基于語義描述的制造業(yè)Web服務合成研究

盧 健, 刁雅靜, 王志英

(江蘇科技大學經濟管理學院,江蘇鎮(zhèn)江212003)

在因特網(wǎng)環(huán)境下,為了使各個服務能夠協(xié)作、交換信息來完成共同的任務,解決目前網(wǎng)絡上廣泛存在的信息格式的異構性、信息語義的多重性以及信息關系的匱乏和不統(tǒng)一等問題,需要采用標準的方式來描述服務的各種信息。如何對服務描述是基于Web服務的應用集成的關鍵問題之一。Web服務合成技術的出現(xiàn)為這一問題提供了很好的解決方案。目前Web服務合成的研究方法主要分為兩種：(1)以XML的工作流描述語言和工作流技術為基礎的方法,具有代表性的語言是WSCL、BPEL4WS等。它們能夠描述Web服務流程模型,也能夠作為一種可執(zhí)行語言供Web服務流程解析引擎執(zhí)行;(2)以Web服務語義描述模型為基礎的方法,具有代表性是面向服務的網(wǎng)絡本體語言OWL-S(Ontology Web Language for Services)。是基于網(wǎng)絡本體語言OWL(Ontology Web Language)在Web服務領域的應用,是OWL的擴展,用參數(shù)、前提和結果等來描述服務,可以比較自然地映射為行為的形式化描述,克服了基于可擴展標記語言XML(Extensible Markup Language)的Web服務描述方法缺乏語義信息的問題[1]。以基于語義的Web服務合成理論為基礎,在分析制造業(yè)信息資源特點的基礎之上,以庫存管理領域為應用實例,選取OWL-S作為服務本體描述語言提出了制造業(yè)Web服務合成的一般方法。

1 基本理論

領域本體是對特定領域內概念及概念間關系的精確描述。領域本體的構建是實現(xiàn)某領域內Web服務合成的基礎和前提。構建本體的難點在于準確和完整地描述領域中的概念,概念之間的相互關系[2],對于制造業(yè)這種復雜領域來講這種關系不僅包含簡單的縱向關系,還包含了概念之間的橫向關系,如兩概念間的依賴關系、關聯(lián)關系。

定義1 本體五元組的定義[3]

其中：C表示領域本體的術語集,Ac表示概念間的簡單屬性(非關聯(lián)屬性),Ar表示概念間的關聯(lián)屬性,H表示術語C的繼承關系,包含類繼承和屬性繼承,X表示公理集。

OWL-S是本體語言OWL的一個子集,用于描述Web服務的屬性和功能以及訪問的方法。它使Web服務具有機器可理解性和易用性,從而讓人性化的智能主體支持自動的,動態(tài)的服務發(fā)現(xiàn)、執(zhí)行、組合和互操作。主要由3個部分組成：(1)服務輪廓：描述服務的內容,即服務做什么。用于服務的發(fā)布和發(fā)現(xiàn)。服務查詢代理利用其提供的語義信息判斷所找到的服務是否符合查詢要求。(2)服務過程模型：描述服務如何工作,即服務執(zhí)行時具體的邏輯執(zhí)行順序?？梢詫⒁粋€服務視為一個過程。在過程模型中,有兩大本體：過程本體和過程控制本體。其中過程本體又分為3類：原子過程、簡單過程以及合成過程。原子過程是不可再分的過程,可以直接被調用。組合過程由若干原子和簡單過程構成,每個過程由一個控制構造定義,控制構造來定義組合過程的執(zhí)行順序[4]。(3)服務基點：描述如何訪問服務,即描述訪問服務時的通信協(xié)議及其它一些特定細節(jié)。其中,服務過程模型所提供的語義信息可被服務搜索代理用于深入分析該服務是否滿足其需要;完成特定的任務從多個服務中集成若干服務;在服務的設定過程中調整不同參與者的活動;監(jiān)控服務的執(zhí)行等用途。可見服務過程模型與Web服務的組合有著密切的關系,前者為后者的實現(xiàn)提供了必要的信息。

2 制造業(yè)Web服務合成研究框架

目前國內外學者對語義Web服務的研究主要有3方面：(1)基于語義描述Web服務的方法論的研究[5-7]：文獻[5]提出了基于OWL-S如何描述服務的方法論。文獻[6]提出了基于語義網(wǎng)的旅游本體構建方法。(2)對于OWL-S的具體實現(xiàn)技術的探討：如文獻[8]、[9]研究了服務基點的交互方法的詳細說明,基于領域本體實現(xiàn)服務合成的技術方法。(3)語義Web服務描述應用領域的研究：如文獻[6]、[10]、[11]表明國內外對于語義Web服務的應用領域主要集中于旅游服務、地理服務和航空訂票服務等領域,沒有應用于制造企業(yè)的先例。究其原因主要是制造業(yè)領域業(yè)務過程復雜、業(yè)務活動繁多且各個活動之間語義關系眾多,難以規(guī)范化定義。論文在調研了一般制造企業(yè)業(yè)務流程的基礎之上,將制造業(yè)的若干業(yè)務活動按“管理職能-管理過程-管理活動”[12]逐層分解,首先在領域專家的幫助下抽取領域術語,定義約束公理完成領域本體的構建,為描述Web服務提供詞匯字典和描述基礎;然后將每個管理過程包含的若干管理活動分別定義為原子過程,這樣管理過程就成為這些原子過程的合成過程,通過定義服務的上層本體實現(xiàn)Web服務的動態(tài)描述,最后通過OWL-S編輯器模擬實現(xiàn)Web服務的動態(tài)合成過程。具體流程如圖1所示。

圖1 制造業(yè)Web服務合成研究框架

3 應用實例

以一般企業(yè)物資管理子領域的庫存管理過程為例,庫存管理是物資管理系統(tǒng)中最核心、最基本、也是最重要的部分,反映了企業(yè)物資的實物狀態(tài)。過程主要由入庫申請,入庫單審核、保管實收入庫、出庫申請、領料單審核、限額發(fā)料、保管實發(fā)出庫和庫存記賬等管理活動構成。

3.1 領域本體

領域術語定義如表1所示。

表1 庫存管理相關概念術語抽取

根據(jù)本體五元組定義,以下給出各個術語的關系編碼：

3.2 Web服務定義

(1)創(chuàng)建庫存管理的若干原子過程如表2所示。其中的若干參數(shù)均在以上領域本體中定義完成。

表2 庫存管理參數(shù)匯總表

(2)定義合成過程

合成過程為compositeprocess-kcgl(庫存管理),定義控制構造為Split+Join,設置輸入輸出參數(shù),通過OWL-S編輯器實現(xiàn)自動合成,如圖2所示。

(3)定義服務上層本體

在OWL-S編輯器中分別定義服務輪廓kcgl-profile、服務基點Wsdlgrounding-kcgl及服務kcgl-service;其中kcgl-profile的 service name為 ：kcgl-service,has-process為：compositeprocess-kcgl,輸入輸出參數(shù)通過IOPR管理器進行管理;Wsdlgrounding-kcgl中每個原子過程均定義相對應的基點sqrkgrounding,rkdshgrounding,bgssrkgrouding,rksqgrouding,lldsqgrouding,bgsfckgrouding,xeflgroudingkcjzgrouding;OWL-S編輯器實現(xiàn)服務本體如圖3所示。

以上應用實例中服務輪廓和服務過程模型的定義都是關于服務的抽象描述,而服務基點是涉及到服務的具體規(guī)范,它的核心功能是將一個原子過程的抽象輸入和輸出實現(xiàn)成具體的消息映射,目前工業(yè)界廣泛采用的消息描述標準格式是WSDL(Web Services Description Language),它與OWL-S文件格式存在映射關系。

圖2 庫存管理合成過程圖

圖3 庫存管理服務本體

4 結論

(1)將基于語義的Web服務動態(tài)合成一般方法應用于制造業(yè)領域,在領域專家的幫助下完成領域本體的構建;將管理活動分別定義為原子過程實現(xiàn)了Web服務的動態(tài)合成,為實現(xiàn)自上而下的制造業(yè)信息系統(tǒng)集成和重用提供了可借鑒的方法。

(2)由于篇幅有限文中僅選取庫存管理領域為應用對象,它的業(yè)務流程復雜在制造業(yè)各子領域中具有一定的代表性,該方法同樣適用于其他管理子領域。

(3)OWL-S文件向WSDL文件映射的技術實現(xiàn)需要做更加深入的研究;在服務的語義描述中應該加入關于服務質量的描述信息提高服務選擇的靈活性。

[1]OWL-S ：Semantic Markup for Web Services[EB/OL].http ：//www.daml.org/services/owl-s/1.0/

[2]林汝坤,劉芳,戴長華,姚莉.OWL本體建模中約束公理的應用[J].計算機工程,2006,32(16).

[3]Naing M M,Lira E P,Gob DH.Ontology-Based web annotation framework for hyperLink structures[A].Proceedings of the International Workshop on Data Semantics in Web Information Systems(DASWIS'02)[C].Singapore,2002：184-193.

[4]Shum,S B,E Motta,J Domingue.ScholOnto.an ontology-based digital library server for research documents and discourse.[J].Digital Libraries,2000,3(3)：237-248.

[5]Micherael C Jaeger,L Engel.A methodology for developing owl-s descriptions[J].In First International Conference on Interoperability of Enterprise Software and Applications workshop on Web Servicess and Interoperability,2005.

[6]Chang Choi,Miyoung Cho.Travel ontology for recommendation system based on semantic web.2006,20-22.

[7]石磊,沈超.語義Web服務描述框架研究綜述[J].計算機技術與發(fā)展,2006,16(11)：134-139.

[8]Gerald C.Gannod,Raynette,J.Brodie.An interactive Approach for specifying owl-s groundings[J].Proceeding of the 2005 ninth IEEE International Enterprise computing conference.IEEE computer society.

[9]李曼,王大治,杜小勇,王珊.基于領域本體的Web服務動態(tài)合成[J].計算機學報,2005,28(4)：644-650.

[10]安楊,趙波.基于Ontology的地理服務描述[J].計算機工程,2005,31(12)：4-6.

[11]吳明昌,顧君忠.在Web services動態(tài)合成方面的OWL-S語義擴展[J].計算機應用與軟件,2007,24(5)：69-71.

[12]葛世倫,潘燕華.大型單件小批制造企業(yè)信息模型[M].北京：科學出版社,2006.