CN101360122B - 一种语义Web服务系统及其在物流领域的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种语义Web服务系统及其在物流领域中的应用，系统包括注册中心，服务请求者客户端，服务提供者客户端，所述注册中心、服务请求者客户端、服务提供者客户端相互连接，所述服务系统基于语义Web，通过建立服务的本体，所述注册中心、务请求者客户端和服务提供者客户端通过服务本体进行交互。本发明解决了当前第三方物流服务中的一些问题，包括服务发现困难，服务发现效率很低，需要较多的人力物力和财力等问题，实现了服务的自动发现，服务的自动组合，极大地提高了物流服务发现的效率以及节省了大量的人力物力财力。

Description

一种语义Web服务系统及其在物流领域的应用

技术领域

本发明属于语义Web服务方法及其应用，特别是在物流系统中的应用，尤其是在第三方物流系统中的应用。

技术背景

随着第三方物流技术的发展，物流服务的消费者对物流服务的要求越来越高，然而我国第三方物流还存在着以下问题：

1、物流渠道不畅，第三方物流企业之间，第三方物流企业与客户之间沟通较少；

2、信息技术落后，因特网，RFID等技术没能被广泛应用；

3、服务发现方式局限性较大，主要体现在依靠：a、制造商企业与特定物流公司合作；b、通过去相关网站论坛去描述其需要的服务，由物流公司人工地和其联系；c、制造商企业专门派业务员来负责联系物流公司。

这些问题都导致了我国目前第三方物流服务效率低下。

随着语义web的提出，语义web服务的研究也日趋深入，语义web服务是语义web与传统的web服务的结合，通过在传统的web服务中引入本体，使得传统的web服务描述具有语义，从而实现了服务的自动发现，自动组合，并且有效地克服了传统web服务在服务查找过程中出现的查全率、查准率偏低的问题。

RFID(Radio Frequency Identification)射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便.RFID中间件是RFID设备与企业应用程序之间的一种软件，通过它可以实现对RFID设备读取的异常标签的处理，并且可以根据用户的喜好，对从RFID设备读上来的标签进行过滤，得到用户想要的标签。

故而可以通过语义web与RFID技术的结合来克服现有第三方物流服务效率低下的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有计算机服务架构的不足，提供一种基于语义web的服务系统。

本发明的另一目的在于克服物流领域现有服务方法的不足，提供一种基于RFID中间件的语义Web服务系统在物流领域的应用。

为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：

一种语义Web服务系统，包括注册中心，服务请求者客户端，服务提供者客户端，所述注册中心、服务请求者客户端、服务提供者客户端相互连接，所述服务系统基于语义Web，通过建立服务的本体，所述注册中心、务请求者客户端和服务提供者客户端通过服务本体进行交互。

上述技术方案中，服务请求者客户端和服务提供者客户端之间还设置有RFID中间件，并采用RFID中间件和RFID设备进行服务信息的反馈。

所述RFID中间件分为设备管理层和ALE层，设备管理层负责过滤掉异常标签，而ALE层负责过滤出服务请求者所需的标签。

为了实现发明目的二，采用的技术方案如下：

一种语义Web服务系统在物流领域中的应用，包括如下操作：

1、物流本体的建立；

2、物流服务的抽象与语义描述；

3、物流服务的语义查询；

4、物流服务的注册管理；

5、服务的语义匹配；

6、领域本体库的管理；

7、服务通信交互管理；

8、利用RFID中间件进行物流服务信息的反馈。

所述物流本体的建立，是指对物流中用到的词汇进行建模，并建立起各词汇之间的合适的关系。

所述物流服务的抽象与语义描述是将物流领域具体的服务描述为抽象带语义的web service，通过描述服务的功能和接口，服务的绑定方式，让服务请求者动态地发现该服务，并调用。

所述物流服务的语义查询是指提供给服务请求者一个语义描述其服务需求的接口，使得服务请求者通过该接口有语义地描述自己所需的服务，为服务的语义匹配做铺垫。

所述物流服务的语义注册管理是指对于服务提供者通过语义描述的服务，注册中心对其进行解析并登记，且通过本体计算出当前注册的服务的功能元素与注册中心已存有服务的功能元素的关系。

所述服务的语义匹配是指基于语义对服务进行匹配。

本发明具体包括如下步骤：

步骤1：服务提供者创建物流领域本体，并将该本体发布到本体服务器或远程服务器；

步骤2：服务提供者对其能够提供的服务进行抽象，将具体的服务抽象成一个web服务；

步骤3：服务提供者将编写的服务程序发布到本地服务器；

步骤4：服务提供者将编写的订单程序发布到本地服务器；

步骤5：服务提供者利用将每一个服务程序分别和订单程序、RFID中间件提供的service组成一个工作流，并将工作流执行的条件设为服务程序被调用；

步骤6：服务提供者利用语义描述语言对服务程序进行描述，并将描述信息向注册中心注册；

步骤7：服务请求者从注册中心查询需要的本体，描述其需要的服务并向注册中心发出服务查询请求；

步骤8：注册中心跟据服务请求者的请求进行服务的语义匹配以及服务的组合，找出满足请求者要求的服务或服务组合；

步骤9：注册中心向服务请求者返回满足请求的服务；

步骤10：服务请求者详细描述其请求，并调用服务提供者提供的服务程序，服务程序返回满足服务请求者具体要求的服务；

步骤11：服务请求者选择具体的服务，并将选择发送给服务提供者，服务提供者运行订单程序，生成订单然后将订单返回请求者；

步骤12：如果订单无误，请求者可以确定订单，然后用货物上贴着的RFID标签的标签号作为参数向RFID中间件提供的web service发出调用请求；

步骤13：服务提供者收到订单后，将订单发送给注册中心，当服务提供者的RFID设备读取到该批货物上的标签时，由RFID中间件提供的web service程序进行处理，并向服务请求者发送货物相关的反馈信息；

步骤14：服务请求者将该反馈信息发送到注册中心；

步骤15：注册中心根据服务请求者反馈给注册中心的信息，来对服务提供者提供的服务进行评估。

本发明解决了当前第三方物流服务中的一些问题，包括服务发现困难，服务发现效率很低，需要较多的人力物力和财力等问题，实现了服务的自动发现，服务的自动组合，极大地提高了物流服务发现的效率以及节省了大量的人力物力财力。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为注册中心结构示意图；

图3为注册中心匹配流程示意图；

图4为服务请求者客户端示意图；

图5为服务请求者请求服务流程示意图；

图6为服务提供者客户端示意图；

图7为服务提供者提供服务流程示意图。

图8为本发明应用场景示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明的系统结构示意图如附图1所示，上面的部分就是注册中心，注册中心负责对客户信息(服务请求者，服务提供者)和提供者提供的服务信息的存储，注册中心提供了一些功能：像服务注册、服务匹配、服务组合等，注册中心还存放了关于服务提供者提供的服务的信息，图中的：T、S、P等代表不同的物流服务，左下角部分就是一个服务请求者的结构，右下角部分是服务提供者的结构。

图2是一个注册中心的结构图，它包含了服务的注册(两种注册方式：普通注册和语义注册WSDL)，服务的匹配(两种方式：关键字匹配和语义匹配)，服务组合以及其它的管理模块。

服务解析器分为wsdl服务描述解析器和owl-s服务描述解析器，解析器的作用就是获取所描述服务的各个服务要素(像服务的Input/Output，Precondition/Effect等)。

服务匹配分为普通匹配和语义匹配，普通匹配是对服务要素进行关键字的匹配；而语义匹配则是对服务各要素进行语义的匹配，包括服务分类的匹配、服务Textdescription匹配、服务I/O匹配、服务P/E匹配。

服务匹配分为普通注册和带语义注册。带语义注册除了要注册服务的不带语义的基本信息外，还要存储服务的语义信息，并且语义注册时还要对服务的各要素进行预计算。

服务组合引擎用来为请求者提供组合的服务，当注册中心没有单一服务可以满足请求者的请求时，服务组合引擎则在注册中心进行服务的组合来满足请求的请求。

匹配结果组装器用来将匹配返回的结果用XML合理地描述出来。

用户管理用来对用户的帐户进行管理。

服务维护即管理员对注册中心存储的服务信息进行维护。

服务质量管理用来对提供者提供的服务的质量进行评估。

图3是一个服务的语义匹配和组合的流程图，语义匹配是采用分层匹配方式，从上往下分别为：服务类型匹配、服务Textdescription匹配、服务I/O匹配、服务P/E匹配。若注册中心没有单一的服务来满足请求者的需求，则注册中心要进行服务的组合。

图4是一个服务请求者客户端的结构图，主要包含本体查询模块，服务描述GUI，服务调用模块、查询结果整理模块、登陆模块、通信模块等。

本发明涉及如下关键步骤，包括

1、物流本体的建立、

2、物流服务的抽象与语义描述、

3、物流服务的语义查询、

4、物流服务的注册管理、

5、服务的语义匹配，

6、领域本体库的管理、

7、服务通信交互管理、

8、利用RFID中间件进行物流服务信息的反馈；

每个步骤具体描述如下：

1、所述物流本体的建立是指建立面向第三方物流领域的本体。物流本体的建立，是指对物流中用到的词汇进行建模，建立起各词汇之间的合适的关系。所述服务的语义描述是通过运用自建立的物流领域的本体对服务的各要素进行标注来实现的。本体是一个领域内共享概念的形式化描述的集合，本体内的概念之间的关系都被良性定义，并且基于DL(description logic)，因此具有语义，可利用相应的推理机对本体进行推理。对于物流领域本体的创建，可以通过本体构建工具来进行构建，当然在构建的过程中，还需要物流领域专家的参与。当物流本体创建完毕之后，要将其实时发布到本地服务器，以保证在网络上的其它结点可以访问到该本体。这时，就可以对服务中的概念进行语义标注，例如：对于服务的输入startlocation，可以对其进行标注为httD://localhost:8080/ontology/transport.owl#startlocation，当然，如果注册中心不在本地，就不能使用环回地址，而是要给本机实实在在的IP地址。

2、所述物流服务的抽象与语义描述主要是指通过服务本体描述服务。将物流领域具体的服务描述为抽象带语义的web service，通过描述服务的功能和接口，服务的绑定方式，让服务请求者动态地发现该服务，并调用。该功能实现需要服务的语义描述语言(owl-s，wsmo，wsdl-s，sawsdl等)。对于一项具体的服务，例如：运输服务，可以将其抽象成一个服务transport_service，它包括输入start_location、end_location、Data_limit，输出service_list.对于传统的web service，只能描述出输入输出元素的类型是:string等。然而对于语义描述，这是远远不够的。首先，传统的web service服务描述对于服务各要素的关系，没有良性的定义，即没有语义；其次，对于传统的服务描述，服务的各要素也没有语义。因此对于传统的服务的查找，注册中心只能提供其基于关键字的匹配，即简单的字符串匹配算法(最常用的是KMP算法)，这样服务查找的查全率、查准率都不高.

3、所述物流服务的语义查询是指服务请求者在进行服务描述时，通过引用本体来描述服务的输入输出等要素。物流服务的语义查询提供给服务请求者一个语义描述其服务需求的接口，使得服务请求者能够通过该接口有语义地描述自己的服务，以为服务的语义匹配做铺垫；语义查询主要是通过相应的服务描述api来生成查询请求profile.owl，然后再将该请求发送给注册中心进行查询，api由相关组织提供，例如MindSwap的owl-s api。

4、所述服务的注册管理是指将服务提供者提供的服务注册进注册中心，并且与传统的服务注册不同，在注册过程中涉及到引用本体。物流服务的语义注册管理对于服务提供者通过语义描述的服务，注册中心对其进行解析并将其注册进注册中心，这过程中主要涉及到一个pre-calculation，通过本体计算出当前注册的服务的功能元素与注册中心已存上服务的功能元素的关系，具体的实现是为当前注册的服务的输入输出概念分别维护两个队列input_information，output_information，每个队列里都存放着与它相关的词汇、该词汇所在的服务以及语义相似度的一个三元组，例如：服务提供者注册一个服务，服务有输入：http://localhost:8080/ontology/transport.owl#location，注册中心为localtion维护两个队列，input_information、output_information。Input_information里存放的是一系列三元组，格式为:<“startlocation”，service_ID，3>，这就表明在service编号等于service_ID的服务里，有一个输入元素“startlocation”，它与location的相似度值为3；同样另一个队列也是这样的结构。这样服务语义匹配中IO匹配的效率就等于从相关队列中查询的效率，这样就大大节省了服务查询的时间。这个过程主要为了提高服务语义查询的效率；

所述服务的语义注册，第一、将服务提供者提供的服务写进注册中心；第二、主要是为了提高后面提到的物流服务匹配的效率而进行的pre-calculation，并为新申请注册的服务的各要素分别建立两个队列。对于pre-calculation，在上面服务语义注册之中已有了相关描述。对于匹配值，它反映了当前要注册服务的各元素与注册中心各元素的匹配程度。该匹配值可以分为四个等级，exact，common，poor，dismatch。

Exact：即完全匹配。对于服务的输出，如果服务请求者的输出和服务提供者的输出完全相同，或者服务请求者的输出是服务提供者的直接子类。那么这时两个概念的匹配等级就为：exact。

Common：即一般匹配。对于服务的输出，如果服务请求者的输出包含于服务提供者的输出。那么这时的匹配等级就是一般匹配。因为服务提供者提供的输出包含服务请求者的输入，这样就有可能出现服务提供者的输出不一定是服务请求者想得到的输出的情况。例如：服务请求者请求的输出为：ontology.owl#机动车，而服务提供者提供的服务的输出为：ontology.owl#车，那么结果就可能出现服务提供者提供的输出为：ontology.owl#人力车的情况。

Poor：即弱匹配。对于服务的输出，如果服务请求者的输出包含服务提供者的输出。例如：例如：服务请求者请求的输出为：ontology.owl#车，而服务提供者提供的服务的输出为：ontology.owl#机动车。

Dismatch：服务的不匹配。即没有出现上述的任何一种情况就默认服务不匹配。

5、所述服务的语义匹配的语义匹配是指在服务的匹配不是基于传统的关键字匹配，而是基于语义。所述服务的匹配，主要体现在几个层次上的匹配：服务分类的匹配、textdescription的匹配、服务IO(input，output)的匹配，服务PE(pre-condition，effect)的匹配。

服务分类的匹配：这个匹配是基于关键字的，如果服务请求者所请求服务的服务分类法和服务提供者所提供的服务的服务分类法一致，但是这两个服务不是同一类服务，那么服务匹配失败，否则进行下一步的匹配。如果不是遵循同一个服务分类标准，直接进行下一步匹配。

服务textdescription的匹配，这个匹配可利用wordnet工具，将textdescription的词汇进行分类，然后对每类的词汇进行匹配。

服务IO的匹配：这个匹配是基于本体的。前面已经提到匹配等级的划分，由于本技术方案没有涉及到本体之间的映射，所以两个词汇只有在同一本体，才可以计算其匹配值。对于不在同一本体中的两个词汇，就默认为两者之间的关系为不相关，匹配等级为dismatch。

服务PE的匹配：PE(R)(precondition，effect/result)就是服务执行的前提、结果。前提也就是服务执行的前导条件，即服务在什么样的情况下才能被调用，结果即服务执行后产生的影响。对于一个服务的请求者而言，其关心最多的服务执行的前导条件，而对于服务的结果关注得比较少。对于一项购买商品的服务，服务的前提可能是：存在银行卡并且银行卡里的钱要大于某个数目；结果可能是：你的银行卡里钱少了一定的数目，商家某库存商品减少一定数目。

匹配过程如附图3所示。

6、所述领域本体库的管理指服务提供者和服务请求者在进行服务语义描述时涉及到的本体进行统一管理。

所述数据库管理是指注册中心对其数据库进行维护。

领域本体库的管理：主要就是对服务提供者以及服务请求者服务描述过程中涉及到的本体进行管理。包括远程获取该文件，并建立起数据库相应表项。

数据库的管理：主要就是对用户帐号信息，注册信息进行管理。

所述本体库的管理就是对服务描述过程中用到的本体进行管理，这项任务主要交给注册中心来完成，注册中心统一维护一个本体库，其中的本体都已经被当服务的消费者描述其需要的服务时，它需要到注册中心去查询它要描述服务的所在领域的领域本体，以用该本体来对用户描述的服务进行语义标注。

7、所述服务通信交互管理是指在服务查询结果返回之后服务提供者与服务请求者之间的通信。

8、所述物流服务的跟踪主要是通过对RFID中间件提供的功能来实现的。RFID中间件分为两层：设备管理层，ALE层，设备管理层负责过滤掉异常标签，而ALE层负责根据用户的兴趣(ECSPEC)过滤出相关标签，并向用户发送一份报告(ECREPORT)。用户也可以调用ALE提供的web service接口来调用相关的服务。本发明只要是通过调用ALE提供的web service接口来调用相应的服务，来得到货物的状态信息，包括：订单号，货物所在地，货物的完整状态，以及时间。数据结构如下：

GoodsStatus{

    String OrderNumber；

    String GoodsLocation；

    Boolean GoodsInGoodCondition；

    String ReachTime；

}

图5是一个服务请求者请求服务的流程图，由图可以看到，服务提供者为服务请求者提供了额外的两个服务：订单服务和中间件服务，这两个服务主要是为了为服务请求方提供一整套的服务。

本体查询即为请求者查询自己描述服务时需要用到的本体，注册中心有一个本体库，专门用来存放不同的本体，请求者可以根据自己的需要引用相应的本体来描述服务的各个要素(像服务的Input/Output)。

服务描述即请求者通过服务描述GUI描述自己想要的服务。

注册中心的匹配即注册中心为请求者进行服务匹配，并返回匹配的结果。

服务调用即请求者将自己的详细服务需求作为参数调用从注册中心返回的服务，选取具体的服务。例如：请求者语义描述其需要的服务并向注册中心发出服务查询请求，从注册中心返回服务为transport，请求者进行web service调用，调用部暑在提供者方服务器的transport服务程序，返回满足请求需要的具体的服务(例如：xx年xx月xx日，xx时xx分，有一趟运输能满足请求者的要求)。

由于提供者为每一个物流服务都绑定了两个服务订单服务和中间件服务，接下来服务请求者就调用这两个服务来完成用户订单的确定和中间件服务的调用。

图6是一个服务提供者结构图，包含了服务的发布，本体创建，以及工作流构建，服务注册等等。

本体构建即请求者根据自己的需要来建立相关本体，为接下来的服务语义描述作铺垫。

工作流构建主要是服务请供者将自己提供的物流服务运用BPEL和订单服务、中间件服务组装成一个工作流。

服务描述即服务提供者语义描述其提供的服务。

服务注册申请即提供者将自己描述的服务向注册中心发出注册申请。

服务解析即提供者解析来自请求者的服务请求。

服务描述提供者按照请求者的要求调用事先部署好的服务程序。

服务发布即将提供者提供的服务程序部署到本体服务器上。

图7是一个服务提供者从创建服务到发布服务，直到最后注册服务的一个流程图，其中工作流构建主要就是为每一个物流服务附加绑定一个订单服务和一个中间件服务。

本体构建是服务提供者根据需要构建一个或多个本体，本体创建工具为protégé.也可以自己用文本直接写本体文件。这一步主要是为以后的服务描述作铺垫。

服务收集即提供者思考自己能提供哪些物流服务。

服务抽象即提供者将自己能提供的服务抽象为一个一个的service程序。

服务发布即提供者奖自己抽象的service程序发布到本体服务器。

工作流构建即提供者将自己发布到本体服务器上的物流服务和订单服务、中间件服务组装成一个工作流。

服务描述即提供者根据自已创建的本体来对提供的服务进行语义描述。

服务注册申请即提供者将服务描述文件发布到本体服务器，并利用该服务描述文件的地址完成向注册中心的注册申请。

图8是一个应用场景图，该图分为两部分：物理世界和信息系统。信息系统即一个语义web系统；物理世界反映是物理世界里的物流服务以及一些硬件设备，这两部分通过RFID中间件联系起来。信息系统完成服务的确定之后，提供者将请求者的请求应用于RFID中间件(例如：将请求者提供的货物上的标签号作为过滤规则应用于中间件，假设制造商的这次运输服务由物流商m和物流商n来合作完成。当物流商m的货车到达物流商m的货库时，由物流商m的RFID阅读器读取货车上的标签，并通过网络将标签上传到中间件，中间件调用其提供的service，并将执行的结果(反馈的信息：什么时候，货物在哪里，货物是不是齐全)返回给制造商；同进物流商n的货车到达它的货库时，也进行同样的操作)。这样请求者就知道货物在某一提供者提供服务之后货物的状态，从而根据这些信息可以向注册中心反馈服务的质量。

Claims (6)

1.一种语义Web服务系统在物流领域的应用方法，所述语义Web服务系统包括注册中心、服务请求者客户端、及服务提供者客户端，所述注册中心、服务请求者客户端、服务提供者客户端相互连接，所述服务系统基于语义Web，通过本体建立服务描述，所述注册中心、服务请求者客户端和服务提供者客户端通过该服务描述进行交互，其特征在于所述应用方法包括如下操作：

1、物流本体的建立；

2、物流服务的抽象与语义描述；

3、物流服务的语义查询；

4、物流服务的注册管理；

5、服务的语义匹配；

6、领域本体库的管理；

7、服务通信交互管理；

8、利用RFID中间件进行物流服务信息的反馈；

进一步地，其具体包括如下步骤：

步骤1：服务提供者创建物流领域本体，并将该本体发布到本体服务器或远程服务器；

步骤2：服务提供者对其能够提供的服务进行抽象，将具体的服务抽象成一个web服务；

步骤3：服务提供者将编写的服务程序发布到本地服务器；

步骤4：服务提供者将编写的订单程序发布到本地服务器；

步骤5：服务提供者利用将每一个服务程序分别和订单程序、RFID中间件提供的服务service组成一个工作流，并将工作流执行的条件设为服务程序被调用；

步骤6：服务提供者利用语义描述语言对服务程序进行描述，并将描述信息向注册中心注册；

步骤7：服务请求者从注册中心查询需要的本体，描述其需要的服务并向注册中心发出服务查询请求；

步骤8：注册中心根据服务请求者的请求进行服务的语义匹配以及服务的组合，找出满足请求者要求的服务或服务组合；

步骤9：注册中心向服务请求者返回满足请求的服务；

步骤10：服务请求者详细描述其请求，并调用服务提供者提供的服务程序，服务程序返回满足服务请求者具体要求的服务；

步骤11：服务请求者选择具体的服务，并将选择发送给服务提供者，服务提供者运行订单程序，生成订单然后将订单返回请求者；

步骤12：如果订单无误，请求者可以确定订单，然后用货物上贴着的RFID标签的标签号作为参数向RFID中间件提供的网络服务web service发出调用请求；

步骤13：服务提供者收到订单后，将订单发送给注册中心，当服务提供者的RFID设备读取到该批货物上的标签时，由RFID中间件提供的网络服务web service程序进行处理，并向服务请求者发送货物相关的反馈信息。

2.根据权利要求1所述的语义Web服务系统在物流领域的应用方法，其特征在于所述物流本体的建立，是指对物流中用到的词汇进行建模，并建立起各词汇之间的合适的关系。

3.根据权利要求1所述的语义Web服务系统在物流领域的应用方法，其特征在于所述物流服务的抽象与语义描述是将物流领域具体的服务描述为抽象带语义的网络服务web service，通过描述服务的功能和接口，服务的绑定方式，让服务请求者动态地发现该服务，并调用。

4.根据权利要求1所述的语义Web服务系统在物流领域的应用方法，其特征在于所述物流服务的语义查询是指提供给服务请求者一个语义描述其服务需求的接口，使得服务请求者通过该接口有语义地描述自己所需的服务，为服务的语义匹配做铺垫。

5.根据权利要求1所述的语义Web服务系统在物流领域的应用方法，其特征在于所述物流服务的注册管理是指对于服务提供者通过语义描述的服务，注册中心对其进行解析并登记，且通过本体计算出当前注册的服务的功能元素与注册中心已存有服务的功能元素的关系。

6.根据权利要求1所述的语义Web服务系统在物流领域的应用方法，其特征在于所述服务的语义匹配是指基于语义对服务进行匹配。

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