林關(guān)成

（渭南師范學(xué)院 傳媒工程學(xué)院，渭南714099）

隨著Web服務(wù)在信息服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，互聯(lián)網(wǎng)上Web服務(wù)的數(shù)量呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)．Web服務(wù)作為一種新興的 Web應(yīng)用模式，可以擺脫硬件系統(tǒng)平臺(tái)、操作系統(tǒng)以及編程語(yǔ)言的束縛，為服務(wù)提供者跨平臺(tái)、跨行業(yè)的進(jìn)行服務(wù)提供了技術(shù)保障．當(dāng)前的Web雖然能夠更多地為用戶(hù)提供多種描述文本信息，卻不包含機(jī)器之間可理解的語(yǔ)義信息，在傳統(tǒng)的Web服務(wù)模式下要想實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)匹配以及自動(dòng)調(diào)用是不太容易的，這不僅限制了機(jī)器在互聯(lián)網(wǎng)信息檢索領(lǐng)域的發(fā)展，也限制了機(jī)器自動(dòng)化的處理能力［1］．

在Web服務(wù)數(shù)量龐大的今天，再依靠傳統(tǒng)的人工方式去組織、管理、分類(lèi)Web服務(wù)已經(jīng)不太現(xiàn)實(shí)，要讓機(jī)器自動(dòng)的處理這些服務(wù)的識(shí)別、組織以及匹配問(wèn)題，需要讓計(jì)算機(jī)具有更高的智能化，必須克服傳統(tǒng)的信息組織形式，摒棄傳統(tǒng)的文本匹配思路，于是語(yǔ)義 Web便應(yīng)運(yùn)而生［2］．語(yǔ)義 Web的出現(xiàn)給機(jī)器之間的智能交互提供了契機(jī)，通過(guò)語(yǔ)義描述語(yǔ)言使互聯(lián)網(wǎng)上的信息具有語(yǔ)義，從而更準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)知識(shí)［3］．將語(yǔ)義Web技術(shù)應(yīng)用于 Web服務(wù)領(lǐng)域就產(chǎn)生了語(yǔ)義Web服務(wù)，它是傳統(tǒng)的Web服務(wù)機(jī)制和語(yǔ)義Web技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，能夠自動(dòng)處理服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、服務(wù)的組合以及服務(wù)的調(diào)用，使Web服務(wù)更加智能化、服務(wù)定位更加精準(zhǔn)、用戶(hù)的體驗(yàn)度更高［4］．語(yǔ)義 Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)一方面需要?jiǎng)?chuàng)建、發(fā)現(xiàn)和自動(dòng)化調(diào)用 Web服務(wù)的形式化描述［5］，另一方面還需要用于分析、驗(yàn)證服務(wù)語(yǔ)義的建?？蚣埽?］．當(dāng)前，有關(guān)研究機(jī)構(gòu)各自提出了不同的語(yǔ)義Web服務(wù)建?？蚣?，比較著名的框架有：METEOR-S［7］，WSMO［8-9］，IRS［10］以及 SWSF［11］等．本文以語(yǔ)義Web服務(wù)的一般結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)語(yǔ)義Web服務(wù)的三大主流建?？蚣躉WL-S，IRS和WSMO從行為、體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)本體等方面進(jìn)行比較分析．

1 語(yǔ)義Web服務(wù)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，圍繞語(yǔ)義Web服務(wù)的研究大多是從行為、體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)本體三個(gè)方面展開(kāi)的．行為定義了支撐語(yǔ)義Web服務(wù)的多種功能，包括服務(wù)的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、選擇、組合、配置以及本體的管理等；體系結(jié)構(gòu)定義了一系列實(shí)現(xiàn)上述行為的組件，包括注冊(cè)機(jī)、推理機(jī)、中介系統(tǒng)、觸發(fā)器等等；服務(wù)本體則是從概念上關(guān)于服務(wù)的最本質(zhì)的描述，定義了服務(wù)的輸入輸出、執(zhí)行的前提和執(zhí)行后產(chǎn)生的效果、服務(wù)的類(lèi)型以及服務(wù)的質(zhì)量等等．三者從宏觀到微觀構(gòu)成了語(yǔ)義Web服務(wù)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)．

2 語(yǔ)義Web服務(wù)主流建模框架

2．1 OWL-S

OWL-S是由“DAML（DARPA Agent Markup Language for Services）計(jì)劃”定義的關(guān)于語(yǔ)義Web服務(wù)的基于本體描述的語(yǔ)言體系［12-13］，通過(guò)對(duì)Web服務(wù)進(jìn)行邏輯化描述，進(jìn)而產(chǎn)生相關(guān)的描述方法以支持機(jī)器和機(jī)器的相互理解．以此為核心的OWL-S語(yǔ)言構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的自動(dòng)處理，比如服務(wù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)的調(diào)用、服務(wù)的組合及監(jiān)視等．從體系框架來(lái)看，OWL-S本體形成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，以概念類(lèi)為基本的組織形式，這種概念類(lèi)主要表現(xiàn)為服務(wù)的形式，因此也將這些概念類(lèi)稱(chēng)為服務(wù)類(lèi)，其主要包含三個(gè)基本屬性：表示、被描述和支持，如圖1所示．OWL-S包括三個(gè)組件，服務(wù)概要描述服務(wù)的功能，即這個(gè)服務(wù)是做什么的，服務(wù)搜尋代理通過(guò)服務(wù)概要實(shí)現(xiàn)服務(wù)匹配，尋找到滿(mǎn)足服務(wù)請(qǐng)求者需求的Web服務(wù)；服務(wù)模型描述服務(wù)是怎么做的，即服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；服務(wù)基點(diǎn)描述怎樣訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)．可以說(shuō) WSDL與UDDI使Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，OWL-S使得 Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)智能化．縱使OWL-S有許多的優(yōu)越性，但是在目前的Web框架下，很難得到廣泛的使用，因?yàn)檎Z(yǔ)義Web并沒(méi)有廣泛的應(yīng)用，OWL-S在理想狀況下（即到處都是語(yǔ)義）才能發(fā)揮最大的功效．

圖1 OWL-S的頂層本體Fig．1 The upper ontology of OWL-S

在圖1中，服務(wù)概要是用來(lái)描述服務(wù)功能的，告訴用戶(hù)服務(wù)的總體信息，在Web服務(wù)發(fā)布機(jī)制中起到了發(fā)布服務(wù)廣告的作用，用戶(hù)看到以后，根據(jù)自己的服務(wù)需求能夠精準(zhǔn)的進(jìn)行服務(wù)判決；服務(wù)模型用來(lái)描述服務(wù)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的運(yùn)行方式以及執(zhí)行流程；服務(wù)基點(diǎn)通過(guò)提供服務(wù)調(diào)用過(guò)程中的通信協(xié)議以及消息格式等具體細(xì)節(jié)，進(jìn)而提供服務(wù)方位方式的具體方案，用戶(hù)通過(guò)服務(wù)基點(diǎn)即可知道如何與Web服務(wù)進(jìn)行存取等通信信息．

2．2 IRS

IRS是Open university開(kāi)發(fā)的一種框架結(jié)構(gòu)，它可以支持 Web服務(wù)的發(fā)布、定位、組合和執(zhí)行，在框架體系結(jié)構(gòu)中將每個(gè)Web服務(wù)通過(guò)語(yǔ)義描述其功能，通過(guò)語(yǔ)義推理服務(wù)提供了上下文知識(shí)的理解，由三大部分組成：IRS服務(wù)器，IRS發(fā)布器和IRS客戶(hù)機(jī)，這三部分通過(guò)SOAP（Simple Object Access Protocol）［14］協(xié)議進(jìn)行交互．SOAP 不僅可以完成服務(wù)通信功能，而且在安全實(shí)現(xiàn)方面有更多的機(jī)制．IRS服務(wù)器保存了對(duì)語(yǔ)義 Web服務(wù)不同層次的描述．在內(nèi)部，它使用OCML來(lái)表示對(duì)組件知識(shí)層面的描述．另外，使用集合來(lái)映射知識(shí)層面的描述和特定的 Web服務(wù)之間的關(guān)系．IRS發(fā)布器在IRS服務(wù)器中連接了Web服務(wù)和語(yǔ)義描述．IRS客戶(hù)端負(fù)責(zé)請(qǐng)求需要完成的任務(wù)，調(diào)用恰當(dāng)?shù)腤eb服務(wù)．

2．3 WSMO

WSMO是一個(gè)概念模型，它通過(guò)形式化描述語(yǔ)言對(duì) WSMF［15］進(jìn)行擴(kuò)展，并細(xì)化了 WSMF中描述語(yǔ)義 Web服務(wù)的4個(gè)要素，即本體、目標(biāo)、Web服務(wù)描述以及中介器，目的是通過(guò)為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的核心元素提供本體化說(shuō)明，從而更好地支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、整合以及交互，其整體框架如圖2所示．

圖2 WSMO框架結(jié)構(gòu)Fig．2 The framework of WSMO

本體提供了對(duì)某一領(lǐng)域的正式描述和共享概念，為Web服務(wù)的交互信息提供正式語(yǔ)義，方便Web服務(wù)整合；目標(biāo)描述了當(dāng)客戶(hù)請(qǐng)求服務(wù)時(shí)可能持有的目的，它詳述了客戶(hù)端對(duì)某個(gè)Web服務(wù)的功能要求，也描述其期望的與Web服務(wù)的交互方式；Web服務(wù)描述了Web服務(wù)所提供的功能以及在Internet上的業(yè)務(wù)接口；中介器提供了整合多個(gè)Web服務(wù)聯(lián)合作業(yè)中產(chǎn)生的誤匹配問(wèn)題的一般機(jī)制．

3 語(yǔ)義Web服務(wù)建模框架比較分析

3．1 行 為

行為定義了支撐語(yǔ)義Web服務(wù)的各種功能及功能組合，在行為方面，幾種建模的核心框架各有各的優(yōu)勢(shì)．OWL-S通過(guò)良好的服務(wù)框架構(gòu)建，對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)選擇、服務(wù)組合、服務(wù)配置以及知識(shí)本體庫(kù)的服務(wù)觸發(fā)能夠提供良好的支持，特別是在服務(wù)的發(fā)現(xiàn)方面能夠發(fā)現(xiàn)隱含的深層次的服務(wù)對(duì)象，對(duì)于構(gòu)建整體服務(wù)，形成綜合服務(wù)組合具有重要意義；IRS通過(guò)設(shè)立專(zhuān)用的服務(wù)發(fā)布器，對(duì)于服務(wù)的發(fā)布進(jìn)行專(zhuān)門(mén)處理，在新服務(wù)產(chǎn)生時(shí)可以及時(shí)的發(fā)布新服務(wù)，并且通過(guò)其IRS服務(wù)單元可以對(duì)專(zhuān)門(mén)服務(wù)對(duì)象提供領(lǐng)域知識(shí)服務(wù)，通過(guò)調(diào)用領(lǐng)域知識(shí)提供領(lǐng)域內(nèi)的服務(wù)組合．WSMO通過(guò)構(gòu)建專(zhuān)用的服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)，實(shí)施服務(wù)發(fā)現(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為語(yǔ)義本體服務(wù)的核心元素提供本體化說(shuō)明，使所提供的服務(wù)描述更加詳細(xì)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)更為精確，從而更好地支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、整合以及交互等行為．

3．2 體系結(jié)構(gòu)

體系結(jié)構(gòu)定義了一系列實(shí)現(xiàn)上述行為的組件．從體系結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，三大建模框架各不相同，各有其側(cè)重點(diǎn)．IRS構(gòu)建了較為完善的體系結(jié)構(gòu)，其核心框架模塊由IRS服務(wù)器，IRS發(fā)布器和IRS客戶(hù)端三大功能模塊構(gòu)成，各個(gè)模塊之間是通過(guò)基于XML的SOAP協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信，并負(fù)責(zé)通信過(guò)程中安全保障的．IRS服務(wù)器模塊是將功能說(shuō)明文檔通過(guò)SOAP協(xié)議映射到具體的Web服務(wù)上．IRS發(fā)布器模塊，接收到獨(dú)立代碼描述的 Web服務(wù)，第一步是要將這些代碼描述方式轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)，第二步將解析出的Web服務(wù)與IRS服務(wù)器中相應(yīng)的語(yǔ)義描述信息建立關(guān)聯(lián)信息，最后，用戶(hù)提出服務(wù)任務(wù)請(qǐng)求，可以通過(guò)任務(wù)觸發(fā)機(jī)制在IRS服務(wù)器上找到并觸發(fā)相應(yīng)服務(wù)．OWL-S沒(méi)有為其服務(wù)本體制定具體的執(zhí)行框架，采用若干組件來(lái)支持OWL-S的應(yīng)用開(kāi)發(fā)．WSMO建模體系結(jié)構(gòu)的核心是服務(wù)發(fā)布與自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，這些過(guò)程是通過(guò)位于遠(yuǎn)程的服務(wù)注冊(cè)服務(wù)器來(lái)完成的，服務(wù)注冊(cè)服務(wù)器的核心是中介器，它可以控制Web服務(wù)及服務(wù)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的交互．

3．3 服務(wù)本體

服務(wù)本體從概念上對(duì)服務(wù)進(jìn)行本質(zhì)描述．從服務(wù)本體的角度來(lái)看，OWL-S、IRS和 WSMO三大建?？蚣艿姆?wù)本體構(gòu)建方法和邏輯基礎(chǔ)不盡相同．從本體模型的角度說(shuō)，IRS的服務(wù)本體包括兩部分，分別是任務(wù)本體和問(wèn)題求解方法本體，其中任務(wù)本體主要包含基于描述邏輯的領(lǐng)域本體．通過(guò)將Web服務(wù)描述與Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分離，增強(qiáng)了Web服務(wù)調(diào)用過(guò)程的靈活性，但是這樣的分離也帶來(lái)了一些弊端，主要表現(xiàn)在：IRS服務(wù)本體規(guī)范化要求不高，導(dǎo)致處理本體服務(wù)的靈活性較大，加之本體使用過(guò)程中應(yīng)用領(lǐng)域的差別，使得應(yīng)用領(lǐng)域難以達(dá)到統(tǒng)一，從而無(wú)法完成統(tǒng)一管理本體的目標(biāo)；本體無(wú)法統(tǒng)一也導(dǎo)致不同領(lǐng)域本體之間難以融合，使多領(lǐng)域推理難度加大，降低了推理知識(shí)庫(kù)的適用范圍．WSMO本體是基于一階邏輯的本體，它通過(guò)形式化的規(guī)格說(shuō)明達(dá)到服務(wù)的匹配、組合和調(diào)用目的，雖然其推理能力有所增強(qiáng)，但受到一階邏輯的推理能力制約，其推理功能及服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能受到一定的限制．OWL-S是基于描述邏輯的本體服務(wù)描述，服務(wù)本體采用概念化的表示方法，能夠描述邏輯所具有的具體特性，雖然無(wú)法明顯地表達(dá)任務(wù)的概念，但它是建立在語(yǔ)義 Web技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之上，具有強(qiáng)大的邏輯表達(dá)能力，本體規(guī)范化程度較高，管理較容易．

根據(jù)上述分析與比較，OWL-S基于面向代理的思想規(guī)范了一系列基于OWL的服務(wù)本體；IRS則是從可重用的知識(shí)組件方法演化而來(lái)，易于使用且得到了很多應(yīng)用的支持；WSMO主要采用面向業(yè)務(wù)的方法，致力于解決電子商務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，這些領(lǐng)域要求具有信任與安全機(jī)制．從行為的角度來(lái)看，三種方法有各自的優(yōu)勢(shì)；從體系結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，IRS相比另外兩種框架較為完善，也更實(shí)用；從服務(wù)本體角度來(lái)看，OWL-S具有表達(dá)能力強(qiáng)，規(guī)范程度高等優(yōu)勢(shì)．

4 應(yīng)用實(shí)例分析

為了驗(yàn)證語(yǔ)義Web服務(wù)主流建模框架，以教學(xué)資源本體為例，在教學(xué)資源本體上建立排課規(guī)則，將推理系統(tǒng)模型應(yīng)用于以教學(xué)資源本體為基礎(chǔ)的排課系統(tǒng)．

首先，確定教學(xué)資源本體創(chuàng)建的領(lǐng)域和范圍．本例中，本體是為排課系統(tǒng)服務(wù)，因此，教學(xué)資源主要有教室資源和設(shè)備資源．其次，需要定義教學(xué)資源本體的詞匯，確定各個(gè)類(lèi)別之間的階層關(guān)系．教室資源定義為教室（classroom）類(lèi)，主要包含普通教室（general classroom）類(lèi)、聽(tīng)力教室（listening classroom）類(lèi) 和 多 媒 體 教 室 （multimedia classroom）類(lèi)三個(gè)子類(lèi)．設(shè)備資源定義為設(shè)備（equipment）類(lèi)，主要包含聽(tīng)力設(shè)備（listening equipment）類(lèi)和多媒體設(shè)備（multimedia equipment）類(lèi)兩個(gè)子類(lèi)．此外，還要定義課程（course）類(lèi)、課程表（course Table）類(lèi)以及各類(lèi)的數(shù)據(jù)類(lèi)型和屬性等．接著，在OWL本體中定義各個(gè)類(lèi)別之間的限制和屬性，明確類(lèi)和類(lèi)之間的關(guān)系，指出各類(lèi)的領(lǐng)域、范圍和屬性類(lèi)別．最后，建立classroom實(shí)例、equipment實(shí)例、course實(shí)例以及course Table中具體條目實(shí)例等知識(shí)實(shí)例，分別將具體的資源填入相應(yīng)的實(shí)例，完成教學(xué)資源本體的建立．對(duì)教學(xué)資源本體進(jìn)行檢測(cè)修改后，建立排課的推理規(guī)則，利用指令將該類(lèi)別所有的實(shí)例建成事實(shí)列表，將本體和規(guī)則分別經(jīng)過(guò)相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換，進(jìn)行規(guī)則和知識(shí)的模式匹配運(yùn)算，得到新的知識(shí)．排課系統(tǒng)的具體推理過(guò)程如圖3所示．

語(yǔ)義Web中的本體通過(guò)基于描述邏輯的語(yǔ)義Web本體表示語(yǔ)言O(shè)WL來(lái)明確表示詞匯表中術(shù)語(yǔ)的含義以及術(shù)語(yǔ)間的關(guān)系，在本體的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的語(yǔ)義Web．

圖3 基于語(yǔ)義Web的排課過(guò)程Fig．3 The course scheduling based on semantic web

5 結(jié) 論

在分析語(yǔ)義Web服務(wù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從行為、體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)本體的角度分析比較了當(dāng)前語(yǔ)義Web服務(wù)三大主流建?？蚣艿奶攸c(diǎn)，對(duì)語(yǔ)義Web服務(wù)的建模具有一定的參考價(jià)值．三大建?？蚣芨骶咛厣?，也可相互補(bǔ)充，它們分別為不同的應(yīng)用領(lǐng)域提供了不同的Web服務(wù)，在具體的應(yīng)用環(huán)境中采用哪種建?？蚣芤鶕?jù)語(yǔ)義描述形式、體系結(jié)構(gòu)要求以及需要支持的服務(wù)類(lèi)型等功能需求進(jìn)行具體的分析選擇．三種主流建?？蚣芤灿懈髯缘娜毕?，現(xiàn)有的語(yǔ)義Web服務(wù)建模框架有待進(jìn)一步的完善．

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