基于描述逻辑的语义Web服务建模及推理研究

摘要

Web服务是一种自包含、自描述、模块化的应用，可以在Internet环境下发布、定位和调用；并且在面向服务体系结构中，Web服务组合通过集成基本服务来创建新的增值服务。这种以软件作为服务的理念及技术发展使得软件形态、生产、运行和使用方式均发生了很大变化，由此形成了对Web服务的研究热点。
　　 Web服务在不同软件应用间互操作，运行于不同平台。因此如何对Web服务进行统一建模，刻画服务的语义信息，使得服务便于被发现、组合、服务行为可以被检验，成为一个关键问题。本文围绕这个问题，分析了现有服务描述协议的不足，提出了基于描述逻辑的解决方法：通过本体匹配建立统一的领域本体，为建模服务提供基础。从静态服务能力、动态服务行为两方面刻画了服务的语义模型；将语义模型在描述逻辑知识库中表示，运用描述逻辑的推理能力实现服务发现和行为检验。原子服务模型可组合得到组合服务模型。以上各方法统一采用支持ALCQHI+R(D)-的描述逻辑系统RacerPro进行建模并推理实现，取得了描述能力和推理可判定性两方面的平衡。
　　 论文工作的主要成果表现在以下几个方面：
　　 (1)提出了一种基于描述逻辑的本体匹配方法。该方法将待匹配本体载入描述逻辑知识库TBox，通过推理器获得本体对应关系。采用了国际上广泛采用的数据集FOAM进行实验，获得了较好查全率和查准率。
　　 (2)针对Web服务发现问题，提出了一种基于描述逻辑的语义Web服务静态模型和相应的服务匹配算法。该模型综合描述各个服务方面，而不仅仅是输入/输出。基于该模型设计了服务匹配算法，并利用推理器推理实现服务匹配。该算法将服务匹配问题转化为Web服务模型中概念的包含判定。
　　 (3)给出了基于动态描述逻辑的服务行为模型，并提出了一种支持服务验证、组合的行为推理方法。分析了描述逻辑对于描述服务行为的不足，基于动态描述逻辑，提出了一种语义Web服务动态行为建模方法：将服务行为刻画为知识库ABox中的状态集合，以及状态的迁移。提出服务行为验证算法，并借助推理器完成服务行为的推理。
　　 (4)综合以上服务静态模型和动态模型的成果，提出了原子服务模型（包括静态服务能力、动态行为两个侧面）的组合方法，其面向各种典型组合结构，从而得到组合服务的模型。该模型统一在知识库TBox和ABox中表示：并且组合服务的模型同样支持服务发现和行为检验。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释清单

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 Web服务的语义描述需求

1.1.2 语义Web服务

1.2 国内外相关研究现状

1.2.1 Web服务的语义模型框架

1.2.2 基于语义的服务匹配

1.2.3 基于逻辑的服务行为建模

1.2.4 服务组合的语义建模

1.3 研究目标和内容

1.4 研究意义

1.5 论文组织结构

第二章 基于描述逻辑的服务语义建模

2.1 本体及其描述语言

2.1.1 本体

2.1.2 Web本体语言OWL

2.2 服务语义建模的逻辑基础

2.2.1 描述逻辑及其知识库

2.2.2 描述逻辑语言家族

2.2.3 描述逻辑的推理

2.2.4 描述逻辑系统RacerPro

2.3 语义Web服务建模

2.3.1 Web服务的语义描述框架

2.3.2 本研究的总体方案

2.3.3 本研究的关键问题及技术路线

2.4 本章小结

第三章 基于描述逻辑的本体匹配

3.1 本体及其异构

3.2 本体匹配

3.2.1 本体匹配问题定义

3.2.2 本体匹配分类

3.2.3 本体匹配技术

3.3 基于描述逻辑的本体匹配方法

3.3.1 字面语义关系的获取

3.3.2 元素间语义关系的判定

3.3.3 推理语义关系的获取

3.4 实验案例

3.4.1 本体匹配在DL中的推理实现

3.4.2 结果及分析

3.5 本章小结

第四章 语义Web服务静态能力模型及服务匹配

4.1 面向发现的语义Web服务描述模型

4.1.1 Web服务描述

4.1.2 语义Web服务能力描述模型

4.1.3 具体Web服务描述

4.1.4 服务描述模型在DL中的表示

4.2 服务匹配的推理

4.2.1 语义Web服务匹配的定义

4.2.2 语义Web服务匹配的推理

4.3 实验案例

4.3.1 服务匹配在DL中的推理实现

4.3.2 结果及分析

4.4 相关工作比较

4.5 本章小结

第五章 语义Web服务动态行为模型及检验

5.1 动态描述逻辑

5.2 面向服务行为检验的推理

5.2.1 服务行为的基本推理

5.2.2 基于规则的服务可实现性推理

5.3 实验案例

5.3.1 服务检验在DL中的实现

5.3.2 结果分析

5.4 相关工作比较

5.5 本章小结

第六章 语义Web服务组合

6.1 服务的组合

6.1.1 顺序组合

6.1.2 任选组合

6.1.3 选择组合

6.1.4 并行组合

6.1.5 循环组合

6.2 案例分析

6.3 组合服务的匹配与行为推理

6.4 相关工作比较

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文工作总结

7.1.1 研究成果

7.1.2 创新点

7.2 研究不足及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录

附录A 描述逻辑ALC语言的各种扩展语言

附录B 描述逻辑系统RacerPro

附录C 服务案例在DL知识库中的表达

附录D 在RacerPro知识库中描述Web服务并推理实现匹配