语义Web服务组合方法及其局限性综述 Yasmine Charif和Nicolas Sabouret LIP6 8 rue du...

理论计算机科学电子笔记146（2006）33-41www.elsevier.com/locate/entcs语义Web服务组合方法综述Yasmine Charif和Nicolas SabouretLIP6 8，rue du Capitaine Scott巴黎75015{Yasmine.Charif，Nicolas.Sabouret}@ lip6.fr摘要在本文中，我们的动机是语义Web服务组合的问题。本文首先给出了一个典型的服务组合实例，给出了自动化服务组合方法的定义，并概述了其主要需求。然后，我们讨论现有的技术和他们的局限性，这些要求。最后，我们提出了我们的建议，基于自主服务交互的Web服务组合。关键词：语义Web服务，组合方法，Web服务之间的交互，Web服务的本体和上下文。1引言围绕语义Web服务的研究工作的目的是促进Web服务的自动化处理。最初的Web服务引擎无法保证自动交互、动态组合的Web服务。原因是Web服务技术栈没有提供足够的方法来描述Web服务，这种方法支持发现、组合和执行Web服务的通用机制。但是语义Web和Web服务是协同的：语义Web将Web转换为计算机可读数据的存储库，而Web服务提供自动使用该数据的工具。因此，语义Web服务的概念（以下简称：SWS）已经建立：基于Web服务及其相关方面的简洁而明确的语义描述框架，将开发通用的推理机制来处理SWS。1571-0661 © 2006 Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放访问。doi：10.1016/j.entcs.2005.11.00534Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）33上述问题正在通过SWS领域的持续工作来解决[2，3，6]。总的方法是，通过增加Web服务与丰富的正式描述他们的能力，他们的管理的许多方面将成为自动化。具体来说，Web服务定位、组合和中介可以变得动态，软件代理能够推理不同Web服务提供的功能，找到解决特定问题的最佳服务，自动组合相关Web服务以动态构建应用程序。[3]第一章组合尤其是一个非常重要的问题：组合方法必须是自动的（尽可能少的手动），并处理服务内部状态的部分可观察性在本文中，我们将讨论一些现有的技术，已应用于SWS的组成问题，他们的局限性方面的一些主要要求，并提出我们的方法。本文的其余部分组织如下。第2节提供了一个激励示例，说明了我们对SWS组合的要求，并给出了自动化服务组合方法的定义。第3节讨论了现有技术及其在满足这些要求方面的局限性。最后，第4节介绍了我们的对话方法的SWS组成，自主SWS互动的基础上。2激励的例子在总结处理SWS组合的现有方法之前，为了实现每种方法的附加值，记住真实世界的示例并将我们在下一节中介绍的每种方法映射到它是很有帮助的。考虑在网络上比较产品的任务。在没有自动组合服务的情况下，用户投入大量资源访问许多站点，确定适当的服务提供商，重复输入他的偏好，整合或调整来自不同站点的不同类型的结果。我们希望用户输入信息一次，并在最少的额外帮助下从最合适的服务中获得预期的结果。图1给出了一种可能的相互作用模型。在这种情况下，用户向服务（我们称之为中介服务）发送单个请求，其中包含相关产品的类型（例如：相机，domotic设备）以及有关Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）3335结果：参考交货日期描述价格产品描述价格服务结果：参考文献描述供应商城镇中介服务（组成）产品中心购物中心售后服务结果：标识符已排序idfs排序标识符服务请求：产品类型所需Fig. 1.比较服务域的交互模型。产品（例如：参考、价格、产品描述和销售的商店地址）。由于不太可能找到解决用户需求的自组织服务，因此他/她与之交互的服务试图找到提供一个或多个所需信息的多个服务。一旦发现这些服务，中介者就必须组合导致所需结果的功能并解决其数据类型约束。然后，我们可以给出SWS合成任务的一般定义。给定目标功能，将服务组合成一个服务意味着发现提供一个或多个所需功能的服务;检索这些特定功能（或操作）的定义;将它们集成到结果服务中，并解决操作定义中包含的概念的数据类型约束。请注意，这种方法可能与数据集成和查询中介相反：SWS组合更关注服务功能，并试图构建一个满足用户需求的操作调用链针对这一典型，我们需要解决以下主要问题：• 服务发现和选择，即， 用户必须只与中介服务交互，中介服务又负责服务发现、选择（遵循特定要求）和组合;• 特定服务能力的组合，即组合任务必须只考虑所需的功能，而不是完全合并不同的服务;• 概念的异质性和行动的定义所处理的用户测试结果：参考描述价格36Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）33不同的服务;• 免除用户的任何机器可处理的任务，即使合成方法自动化。我们将在下面的部分中展示一些现有的Web服务组合方法如何处理这些问题。3现有的Web服务组合许多软件系统可用于促进Web服务的组合。这样的程序使得用户能够手动指定程序的组合以执行某些任务。组合过程本身，即数据类型约束的解析和服务操作的有效调用，应该尽可能自动化。在本节中，我们将看到几种SWS组合方法，并将讨论它们在我们的示例及其需求方面的局限性。3.1为语义Web调整BPEL4WSBPEL4WS [5]（Web服务业务流程执行语言）提供了一种将Web服务交互描述为业务流程的符号。 通过将服务视为在BPEL4WS流程模型中扮演角色的合作伙伴来集成服务。D.J. Mandell和S. McIlraith在[7]中提出了一种在BPEL 4 WS中进行Web服务互操作的自底向上方法：他们将DAML-S [2]（或OWL- S1）服务配置文件收集到存储库中，并利用它们的语义来基于合作伙伴所需属性的描述查询合作伙伴然后，他们将语义服务描述查询集成到BPWS4J2（这是一个实现BPEL 4WS规范中定义的功能子集的引擎）中。由于当前的BPWS4J是不可扩展的，他们构建了一个语义发现服务（SDS），在BPWS4J的视角下作为Web服务的聚合器工作SDS位于BPWS4J流程及其潜在合作伙伴之间。BPWS4J不将请求路由到先前选择的合作伙伴，而是通过本地绑定的Web服务接口将它们定向到SDS安全数据单1OWL-S（Ontology Web Language）模型（以前称为DAML-S）试图提供一种全面的服务描述方法该模型发现，SWS社区的吸收，因此设置了一定的障碍，通常与任何其他建议进行比较。2BPWS4J引擎使用一个BPEL4WS文档和WSDL文档来定义BPEL4WS流程及其伙伴的绑定Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）3337然后在BPWS4J引擎和所发现的伙伴之间定位适当的服务伙伴和服务器作为动态代理。在第2节的示例中，SDS可用于发现和调用提供用户所需的不同结果的多个Web服务。但是，它没有解决服务功能的自动集成和组合问题。事实上，DAML-S为服务描述定义了一个清晰的语义，它没有提供一个工具或方法来动态地组合所需的特定功能或动作。复合流程描述必须事先给出，不能在运行时构建。因此，使用BPEL4WS和SDS工具的用户只能得到所有匹配服务提供的结果的总和，包括不需要的结果。在我们的示例中，用户将拥有供应商列表（服务2），而他/她并没有要求他们。此外，结果是异构的，因为它们是直接从服务合作伙伴获得的3.2IRS-III中基于WSMO的SWS的组成最近，一些倡议已经开始与Web服务完全集成，以支持电子商务并考虑目标和中介3的概念。WSMO本体[6]（Web Service Modeling Ontology）是这些倡议的相关技术之一。IRS-III [3]（Internet Reasoning Service）是一个框架和实现的基础设施，它支持根据WSMO本体创建，发布，组合和执行SWS。D. Sell等在[12]中介绍了一个用Java开发的图形工具，该工具通过在组合的每个步骤中根据上下文推荐目标来支持用户定义IRS-III中的动态组合生成的组合由他们的Java API执行，用于编排。他们的方法控制了组合的定义，但是根据用户需求发现服务等繁重的工作由机器承担。此外，它还引入了其他功能，例如在编排、控制操作符和中介中动态调用Web服务即使这些工具可以解决我们的例子，它们也有两个主要缺点。首先，用户必须是计算机专家，而服务组合解决方案旨在帮助网络中的普通用户。第二，由用户执行的手动步骤和服务发现可以自动完成。3中介可以应用于多个级别：数据结构的中介;业务逻辑的中介;消息交换协议的中介;以及动态服务调用的中介38Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）333.3将OWL-S集成到IRS-III中F. Hakimpour等人在[4]中讨论了支持OWL-S将扩展IRS-III的潜力，因为目标和Web服务的分离可以增加定义任务组合的灵活性事实上，IRS Web服务（组件）适合于表示OWL-S中Process所描述的服务描述。然而，在IRS-III中，目标的概念是指对问题的一般描述，可以通过不同的Web服务来解决。目标描述了一个要解决的问题，并表示将问题与提供者提供的一组Web服务描述相匹配所需的知识。作者解释了如何将OWL-S规范中描述服务的本体（使用ProcessModel建模和描述Web服务）映射到WSMO本体（使用目标的概念），并转换为OCML，OCML又适合IRS-III使用在我们的例子中，F. Hakimpour等人建议用OWL-S描述Web服务，并使用IRS-III组合它们。然而，IRS-III不执行服务发现和选择，并且将约束用户手动地执行它。此外，服务将被完全组合，而我们只需要从每个服务动态捕获一些功能。最后，这种方法和以前的方法一样，不适合普通的网络用户。3.4Petri网与规划SWS模型的主要弱点是缺乏真正的操作语义。为此，一些尝试，如[9]试图使用Petri网来指定SWS的执行语义然而，我们认为该规范在一些重要的方面仍然失败，即SWS组成必须在实现级别上工作，而不是模型的实现另一方面，其他几种方法[13]将自动Web服务组合的问题视为软件/计划合成问题或计划执行问题。为了将组合任务作为计划合成问题来处理，他们使用预定义的可用服务作为一个计划然而，作为大多数以前的方法，这些技术并没有解决的问题，服务的自动发现和选择，实际上会组成的服务，而不是整合其相关的功能。Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）33394对话式英语写作我们建议在我们的方法来实现主动SWS（以下简称ASWS），能够与普通的人类用户和其他服务，并能够在运行时推理他们的行动，以便组成自主和自动。在我们的方法中，用户与中介ASWS交互，中介ASWS表现为代理，并向他询问一组需求R ={r0，...，r n}。这些需求使用我们的特定请求模型[10]表示，表示高级用户该请求模型将请求形式化为由请求言语行为的施为、请求的主体、对象和日期、所考虑的功能类型等组成的六元组。然后，中介器恢复R的元素（在我们的示例中，R={产品参考、产品描述、产品价格}），并搜索提供一个或多个所需要求ri∈R的适当服务。可用的Web服务必须使用ASWS模型来描述。 这个模型是VDL形式主义[11]，它代表视图设计语言VDL是一种面向AI的编程语言，也是一种执行模型，它赋予服务自主、推理和对话属性。另一方面，每个服务必须与收集输出rk的描述的任务本体相关联。任务本体提供了用于解决与任务相关的问题的术语词汇表，这些任务可以属于或不属于同一领域[8]。然后，中介器可以使用基于能力的发现来搜索适当的服务（它搜索具有输出rk=ri的服务）。一旦选择了第一个服务，对应于ri∈ R之一，中介器就使用特定的交互模型[1]来请求服务返回结果ri的动作定义。事实上，VDL语言在其交互模型中定义了三种基本交互（其中包括正式请求），它们是基于XML的树，服务可以交换。当中介者收到他所要求的行动定义时，我们说它“学习”了如果为需求rj找到的动作也返回输出ri，则使用特定算法[1]将其描述与先前找到的动作描述因此，用户与中介服务（ASWS）交互，该中介服务收集（或学习）使其能够满足用户需求的动作40Y. Charif，N.Sabouret/电子笔记在理论计算机科学146（2006）33的部分。中介器寻找返回一个或多个R元素的服务，并整合它们的特定动作定义，以消除冗余并保持一致性。我们的网页上有演示。45结论我们在本文中讨论了现有的技术解决的问题，语义Web服务组合。我们首先描述了一个典型示例，并概述了为普通用户定义服务组合自动化方法的一些主要要求。然后，我们总结了一些建议解决组合问题的技术，以及它们与我们的需求之间的差距。最后，我们提出了我们的建议的基础上建模的自动化服务能够组成自己使用的互动。我们正在进行的关于语义Web服务组合的工作需要进行扩展。特别是，我们希望用目标驱动的行为来增强建模的服务。因此，它们可以采取主动，例如，调用它们知道适合解决某个任务的服务，就像自治代理一样。此外，我们只对ASWS（VDL服务）进行了测试。我们希望解决异构服务的互操作性问题。由于我们的服务交换基于XML的消息，因此它们与任何WSDL兼容的代理或服务都是互操作的。特别是，我们希望与OWL-S和符合WSMO的服务进行互操作。引用[1] Charif ， Y. 和 N. Sabouret ， 一 个 关 于 主 动 和 语 义 Web 服 务 操 作 的 交 互 模 型 ， 在 ： Proc.SemanticWebServiceworkshopat3rdInternationalSemanticWebConference（ISWC'04），2004，pp. 31比46[2] David Martin等人，OWL-S：Web服务的语义标记，技术报告，DAML组织（2004）。[3] Domingue，J.，L. Cabral，F. Hakimpour，D. Sell和E. Motta，IRS-III：A Plateform andInfrastructure for Creating WSMO-based Semantic Web Services，in：Proc. WSMO实施研讨会（WIW 2004），2004年。[4] Hakimpour，F.，J. 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