基于約束求解和描述邏輯的Web服務(wù)組合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是軟件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種結(jié)合約束 求解和描述邏輯的Web服務(wù)組合方法，用于Web服務(wù)的重用和增值。
【背景技術(shù)】
[0002] 面向服務(wù)的軟件體系結(jié)構(gòu)S0A具有異構(gòu)、系統(tǒng)互操作、松耦合等特性，得到了業(yè)界 的普遍接受。作為S0A的具體實(shí)現(xiàn)，基于Web服務(wù)的軟件開(kāi)發(fā)也成為常見(jiàn)的軟件開(kāi)發(fā)方法， 其中，服務(wù)組合是生成新服務(wù)與構(gòu)建應(yīng)用的重要方式?；谡Z(yǔ)義的服務(wù)組合，能夠更加快 速、準(zhǔn)確、有效地定位所需要組合在一起的服務(wù)，涉及到領(lǐng)域本體、0WL語(yǔ)言等技術(shù)。
[0003] 領(lǐng)域本體，是專(zhuān)業(yè)性的本體，描述的是特定領(lǐng)域中的概念和概念之間的關(guān)系，提供 了某個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域中概念的詞表以及概念間的關(guān)系。它是對(duì)學(xué)科概念的一種描述，包括 學(xué)科中的概念、概念的屬性、概念間的關(guān)系和關(guān)系的屬性。由于知識(shí)具有顯著的領(lǐng)域特性， 所以領(lǐng)域本體能夠更為合理而有效地進(jìn)行知識(shí)的表示。"領(lǐng)域"是根據(jù)本體構(gòu)建者的需求來(lái) 確定的，可以是一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，可以是某幾個(gè)領(lǐng)域的一種結(jié)合，也可以是一個(gè)領(lǐng)域中的一個(gè) 小范圍。
[0004] 0WL，即網(wǎng)絡(luò)本體語(yǔ)言，旨在提供一種可用于描述網(wǎng)絡(luò)文檔和應(yīng)用之中固有的那些 類(lèi)及其之間關(guān)系的語(yǔ)言，用于編撰本體的知識(shí)表達(dá)，使得基于此技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更加人性 化和智能化，節(jié)省用戶(hù)自身搜索資源的時(shí)間。
[0005] 描述邏輯是用于知識(shí)表示的邏輯語(yǔ)言和以其為對(duì)象的推理方法，主要用于描述概 念分類(lèi)及其概念之間的關(guān)系，是一階謂詞邏輯的一個(gè)可判定子集。描述邏輯的重要特征是 具有很強(qiáng)的表達(dá)能力和可判定性，能保證推理算法總能停止并返回正確的結(jié)果?？蓾M(mǎn)足性 問(wèn)題是描述邏輯推理中的核心問(wèn)題，因?yàn)樵S多其它問(wèn)題（如包含檢測(cè)、一致性問(wèn)題等）都可 轉(zhuǎn)化為可滿(mǎn)足性問(wèn)題?？蓾M(mǎn)足性問(wèn)題的核心是基于描述邏輯ALC的Tableau算法。
[0006] Web服務(wù)組合是將基本W(wǎng)eb服務(wù)有機(jī)地組織起來(lái)，以形成粒度更大、功能更強(qiáng)的增 值服務(wù)或者系統(tǒng)的過(guò)程。根據(jù)Web服務(wù)組合方法所依賴(lài)的技術(shù)基礎(chǔ)，可將其歸納為基于過(guò) 程的組合方法和基于語(yǔ)義的組合方法。
[0007] 基于過(guò)程的組合方法：利用Web服務(wù)組合與過(guò)程模型的相似性，使用較成熟的過(guò) 程建模工具和語(yǔ)言對(duì)業(yè)務(wù)過(guò)程進(jìn)行建模，采用"替代"法將過(guò)程模型中的相關(guān)組件最終替換 成為具體的Web服務(wù)，從而獲得有效的、可執(zhí)行的Web服務(wù)組合方案。根據(jù)具體的建模工具 和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，過(guò)程驅(qū)動(dòng)的Web服務(wù)組合又可分為基于工作流模型、基于狀態(tài)演算和基于進(jìn) 程代數(shù)的Web服務(wù)組合。由于服務(wù)組合具有不確定性，因此傳統(tǒng)的基于工作流的算法往往 難以滿(mǎn)足Web服務(wù)組合的需要?；跔顟B(tài)演算的算法要通過(guò)公理和證明實(shí)現(xiàn)服務(wù)組合，包 含了復(fù)雜的形式化規(guī)約與轉(zhuǎn)換，難以面向最終的業(yè)務(wù)用戶(hù)。而基于進(jìn)程代數(shù)的Web服務(wù)組 合為服務(wù)組合的形式化描述和驗(yàn)證提供工具和方法，但對(duì)于同義異構(gòu)的服務(wù)不能很好地處 理，在實(shí)用性和通用性方面還有待提高。
[0008] 基于語(yǔ)義的組合方法：語(yǔ)義驅(qū)動(dòng)的Web服務(wù)組合強(qiáng)調(diào)Web服務(wù)的自描述，其基本思 想是為Web服務(wù)描述和服務(wù)請(qǐng)求描述添加能被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所理解的語(yǔ)義，使Web服務(wù)組合 方案通過(guò)推理自動(dòng)生成?，F(xiàn)有工作雖然能夠準(zhǔn)確地找到所需組合的服務(wù)，但是存在業(yè)務(wù)邏 輯關(guān)系不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那闆r。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是：克服Web服務(wù)組合過(guò)程中存在的 組合不確定性、服務(wù)的動(dòng)態(tài)變化性以及同義異構(gòu)服務(wù)等問(wèn)題，有效保障服務(wù)組合的質(zhì)量。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于約束求解和描述邏輯的Web服務(wù)組合方法，其特征是 基于領(lǐng)域本體知識(shí)庫(kù)的目標(biāo)任務(wù)分解，設(shè)計(jì)各細(xì)粒度任務(wù)的優(yōu)化目標(biāo)，并提取任務(wù)接口的 約束條件，然后通過(guò)約束求解得到細(xì)粒度任務(wù)的組合，再運(yùn)用描述邏輯檢測(cè)組合的有效性、 合理性，避免流程沖突。
[0011] 本發(fā)明具體包括以下步驟：
[0012] 1)根據(jù)領(lǐng)域本體知識(shí)庫(kù)，劃分目標(biāo)任務(wù)為可直接實(shí)現(xiàn)的細(xì)粒度任務(wù)；
[0013] 2)基于各細(xì)粒度任務(wù)關(guān)聯(lián)的服務(wù)獲取所需的接口參數(shù)；
[0014] 3)分析輸入接口參數(shù)，確定每個(gè)參數(shù)可能的約束及相應(yīng)的約束條件；
[0015] 4)考慮用戶(hù)對(duì)各細(xì)粒度任務(wù)的選擇性偏好以及對(duì)應(yīng)的本體類(lèi)關(guān)系之間隱含的業(yè) 務(wù)邏輯關(guān)系，再結(jié)合每個(gè)原子服務(wù)的輸入接口參數(shù)約束條件，分析其它服務(wù)的輸出接口參 數(shù)，代入一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)，進(jìn)行約束條件求解，得到各個(gè)可行解，組成一個(gè)可行解序列，每 一個(gè)可行解序列對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)組合方案；
[0016] 5)基于描述邏輯的推理和可滿(mǎn)足性理論判斷可行解序列是否有效、合理，去除不 合理的可行解序列，得到最終的組合Web服務(wù)。
[0017] 步驟1)中，可以使用已有的領(lǐng)域本體知識(shí)庫(kù)，或者使用Prot6g6來(lái)構(gòu)建知識(shí)庫(kù)。在 知識(shí)庫(kù)中找到與目標(biāo)任務(wù)相一致的本體類(lèi)，根據(jù)領(lǐng)域本體中的本體類(lèi)及其個(gè)體，以及本體 類(lèi)之間的父類(lèi)、子類(lèi)、祖先類(lèi)、后代類(lèi)以及兄弟類(lèi)等類(lèi)關(guān)系，還有本體類(lèi)之間存在的對(duì)象屬 性關(guān)系，把目標(biāo)任務(wù)劃分為領(lǐng)域本體中已存在的本體類(lèi)所對(duì)應(yīng)的細(xì)粒度任務(wù)：
[0018] 設(shè)A是目標(biāo)任務(wù)，K為領(lǐng)域本體知識(shí)庫(kù)，3a1;a2,.......a" eX，其中ai表示領(lǐng)域本 體中的本體類(lèi)，b」[bk......]表示ai對(duì)應(yīng)的細(xì)粒度任務(wù)，1彡i彡n，1彡j < k彡m，" [] " 內(nèi)的任務(wù)表示％需要b」和其它細(xì)粒度任務(wù)組合完成，并且........bm)?任務(wù)序列，即任 務(wù)序列......，bm)能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)A。
[0019] 步驟2)中，根據(jù)前面得到的細(xì)粒度任務(wù)以及領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的本體類(lèi)，關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的服 務(wù)，即WSDL文件，加上語(yǔ)義標(biāo)注轉(zhuǎn)化為OWLS文件以及關(guān)聯(lián)的本體文件，再通過(guò)Jena本體操 作語(yǔ)言得到Ov......，bm)任務(wù)的輸入輸出接口。
[0020] 步驟3)中，分析輸入接口參數(shù)的特征，主要包括參數(shù)類(lèi)型、參數(shù)的取值范圍、參數(shù) 名稱(chēng)，得到參數(shù)類(lèi)型約束、參數(shù)取值范圍約束以及語(yǔ)義相似度閾值約束，結(jié)合這些約束組合 成一個(gè)輸入接口的約束條件：
[0021] 參數(shù)類(lèi)型約束：一個(gè)任務(wù)輸出接口中的參數(shù)類(lèi)型typel必須是對(duì)應(yīng)的另一個(gè)任務(wù) 輸入接口參數(shù)類(lèi)型type2所接受的類(lèi)型，即typel G Accepted(type2)。
[0022] 參數(shù)取值范圍約束：一個(gè)任務(wù)輸出接口中的參數(shù)值valuel必須是對(duì)應(yīng)的另一個(gè) 任務(wù)輸入接口參數(shù)值value2所接受的取值范圍，即valuel G Range(value2)
[0023] 語(yǔ)義相似度閾值約束：概念語(yǔ)義相似度包括結(jié)構(gòu)相似度和層級(jí)相似度。
[0024] SimStructureCChG) = e_ai(Cl'Cz)，其中 1 為 q，c2在領(lǐng)域本體中的最短路徑，a 為調(diào)整因子，其值由經(jīng)驗(yàn)值確定。這是一個(gè)單調(diào)遞減函數(shù)，隨著距離的增加，相似度減少。 〇Bh(C\,C7.)a-ph(C\,C2)
[0025] Simlevel{c1,c2) = 其中h為ci， c2的最近公共相?先節(jié)點(diǎn)至丨」本體 根結(jié)點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度，0為調(diào)整因子，其值由經(jīng)驗(yàn)值確定。這是一個(gè)單調(diào)遞增函數(shù)，隨著深度 的增加，相似度增大。
[0026]SemanticSinKci，c2) = wfSimStructure (Cp c2)+w2*SimLevel (Cp c2)，其中…和 w2是由經(jīng)驗(yàn)值確定的權(quán)重因子，當(dāng)且僅當(dāng)SemanticSinKcpcJ彡A(A =〇. 75,由經(jīng)驗(yàn)值 確定）時(shí)，才可滿(mǎn)足語(yǔ)義相似度閾值約束。
[0027] 因此，對(duì)于一個(gè)任務(wù)的輸出接口參數(shù)〈typel，valuel，namel>和另一個(gè)任務(wù)的輸 入接口參數(shù)〈type2, value2, name2>，namel對(duì)應(yīng)的概念為q，name2對(duì)應(yīng)的概念為c2，必須 滿(mǎn)足接口約束條件
[0028] (typel G Accepted (type2)) fl (valuel G Range (value)) fl (SemanticSim(c1, c2)多入）。
[0029] 步驟4)中，任務(wù)的選擇性偏好由用戶(hù)個(gè)人信息建模所得，用戶(hù)個(gè)人信息可包括性 另IJ、年齡、職業(yè)、地理位置、興趣愛(ài)好標(biāo)簽等。用戶(hù)的每一個(gè)屬性可設(shè)定一個(gè)或者多個(gè)屬性 值，例如性別有男和女、年齡可以劃分若干區(qū)間。對(duì)于用戶(hù)的屬性attp......，attn，att/ 表示屬性&?,第j個(gè)屬性值，W5/1表示某類(lèi)服務(wù)WS」中的原子服務(wù)。提取每個(gè)屬性中的一 個(gè)屬性值組合成一個(gè)條件，提取一個(gè)Vt^/1作為結(jié)果?；谟脩?hù)的選擇記錄，運(yùn)用Apriori算 法進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得出置信度大于經(jīng)驗(yàn)閾值的〈條件-結(jié)果〉組合，這稱(chēng)為一條偏好規(guī)則， 可表示為att丨1 n......n att^n ^wsj1〇
[0030] 步驟4)中，本體類(lèi)之間的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系具體為：本體類(lèi)之間的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系主 要包括分支、循環(huán)、并發(fā)，根據(jù)類(lèi)之間的父子、兄弟、祖孫等類(lèi)關(guān)系以及對(duì)象屬性所連接的類(lèi) 之間其它關(guān)系，提取細(xì)粒度任務(wù)之間的邏輯關(guān)系約束，形式化表示為Rel (t，tp，即細(xì)粒度 任務(wù)b \必須滿(mǎn)足關(guān)系Rel (t p tp，若\存在多個(gè)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，則t p \必須滿(mǎn)足 Reh (tp tj)門(mén)，......，門(mén)Reln(ti，tj)。
[0031] 步驟4)中，基于約束求解和描述邏輯的Web服務(wù)組合方法包括三類(lèi)約束條件，即： 對(duì)于每一個(gè)細(xì)粒度任務(wù)^的接口參數(shù)約束；用戶(hù)對(duì)候選細(xì)粒度任務(wù)的選擇性偏好約束；本 體知識(shí)庫(kù)中導(dǎo)出的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系約束。如果一個(gè)細(xì)粒度任務(wù)h的輸出接口的參數(shù)t /)或者 多個(gè)tj，tk，......的輸出接口參數(shù)tj〇，tko,......結(jié)合的結(jié)果能夠滿(mǎn)足細(xì)粒度任務(wù)心的 輸入接口參數(shù)tj的所有約束條件，就稱(chēng)或者a ......)ti組成一個(gè)銜接序列；若存 在[h，......，tn]使得能夠滿(mǎn)足整個(gè)目標(biāo)任務(wù)，則稱(chēng)[&，......，t n]是一個(gè)可行解序列。 其中整個(gè)目標(biāo)任務(wù)的輸入接口參數(shù)能夠滿(mǎn)足h輸入接口參數(shù)約束條件，t "的輸出接口參數(shù) 滿(mǎn)足整個(gè)目標(biāo)任務(wù)的輸出接口參數(shù)。
[0032] 步驟5)中，描述邏輯是一階邏輯的一個(gè)可判定子集，能夠提供可判定的推理服 務(wù)，并且具有語(yǔ)義特征。描述邏輯建立在概念（ conc印t)和角色（role，即二元關(guān)系）之上， 由構(gòu)造算子（constructor)從簡(jiǎn)單概念和角色中構(gòu)造出復(fù)雜概念和角色。描述邏輯主要包 括三大組件：ABox，TBox以及TBox和ABox上的推理機(jī)制。其中：ABox是關(guān)于個(gè)體的斷言， 如Student (A)即表示A是一個(gè)學(xué)生；TBox是關(guān)于概念術(shù)語(yǔ)的斷言，比如Father (A，B)即表 示A是B的父親。
[0033] 一般而言，所有的推理問(wèn)題都可以歸結(jié)為一致性檢測(cè)（或稱(chēng)為可滿(mǎn)足性檢測(cè)）。通 過(guò)Tableau判定算法可以得到：CSD當(dāng)且僅當(dāng)Cn-C是