基于服务Ontology的语义Web服务匹配问题研究

论文摘要

随着全球网络化、信息化的发展,网络上的信息越来越多,Web服务的数量也在与日俱增,如何从庞大的服务群中找到,并正确定位最佳的、有效的服务成为热点问题之一。Web服务发现,就是客户以某种方式在不同类型的Web服务中找到其想要的服务,以执行Web服务请求。目前研究的成果表明,Web服务描述语言缺乏服务描述的语义信息,同时服务注册中心UDDI仅提供基于关键字的服务发现能力,这种方法并不能有效地帮助服务请求者找到他们所需要的服务,查全率和查准率都得不到保证。语义Web使得网络中所有信息都具有语义特征,方便计算机理解和自动化处理Web服务,因此开展语义Web服务特别是服务发现机制的研究,对于Web服务选择、执行及动态组合都具有十分重要的意义。语义Web服务的匹配是指：服务请求者的服务语义描述与服务发布者的服务语义描述,按照某种匹配策略机制,将满足匹配的服务提供给服务请求者的过程。但是当前的服务语义标记语言缺乏对服务质量的描述,多数匹配策略的研究考虑较多的是关于服务功能信息的匹配,而没有考虑服务基本信息和服务质量等非功能性属性的匹配,语义的服务匹配方法存在一定的片面性。本文针对上述问题,对语义Web服务匹配进行了研究,主要工作如下：第一,分析了语义Web服务匹配的问题描述、服务匹配目标,以及语义Web服务匹配的算法,在此基础上,针对服务本体OWK-S框架设计了服务类别、服务文本描述、服务功能、服务质量的匹配器,并给出一种语义Web服务层次松弛匹配机制,以实现从语法相似度、语义相似度和QoS相似度上对服务进行选择。第二,基于服务本体,围绕服务功能匹配问题,将形式概念分析（Formal Concept Analysis,FCA）与语义Web服务相结合,在对形式概念分析与概念格深入研究基础上,提出了一种基于概念格的语义相似度计算方法,并给出一种基于概念格和过滤机制语义相似度匹配策略,以此解决服务功能的输入与输出匹配。第三,针对服务语义标记语言OWL-S缺乏对服务质量描述的问题,对服务质量的因素、服务质量的约束概念进行了研究,基于OWL-S框架,利用服务本体所涉及的ServiceProfile的ServiceParameter可扩展性,对服务质量进行了领域相关与领域无关的语义扩展,并对语义Web服务QoS描述模型进行研究,给出基于QoS约束的语义Web服务模型,以及QoS的计算和相应匹配算法,以满足在功能相似的Web服务情况下,利用QoS约束来发现最佳服务。第四,对于本文所提出的算法在Java语言环境下进行了实现工作,利用JBuilder2006编写匹配器,验证算法的有效性、可行性。随着Internet的飞速发展,Web服务作为一种新兴的Web应用模式,有力整合了因特网上的各种资源,传统的Web服务建立在UDDI、WSDL、SOAP标准之上,目前仍存在缺乏定义良好的语义描述,缺少语义层面支持的问题,由WWW的创始人Berners-Lee在2001年正式提出的语义Web技术扩展了当前的万维网,为解决Web服务缺少语义支持问题提供了切实可行的途径,其核心思想就是把信息表示为计算机能够理解和处理的形式,使得网络中所有信息都具有语义,更好地使计算机和人之间进行协同工作。本体用于解决语义层次上Web信息共享和交换的基础,成为语义Web的重要技术之一,它所定义的特定领域术语,使得资源可以被明确的描述,无论是人还是机器之间都能够有效地进行语义上的理解和通信。语义Web与Web服务技术的结合产生了语义Web服务,可以认为语义Web服务是Web服务的语义扩展,是未来Web服务的发展趋势。在Web服务中加入语义支持,采用语义Web的指示标记手段来描述服务的语义,将使Web服务成为计算机可以理解的实体,从而实现Web服务发现、组合的自动化。随着Web服务数量的快速增长,如何有效的发现服务,以提高服务的利用率,降低开发成本,已成为亟待解决的问题。Web服务发现,就是根据请求者提供的服务描述信息,查找与之相匹配服务的过程,目前语义Web服务发现已成为一大研究热点。本文首先对Web服务的概念、Web服务体系结构和相关技术规范进行了研究,同时对Web服务发现的匹配、代理和P2P三种发现形式进行研究,以服务描述、服务发布、服务请求描述、服务匹配为主线对服务发现步骤进行了探讨,并对服务质量（QoS）进行深入研究,本文针对Web服务给出了Web服务发现存在的问题是语义缺乏问题；其次,本文研究了语义Web的概念以及语义Web的体系结构,在对语义Web体系结构深入探讨的基础上,研究了资源描述框架RDF、本体等相关的语义Web支撑技术,其中按照本体的定义、分类、描述语言对本体展开研究,并对本体描述语言OWL进行了详细探讨,本文给出语义Web研究的主要目的就是对当前的Web进行扩展,研究的侧重点是如何把信息表示为计算机能够理解和处理的语义形式。第三,围绕领域本体建模原语,本体形式化表示的语义对领域本体概念模型进行了研究,并对Gruber的5条设计本体基本原则进行探讨,在介绍常见构建领域本体方法的基础上,详细研究了领域本体的构建,本文还给出了本体的研究和应用中一些需要进一步研究的方向；最后,介绍语义Web服务技术的概念,详细研究了服务本体描述语言OWL-S,主要围绕Service Profile、Service Model、Service Grouding三个方面展开研究工作,本文对语义Web服务发现、服务执行自动化、以及语义Web服务组合的内容进行了探讨,其中重点围绕语义Web服务发现进行详细研究工作,从发现机制、任务、发现构架、发现引擎、发现算法进行研究,本文给出了语义Web服务的描述模型以及语义信息到UDDI的映射,并阐述了下一步所要开展的研究工作。

论文目录

• 基于服务Ontology的语义Web服务匹配 问题研究
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 论文研究内容和论文组织结构
• 第二章 语义Web服务匹配
• 2.1 语义Web服务发现概述
• 2.2 语义Web服务匹配问题
• 2.2.1 语义Web服务匹配问题描述
• 2.2.2 服务匹配的目标
• 2.3 语义Web服务匹配算法基本思想
• 2.4 基于语义Web服务层次松弛匹配机制
• 2.4.1 服务匹配的策略
• 2.4.2 松弛匹配器的组成
• 2.4.3 基于服务层次松弛机制的匹配算法
• 2.4.3.1 ServiceCategory的匹配
• 2.4.3.2 文本（TextDescription）匹配
• 2.4.3.3 服务功能（IOPE）匹配
• 2.4.3.4 服务质量（QoS）匹配
• 第三章 基于概念格和过滤机制的语义Web服务匹配
• 3.1 形式概念分析基础
• 3.2 服务请求与待选服务的相似度
• 3.3 基于概念格的语义相似度计算
• 3.3.1 基于上下位概念语义相似度计算
• 3.3.2 基于概念格语义相似度计算
• 3.4 基于概念格和过滤机制语义相似度匹配算法
• 3.5 算法运用实例
• 第四章 基于QoS约束的语义Web服务
• 4.1 Web服务质量（QoS）
• 4.1.1 服务质量的因素定义
• 4.1.2 QoS约束概念
• 4.2 服务质量（QoS）语义扩展
• 4.3 基于QoS约束的语义Web服务模型
• 4.4 基于QoS约束的服务语义匹配
• 4.4.1 QoS的计算
• 4.4.2 基于QoS约束的服务匹配算法
• 第五章 实验与分析
• 5.1 实验环境
• 5.2 辅助工具
• 5.3 实验数据说明
• 5.4 实验数据存储结构
• 5.5 实验分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步研究的工作
• 参考文献
• 语义Web服务中相关技术的研究
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 Web服务
• 1.2 语义Web
• 1.3 本体
• 1.4 语义Web服务
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 Web服务
• 2.1 Web服务的任务
• 2.2 Web服务的特点
• 2.3 Web服务体系结构
• 2.4 Web Service相关技术规范
• 2.4.1 SOAP（简单对象访问协议）
• 2.4.2 WSDL（服务描述语言）
• 2.4.3 UDDI（统一描述、发现与集成）
• 2.5 Web服务发现
• 2.5.1 Web服务发现的形式
• 2.5.2 Web服务发现基本步骤
• 2.5.2.1 服务描述
• 2.5.2.2 服务发布
• 2.5.2.3 服务请求描述
• 2.5.2.4 服务匹配
• 2.6 Web服务发现存在的问题
• 2.7 Web服务质量-QoS
• 2.8 本章小结
• 第三章 语义Web技术
• 3.1 语义Web的概念
• 3.2 语义Web的体系结构
• 3.3 语义Web的主要支撑技术
• 3.3.1 RDF和RDFS（RDF Schema）
• 3.3.2 本体（Ontology）
• 3.3.2.1 本体的定义
• 3.3.2.2 本体分类
• 3.3.2.3 本体的描述语言
• 3.3.3 OWL Web本体语言
• 3.3.3.1 OWL本体语言概述
• 3.3.3.2 OWL本体语言的种类
• 3.3.3.3 OWL本体语言语义能力概述
• 3.4 本章小结
• 第四章 领域本体制定
• 4.1 领域本体概念模型
• 4.1.1 领域本体的建模原语
• 4.1.2 本体形式化表示中的语义
• 4.2 本体建立的原则
• 4.3 常见构建领域本体的方法
• 4.4 领域本体创建
• 4.5 本章小结
• 第五章 语义Web服务
• 5.1 Web服务语义描述概述
• 5.2 Web服务本体描述语言OWL-S
• 5.2.1 Service Profile
• 5.2.2 Service Model
• 5.2.3 ServiceGrouding
• 5.3 语义Web服务的体系结构
• 5.4 语义Web服务关键技术研究
• 5.4.1 语义Web服务发现
• 5.4.2 语义Web服务执行自动化
• 5.4.3 语义Web服务组合
• 5.5 语义Web服务发现技术
• 5.5.1 语义Web服务发现机制
• 5.5.2 语义Web服务发现的任务
• 5.5.3 语义Web服务发现构架
• 5.5.4 语义Web服务的描述模型
• 5.5.5 语义信息到UDDI的映射
• 5.6 语义Web服务发现引擎
• 5.6.1 领域本体库
• 5.6.2 匹配器
• 5.6.3 语义推理机
• 5.6.4 Web服务本体库
• 5.7 语义Web服务发现算法
• 5.7.1 传统的Web服务匹配算法
• 5.7.2 语义Web服务匹配算法
• 5.8 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 小结
• 6.2 展望
• 参考文献
• Research of Semantic Web Services Matching Based on Service Ontology
• Abstract
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 Background and Significance
• 1.2 Contents and organizations of research paper
• Chapter 2 Semantic Web Services matching
• 2.1 The Summary of semantic Web Services discovery
• 2.2 Semantic Web Services matching problem
• 2.2.1 Semantic Web Services Matching Description
• 2.2.2 The goal of services matching
• 2.3 The basic idea of Semantic Web Services matching algorithm
• 2.4 Level relaxation matching machine based on Web Services
• 2.4.1 Service matching tactics
• 2.4.2 The composition of relax matching
• 2.4.3 Matching algorithm
• 2.4.3.1 ServiceCategory matching
• 2.4.3.2 Text matching
• 2.4.3.3 Services function （IOPE） Matching
• 2.4.3.4 Quality of Service matching
• Chapter 3 Semantic Web Services matching that based on concept lattices andfiltering mechanisms
• 3.1 The basis of the Formal concept analysis
• 3.2 The similarity of service requests and candidate service
• 3.3 The computing of semantic similarity based on the concept lattice
• 3.3.1 The computing of semantic similarity based on the concept of upper and lower
• 3.3.2 Semantic similarity computing based on the concept lattice
• 3.4 Semantic similarity matching algorithm based on the concept lattices and filtering mechanisms
• 3.5 The instance of algorithm application
• Chapter 4 The Semantic Web Services based on QoS constraints
• 4.1 Web quality of services （QoS）
• 4.1.1 Definition of quality service factors
• 4.1.2 QoS constrains concept
• 4.2 Quality of Service （QoS） Semantic Expansion
• 4.3 Semantic Web Services model based on the QoS constraints
• 4.4 Services semantic matching based on QoS constraints
• 4.4.1 Calculation of QoS
• 4.4.2 Services matching algorithm based on QoS constraints
• Chapter 5 Experiment and analysis
• 5.1 Experimental environment
• 5.2 Auxiliary tool
• 5.3 About experimental data
• 5.4 Experimental data storage structure
• 5.5 Experimental analysis
• Chapter 6 Summary and the prospect
• 6.1 Summary
• 6.2 Further work
• Research on Correlation technique of Semantic Web Servioes
• Abstract
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 Web services
• 1.2 Semantic Web
• 1.3 Ontology
• 1.4 Semantic Web Services
• 1.5 Papers organizational structure
• Chapter 2 Web Services
• 2.1 tasks of Web Services
• 2.2 characteristics of Web Service
• 2.3 Web Service Architecture
• 2.4 Web Services correlation technical specifications
• 2.4.1 SOAP
• 2.4.2 WSDL （Web Services Description Language）
• 2.4.3 UDDI （Universal, Description, Discovery and Integration）
• 2.5 Web Service Discovery
• 2.5.1 Form of Web Services Discovery
• 2.5.2 Web Service Discovery Basic Steps
• 2.5.2.1 Services Description
• 2.5.2.2 Service Publishing
• 2.5.2.3 Description of Requestor's Needs
• 2.5.2.4 Service Matchmaking
• 2.6 The Existing Problems of Web Service Discovery
• 2.7 Web Quality of Service-QoS
• 2.8 Summary of this chapter
• Chapter 3 Semantic Web technology
• 3.1 The concept of Semantic Web
• 3.2 Semantic Web Architecture
• 3.3 The main support of Semantic Web technology
• 3.3.1 RDF and RDFS （RDF Schema）
• 3.3.2 Ontology
• 3.3.2.1 Ontology Definition
• 3.3.2.2 Ontology classification
• 3.3.2.3 Ontology Description Language
• 3.3.3 OWL Web Ontology Language
• 3.3.3.1 OWL Ontology Language Overview
• 3.3.3.2 The type of OWL
• 3.3.3.3 OWL Ontology Language Semantic Ability Overview
• 3.4 Summary of this chapter
• Chapter 4 Domain Ontology
• 4.1 The Conceptual Model of Domain Ontology
• 4.1.1 The Modeling primitives of Domain Ontology
• 4.1.2 The Semantic of Formal Ontology
• 4.2 The Principle of Construction Ontology
• 4.3 The common methods of Construction domain ontology
• 4.4 The Construction domain ontology
• 4.5 Summary of this chapter
• Chapter 5 Semantic Web Service
• 5.1 Semantic Web Services Description Summary
• 5.2 Ontology Web Language for Services OWL-S
• 5.2.1 Service Profile
• 5.2.2 Service Model
• 5.2.3 ServiceGrouding
• 5.3 Semantic Web Services Architecture
• 5.4 Research on key technologies of Semantic Web services
• 5.4.1 Semantic Web service discovery
• 5.4.2 The automation of Semantic Web services implementation
• 5.4.3 Semantic Web Services Composition
• 5.5 Semantic Web service discovery technology
• 5.5.1 Semantic Web service discovery mechanism
• 5.5.2 Semantic Web service discovery task
• 5.5.3 Semantic Web Services Discovery framework
• 5.5.4 Semantic Web Services Description Model
• 5.5.5 The mapping between semantic information and UDDI
• 5.6 Semantic Web Service Discovery engine
• 5.6.1 Domain Ontology library
• 5.6.2 Matching engine
• 5.6.3 Semantic inference engine
• 5.6.4 Web Services Ontology Library
• 5.7 Semantic Web Service discovery algorithm
• 5.7.1 Traditional Web Services Matching Algorithm
• 5.7.2 Semantic Web Services Matching Algorithm
• 5.8 Summary of this chapter
• Chapter 6 Conclusion
• 6.1 Summary
• 6.2 Prospects
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
• 致谢