基于主体的语义Web服务自动组合研究

2014-03-29韦丽红王继钢

赤峰学院学报·自然科学版 2014年10期

韦丽红，王继钢

（呼伦贝尔学院计算机科学与技术学院，内蒙古海拉尔 021008）

1 前言

由于传统的web服务中没有语义技术，不能使计算机按照其理解和处理的形式来定义和描述服务.若能将语义web提供的语义信息和能独立应用的web服务相结合，形成语义web服务，就能为web服务的自动组合提供良好的契机，从而使计算机既能理解服务又能实现准确快速的查找和自动组合.与此同时，主体因其特性而被认为能够代替人而做一些特定行为的实体.因此，在传统的web服务的基础上，将主体技术融入于web自动服务体系中，将服务的自动组合视为一种在多主体背景下的规划问题，服务自动组合的目标看做成主体目标，通过基于描述逻辑和目标规划算法的一些有效推理，从而实现服务的自动组合.

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2.1 主体

主体agent是一种人工智能和分布式计算相结合的产物，它能在特定的环境下持续、自主的运行，不需要人为的控制也能感知外部的环境从而自主决策，作出相应的行为，并能在必要的情况下同其他的一些实体进行交换的软件实体.主体agent的基本辨认标准便是根据其四个特性：协作性、适应性、自主自主性及社会性.这四个特性被认作为一个整体实体，也正因为这些特性，使得主体在某些方面有人的特性，被视作人类某些行为的最合适的“代理人”.通常情况下，单个的主体是针对某些特定的领域，来解决某些特定的难题.但因为资源库及知识库的限制，单个主体的能力会被大打折扣，无法很好的适应动态、开放的环境.而为了解决那些仅仅靠独立的主体而无法完成的复杂难题，多主体系统被提出.通俗的理解，多主体系统（MAS）是将独立的主体相结合，是一个将分布在网路上的多个解决问题的方法集合而形成的大型复杂系统，来最大限度的解决问题.

2.2 语义web服务

Web服务是指一种以服务为导向架构的技术，根据Web规范协议来为客户提供服务，从而使不同平台之间的各种应用服务能够相互操作.目前，随着Web服务技术的逐渐提升，越来越多的用户利用Web服务来实现资源共享.但由于Web服务作用本身的有限性，组合多个Web服务来共同完成一项工作就成为了难题.

随着计算机行业的迅速发展，Web网络应用的不断延伸，更多的客户要求Web应用能够保持语义和自动化服务，语义Web便基于这种目的而被提出.语义Web是互联网行业和计算机行业对网络下一发展阶段所给出的术语化释义，主要是在网络上建立一种对数据信息的“无缝式”连接，而且，这种连接还不仅仅局限于网络.因为，Web网页上的信息只能为我们人脑所理解，计算机程序无法对这些语言进行处理和利用，而语义Web的出现无疑解决了这一重要难题.语义Web它能对Web网页的信息进行清晰易懂的语义标记，使得这些标记能被计算机或是主体轻松理解从而去自动的处理Web网络上巨大的信息.但是因为已有的语义Web服务组合方法却并未充分结合主体因素，而不能提供给客户最佳的服务.

目前，互联网上的信息资源不再仅仅就是数据或是数据中所代表的信息资源.因为信息技术的高速发展和人们在实际生产、生活过程中对信息资源的需要，使得很多信息资源在经过服务封装后，仅仅通过Internet就能够访问.面对这种情况，语义Web和Web服务相结合而形成的新领域——语义Web服务应运而生，它通过对Web服务进行一定的语义标记，使得Web服务能够被计算机和主体容易理解及处理的实体.正如前面提及的语义Web服务，顾名思义，就是语义Web技术和Web服务的结合，它为Web服务带来了新的繁荣发展的生机.语义Web服务它不仅会是一种更为智能的服务，更将成为未来Web服务的发展趋势.当然，只有当人们通过创建客户应用程序去利用和收集Web上的分散信息资源时，语义Web服务的功能才能充分发挥出来.语义Web服务的研究方向主要就是如何实现Web服务的自动组合.具体说来，语义Web服务的自动组合就是用户能够通过对应的应用程序对自己所需要的Web服务进行自动发现、选择、组合和监控等很多实际的操作，来真正满足用户的真正需要.

2.3 基于主体的语义web服务

通过研究主体和语义Web服务的比较情况，发现这两者在分布式计算机方面上具有极大的相同特性.例如，双方都是先封装好功能的应用板块，都是在基于语义标注信息的处理，都能够将多个个体能力集中来协作解决复杂的问题等等.因此，将在语义Web服务中融入主体技术，能够使语义Web服务在帮助用户处理信息时更加快速和便捷，来为客户提供更加稳定和优质的服务.

3 自动服务组合

尽管目前在研究语义web服务上有了一定的成果，但就其服务组合的现状和应用前景来说，若要实现语义web服务的自动组合，还有很多重要的亟需解决，例如，语义web的逻辑基础中的描述逻辑，只能简单的处理静态信息，不能很好地解决web服务的动态属性问题.为解决这个问题，语义web的逻辑基础被扩展，另外还定义了具有动态特性的动态描述逻辑，来支持动态信息的描述和推理，这样，无疑能在很大程度上弥补传统意义上的动态描述逻辑的不足.

语义Web服务的组合功能包括服务的执行和选择.传统上的服务一般是由用户人工执行.但是，随着服务用户的剧增，将信息自动的选择和组合从而服务用户，是语义Web服务自动组合方法被提出的真正目的.这些服务组合方法中大致可以分为两种类型：基于规划的方法和基于工作流的方法.但就基于工作流的组合方法而言，它主要以非形式化的流程模型为基础，建模理论比较薄弱，因而不能保证自动组合的完整性和正确性.因此，下面将先简单介绍服务组合动态和静态各自的含义及区别，然后着重研究基于规划的思想来完成语义web服务的自动组合.

3.1 静态和动态服务相结合

就组合方案的生成方式而言，语义web服务自动组合方法有两种：动态和静态服务组合.静态组合要求用户在组合计划实施前就应该创建一个较为抽象的过程模型，在这个过程模型中，主要包括任务的集合以及这些任务里的数据依赖关系，每个任务里面都包括一个查询的子句，用于查找解决任务的web服务.动态服务组合不仅包含自动的选择、绑定web服务，还包括非常重要的一点——自主的建立抽象模型.另外，动态自动组合方法需要自主的生成规划，而绝大部分生成自动规划的方法也都与演绎证明和AI规划有关.

3.2 基于AI规划的自动服务组合

OWL-S是W3C推荐的语义Web服务的一种本体描述语言,目的是为了达到实现语义Web服务的自动调用、自动发现和自动组合等一系列相关问题.语义Web服务的OWL-S描述会在一定程度上对服务的各种运行细节进行明白清楚的描述,还规定了用户和服务双方之间进行交互的方式.OWL-S的出现为基于AI规划的自动组合方法提供了发展的契机，将语义web服务视为AI规划中的一种动作，在输入输出参数、前提及结果之后，最后，来描述服务.在服务自动组合时，仅仅只需要将语义web服务的描述转换为一种动作的形式化描述，在语义web服务的广阔空间中，以建构一种组合语义web服务为方向，利用形式化的推理过程从而得出语义web服务的自动组合序列，就能动态地形成服务组合的方案，还能保证规划结果的完整性和正确性.

首先，状态演算.作为形式化的规划方法之一，它主要用于描述动态变化的世界，是一种对于动作、状态及动作作用于状态的结果的形式化演算.在状态演算中，世界上所有的动态变化过程都是动作执行之后所产生的结果.在这种方法中，因为主题能够通过推理语义web服务来自动的完成服务发现、组合、执行和互操作.同时，用户的各种请求和约束都可以利用状态演算的一阶语言来描述或是表示.其中，每个语义web服务都可以被看做是动作——原子动作或是复杂动作.原子动作既可以是改变世界动态又可以是改变主体知识状态的一种信息集合动作.复杂动作就是原子动作形式的组合.主体的知识库在利用状态演算语言中会对语义web服务动作的前提和结果做出编辑编码，来完成自动组合.

第二，PDDL.通常情况，人们总会认为规划域定义语言（PDDL——Planning Domain Definition Language）是一种规划期的标准输入.而实际情况下，OWL-S本身就收到了规划域定义语言的许多影响，使得这两种计算机语言之间的映射变得非常直接.在需要利用规划服务组合时，OWL-S的释义可以翻译成PDDL的格式，最后，其他的规划器就能利用这种格式完成服务生物组合或是合成.要想在PDDL的基础上完成语义web服务的自动组合，动作值（value of an action）起着重要的作用.通过它可以描述web服务在执行任务后所产生的信息和状态变化.另外，通过输入及输出参数表示的信息资源时非常重要的，可以充分利用.

第三，HTN.层次任务网络（HTN——Hierarchical Task Network）规划法，它是通过利用OWL-S作为语义web服务的描述语言，借助任务分解的办法实现web服务的自动组合服务.和其它方法区别开来的是，HTN的核心是任务而不是状态.一个基于HTN的大规划系统会将一个整体的目标任务划分为若干个子任务，这些子任务再继续分解成为更小的任务，这样一直反复循环这个分解过程，直到所有的小任务都只包含原子web服务，便是现有的web服务.

最后，Petri网.作为过程建模的方法之一，Petri网是包括变迁和位置的邮箱二分图，在这之中，变迁指的是动作，用小小矩形标注；位置表示成资源或是条件，用小圆圈表示.在网络的基础上加入表示状态信息的token分布图，并且激起规则驱动状态的变化，能够构成一个网系统来反映系统的动态运行过程.

3.3 基于工作流的服务自动组合

在很多情况下，工作流和服务组合很相似.服务组合是指包括原子服务的集合和服务之间的数据流及控制流.相似的，工作流也必须对这些数据流和控制流做出一定的说明.另外，动态的工作流方法还给出了能够自动绑定抽象节点到具体的服务或是资源的方法.

METEOR-S是运用DAML-S描述服务，先经过用户编写抽象的语义流程模板，之后程序自动的完成对该模板的语义标注，再在根据的标注的模板来匹配搜索和集成的服务，形成以BPEL4WS描述的具体的业务流程.由于这种服务是基于主体的基础上，所以对服务的搜索和配对也就更加准确.

当然，无论是工作流的方法还是AI规划，它们都能完成语义web服务的自动组合.就前者而言，动态的工作流方法不仅能够自动的绑定节点还能提供快速的具体资源或服务.但是，动态的组合方法是唏嘘自动生成规划的，在这些自动生成规划的办法中却主要和AI规划有关.这种基于AI规划的自动组合方法能够动态的形成语义web服务组合方案，动态的链接已经完成的web服务，适应语义web服务的不断变化，最大程度上实现客户不断变化的需要.