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[摘 要]WSMO作为W3C的成员报告,为语义网络服务提供了一个建模本体。文章全面系统的介绍WSMO的整体理论框架,包括理论模型(WSMO)、建模语言(WSML)和执行环境(WSMX)的构建,在此基础上,对WSMO和OWL-S两种描述网络服务的本体语言进行比较分析,并深入剖析了应用范例VTA。
[关键词]WSMO;WSML;WSMX;OWL-S;WSMO应用范例;VTA
DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2010.08.004
[中图分类号]TP393 [文献标识码]B [文章编号]1008-0821(2010)08-0019-06
The Theoretic Framework and Application of WSMOWei Lai1 Wang Xuelian2
(1.Academy of Computer Sciences and Information Technology,Northeast Normal University,
Changchun 130117,China;
2.Library,Northeast Normal University,Changchun 130024,China)
[Abstract]WSMO is the new member report of W3C,it is the web service modeling ontology for semantic web services.The paper introduced the theoretic framework of WSMO fully and systemicly,including WSMO theoretic model,modeling language and execution environment.On the base of this,the paper compared the WSMO and OWL-S,pointed out the difference between them.Furthermore,deeply analyzed the application of WSMOs case-VTA.
[Keywords]WSMO;WSML;WSMX;OWL-S;WSMO application cases;VTA
1 WSMO简介
WSMO(Web Service Modeling Ontology,网络服务建模本体)[1]是描述语义网络服务相关方面的本体,以网络服务建模框架WSMF(Web Service Modeling Framework)为基础。由欧洲委员会和爱尔兰科学基金等多个组织资助,与欧洲语义网络服务领域的关键研究项目(如SEKT[2]、DIP[3]和Knowledge Web[4])结盟,以促进语义网络服务的发展。WSMO是W3C的成员报告,于2005年4月向W3C提交,2005年6月正式发布[5]。
1.1 WSMO的使命
WSMO为语义网络服务的核心部分提供本体的详细说明,为描述语义网络服务的各个方面创立网络服务建模本体,以解决Web Service的整合问题,将互联网络从一个人类的信息知识库转变为世界范围的分布式网络处理系统。
WSMO具有简单(尽可能简化整合问题)、完整(解决整合问题涉及的所有方面)及可操作(将现有的一系列语义操作作为参考)的特点,可以在不同应用领域(如旅游、银行、市场、供应链等领域)开展实际应用研究,同时在语义网络服务方面,能够开发出一个易于被服务机构和用户方使用的本体。
1.2 WSMO的设计原理
(1)遵守网络协议。WSMO继承URI的内容体系,作为最基本的设计原则,同时采取命名域表示信息空间,支持XML和其它W3C的网络技术协议。
(2)基于本体。本体是WSMO的数据模型,网络服务中所有的资源描述及数据转换都基于本体。本体是目前广泛接受的Semantic Web知识表示方法,本体的扩展使用允许从语义上增强信息处理过程并支持互操作,WSMO支持Semantic Web本体语言的定义。
(3)精确的匹配。WSMO的资源全部独立定义,这与网络开放和分布的特点一致。
(4)强化中介作用。中介主要处理开放环境下出现的特殊情况,WSMO在数据、本体、入口和过程等方面采用不同的中介。
(5)本体的作用独立。WSMO本体能够将用户的需求与可得到的服务独立描述。存在于特定关系中的用户可以获取不同的网络服务,例如用户可能希望根据天气、文化等方面的要求预定一个假日,网络服务将有针对性的提供航班和旅店。
(6)描述与执行。WSMO在语义网络服务元素(描述)和应用技术(执行)方面进行区分。前者需要基于适当格式的简明、合理的描述框架并提供简明的语义描述;后者主要关注支持现有的和潜在的语义网络和网络服务技术。WSMO目标在于提供一个适当的本体描述模型并整合现有的及潜在的网络服务技术。
(7)服务与网络服务。网络服务是能够实现用户目标的计算机化实体。WSMO作为描述服务的方式,不能取代网络服务的功能[6]。
2 WSMO体系架构
WSMO由3个部分构成,即WSMO(Web Services Modeling Ontology)——理论模型、WSML(Web Services Modeling Language)——建模语言、WSMX——(Web Service Execution Environment)执行环境[7]。
20102010年8月第30卷第8期WSMO理论框架与应用研究Aug.,2010Vol.30 No.82.1 WSMO
2.1.1 定义WSMO的语言
(1)WSMO定义的元-模型层(Meta-model Layer)
WSMO[8]是语义网络服务的元模型。使用MOF[9](Meta-Object Facility)规范来说明这个模型。MOF为规范、构建及元模型技术管理界定了一个抽象的语言和架构。MOF定义的元数据架构由4个层次组成:
①包含描述数据的信息层;
②模型层,由信息层描述数据的元数据组成;
③元-模型层,由定义元数据结构和语义的描述组成;
④元-元-模型层,由对元模型层结构和语义的描述组成。
在WSMO中,根据MOF界定的4个层次,WSMO本身组成了元模型层,本体、网络服务、目标和中介规范组成了模型层,由本体描述的实际数据和网络服务间的交换组成了信息层。
(2)标识符
每一个WSMO元素都由一个标识符界定:
①URI——WSMO中的任何内容都有一个URI默认标识,除非将其归为变量或者匿名ID。
②匿名IDs——匿名ID可以被编号(#1,#2,…)或者不编号(#),这些都代表标识符。匿名ID可以用来标识存在的对象,但是不需要专门的标识符。
2.1.2 WSMO的顶层本体(Top-Layer)
WSMO的顶层本体包括本体、网络服务、目标、中介四部分内容。其中,本体提供能够被其它要素使用的术语;目标用来定义网络服务应该解决的问题;网络服务描述定义网络服务的各个方面;中介协助解决问题。
(1)本体
在WSMO中,本体提供了WSMO其它元素使用的术语,以描述涉及领域的相关问题。抽取概念的最核心部分定义本体,本体通过提供概念和概念的之间的关系定义一个一致认同的术语。为了描述关系和概念的语义结构,本体通常提供一系列用逻辑语言表达的规则。WSMO提供8个本体元素:非功能属性、本体输入、使用中介、概念、关系、功能、实例和公理。其中非功能属性包括投稿者、覆盖范围、创造者、数据、描述、格式、标识符、语言、所有者、出版者、关系、权限、来源、主题、题名、类型、版本等内容;本体输入允许在本体设计时采用模块化处理,只要没有冲突,输入的数据就能够用于解决问题,或者使用中介来解决这一问题;中介用于校验输入本体;概念是组成问题领域术语的最基本元素,一个概念提供名称和类型的属性;关系用来描述几个概念之间的相互关系模型;实例一般被明确的界定或链接到实例库中。
(2)网络服务
网络服务是描述一个领域提供服务获取的计算机化实体,这些描述包含了网络服务的性能、界面及内部操作,网络服务的全部内容都使用由本体规范的术语进行描述。网络服务描述由网络服务功能、非功能和行为组成。网络服务能够提供不同的服务,如Amazon能够用于获取图书同时也能发现一本图书的ISBN号码。
(3)目标
表现用户愿望,能够通过网络服务执行实现。本体可以作为描述相关方面的领域术语。
(4)中介
中介是描述解决不同WSMO元素之间的交互问题的元素,是解决数据、过程、接口相容性的核心内容。WSMO将中介区分为4种类型(图1):
ggMediators:链接两个目标,这个链接实现了将资源目标提炼成对象目标;如果两个目标可以替换表明等值;
ooMediators:输入本体并解决可能出现的本体之间不匹配现象的中介;
wgMediators:将网络服务与目标链接的中介,是实现网络目标的手段,wgMediators可以明确显示出不同词表款目和主题图的区别;
wwMediators:链接两个网络服务的中介。
WSMO并不规定使用中介的类型,因此为中介的使用提供了最大的灵活性,允许网络服务、目标和本体之间的弱链接。图1 WSMO中介类型及关系图(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d2/v1.2/)
2.2 WSML
2.2.1 WSML目标
WSML[10]的目标是提供正式的用来描述WSMO定义的全部元素的方法。WSML的不同变量对应着不同级别的逻辑表达并使用不同的语言实例。更确切的说,WSMO采取Description Logics(描述逻辑),First-Order Logic(一阶逻辑)和Logic Programming(逻辑过程)作为WSML语言变量发展的起点。WSML语言变量既包括语法层和语义层。所有的WSML变量根据具有与WSMO概念模型元素相似的易读的语法规则进行规范。同时WSML提供XML和RDF转换系统,并提供基于OWL应用的WSML本体和OWL本体之间互操作的映射。
2.2.2 WSML使用F-Logic语言的原因
F-Logic语言提供了一个标准的建模理论;是一个完整的first order logic(一阶逻辑)语言;处于first order logic(一阶逻辑)语义时,能够提供second order(二阶逻辑)语法;提供一个小型的语义操作推理引擎。
2.2.3 WSML变量(参数)
图2显示了WSML的不同变量和变量间的关系。图中箭头代表“扩展方向”。在逻辑表达和语言实例中的变量不同。基本语言WSML-CORE扩展到两个方向,Description Logics(WSML-DL)和Logic Programming(WSML-Flight,WSML-Rule),WSML-Rule和WSML-DL都扩展到First-Order Logic(WSML-Full)。
WSML-CORE由Description Logic和Horn Logic在Description Logic Programs基础上共同界定。在WSML家族中表达能力最小,拥有最好的计算机化特征。主要特点是支持
图2 WSML的变量和变量间的关系(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d16/d16.1/v0.21/)
模块的分类、属性、二元关系和实例,同时支持分类层级和关系层级。WSML-DL是完全采用DL的WSML-CORE的扩展。WSML-FLIGHT是具有元-模型、限制和动态否定特点的WSML-CORE的扩展。以F-Logic为基础,提供一个强大的规则语言。WSML-RULE是WSML-FLIGHT在逻辑程序方面的扩展。WSML-FULL在First-Order下将WSML-DL和WSML-Rule统一起来。
2.3 WSMX
2.3.1 WSMX的特点
(1)WSMX[11]是一个综合性的软件框架,用于支持基于语义描述的Web Service的发现、选择、中介、调用及互操作。
(2)是WSMO所定义的语义网络服务各个方面的概念模型的参考执行环境,增强各种商业应用的网络服务整合功能,目标是采用灵活的方式提高自动商业处理,并提供可升级的综合解决方案。
(3)WSMX能够将服务需求者和提供者整合到一起来构建专门的任务,甚至在服务需求者和提供者预先并没有意识到彼此存在的情况下以及他们之间在数据和公共行为模式上存在重大差异的情况下。
(4)是一个开放的和共同参与的资源环境,内容重用性和一般功能性是指导WSMX发展的核心概念。
2.3.2 WSMX体系架构
WSMX体系架构包括用户界面、逻辑层、交流层和数据保存层。其中用户界面用WSMX描述注册服务功能并显示系统的执行信息;逻辑层负责处理WSMX与网络服务需求者和提供者之间的信息转换;交流层负责接受、处理和转换各种信息;数据保存层由数据库系统组成用于数据存储和检索。WSMX需要更多功能更强的组件,尤其是解决安全、转换、信任、预警等问题的组件,这也是WSMX的发展目标和方向。图3描述了WSMX的体系架构。图3 WSMX的体系架构(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d13/d13.4/v0.1/)
可见,WSMX的体系架构包括:
(1)核心组件(Core Component)。核心组件是WSMX的核心部分,所有组件间的互操作都通过核心组件来控制,如系统的商业逻辑、事件引擎、内部工作流引擎、分布组件加载等。目前核心组件是WSMX的核心模块,为了保证WSMX信任度的提高,将会发展一系列的分布式核心组件机制。没有专门的界面来定义核心组件。在参考执行时,提供一个封装的中介层以区别核心组件和其他组件。
(2)资源管理器(Resource Manager)。资源管理器是WSMX的长期保存界面。负责存储WSMX使用的每一个数据条目。目前,WSMX界定了6个知识库,4个资源库负责顶层概念,如WSMO、网络服务、本体、目标和中介器等,第5个资源库用于存储非WSMO数据条目,如事件和消息,第6个资源库用于存储WSDL文档,作为WSMO服务描述对象SOAP的基础。将来还将增加ebXML和UDDI库的建设用于WSMX数据保存。
(3)服务发现(Service Discovery)。WSMX发现组件重点发现与服务需求者目标匹配的网络服务描述。
(4)非功能选择器(Non-functional Selector)。用于从网络发现的匹配服务列表中选择最适合的服务。如果发现不止一个满足目标的服务结果,选择界面用于选择一个适合的服务,不包括调用服务。
(5)协商(Negotiation,Functional Selector)。功能性选择器用于从匹配服务列表中选择最适合的服务,这里服务必须作为选择程序的一部分被调用。
(6)数据中介(Data Mediator)。数据中介组件用于调节在网络服务的发现、组合、选择或调用中存在的数据异构性问题。
(7)程序中介(Process Mediator)。程序中介具有调节出现在网络服务调用中出现的公共程序的异构性,保证调用者的公共程序和调用的网络服务匹配。
(8)交流管理器(Communication Manager)。交流管理器是WSMX发送或者接受消息的入口,通过调用和接受界面获取的。
此外,还包括编排引擎界面(Choreography Engine Interface)、剖析器界面(Parser Interface)、网络服务建模技术界面(Web Service Modelling Toolkit Interface)及响应界面(Reasoner Interface)等组件。
3 WSMO与OWL-S的区别
OWL-S是OWL在语义网络服务中的应用,是DAML+OIL本体中专门用来描述网络服务的高层本体语言。OWL-S定义基本的类和属性描述服务,在最广泛的意义上覆盖服务的描述,而不关注专门领域或问题的应用。
WSMO是一个网络服务建模本体,创建一个与语义网络服务相关的各个方面的描述本体,目的在于解决整合问题,更加关注网络服务的整合,同时也关注专门领域的应用。
OWL-S定义了网络服务的外部可见的行为,而WSMO同时构建了怎样利用其他的服务提供者,实现网络服务的功能[12]。表1给出了WSMO与OWL-S的具体区别。表1 WSMO与OWL-S的区别
名 称WSMOOWL-S独立性描述独立的定义需求目标和网络服务使用简单的模型元素描述提供者和需求者非功能属性定义一系列核心的非功能属性仅将非功能属性限定在纲要(profile)描述非功能属性推荐使用广泛使用的词表,如DC或FOAF,鼓励已有术语再利用不主张使用通用的词表描述需求根据目标描述需求使用纲要(profiles)描述被查询的服务中 介使用不同类型的中介器将核心元素联系起来,处理分布环境的异构问题将异构问题作为构建问题,中介器不是本体的一个元素,是网络服务设施的基础部分行为描述网络服务过程的定义在底层,不公开提供服务模型描述的细节语义描述应用描述不公开,但是提供正式语义过程模块中不提供正式的应用描述语义基 础没有提供网络服务调用机制提供WSDL的基础语言层语言描述层面清楚独立在不同语言层之间缺少概念的独立性
4 范例分析
目前,WSMO的使用范例主要有:Virtual Travel Agency for Online Train Tickets[13]、SWF语义网络服务代理协作[14]、DIP[15]、Cocoon Projekt[16]及Stream Flows!System[17]等。下面以“Virtual Travel Agency”为例介绍WSMO的应用架构。
VTA是WSMO发展的第一个应用实例,数据来自WSMO发展的早期阶段,主要目的在于发展WSMO的基本元素,因此,仅限定了WSMO资源的一小部分:4个模块化的领域本体、2个目标、1个网络服务及WSMO中介。使用WSMO的概念框架,为这个使用案例指定本体、目标、网络服务和中介的顶层概念。VTA为最终用户提供查找和购买奥地利和德国线路的车票服务,假定用户要购买国际车票,使用案例的过程包括:
(1)用户创建描述购买国际车票的最高层目标;
(2)VTA是能够满足用户需求的一个服务提供者;
(3)用户进一步描述和提炼需求,提供具体的地点和时间;
(4)VTA返回一系列的可能路线;
(5)用户在这些路线中选择一个,并发送一个在线预定的请求;
(6)VTA整合在线车票预定服务,执行预定和付费过程,并向用户发送在线车票。
VTA提供的4类本体包括:
(1)International Train Ticket Ontology本体描述火车票领域本体;
(2)Date and Time Ontology为时间和日期及其关系界定了一般模型;
(3)Purchase Ontology描述在购买者和销售者之间,购买一个产品的基本要素,包括购买订单、购买双方、产品、付费、交付;
(4)Locations Ontology描述地点,包括路线、国家和城市及其关系。
VTA各方通过B2B方式进行整合并提供语义网络服务,VTA能够调用由几个eTourism提供者提供的网络服务,并整合成新的服务。VTA功能可以进一步扩展,能够创建一个提供更为复杂的旅行组合服务网络。具体的架构见图4。
图4 VTA服务总体框架(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d3/d3.3)
通过上面的范例可以看出,基于WSMO的语义网络服务更加关注实现自动和半自动的语义网络服务,强调网络服务的自动发现、中介及组合服务等功能性的网络整合服务。
通过WSMO定义的本体和语言对目标和服务进行描述,服务需求方利用各种中介发现服务、选择服务,服务提供方利用各种中介描述服务、提供服务,并在需求方和服务方之间进行互操作,将需求和服务匹配起来,完成自动的网络整合服务[18],如图5所示。
图5 WSMO的应用过程(资料来源:见参考文献18)
WSMO的目标是整合网络服务,充分考虑了语义网络服务的主要问题:(1)词表的差异,不同的商业描述采用不同的术语,WSMO通过本体,提供一种能够正式的和清晰的描述词表的机制,能够发现不同商业伙伴使用词表的差异和重复现象,并能够解决它们之间的矛盾;(2)不同的入口,即商业伙伴之间有自己的互操作模式;(3)不同的商业处理过程,可能阻碍互操作。目前的网络服务核心在于通过一个注册系统(UDDI),使用WSDL语言对各类服务描述和登记,技术关注的重点在于输入输出的数据类型和存取细节。
5 结束语
WSMO作为语义网络服务描述的本体语言,通过定义本体、描述语言和执行环境为语义网络服务各个方面提供了标准的描述机制,实现异构系统之间的互操作,为解决语义网络服务的自动发现、选择、调用、整合问题提供切实可行的方案。本文对WSMO的理论框架和基本的应用范例进行了初步的探讨,在理论和实践上,尤其是WSMO在图书情报领域的进一步应用研究,还需深入研究和思考。
参考文献
[1]Web Service Modeling Ontology[EB].http:∥www.wsmo.org,2009-07-04.
[2]Semantically-Enabled Knowledge Technologies[EB].http:∥www.sekt-project.com,2009-07-04.
[3]Data,Information,and Process Integration with Semantic Web Services[EB].http:∥dip.semanticweb.org,2009-07-04.
[4]Knowledge Web[EB].http:∥knowledgeweb.semanticweb.org,2009-07-04.
[5]W3C Submission[EB].http:∥www.w3.org/Submission,2009-07-04.
[6]D2v1.2.Web Service Modeling Ontology(WSMO)[EB].http:∥www.wsmo.org/TR/d2/v1.2,2009-07-04.
[7]WSMO NEW Structure,main intermediate deliverables[EB].http:∥www.wsmo.org/papers/presentations/SDK-cluster/lausanne/wsmotiti.ppt,2009-07-04.
[8]D2v1.2.Web Service Modeling Ontology(WSMO)[EB].http:∥www.wsmo.org/TR/d2/v1.2,2009-07-04.
[9]Meta-Object Facility,version 1.4[EB].http:∥www.omg.org/technology/documents/formal/mof.htm,2009-07-04.
[10]D16.1v0.21 The Web Service Modeling Language WSML[EB].http:∥www.wsmo.org/TR/d16/d16.1/v0.21,2009-07-04.
[11]D13.4 v0.2WSMX Architecture[EB].http:∥www.wsmo.org/TR/d13/d13.4/v0.1,2009-07-04.
[12]A Conceptual Comparison between WSMO and OWL-S[EB].http:∥www.wsmo.org/2004/d4/d4.1/v0.1/20050106/d4.1v0.120050106.pdf,2009-07-04.
[13]Virtual Travel Agency for Online Train Tickets[EB].http:∥www.wsmo.org/TR/d3/d3.3,2009-07-04.
[14]SWF—Agent Collaboration with Semantic Web Services[EB].http:∥swf.deri.at,2009-07-04.
[15]Data,Information,and Process Integration with Semantic Web Services[EB].http:∥dip.semanticweb.org,2009-07-04.
[16]Cocoon Projekt[EB].http:∥www.cocoon-health.com,2009-07-04.
[17]Stream Flows!System[EB].http:∥scholar.google.com/url?sa=U&q=http:∥www.wsmo.org/TR/d3/d3.6/v0.1/20050527/d3620050527.pdf,2009-07-04.
[18]Using the web service modeling ontology to enable semantic e-business[EB].http:∥delivery.acm.org/10.1145/1110000/1101807/p43-debruijn.pdf?key1=1101807&key2=2022512511&coll=GUIDE&dl=GUIDE&CFID=15151515&CFTOKEN=6184618,2009-07-04.
[关键词]WSMO;WSML;WSMX;OWL-S;WSMO应用范例;VTA
DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2010.08.004
[中图分类号]TP393 [文献标识码]B [文章编号]1008-0821(2010)08-0019-06
The Theoretic Framework and Application of WSMOWei Lai1 Wang Xuelian2
(1.Academy of Computer Sciences and Information Technology,Northeast Normal University,
Changchun 130117,China;
2.Library,Northeast Normal University,Changchun 130024,China)
[Abstract]WSMO is the new member report of W3C,it is the web service modeling ontology for semantic web services.The paper introduced the theoretic framework of WSMO fully and systemicly,including WSMO theoretic model,modeling language and execution environment.On the base of this,the paper compared the WSMO and OWL-S,pointed out the difference between them.Furthermore,deeply analyzed the application of WSMOs case-VTA.
[Keywords]WSMO;WSML;WSMX;OWL-S;WSMO application cases;VTA
1 WSMO简介
WSMO(Web Service Modeling Ontology,网络服务建模本体)[1]是描述语义网络服务相关方面的本体,以网络服务建模框架WSMF(Web Service Modeling Framework)为基础。由欧洲委员会和爱尔兰科学基金等多个组织资助,与欧洲语义网络服务领域的关键研究项目(如SEKT[2]、DIP[3]和Knowledge Web[4])结盟,以促进语义网络服务的发展。WSMO是W3C的成员报告,于2005年4月向W3C提交,2005年6月正式发布[5]。
1.1 WSMO的使命
WSMO为语义网络服务的核心部分提供本体的详细说明,为描述语义网络服务的各个方面创立网络服务建模本体,以解决Web Service的整合问题,将互联网络从一个人类的信息知识库转变为世界范围的分布式网络处理系统。
WSMO具有简单(尽可能简化整合问题)、完整(解决整合问题涉及的所有方面)及可操作(将现有的一系列语义操作作为参考)的特点,可以在不同应用领域(如旅游、银行、市场、供应链等领域)开展实际应用研究,同时在语义网络服务方面,能够开发出一个易于被服务机构和用户方使用的本体。
1.2 WSMO的设计原理
(1)遵守网络协议。WSMO继承URI的内容体系,作为最基本的设计原则,同时采取命名域表示信息空间,支持XML和其它W3C的网络技术协议。
(2)基于本体。本体是WSMO的数据模型,网络服务中所有的资源描述及数据转换都基于本体。本体是目前广泛接受的Semantic Web知识表示方法,本体的扩展使用允许从语义上增强信息处理过程并支持互操作,WSMO支持Semantic Web本体语言的定义。
(3)精确的匹配。WSMO的资源全部独立定义,这与网络开放和分布的特点一致。
(4)强化中介作用。中介主要处理开放环境下出现的特殊情况,WSMO在数据、本体、入口和过程等方面采用不同的中介。
(5)本体的作用独立。WSMO本体能够将用户的需求与可得到的服务独立描述。存在于特定关系中的用户可以获取不同的网络服务,例如用户可能希望根据天气、文化等方面的要求预定一个假日,网络服务将有针对性的提供航班和旅店。
(6)描述与执行。WSMO在语义网络服务元素(描述)和应用技术(执行)方面进行区分。前者需要基于适当格式的简明、合理的描述框架并提供简明的语义描述;后者主要关注支持现有的和潜在的语义网络和网络服务技术。WSMO目标在于提供一个适当的本体描述模型并整合现有的及潜在的网络服务技术。
(7)服务与网络服务。网络服务是能够实现用户目标的计算机化实体。WSMO作为描述服务的方式,不能取代网络服务的功能[6]。
2 WSMO体系架构
WSMO由3个部分构成,即WSMO(Web Services Modeling Ontology)——理论模型、WSML(Web Services Modeling Language)——建模语言、WSMX——(Web Service Execution Environment)执行环境[7]。
20102010年8月第30卷第8期WSMO理论框架与应用研究Aug.,2010Vol.30 No.82.1 WSMO
2.1.1 定义WSMO的语言
(1)WSMO定义的元-模型层(Meta-model Layer)
WSMO[8]是语义网络服务的元模型。使用MOF[9](Meta-Object Facility)规范来说明这个模型。MOF为规范、构建及元模型技术管理界定了一个抽象的语言和架构。MOF定义的元数据架构由4个层次组成:
①包含描述数据的信息层;
②模型层,由信息层描述数据的元数据组成;
③元-模型层,由定义元数据结构和语义的描述组成;
④元-元-模型层,由对元模型层结构和语义的描述组成。
在WSMO中,根据MOF界定的4个层次,WSMO本身组成了元模型层,本体、网络服务、目标和中介规范组成了模型层,由本体描述的实际数据和网络服务间的交换组成了信息层。
(2)标识符
每一个WSMO元素都由一个标识符界定:
①URI——WSMO中的任何内容都有一个URI默认标识,除非将其归为变量或者匿名ID。
②匿名IDs——匿名ID可以被编号(#1,#2,…)或者不编号(#),这些都代表标识符。匿名ID可以用来标识存在的对象,但是不需要专门的标识符。
2.1.2 WSMO的顶层本体(Top-Layer)
WSMO的顶层本体包括本体、网络服务、目标、中介四部分内容。其中,本体提供能够被其它要素使用的术语;目标用来定义网络服务应该解决的问题;网络服务描述定义网络服务的各个方面;中介协助解决问题。
(1)本体
在WSMO中,本体提供了WSMO其它元素使用的术语,以描述涉及领域的相关问题。抽取概念的最核心部分定义本体,本体通过提供概念和概念的之间的关系定义一个一致认同的术语。为了描述关系和概念的语义结构,本体通常提供一系列用逻辑语言表达的规则。WSMO提供8个本体元素:非功能属性、本体输入、使用中介、概念、关系、功能、实例和公理。其中非功能属性包括投稿者、覆盖范围、创造者、数据、描述、格式、标识符、语言、所有者、出版者、关系、权限、来源、主题、题名、类型、版本等内容;本体输入允许在本体设计时采用模块化处理,只要没有冲突,输入的数据就能够用于解决问题,或者使用中介来解决这一问题;中介用于校验输入本体;概念是组成问题领域术语的最基本元素,一个概念提供名称和类型的属性;关系用来描述几个概念之间的相互关系模型;实例一般被明确的界定或链接到实例库中。
(2)网络服务
网络服务是描述一个领域提供服务获取的计算机化实体,这些描述包含了网络服务的性能、界面及内部操作,网络服务的全部内容都使用由本体规范的术语进行描述。网络服务描述由网络服务功能、非功能和行为组成。网络服务能够提供不同的服务,如Amazon能够用于获取图书同时也能发现一本图书的ISBN号码。
(3)目标
表现用户愿望,能够通过网络服务执行实现。本体可以作为描述相关方面的领域术语。
(4)中介
中介是描述解决不同WSMO元素之间的交互问题的元素,是解决数据、过程、接口相容性的核心内容。WSMO将中介区分为4种类型(图1):
ggMediators:链接两个目标,这个链接实现了将资源目标提炼成对象目标;如果两个目标可以替换表明等值;
ooMediators:输入本体并解决可能出现的本体之间不匹配现象的中介;
wgMediators:将网络服务与目标链接的中介,是实现网络目标的手段,wgMediators可以明确显示出不同词表款目和主题图的区别;
wwMediators:链接两个网络服务的中介。
WSMO并不规定使用中介的类型,因此为中介的使用提供了最大的灵活性,允许网络服务、目标和本体之间的弱链接。图1 WSMO中介类型及关系图(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d2/v1.2/)
2.2 WSML
2.2.1 WSML目标
WSML[10]的目标是提供正式的用来描述WSMO定义的全部元素的方法。WSML的不同变量对应着不同级别的逻辑表达并使用不同的语言实例。更确切的说,WSMO采取Description Logics(描述逻辑),First-Order Logic(一阶逻辑)和Logic Programming(逻辑过程)作为WSML语言变量发展的起点。WSML语言变量既包括语法层和语义层。所有的WSML变量根据具有与WSMO概念模型元素相似的易读的语法规则进行规范。同时WSML提供XML和RDF转换系统,并提供基于OWL应用的WSML本体和OWL本体之间互操作的映射。
2.2.2 WSML使用F-Logic语言的原因
F-Logic语言提供了一个标准的建模理论;是一个完整的first order logic(一阶逻辑)语言;处于first order logic(一阶逻辑)语义时,能够提供second order(二阶逻辑)语法;提供一个小型的语义操作推理引擎。
2.2.3 WSML变量(参数)
图2显示了WSML的不同变量和变量间的关系。图中箭头代表“扩展方向”。在逻辑表达和语言实例中的变量不同。基本语言WSML-CORE扩展到两个方向,Description Logics(WSML-DL)和Logic Programming(WSML-Flight,WSML-Rule),WSML-Rule和WSML-DL都扩展到First-Order Logic(WSML-Full)。
WSML-CORE由Description Logic和Horn Logic在Description Logic Programs基础上共同界定。在WSML家族中表达能力最小,拥有最好的计算机化特征。主要特点是支持
图2 WSML的变量和变量间的关系(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d16/d16.1/v0.21/)
模块的分类、属性、二元关系和实例,同时支持分类层级和关系层级。WSML-DL是完全采用DL的WSML-CORE的扩展。WSML-FLIGHT是具有元-模型、限制和动态否定特点的WSML-CORE的扩展。以F-Logic为基础,提供一个强大的规则语言。WSML-RULE是WSML-FLIGHT在逻辑程序方面的扩展。WSML-FULL在First-Order下将WSML-DL和WSML-Rule统一起来。
2.3 WSMX
2.3.1 WSMX的特点
(1)WSMX[11]是一个综合性的软件框架,用于支持基于语义描述的Web Service的发现、选择、中介、调用及互操作。
(2)是WSMO所定义的语义网络服务各个方面的概念模型的参考执行环境,增强各种商业应用的网络服务整合功能,目标是采用灵活的方式提高自动商业处理,并提供可升级的综合解决方案。
(3)WSMX能够将服务需求者和提供者整合到一起来构建专门的任务,甚至在服务需求者和提供者预先并没有意识到彼此存在的情况下以及他们之间在数据和公共行为模式上存在重大差异的情况下。
(4)是一个开放的和共同参与的资源环境,内容重用性和一般功能性是指导WSMX发展的核心概念。
2.3.2 WSMX体系架构
WSMX体系架构包括用户界面、逻辑层、交流层和数据保存层。其中用户界面用WSMX描述注册服务功能并显示系统的执行信息;逻辑层负责处理WSMX与网络服务需求者和提供者之间的信息转换;交流层负责接受、处理和转换各种信息;数据保存层由数据库系统组成用于数据存储和检索。WSMX需要更多功能更强的组件,尤其是解决安全、转换、信任、预警等问题的组件,这也是WSMX的发展目标和方向。图3描述了WSMX的体系架构。图3 WSMX的体系架构(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d13/d13.4/v0.1/)
可见,WSMX的体系架构包括:
(1)核心组件(Core Component)。核心组件是WSMX的核心部分,所有组件间的互操作都通过核心组件来控制,如系统的商业逻辑、事件引擎、内部工作流引擎、分布组件加载等。目前核心组件是WSMX的核心模块,为了保证WSMX信任度的提高,将会发展一系列的分布式核心组件机制。没有专门的界面来定义核心组件。在参考执行时,提供一个封装的中介层以区别核心组件和其他组件。
(2)资源管理器(Resource Manager)。资源管理器是WSMX的长期保存界面。负责存储WSMX使用的每一个数据条目。目前,WSMX界定了6个知识库,4个资源库负责顶层概念,如WSMO、网络服务、本体、目标和中介器等,第5个资源库用于存储非WSMO数据条目,如事件和消息,第6个资源库用于存储WSDL文档,作为WSMO服务描述对象SOAP的基础。将来还将增加ebXML和UDDI库的建设用于WSMX数据保存。
(3)服务发现(Service Discovery)。WSMX发现组件重点发现与服务需求者目标匹配的网络服务描述。
(4)非功能选择器(Non-functional Selector)。用于从网络发现的匹配服务列表中选择最适合的服务。如果发现不止一个满足目标的服务结果,选择界面用于选择一个适合的服务,不包括调用服务。
(5)协商(Negotiation,Functional Selector)。功能性选择器用于从匹配服务列表中选择最适合的服务,这里服务必须作为选择程序的一部分被调用。
(6)数据中介(Data Mediator)。数据中介组件用于调节在网络服务的发现、组合、选择或调用中存在的数据异构性问题。
(7)程序中介(Process Mediator)。程序中介具有调节出现在网络服务调用中出现的公共程序的异构性,保证调用者的公共程序和调用的网络服务匹配。
(8)交流管理器(Communication Manager)。交流管理器是WSMX发送或者接受消息的入口,通过调用和接受界面获取的。
此外,还包括编排引擎界面(Choreography Engine Interface)、剖析器界面(Parser Interface)、网络服务建模技术界面(Web Service Modelling Toolkit Interface)及响应界面(Reasoner Interface)等组件。
3 WSMO与OWL-S的区别
OWL-S是OWL在语义网络服务中的应用,是DAML+OIL本体中专门用来描述网络服务的高层本体语言。OWL-S定义基本的类和属性描述服务,在最广泛的意义上覆盖服务的描述,而不关注专门领域或问题的应用。
WSMO是一个网络服务建模本体,创建一个与语义网络服务相关的各个方面的描述本体,目的在于解决整合问题,更加关注网络服务的整合,同时也关注专门领域的应用。
OWL-S定义了网络服务的外部可见的行为,而WSMO同时构建了怎样利用其他的服务提供者,实现网络服务的功能[12]。表1给出了WSMO与OWL-S的具体区别。表1 WSMO与OWL-S的区别
名 称WSMOOWL-S独立性描述独立的定义需求目标和网络服务使用简单的模型元素描述提供者和需求者非功能属性定义一系列核心的非功能属性仅将非功能属性限定在纲要(profile)描述非功能属性推荐使用广泛使用的词表,如DC或FOAF,鼓励已有术语再利用不主张使用通用的词表描述需求根据目标描述需求使用纲要(profiles)描述被查询的服务中 介使用不同类型的中介器将核心元素联系起来,处理分布环境的异构问题将异构问题作为构建问题,中介器不是本体的一个元素,是网络服务设施的基础部分行为描述网络服务过程的定义在底层,不公开提供服务模型描述的细节语义描述应用描述不公开,但是提供正式语义过程模块中不提供正式的应用描述语义基 础没有提供网络服务调用机制提供WSDL的基础语言层语言描述层面清楚独立在不同语言层之间缺少概念的独立性
4 范例分析
目前,WSMO的使用范例主要有:Virtual Travel Agency for Online Train Tickets[13]、SWF语义网络服务代理协作[14]、DIP[15]、Cocoon Projekt[16]及Stream Flows!System[17]等。下面以“Virtual Travel Agency”为例介绍WSMO的应用架构。
VTA是WSMO发展的第一个应用实例,数据来自WSMO发展的早期阶段,主要目的在于发展WSMO的基本元素,因此,仅限定了WSMO资源的一小部分:4个模块化的领域本体、2个目标、1个网络服务及WSMO中介。使用WSMO的概念框架,为这个使用案例指定本体、目标、网络服务和中介的顶层概念。VTA为最终用户提供查找和购买奥地利和德国线路的车票服务,假定用户要购买国际车票,使用案例的过程包括:
(1)用户创建描述购买国际车票的最高层目标;
(2)VTA是能够满足用户需求的一个服务提供者;
(3)用户进一步描述和提炼需求,提供具体的地点和时间;
(4)VTA返回一系列的可能路线;
(5)用户在这些路线中选择一个,并发送一个在线预定的请求;
(6)VTA整合在线车票预定服务,执行预定和付费过程,并向用户发送在线车票。
VTA提供的4类本体包括:
(1)International Train Ticket Ontology本体描述火车票领域本体;
(2)Date and Time Ontology为时间和日期及其关系界定了一般模型;
(3)Purchase Ontology描述在购买者和销售者之间,购买一个产品的基本要素,包括购买订单、购买双方、产品、付费、交付;
(4)Locations Ontology描述地点,包括路线、国家和城市及其关系。
VTA各方通过B2B方式进行整合并提供语义网络服务,VTA能够调用由几个eTourism提供者提供的网络服务,并整合成新的服务。VTA功能可以进一步扩展,能够创建一个提供更为复杂的旅行组合服务网络。具体的架构见图4。
图4 VTA服务总体框架(资料来源:http:∥www.wsmo.org/TR/d3/d3.3)
通过上面的范例可以看出,基于WSMO的语义网络服务更加关注实现自动和半自动的语义网络服务,强调网络服务的自动发现、中介及组合服务等功能性的网络整合服务。
通过WSMO定义的本体和语言对目标和服务进行描述,服务需求方利用各种中介发现服务、选择服务,服务提供方利用各种中介描述服务、提供服务,并在需求方和服务方之间进行互操作,将需求和服务匹配起来,完成自动的网络整合服务[18],如图5所示。
图5 WSMO的应用过程(资料来源:见参考文献18)
WSMO的目标是整合网络服务,充分考虑了语义网络服务的主要问题:(1)词表的差异,不同的商业描述采用不同的术语,WSMO通过本体,提供一种能够正式的和清晰的描述词表的机制,能够发现不同商业伙伴使用词表的差异和重复现象,并能够解决它们之间的矛盾;(2)不同的入口,即商业伙伴之间有自己的互操作模式;(3)不同的商业处理过程,可能阻碍互操作。目前的网络服务核心在于通过一个注册系统(UDDI),使用WSDL语言对各类服务描述和登记,技术关注的重点在于输入输出的数据类型和存取细节。
5 结束语
WSMO作为语义网络服务描述的本体语言,通过定义本体、描述语言和执行环境为语义网络服务各个方面提供了标准的描述机制,实现异构系统之间的互操作,为解决语义网络服务的自动发现、选择、调用、整合问题提供切实可行的方案。本文对WSMO的理论框架和基本的应用范例进行了初步的探讨,在理论和实践上,尤其是WSMO在图书情报领域的进一步应用研究,还需深入研究和思考。
参考文献
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