aggregatequalproperty: measurementproperty: hasattriproperty: relatedqualproperty: hasrelationproperty: aggregatequaldomainrangesubclassof圖5 web服務(wù)質(zhì)量本體的概要描述4.2 web服務(wù)質(zhì)量本體的度量參數(shù)集4.1小節(jié)中我們構(gòu)建了一般意義上的web服務(wù)質(zhì)量本體，但是這樣的本體還

24、不能應(yīng)用到web services中，因?yàn)樗痪邆浜饬恳粋€(gè)服務(wù)實(shí)體質(zhì)量優(yōu)劣的各項(xiàng)度量參數(shù)。鑒于此，我們對qmeasurement進(jìn)行擴(kuò)展，使其具備更豐富、更具體的度量含義。表1只列舉了主要的度量參數(shù)（ontology vocabulary），其中第二級是第一級的子類，第三級又是第二級的子類。其他一些參數(shù)包括capacity、availability、cost、scalability、accessibility、accuracy、integrity、rights and property。這些參數(shù)比較直觀，含義比較容易理解，本文不再贅述，詳見參考文獻(xiàn)15。表1 qmeasurement擴(kuò)展的主要

25、度量參數(shù)第一級第二級第三級qmeasurement(quality-parameter)configura-tionregulatorysupportedstandardstabilityperformanceerrorratejitterrsponsetimethroughoutlatencysecurityconfidentialityauditabilityauthenticationauthorizationencryptionnon-repudiationreliabilitymtbfmttr5 總結(jié)在soa環(huán)境中，web服務(wù)機(jī)制本著“計(jì)算機(jī)就是網(wǎng)絡(luò)，軟件就是服務(wù)”的思想，正促使著萬

26、維網(wǎng)從一個(gè)文本、圖片、音頻、視頻的信息提供者向服務(wù)的提供者轉(zhuǎn)變2。語義網(wǎng)作為www研究的重點(diǎn)，其核心層本體有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。將本體與web服務(wù)及服務(wù)質(zhì)量相結(jié)合，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）從web服務(wù)機(jī)制的角度看，語義網(wǎng)中最重要的web資源之一是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使用本體技術(shù)構(gòu)建web服務(wù)及其質(zhì)量的本體，最顯著的提高是增強(qiáng)了web服務(wù)機(jī)制的語義性，軟件代理可以自動地發(fā)現(xiàn)、調(diào)用、合成、提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的執(zhí)行進(jìn)行監(jiān)控，從而賦予軟件代理更多的智能、移動性和互操作性，為形成大規(guī)模的基于代理的分布式計(jì)算環(huán)境打下基礎(chǔ)16。（2）從web服務(wù)供給與需求的角度看，對web服務(wù)尤其是它的質(zhì)量進(jìn)行本體描述，并將二者整合

27、起來，使web服務(wù)的提供者和用戶直接受益15。將服務(wù)質(zhì)量連同服務(wù)一同考慮，服務(wù)供給方一方面會為提高服務(wù)質(zhì)量而不斷努力，另一方面會全方位地為用戶著想，不僅要為其提供高質(zhì)量的服務(wù)，而且還要為其提供個(gè)性化的服務(wù)。服務(wù)需求方則在比較透明的服務(wù)消費(fèi)環(huán)境中改變自身的弱勢地位，在一定程度上增強(qiáng)了主動性和主導(dǎo)性。（3）從信息組織的角度看，web服務(wù)及其質(zhì)量的本體描述是適應(yīng)于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境的一個(gè)特殊的信息對象。之所以特殊，是因?yàn)檫@樣一個(gè)由本體描述的信息對象不僅封裝了信息內(nèi)容（封裝在服務(wù)本體內(nèi)），還封裝了關(guān)于內(nèi)容的描述信息、組織機(jī)制、管理控制機(jī)制（評價(jià)、效用、隱私、權(quán)益等封裝在服務(wù)質(zhì)量本體內(nèi)）等，這種封裝機(jī)制

28、體現(xiàn)了“每一類信息對象的描述信息、組織機(jī)制、管理控制機(jī)制等本身也是信息對象，從而形成逐層遞歸的數(shù)字化對象網(wǎng)絡(luò)，并通過關(guān)聯(lián)關(guān)系對各個(gè)層次的對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)、解析、組織”的現(xiàn)代信息環(huán)境下信息組織的思想?；诒疚臉?gòu)建的web服務(wù)及其質(zhì)量本體，下一步的工作可以從下面兩個(gè)方面依次開展。首先站在服務(wù)提供方的立場，兼顧考慮用戶以前的行為習(xí)慣及其對服務(wù)質(zhì)量的要求，建立一套基于web服務(wù)及其質(zhì)量本體的主動獲取用戶服務(wù)需求的算法。然后，在此算法的基礎(chǔ)上試圖提出一個(gè)基于本體和代理的動態(tài)選擇、合成服務(wù)的框架。參考文獻(xiàn)：1 berners-lee t, hendler j, lassila o. the semantic

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