语义Web环境下组合服务演化方法及其关键技术研究

【摘要】： 计算机和网络技术的迅速发展,加快和深化了社会信息化进程,也使得组织与信息系统的关系日益紧密。随着经济运行节奏的加快,如何对组织内信息系统进行有效整合,并使其快速适应外部环境变化,及时满足客户不断变化的需求,从而在激烈的竞争环境中保持信息优势,成为众多组织在信息化建设中面临的严峻挑战。在开放的网络环境中,使用服务对异质应用和数据资源进行封装、使用服务组合快速构建跨组织的复杂应用,成为近年来分布式计算技术的主流趋势,组合服务也成为开放网络环境下跨组织应用的重要构建形式。在这样的背景下,研究组合服务演化方法对于提高组织应用的环境适应能力具有深远的意义。 本文以语义Web环境下的组合服务为研究对象,系统地分析了组合服务演化所面临的各项挑战,重点对语义Web环境下组合服务结构化演化方法进行了研究,并以机器辅助处理为目标,对组合服务演化过程中所涉及的关键技术进行了深入分析,包括组合服务演化需求形式化表示方法、服务描述语法一致性维护和服务描述语义一致性分析等。本文的主要工作包括: 1.语义Web环境下组合服务结构化演化方法研究:组合服务演化是组合服务生命周期中变化管理的重要组成部分。在面对复杂组合服务应用时,组合服务演化通常是一项比较复杂的工作。本文以采用OWL-S语言描述的组合服务为研究对象,系统地提出了一种语义Web环境下组合服务演化方法EM4CS。EM4CS方法将组合服务演化周期划分为六个阶段、12个子过程,首先指导知识工程师从问题域获取演化需求,然后以演化本体为基础将上述需求形式化表示为维护请求脚本。在维护请求脚本的驱动下,EM4CS方法以迭代求精的方式逐步完成服务描述的语法和语义一致性维护,在演化结果确认后,将演化结果发布与传播,使依赖于该组合服务的相关应用和运行实例能够同步这些变化,从而保持全局应用的一致性。 2.基于演化本体的组合服务演化需求形式化表示方法研究:演化需求形式化表示是使机器理解知识工程师演化意图、并实现辅助处理的基础。本项工作首先依据OWL-S语法规范对语义Web服务的核心概念进行结构化定义,提出了一个面向该核心概念的完备的基本变化操作集,并对抽象层次更高的组合变化操作进行定义。然后,提出了一种演化本体(Evolution Ontology)对这些变化操作、变化间的关系以及关系推导规则进行严格定义。以演化本体为基础,本文采用针对服务描述的维护请求对演化需求进行形式化表示,该请求由正向变化集PCL和否定变化集NCL组成,前者表示服务描述修改目标,而后者表示演化过程中的约束条件。最后,在演化本体的支持下,本文通过推理分析演化需求中潜在的冲突,使后续的组合服务演化效率得到提高。 3.提出了一种OWL-S服务描述语法一致性检测与辅助维护方法:首先依据OWL-S语法规范对服务描述语法一致性约束进行枚举分析,然后给出了OWL-S服务描述语法一致性检测方法。为了使机器能够辅助知识工程师对语法不一致进行消解,本文对语法不一致消解策略进行了分析,同时使用消解策略配置向量来表示知识工程师对于语法不一致消解的定制需求。最后,本文提出一种OWL-S服务描述语法一致性辅助维护算法SCMA,该算法将维护请求脚本的实施和服务描述语法一致性检测与修复这两个过程统筹考虑,通过迭代尝试获取可行的语法一致性维护方案。 4.提出了一种OWL-S服务描述语义一致性分析方法:本文将组合服务的语义一致性划分为数据语义一致性和过程语义一致性两个部分,前者主要对数据流中源、目标参数概念类型的包容性进行分析,而后者则对服务聚合逻辑进行验证。本文提出了两种方法分析OWL-S服务描述数据语义一致性,即基于推理的方法和基于概念相似度计算的方法。前者通过推理算法发现数据流源、目标参数概念类型间严格的包容关系;后者通过计算概念间的相似概率为知识工程师提供决策依据。本文提出了一种过程模型网(PM_net)对过程模型进行建模,将服务描述过程语义一致性分析问题转化为对应PM_net的可靠性验证问题,并提出了一种基于可覆盖性图的PM_net可靠性验证算法PSA_CG,对OWL-S服务描述的过程语义一致性进行分析。最后,本文给出了PM_net的化简规则,并以PSA_CG算法检测结果为基础,对服务过程模型中逻辑错误的定位方法进行了说明。 5.基于上述EM4CS方法及关键技术的研究,设计和实现了遵循EM4CS方法的组合服务演化支撑原型系统ESS4CS,并以电子交易组合服务为例,应用EM4CS方法并借助ESS4CS系统对该组合服务进行演化,从而进一步验证了EM4CS方法的可行性和有效性。 综上所述,本文的工作系统地提出了一个语义Web环境下组合服务结构化演化方法,并对其中所涉及的关键技术进行了深入研究,对于提高组织中组合服务应用对于环境的适应能力具有一定的理论价值和应用价值。