基于语义的Web服务匹配与发现技术研究

论文摘要

网络的融合与开放使得未来的业务具有更加丰富的信息资源和更加多样的表现手段,同时也意味着未来的业务环境更加复杂多样。下一代业务环境所面对的将是跨越语音与数据,固定与移动,电信和Internet的一个综合、开放的复杂网络环境。Web服务作为一种开放的业务提供方式,以松耦合、语言无关、平台独立等特点,得到了工业界和学术界的广泛认可。Web服务已经成为Internet和NGI（下一代互联网）以及电信领域未来信息、服务和业务能力的主要开放与提供形式。业务开发和使用者如何在如此众多的业务资源中快速、准确地找到适合自身业务开发需要的业务资源,是一项重要而艰巨的任务。为了增强Web服务应用的自动化和智能化水平,研究者开始把人工智能领域的语义方法引入到Web服务领域,形成了新的语义Web服务研究领域。其主要思想就是通过引入领域本体的语义信息,为Web服务的匹配、发现、组合、执行和验证等环节提供语义支持,增强其智能性和自动化程度。本论文主要针对基于语义的Web服务匹配方法和发现框架进行了深入研究,取得下列一系列研究成果:1、针对单纯基于描述逻辑推理的Web服务语义匹配方法在服务区分能力方面存在的不足,提出了一种简单有效的本体概念之间语义相似性的计算方法,并基于这种语义相似性的计算方法提出了一种增强语义精确度的Web服务语义匹配方法。该方法在描述逻辑推理的基础上增加了语义相似性的计算,增强了对Web服务功能的语义区分能力,并兼顾了服务匹配的效率和准确性要求。2、前置条件和执行效果作为约束条件,是OWL-S规范中Web服务动态能力描述的重要组成部分,对于Web服务的发现和匹配具有重要作用。目前基于约束条件的匹配主要采用归纳逻辑程序设计领域的θ包含方法,但是该方法缺乏语义层次的支持,匹配的准确性和灵活性受到限制。提出了一种新的基于Web服务功能约束条件的语义匹配方法。该方法把服务的约束条件分成两大类,一类是数值型约束条件,另一类是对象型约束条件,根据这两类约束条件分别提出了相应的语义匹配方法。针对数值型约束条件,我们采用规则推理的方法进行服务双方约束条件兼容性推理。对于对象型约束条件,我们引入了语义θ包含的定义,并把其转化为CSP问题,而其中语义信息的引入,不仅增强了约束条件匹配的准确性,也可有效降低匹配过程中搜索的复杂性。3、针对当前Web服务非功能属性匹配没有统一的匹配方法,而且缺乏语义层次的支持等问题。首先提出了一种基于策略的Web服务非功能属性描述方法,把Web服务非功能属性作为服务双方的策略,这样可以利用策略匹配来实现Web服务非功能属性的匹配;然后,针对描述对象层次的不同,提出了层次化策略的概念,并利用不同的发布方式对不同层次的策略进行发布,服务发现的过程与不同层次的策略匹配结合在一起;另外,首次提出了一种把策略描述语言WSPL（Web Services Policy Language）映射到OWL-DL的方法,而OWL-DL可以为WSPL的策略描述和匹配提供语义上的支持,同时增强了该策略语言的描述能力和可计算性,可以利用现有的OWL-DL推理机来进行服务双方非功能属性的语义层次匹配。该方法支持Web服务各种非功能属性的语义匹配,并可以容易地和前面论述的Web服务功能属性的语义匹配方法结合在一起,形成较完整的Web服务语义匹配方法。4、在对下一代业务环境简要分析的基础上,首次提出了一种面向电信领域的业务能力组件的语义描述方法和语义支持的综合业务发现框架。主要思想是借鉴面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture,SOA）思想,把各种业务能力开放形式统一为Web服务形式;并把Web服务领域中UDDI（Universal Description,Discovery,andIntegration）的集中式发现机制和WSIL（Web Services Inspection Language）的分布式发现方法有机地结合起来,提高业务发现的效率和扩展性;另外,通过对业务能力组件增加语义描述,可以结合前面论述的Web服务语义匹配方法,来增强业务能力组件发现的准确性;还通过对WSIL中绑定形式的扩展,支持与其它软件组件形式发现机制的灵活结合,形成统一的业务能力发现框架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 1.研究背景和意义
• 2.主要研究工作
• 3.论文创新点
• 4.论文结构和内容
• 第一章 WEB服务匹配与发现技术综述
• 1.1 引言
• 1.2 WEB服务概述
• 1.2.1 Web服务描述语言
• 1.2.2 SOAP
• 1.2.3 UDDI
• 1.3 WEB服务的语义描述
• 1.3.1 语义Web技术
• 1.3.2 本体及其描述语言
• 1.3.3 OWL-S
• 1.4 WEB服务的匹配与发现
• 1.4.1 匹配方法
• 1.4.2 发现框架
• 1.5 WEB服务匹配与发现的相关研究
• 1.6 小结
• 1.7 参考文献
• 第二章 一种增强语义精确度的WEB服务匹配方法
• 2.1 引言
• 2.2 相关研究
• 2.3 一种新的语义相似性度量方法
• 2.3.1 语义关联性/语义相似性/语义距离
• 2.3.2 基于网络距离模型的语义相似性计算方法
• 2.3.3 基于信息论模型的语义相似性计算方法
• 2.3.4 提出的语义相似性简便计算方法
• 2.4 匹配算法
• 2.4.1 匹配算法结构
• 2.4.2 语义推理算法
• 2.4.3 语义距离的计算方法
• 2.5 实现及性能分析
• 2.6 小结
• 2.7 参考文献
• 第三章 基于WEB服务功能约束条件的语义匹配
• 3.1 引言
• 3.2 相关研究
• 3.3 相关概念
• 3.3.1 SWRL
• 3.3.2 θ包含
• 3.3.3 约束满足问题
• 3.3.4 冲突消解策略
• 3.4 约束条件匹配方法
• 3.4.1 Web服务能力约束条件的分类
• 3.4.2 约束条件匹配的定义
• 3.4.3 数值型约束条件的匹配
• 3.4.4 对象型约束条件的匹配
• 3.5 原型系统结构和例子
• 3.6 小结
• 3.7 参考文献
• 第四章 基于策略的WEB服务非功能属性语义匹配
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究
• 4.3 WSPL策略描述语言
• 4.4 层次化的策略信息发布模型
• 4.5 WSPL到OWL-DL的映射方法
• 4.5.1 策略谓词约束（Predicate）的OWL-DL表示
• 4.5.2 策略关系符（Policy Operators）的OWL-DL表示
• 4.5.3 策略Aspect的OWL-DL表示
• 4.6 策略匹配方法
• 4.6.1 层次化策略匹配过程
• 4.6.2 策略的语义匹配
• 4.7 小结
• 4.8 参考文献
• 第五章 一种语义支持的综合业务发现框架
• 5.1 引言
• 5.2 相关研究
• 5.3 当前主要的业务能力开放形式
• 5.4 语义支持的综合业务发现框架
• 5.4.1 统一的业务能力开放形式
• 5.4.2 联合业务信息发布模型
• 5.4.3 业务信息的语义描述
• 5.4.4 语义支持的业务发现流程与算法
• 5.4.5 关键问题
• 5.4.6 框架特点
• 5.5 小结
• 5.6 参考文献
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 进一步的研究工作与问题思考
• 6.3 参考文献
• 攻读博士学位期间的主要论文
• 致谢