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摘要：网络服务发现的过程是匹配的服务请求与广告服务，检索相关服务请求。服务发现过程可以更有效的利用语义规格的服务。OWL-S提供标准语义指定的服务，在服务的发现可以通过能力匹配。考虑到结构层次匹配操作，在控制流组件可以用来发现过程更可靠。在本文中我们提出匹配标准结合的能力匹配和结构层次匹配。服务分类的基础上的能力，是为能力匹配和结构层次匹配的基础上进行结构的业务服务。
关键词：语义Web服务；OWL-S；Web服务发布；Web服务发现
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 21-0000-03
1 引言
Web服务是可以通过互联网进行描述、发布、定位和调用的独立的模块化应用程序[4]。Web服务发现是根据Web服务描述和服务请求者指定的功能和非功能要求，查找相关服务的一种机制[14]。今天，大多数网络服务通过OWL-S、WSDL-S等各种方法标记Web服务的语义，实现语义Web服务发现。
OWL-S [3]的前身为DAML-S，是一个OWL本体，包含有profile、process model和grounding等3个子本体。Profile model说明什么服务，process model描述它是如何工作的，grounding则把process model映射WSDL文件。基于OWL-S的服务发现需要进行能力匹配，把广告服务的能力与请求服务的需求相匹配，但这些不区分原子服务和组合服务的能力匹配算法，降低了结果的准确性。文献[1]提出了一种组合服务的匹配算法，用一个图表示复合OWL - S过程，在个体服务层次和结构层次都进行比较。开展的是服务模型的匹配，而不是服务profile的匹配，其中包括复合服务的结构部分[8，10]。
本文综合使用能力匹配和结构层次匹配，设计了一个broker架构的网络服务发现系统。Web服务的操作用2个数据结构存储：服务分类树（SCT）和操作序列图（OSG），前者存储输入/输出参数，后者存储操作中的控制流。对每个Web服务来说，SCT根据服务分类进行更新，OSG图的索引是由每个分类生成的唯一ID号。服务发现过程包括2个层次匹配：在SCT上的能力匹配和已匹配分类图的结构层匹配。
2 相关研究
文献[4] 通过语义标记方法设计了一种Web服务自动发现技术。这种标记可以实现Web服务自动发现、执行、组合和互操作[9]。文献[5]给出了一种扩展WSDL方法。本文把DAML+OIL本体加入到WSDL中。基于I/O参数、先决条件和影响的功能和语义相似度进行匹配。文献[2]描述了基于语义分类方法，其中Web服务可以和任何描述语言绑定。这个过程包括：Web服务的语义分类，基于服务再定义的发现关联模式的参数，以及基于匹配的语义相似度。
文献[11，12 ]描述Web服务的功能语义方法，提供动态Web服务发现，其中的Web服务和功能请求用功能语义格式描述。创建一个面向领域的功能本体提供了异质性，为了自动匹配服务和请求，设计了一个匹配算法。文献[13]通过扩展功能知识，把请求操作描述或发布操作描述映射到一个抽象操作，提出了一种描述Web服务的功能语义。通过评估结构层的服务，可以设计一个更高效的服务发现方法。文献[6]就通过把服务操作转换成图的手段，设计了一种方法。文献[7]设计了一种树结构来存储服务，提出了一个等级组织的服务发现方法。
3 Web服务发现系统
3.1 基于代理的体系结构
我们设计了一种基于代理架构的有效和高效的服务发现方法。在服务提供者和服务请求者之间的代理的行为，可以让服务提供者能够发布服务，让服务请求者指定需求，并执行他们之间的匹配工作，找出与需求匹配的服务。图1描述了这种架构。
为了找到一种支持高效发现服务的存储Web服务操作，我们设计了2种数据结构：服务索引树（SCT）和操作序列图（OSG）。
—服务索引树：SCT用来存储服务的能力明细。服务以基于索引的层次顺序组织，其中节点存储每个服务的详细I/O参数，为了能力匹配。每个节点包括6个字段：
操作序列图：OSG存储一个服务中各种操作的控制流的详细结构信息。每个原子操作有一个唯一的标识符（op-id），通过各种控制结构，可以把原子操作和复合操作链接成复合操作。OSG图包含若干类型的顶点，Op顶点表示操作节点，Cp顶点表示条件参数节点，S表示起始节点用来存储分类标志符，E表示终结节点，带有指针指向匹配的服务名字集合，这些服务名字都存储在Web服务列表。每个操作节点同时存储I/O参数值，条件参数节点存储条件值，并且有2个指针分别指向条件为真和为假两种情况。
3.2 Web服务发布
服务提供者向代理提供OWL-S profile模型，Web服务发布过程如下：
（1）服务代理为每一个服务生成唯一的标识符，把它存储在Web服务列表，处理Profile模型，获得服务类别、I/O参数和过程模型详细信息。
（2）服务分类映射到相应的领域本体，并从SCT中选出匹配的分类
（3）基于服务的I/O参数修改SCT。使用推理机匹配一个服务和一个分类。如果服务包含新的参数值，就创建子分类，存储相应的I/O值，并检索出分类标识符ctg-id。
（4）检索过程模型，提取其中的操作，并为每一个基于I/O参数和操作名的操作生成唯一的操作标识符。
（5）基于操作标识符和控制结构，生成带有分类标识符ctg-id的OSG，存储到起始节点。
3.3 Web服务发现
Web服务发现过程如下所示。
（1）预处理服务请求，提取分类详细信息，I/O参数和操作序列 （2）从领域本体中获取SCT的特定分类，在子分类上匹配I/O参数，提取匹配的分类标识符
（3）创建带有特定分类标识符的图，并以图的格式表示出请求的操作
（4）查找出匹配的服务集，其中节点基于I/O参数、操作id和条件值。
4 实现与实验
匹配算法用Java语言实现，使用OWL-S API解析OWL-S描述文件。本文设计的服务发现系统采用OWL-S TC4环境中描述的原子服务，结合6中控制结构构建复合服务。采用Protégé编辑器编辑服务的过程模型。
服务匹配度可以通过推理机计算出来，推理机提供了多种匹配值，如EXACT，PLUGIN，SUBUMES，FAIL等。基于推理机返回的这些值，发现最大匹配的分类，它的内部操作结构也基于请求图Gr和服务图Gs的通用图属性匹配出来，
5 结论
本文提出了一个基于体系结构的Web服务发布和发现代理。为了更快地发现所需服务，在发布阶段先预处理服务信息，把能力详细信息保存在SCT中，把结构详细信息保存在OSF。服务分类提供了更快的服务匹配方法，图有助于找出复合服务的内部结构，从而找到相关服务。
参考文献：
[1]Cuzzocrea， A.， Fisichella， M.： A Flexible Graph-based Approach for Matching Composite Semantic Web Services. In： LWDM （2011）
[2]Paliwal， A.V.， Shafiq， B.， Vaidya， J.， Xiong， H.， Adam， N.： Semantic Based Automated Service Discovery. IEEE Transaction （2011）
[3]Martin， D.， Paolucci， M.， McIlraith， S.， Burstein， M.， McDermott， D.， McGuinness， D.L.， Parsia， B.， Payne， T.R.， Sabou， M.， Solanki， M.， Srinivasan， N.， Sycara， K.： Bringing Semantics to Web Services： The OWL-S Approach. In： Cardoso， J.， Sheth， A.P. （eds.） SWSWPC 2004. LNCS， vol. 3387， pp. 26–42. Springer， Heidelberg （2005）
[4]Mcllarith， S.A.， Martin， D.L.： Bringing Semantics to Web Services. IEEE Intelligent Systems （2003）
[5]McIlarith， S.A.， Son， T.C.， Zeng， H.： Semantic Web Services. IEEE Intelligent Systems （2001）
[6]Bellur， U.， Kulkarni， R.： Improved matchmaking algorithm for semantic Web Services based on bipartite graph matching. In： ICWS （2007）
[7]D’ Mello， D.A.， Ananthanarayana， V.S.： A Tree structure for efficient Web Service discovery. In： ICETET （2009）
[8]Li， L.， Horrocks， I.： A Software Framework for Matchmaking Based on Semantic Web Tecnology. In： ACM， WWWC （2003）
[9]Mandell， D.J.， McIlraith， S.A.： Adapting BPEL4WS for the Semantic Web： The Bottom-Up Approach to Web Service Interoperation. In： Fensel， D.， Sycara， K.， Mylopoulos， J.（eds.） ISWC 2003. LNCS， vol. 2870， pp. 227–241. Springer， Heidelberg （2003）
[10]Di Noia， T.， Di Sciacio， E.， Donini， F.M.， Mongiello， M.： Semantic Matchmaking in a P-2-P Electronic Marketplace. In： SAC 2003， pp. 582–586 （2003）
[11]Ye， L.， Zhang， B.： Web Service discovery based on functional semantics. In： Second International Conference on Semantics， Knowledge and Grid. IEEE （2006）
[12]Ye， L.， Zhang， B.： Discovering Web Services based on functional semantics. In： IEEE Asia-Pacific Conference on Service Computing， Liaoning. IEEE （2007）
[13]D’ Mello， D.A.， Ananthanarayana， V.S.： Effective Web Service Discovery Based on Functional Semantics. In： IEEE International Conference on Advances in Computing， Control and Telecommunication Technologies （2009）
[14]Kreger， H.： Web Service Conceptual Architecture （WSCA 1.0）， http：//www.ibm.com/software/solutions/webservices/pdf/wsca
关键词：语义Web服务；OWL-S；Web服务发布；Web服务发现
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 21-0000-03
1 引言
Web服务是可以通过互联网进行描述、发布、定位和调用的独立的模块化应用程序[4]。Web服务发现是根据Web服务描述和服务请求者指定的功能和非功能要求，查找相关服务的一种机制[14]。今天，大多数网络服务通过OWL-S、WSDL-S等各种方法标记Web服务的语义，实现语义Web服务发现。
OWL-S [3]的前身为DAML-S，是一个OWL本体，包含有profile、process model和grounding等3个子本体。Profile model说明什么服务，process model描述它是如何工作的，grounding则把process model映射WSDL文件。基于OWL-S的服务发现需要进行能力匹配，把广告服务的能力与请求服务的需求相匹配，但这些不区分原子服务和组合服务的能力匹配算法，降低了结果的准确性。文献[1]提出了一种组合服务的匹配算法，用一个图表示复合OWL - S过程，在个体服务层次和结构层次都进行比较。开展的是服务模型的匹配，而不是服务profile的匹配，其中包括复合服务的结构部分[8，10]。
本文综合使用能力匹配和结构层次匹配，设计了一个broker架构的网络服务发现系统。Web服务的操作用2个数据结构存储：服务分类树（SCT）和操作序列图（OSG），前者存储输入/输出参数，后者存储操作中的控制流。对每个Web服务来说，SCT根据服务分类进行更新，OSG图的索引是由每个分类生成的唯一ID号。服务发现过程包括2个层次匹配：在SCT上的能力匹配和已匹配分类图的结构层匹配。
2 相关研究
文献[4] 通过语义标记方法设计了一种Web服务自动发现技术。这种标记可以实现Web服务自动发现、执行、组合和互操作[9]。文献[5]给出了一种扩展WSDL方法。本文把DAML+OIL本体加入到WSDL中。基于I/O参数、先决条件和影响的功能和语义相似度进行匹配。文献[2]描述了基于语义分类方法，其中Web服务可以和任何描述语言绑定。这个过程包括：Web服务的语义分类，基于服务再定义的发现关联模式的参数，以及基于匹配的语义相似度。
文献[11，12 ]描述Web服务的功能语义方法，提供动态Web服务发现，其中的Web服务和功能请求用功能语义格式描述。创建一个面向领域的功能本体提供了异质性，为了自动匹配服务和请求，设计了一个匹配算法。文献[13]通过扩展功能知识，把请求操作描述或发布操作描述映射到一个抽象操作，提出了一种描述Web服务的功能语义。通过评估结构层的服务，可以设计一个更高效的服务发现方法。文献[6]就通过把服务操作转换成图的手段，设计了一种方法。文献[7]设计了一种树结构来存储服务，提出了一个等级组织的服务发现方法。
3 Web服务发现系统
3.1 基于代理的体系结构
我们设计了一种基于代理架构的有效和高效的服务发现方法。在服务提供者和服务请求者之间的代理的行为，可以让服务提供者能够发布服务，让服务请求者指定需求，并执行他们之间的匹配工作，找出与需求匹配的服务。图1描述了这种架构。
为了找到一种支持高效发现服务的存储Web服务操作，我们设计了2种数据结构：服务索引树（SCT）和操作序列图（OSG）。
—服务索引树：SCT用来存储服务的能力明细。服务以基于索引的层次顺序组织，其中节点存储每个服务的详细I/O参数，为了能力匹配。每个节点包括6个字段：
操作序列图：OSG存储一个服务中各种操作的控制流的详细结构信息。每个原子操作有一个唯一的标识符（op-id），通过各种控制结构，可以把原子操作和复合操作链接成复合操作。OSG图包含若干类型的顶点，Op顶点表示操作节点，Cp顶点表示条件参数节点，S表示起始节点用来存储分类标志符，E表示终结节点，带有指针指向匹配的服务名字集合，这些服务名字都存储在Web服务列表。每个操作节点同时存储I/O参数值，条件参数节点存储条件值，并且有2个指针分别指向条件为真和为假两种情况。
3.2 Web服务发布
服务提供者向代理提供OWL-S profile模型，Web服务发布过程如下：
（1）服务代理为每一个服务生成唯一的标识符，把它存储在Web服务列表，处理Profile模型，获得服务类别、I/O参数和过程模型详细信息。
（2）服务分类映射到相应的领域本体，并从SCT中选出匹配的分类
（3）基于服务的I/O参数修改SCT。使用推理机匹配一个服务和一个分类。如果服务包含新的参数值，就创建子分类，存储相应的I/O值，并检索出分类标识符ctg-id。
（4）检索过程模型，提取其中的操作，并为每一个基于I/O参数和操作名的操作生成唯一的操作标识符。
（5）基于操作标识符和控制结构，生成带有分类标识符ctg-id的OSG，存储到起始节点。
3.3 Web服务发现
Web服务发现过程如下所示。
（1）预处理服务请求，提取分类详细信息，I/O参数和操作序列 （2）从领域本体中获取SCT的特定分类，在子分类上匹配I/O参数，提取匹配的分类标识符
（3）创建带有特定分类标识符的图，并以图的格式表示出请求的操作
（4）查找出匹配的服务集，其中节点基于I/O参数、操作id和条件值。
4 实现与实验
匹配算法用Java语言实现，使用OWL-S API解析OWL-S描述文件。本文设计的服务发现系统采用OWL-S TC4环境中描述的原子服务，结合6中控制结构构建复合服务。采用Protégé编辑器编辑服务的过程模型。
服务匹配度可以通过推理机计算出来，推理机提供了多种匹配值，如EXACT，PLUGIN，SUBUMES，FAIL等。基于推理机返回的这些值，发现最大匹配的分类，它的内部操作结构也基于请求图Gr和服务图Gs的通用图属性匹配出来，
5 结论
本文提出了一个基于体系结构的Web服务发布和发现代理。为了更快地发现所需服务，在发布阶段先预处理服务信息，把能力详细信息保存在SCT中，把结构详细信息保存在OSF。服务分类提供了更快的服务匹配方法，图有助于找出复合服务的内部结构，从而找到相关服务。
参考文献：
[1]Cuzzocrea， A.， Fisichella， M.： A Flexible Graph-based Approach for Matching Composite Semantic Web Services. In： LWDM （2011）
[2]Paliwal， A.V.， Shafiq， B.， Vaidya， J.， Xiong， H.， Adam， N.： Semantic Based Automated Service Discovery. IEEE Transaction （2011）
[3]Martin， D.， Paolucci， M.， McIlraith， S.， Burstein， M.， McDermott， D.， McGuinness， D.L.， Parsia， B.， Payne， T.R.， Sabou， M.， Solanki， M.， Srinivasan， N.， Sycara， K.： Bringing Semantics to Web Services： The OWL-S Approach. In： Cardoso， J.， Sheth， A.P. （eds.） SWSWPC 2004. LNCS， vol. 3387， pp. 26–42. Springer， Heidelberg （2005）
[4]Mcllarith， S.A.， Martin， D.L.： Bringing Semantics to Web Services. IEEE Intelligent Systems （2003）
[5]McIlarith， S.A.， Son， T.C.， Zeng， H.： Semantic Web Services. IEEE Intelligent Systems （2001）
[6]Bellur， U.， Kulkarni， R.： Improved matchmaking algorithm for semantic Web Services based on bipartite graph matching. In： ICWS （2007）
[7]D’ Mello， D.A.， Ananthanarayana， V.S.： A Tree structure for efficient Web Service discovery. In： ICETET （2009）
[8]Li， L.， Horrocks， I.： A Software Framework for Matchmaking Based on Semantic Web Tecnology. In： ACM， WWWC （2003）
[9]Mandell， D.J.， McIlraith， S.A.： Adapting BPEL4WS for the Semantic Web： The Bottom-Up Approach to Web Service Interoperation. In： Fensel， D.， Sycara， K.， Mylopoulos， J.（eds.） ISWC 2003. LNCS， vol. 2870， pp. 227–241. Springer， Heidelberg （2003）
[10]Di Noia， T.， Di Sciacio， E.， Donini， F.M.， Mongiello， M.： Semantic Matchmaking in a P-2-P Electronic Marketplace. In： SAC 2003， pp. 582–586 （2003）
[11]Ye， L.， Zhang， B.： Web Service discovery based on functional semantics. In： Second International Conference on Semantics， Knowledge and Grid. IEEE （2006）
[12]Ye， L.， Zhang， B.： Discovering Web Services based on functional semantics. In： IEEE Asia-Pacific Conference on Service Computing， Liaoning. IEEE （2007）
[13]D’ Mello， D.A.， Ananthanarayana， V.S.： Effective Web Service Discovery Based on Functional Semantics. In： IEEE International Conference on Advances in Computing， Control and Telecommunication Technologies （2009）
[14]Kreger， H.： Web Service Conceptual Architecture （WSCA 1.0）， http：//www.ibm.com/software/solutions/webservices/pdf/wsca