CN101771712A - 一种Web服务注册管理方法 - Google Patents

Abstract

一种Web服务注册管理方法，其特征在于：首先，在Web服务注册库中建立Web服务注册模型，包括步骤1.1，构造一个领域本体模型，领域本体模型提供领域本体，所述领域本体用于语义标识Web服务的属性；步骤1.2，构造一个用于描述Web服务的属性的Web服务注册本体；在国际标准ISO/IEC 19763所提供本体注册元模型的指导下对Web服务注册本体进行细化，得到Web服务参考本体；步骤1.3，使用本体编辑工具生成Web服务参考本体文件和领域本体文件，并输出到Web服务注册库；步骤1.4，根据Web服务参考本体文件在Web服务注册库中构建Web服务注册模型；然后，使用Web服务注册模型注册Web服务到Web服务注册库，注册时用领域本体语义标识Web服务的属性。

Description

一种Web服务注册管理方法

技术领域

本发明属于信息资源集成应用技术领域，特别是涉及一种Web服务注册管理方法。

背景技术

互联网技术的发展直接导致了商务方式的转变。很多公司将它们的大量操作置于因特网上，以获得更好的自动性、更高的效率和更广的视角。为了能够适应因特网时代的竞争，很多公司都提出了各自的软件和技术解决方案。这些方案的总体目标就是要找到一种能够迅速整合现有资源，适应各种个性化需要，并能够按照商务需求持续演化的，健壮的电子商务解决方案。Web服务(WebService)就是在这样的背景下发展起来的。

Web服务是一种新兴的软件实体，是一种自包含、模块化的应用程序，通过网络进行访问，能够提供一组相对独立的功能。网络服务可以看作是面向对象思想的一种发展。如同面向对象技术体系一样，网络服务中同样存在封装、消息传送和动态绑定等概念。

伴随着互联网的发展，以网络为基础的信息系统应用与服务正逐渐成为推动国民经济和社会生活快速发展的载体。由于网络环境中已经存在大量各种类型的信息资源，为了对网络上的异构资源进行有效的集成，在Web服务技术的基础上，SOC(Service-Oriented Computing，面向服务的计算)正逐步成为受到广泛关注的新的计算范型。在SOC中，人们可以在SOA(Service-OrientedArchitecture，面向服务的架构)支持下，通过相应的规范和协议，根据需要访问分布在网络上的服务资源。面向服务的计算是一种基于Web的分布式计算的新范型，具有服务单元松散耦合、互操作性程度高和便于重用等特点。Web服务是一种基于Web的应用程序，在内部封装了一定的计算模块，通过接口的方式向外界提供特定的计算功能。Web服务能够执行具有不同粒度的计算功能，可以从简单的服务请求到复杂的业务流程。Web服务能够自适应、自描述、可以基于网络进行服务的部署、发布和调用。服务的功能性描述通过服务的输入和输出消息，以及前置和后置条件进行刻画。

由于在最初的Web服务技术中，往往需要通过关键字来查找所需的Web服务，这种在语法层上的服务匹配很难满足用户的需要。为了更精确的查找到用户所需Web服务，需要实现语义层面上的互操作。因此，与语义Web技术结合的语义Web服务成了Web服务技术发展的一个重要方向。目前，基于Web服务的软件开发已经受到业界的普遍关注，并已成为业界开发软件所采用的主要方式，但满足语义互操作的Web服务注册和管理平台一直是国内外机构和企业研究的热点。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种Web服务注册管理方法，以解决对Web服务实体的注册管理和语义互操作等关键问题。

本发明的技术方案为：首先，在Web服务注册库中建立Web服务注册模型，步骤如下，

步骤1.1，构造一个领域本体模型，领域本体模型提供领域本体，所述领域本体用于语义标识Web服务的属性；

步骤1.2，构造一个用于描述Web服务的属性的Web服务注册本体；在国际标准ISO/IEC 19763所提供本体注册元模型的指导下对Web服务注册本体进行细化，得到Web服务参考本体；

步骤1.3，使用本体编辑工具生成Web服务参考本体文件和领域本体文件，并输出到Web服务注册库；

步骤1.4，根据Web服务参考本体文件在Web服务注册库中构建Web服务注册模型；

然后，使用Web服务注册模型注册Web服务到Web服务注册库，注册时用领域本体语义标识Web服务的属性。

而且，构建的Web服务注册模型包括有记载Web服务相关信息的基本属性项、功能属性项和非功能属性项；所述使用Web服务注册模型注册Web服务到Web服务注册库的过程步骤如下，

步骤2.1，为待注册Web服务生成唯一的Web服务ID号，并保存在Web服务注册库中；

步骤2.2，导入待注册Web服务的服务描述文件，从服务描述文件读出待注册Web服务的功能接口信息，填充到Web服务注册模型中的功能属性项并利用领域本体中定义的概念对功能属性项进行语义标识；将待注册Web服务的基本属性信息和非功能属性信息填充到Web服务基本属性项和非功能属性项；

步骤2.3，根据Web服务注册模型，使用开源工具Jena持久化Web服务的功能属性项、基本属性项和非功能属性项，并作为Web服务注册信息保存到Web服务注册库中。

而且，根据Web服务注册信息，生成添加了语义信息和情境信息的Web服务描述语言；所述情景信息来者Web服务的非功能属性信息，所述语义信息在利用领域本体中定义的概念对功能属性项进行语义标识后得到。

而且，根据待注册Web服务的输入输出匹配的关系，建立其与Web服务注册库中已注册Web服务之间的数据依赖图。

而且，Web服务注册库提供Web服务ID号的超链接，链接到的页面呈现该Web服务ID号所对应Web服务的Web服务注册信息和数据依赖图。

而且，Web服务注册库通过Web服务注册模型提供修改和管理Web服务注册信息的功能。

本发明将领域本体模型引入到Web服务注册模型之中，作为Web服务注册模型的实现与存储模型；使用本体来描述Web服务的属性，为复杂信息资源结构和语义提供了一个公共的表示机制；基于国际标准ISO/IEC 19763-3定义的本体注册元模型框架构建Web服务注册本体，一方面能够将之作为Web服务注册模型进行Web服务的注册，另一方面运用本体演化规则可以将之演化生成Web服务本地本体，从而达到不同Web服务注册库之间可以进行互操作的目的；不仅能够在Web服务库存储Web服务的描述等基本信息，还能够存储服务的语义信息和情景信息，并由此生成添加了语义信息和情境信息的Web服务描述语言；Web服务库支持在Web服务发现过程中的基于语义的Web服务匹配，为后续的Web服务动态组合奠定了基础。

附图说明

图1为国际标准ISO/IEC 19763的体系结构；

图2为ISO/IEC 19763-3中的本体注册元模型；

图3为本发明原理示意图；

图4为Web服务注册模型同领域本体模型之间的概念对应关系图；

图5为本发明实施例的Web服务注册本体构造原理图；

图6为本发明实施例的Web服务参考本体。

具体实施方式

1、理论基础

元模型是描述模型的模型，它抽取并规范了模型、建模工具和建模规则在语法、语义、结构等方面的公共特征。元模型中定义的元类和元关系可以在模型中通过不同的方式进行实例化，而基于同一个元模型所得到的模型“形不同而神同”，它们之间能够进行互操作。近年来，不同的组织根据各自的需求已经开发了许多注册中心，这些注册中心一般采用数据库技术实现注册，通常被称为Web服务注册库。然而，这些Web服务注册库所采用的元模型在结构和语义上都存在差异，在一定程度上阻碍了组织间的业务合作。因此，需要提供一种新的机制来实现已有注册库之间的互操作，国际标准ISO ISO/IEC 19763(即Information Technology--Metamodel Framework for Interoperabil ity，互操作性元模型框架MFI)提供了这样一种机制，其目标是解决已存在的注册库和元模型之间的互操作问题。目前互操作性元模型框架MFI由七个部分组成(见图1)，分别是MFI参考模型、MFI核心模型、本体注册元模型MFI4OR、映射元模型MFI4Mapping、过程注册元模型MFI4Process、注册中心注册元模型MFI4Registry和服务注册元模型MFI4Service。基于元模型，不同应用领域-x、y之间可以实现互操作和信息交换。武汉大学承担了本体注册元模型MFI4OR、过程注册元模型MFI4Process和服务注册元模型MFI4Service，其中本体注册元模型MFI4OR(MFI-3)于2007年成功国际正式标准IS版，ISO官方网站提供了正式版的下载。MFI-3本体注册元模型的理论基础是本体元建模理论，其主要目的是解决本体注册以及本体之间的互操作问题，为互联网上复杂信息资源的注册、共享、组织和管理服务提供了一个公共的元模型框架，进而为信息资源之间的语义互操作奠定了基础。因此MFI-3能够与Web服务注册模型结合，成为语义互操作Web服务注册模型的核心机制。

2、解决方案

国际标准ISO/IEC 19763-3定义的本体注册的元模型，为本体的结构和语义信息提供了有效的存储和管理机制。一方面，该模型采用“本体-本体组件-本体原子结构”的形式来注册和管理本体的结构和语义(见图2)。Web服务参考本体即采用“本体-本体组件-本体原子结构”的形式来构建的，形式为“参考本体-参考本体组件-参考本体原子结构”。另一方面，为了区别本体在不同应用中所扮演的不同角色，该模型定义了“参考本体(Reference Ontology，RO)”和“本地本体(Local Ontology，LO)”的概念。参考本体是由专家定义和维护的标准本体，而本地本体则是具体系统根据自身需求对参考本体进行修改而得到的(如复用参考本体的组件/原子结构，增加新的结构等)，形式为“本地本体-本地本体组件-本地本体原子结构”。RO和依赖于它的LO通过演化具有直接的关联，而基于同一个RO的本地本体之间也可以通过参考本体和演化信息得到间接的关联。这些关联信息为不同注册模型的互操作提供了坚实的基础。

本发明所提供的技术方案应用如图3所示。本体概念源于哲学中的本体论，用于表示概念内涵的显式表达和语义约定。本体能为不同范围、不同层次的研究领域统一认识，从而消除由于应用背景不同而造成的理解上的冲突和混乱，促进人-机、机-机之间的通信、资源共享和协同工作。本体信息是对特定领域知识的共同认识，以便实现领域相关应用之间的互操作。领域本体提供了语义标识的基础，Web服务参考本体提供了不同Web服务注册库之间进行互操作的基础。综上所述，基于本体的面向领域的Web服务注册方法的基本思路是：根据已有Web服务描述和注册规范，采用ISO/IEC 19763-3本体注册元模型框架(MFI-3：MFIfor Ontology Registration，即MFI4OR)，在相关本体工具(如Protégé)的帮助下，首先构造一个基于MFI-3的Web服务参考本体，一方面将该本体作为Web服务注册模型(模版)来生成具体的Web服务实例，另一方面可以运用本体演化规则可以生成Web服务本地本体，Web服务本地本体能够作为其他Web服务注册库的注册模板，从而达到不同Web服务注册库之间可以进行互操作的目的；其次，构造领域本体(如物流领域)，并通过领域本体的构造和选择，进行Web服务的语义标识，从而支持请求者发出的语义查询，实现面向领域的Web服务的语义查找；也可以直接引入发布者已经构造好的领域本体文件到Web服务注册库，实现直接调用而不必自行构造。具体实施时，可以用领域本体概念来语义标识Web服务的属性输入、输出和操作等功能属性，对查找者最有实用意义。

3、实施例实现过程

为了便于实施，本发明提供了实施例的具体流程以供参考：

(1)构造一个领域本体模型，领域本体模型提供领域本体，所述领域本体用于语义标识Web服务的的功能属性，实现服务的语义查找。领域本体中包含实体本体(Entity Ontology)和操作概念(Operation Ontology)。

(2)根据现有Web服务描述、注册规范(如WSDL、UDDI、ebXML、OWL-S)，构造一个用于描述Web服务基本属性和语义的、公共的Web服务注册本体，按照国际标准ISO/IEC 19763本体注册元模型中定义的“本体-本体组件-本体原子结构”进行注册本体的细化，即将属性分类注册为“参考本体组件”的实例，将各类属性中涉及的具体概念和关联注册为“参考本体原子结构”的实例，参见图5中的Web服务注册本体构造原理，得到Web服务参考本体，参见图6。

具体实施时，构建Web服务注册本体的流程可以为，首先在本体层添加注册本体顶层框架；其次通过函数“添加分类()”在本体组件层添加属性分类，通过函数“设置分类名()”可以重置属性分类的名称(注：属性分类具有parentOf关系，即属性分类可以进行逐层分级)；然后通过函数“添加属性()”在本体原子构件层添加属性实例，通过函数“设置属性名()、设置属性描述()”可以重置属性的名称和描述。通过函数“设置属性值()”为属性实例设定具体的属性值Value of Attribute，这些属性值的集合构成web服务的一个实例，即概念层本体的实现(InstanceOf)。图5中，0..*标识0到多个，parentOf表示父子关系，InstanceOf表示实例化关系。

Web服务参考本体按照本体注册元模型MFI4OR的“本体-本体构件-本体原子构件”的模式进行构造，即RegistrationOntology-AttributeCategory-Attribute(注册本体-属性分类-属性)，其中AttributeCategory为Web服务的属性分类，Attribute为某种分类下的属性。图6展示了Web服务参考本体的AttributeCategory及其相关的Attribute，也就是在Web服务Webservice的服务属性SeviceAttribute中，本发明实施例根据UDDI和OWL-S等现有服务注册模型，分析和抽取了Web服务参考本体的AttributeCategory，主要包括服务基本属性BasicAttribute，服务联系属性ContactAttribute，服务功能属性FunctionAttribute，服务情景属性ContextAttribute这四种属性分类，按分类向下继承(isa)。服务基本属性BasicAttribute的分类中，包括服务ServiceID、服务名称ServiceName、服务分类ServiceCategory、服务领域分类ServiceClassification、服务绑定地址BindingURL、以及服务提供商信息providerinfo。服务联系属性ContactAttribute通过对象属性(ObjectProperty)HasContactInfomation和服务提供商信息providerinfo关联起来，包括服务提供商的相关信息，如服务提供商名称Name、服务提供商邮件Email、服务提供商地址PhysicalAddress、服务提供商网址WebURL、服务提供商电话Phone、服务提供商传真Fax、服务提供商描述TextDescription。服务功能属性FunctionAttribute的分类中，包括输入Input、输出Output(输入和输出都具有数据类型DataType)、前置Precondition、后置Effect、功能操作FunctionInfo、所属领域信息DomainInfo(对应具体的领域本体domain)，本体标识即是通过服务功能属性分类来体现的。服务情境属性ContextAttribute的分类中，包括业务情境BusinessContext、即时情境InsContext和Qos情境信息QosContext等属性，其中Qos情境信息主要包含可用性Availability；服务开销Cost；服务延迟Delay；可靠性Reliability；吞吐量Throughput；安全级别Security等子属性。

(3)使用本体编辑工具Protégé来构造精化后的Web服务参考本体和用以标识的领域本体，并以OWL(Web Ontology Language)格式输出文件，保持到Web服务注册库中供调用。

(4)根据Web服务参考本体构建Web服务注册模型，进行Web服务实例的注册。

参见图4Web服务注册模型同领域本体模型之间的概念对应关系。在Web服务注册模型的对象层中的分类，映射到领域本体模型中的概念层中，作为领域本体模型中的概念存在。Web服务注册模型的注册对象则被映射到领域本体模型中的实例层。注册的过程，就是将某一个注册对象，声明为某一个或者多个概念分类的实例，并根据概念分类所具有的属性和关联，进行对象属性到概念属性、对象关联到概念关联的填充，以完成对注册对象的描述，或者说声明。可以是采用原始数据类型去描述，比如用字符串类型去描述概念表单的“表单名称”属性。

这种Web服务注册模型的优于传统的Web服务注册模型实现的地方，主要在于：

●结构一致，不论是分类还是注册，均可以用一个统一的Web服务注册模型来表达。支持语义级查询，领域本体中所包含的语义信息，被引入到Web服务注册库中之后，可以极大的提高查询机制的精确性，及灵活性。

●因为支持对分类体系，分类项和分类属性的动态的修改和添加，因此该模型可以支持各种不同的领域的注册模型，具有良好的可扩展性。

●更重要的是，在国际标准ISO/IEC 19763本体演化元模型(本体注册元模型第二版)的指导下，可以支持不同Web服务的语义互操作。

Web服务相关信息一般分为基本属性项、功能属性项和非功能属性项，也就是说构建的Web服务注册模型可以包括有记载Web服务相关信息的基本属性项、功能属性项和非功能属性项(实施例将非功能属性项细化为服务联系属性和服务情景属性)。本发明根据此种基本情况说明，使用Web服务注册模板进行Web服务注册的具体步骤：

(a)为待注册Web服务生成唯一的Web服务ID号，并保存在Web服务注册库中。

具体实施时，可以根据需要自行定义Web服务ID号的生成规则，只需保证为每个待注册Web服务分配到唯一不重复的ID即可。

(b)导入待注册Web服务的服务描述文件，从服务描述文件读出待注册Web服务的功能接口信息，填充到Web服务注册模型中的功能属性项并利用领域本体中定义的概念对功能属性项进行语义标识；将待注册Web服务的基本属性信息和非功能属性信息填充到Web服务基本属性项和非功能属性项；

为了能够提供使用信息，Web服务都是有相应服务描述文件的，目前最常用的服务描述文件为WSDL文件。具体实施时，可以导入Web服务的WSDL文件，利用WSDLAPI读出Web服务的功能接口信息，如服务的输入、输出或功能描述等；选择所面向的领域本体，利用领域本体概念对这些接口信息进行半自动化语义标识，即根据WEB服务的实际输入输出信息，利用语义匹配算法从领域本体概念中选出相似度较高的概念(CONCEPT)作为候选标识对象供注册用户选择，如果没有匹配的领域概念，则由用户根据领域本体的现有概念自行选择，或记录下无法匹配的输入输出信息，当多次出现该信息无法匹配的情况时，则需要对领域本体进行演化。具体实施时，其余Web服务基本属性项和非功能属性项(情境信息和Qos信息)可以由注册用户据实填写或选择，或者从WSDL文件或其它服务描述文件中读取。

(c)根据Web服务注册模型，使用开源工具Jena持久化Web服务的功能属性项、基本属性项和非功能属性项，并作为Web服务注册信息保存到Web服务注册库中。

在实现注册后，Web服务注册库还可以提供修改、管理、查询功能：

例如为了方便调用Web服务，根据Web服务注册信息，生成添加了语义信息和情境信息的Web服务描述语言；所述情景信息来者Web服务的非功能属性信息，所述语义信息在利用领域本体中定义的概念对功能属性项进行语义标识后得到。此处所得Web服务描述语言是对现有Web服务描述文件的补充。具体实施时，可以选择owl-s标准的Web服务描述文件，在此基础上添加与非功能属性和语义属性相关的描述即可。

还可以根据待注册Web服务的输入输出匹配的关系，建立其与Web服务注册库中已注册Web服务之间的数据依赖图。Web服务注册库提供Web服务ID号的超链接，链接到的页面呈现该Web服务ID号所对应Web服务的Web服务注册信息和数据依赖图。数据依赖图可以为后期的服务发现和服务组合提供依据Web服务注册库可以列表形式呈现Web服务ID号，请求者点击Web服务ID号，即可查看相应Web服务的Web服务注册信息和数据依赖图。

Web服务注册库能够通过Web服务注册模型提供修改和管理Web服务注册信息的功能。如果要修改管理已注册Web服务的某项信息，只需调出相应Web服务注册模型即可操作保存。

Web服务注册库提供支持语义查找的查询接口，查找参数从领域本体文件中读取。查询接口可以参照现有数据库查询技术实现。

运用国际标准ISO/IEC 19763-3所提供参考本体和本地本体之间的演化规则，对步骤1.3所得Web服务参考本体进行演化，形成能够作为其他Web服务注册库的注册模板的Web服务本地本体，这样可以达到不同Web服务注册库之间能够进行互操作的目的。

Claims (8)

1.一种Web服务注册管理方法，其特征在于：首先，在Web服务注册库中建立Web服务注册模型，步骤如下，

步骤1，构造一个领域本体模型，领域本体模型提供领域本体，所述领域本体用于语义标识Web服务的属性；

步骤2，构造一个用于描述Web服务的属性的Web服务注册本体；在国际标准ISO/IEC 19763所提供本体注册元模型的指导下对Web服务注册本体进行细化，得到Web服务参考本体；

步骤3，使用本体编辑工具生成Web服务参考本体文件和领域本体文件，并输出到Web服务注册库；

步骤4，根据Web服务参考本体文件在Web服务注册库中构建Web服务注册模型；

然后，使用Web服务注册模型注册Web服务到Web服务注册库，注册时用领域本体语义标识Web服务的属性。

2.如权利要求1所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：构建的Web服务注册模型包括有记载Web服务相关信息的基本属性项、功能属性项和非功能属性项；所述使用Web服务注册模型注册Web服务到Web服务注册库的过程步骤如下，

步骤1，为待注册Web服务生成唯一的Web服务ID号，并保存在Web服务注册库中；

步骤2，导入待注册Web服务的服务描述文件，从服务描述文件读出待注册Web服务的功能接口信息，填充到Web服务注册模型中的功能属性项并利用领域本体中定义的概念对功能属性项进行语义标识；将待注册Web服务的基本属性信息和非功能属性信息填充到Web服务基本属性项和非功能属性项；

步骤3，根据Web服务注册模型，使用开源工具Jena持久化Web服务的功能属性项、基本属性项和非功能属性项，并作为Web服务注册信息保存到Web服务注册库中。

3.如权利要求2所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：根据Web服务注册信息，生成添加了语义信息和情境信息的Web服务描述语言；所述情景信息来者Web服务的非功能属性信息，所述语义信息在利用领域本体中定义的概念对功能属性项进行语义标识后得到。

4.如权利要求2所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：根据待注册Web服务的输入输出匹配的关系，建立其与Web服务注册库中已注册Web服务之间的数据依赖图。

5.如权利要求4所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：Web服务注册库提供Web服务ID号的超链接，链接到的页面呈现该Web服务ID号所对应Web服务的Web服务注册信息和数据依赖图。

6.如权利要求2所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：Web服务注册库通过Web服务注册模型提供修改和管理Web服务注册信息的功能。

7.如权利要求2所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：Web服务注册库提供支持语义查找的查询接口，查找参数从领域本体文件中读取。

8.如权利要求1所述的Web服务注册管理方法，其特征在于：运用国际标准ISO/IEC 19763-3所提供参考本体和本地本体之间的演化规则，对步骤1.3所得Web服务参考本体进行演化，形成能够作为其他Web服务注册库的注册模板的Web服务本地本体。

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