一些基础理论和技术

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察魏
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1 服务计算基础 Foundation of Services Computing 王旭

2 四服务计算关键技术

3 服务计算全景 3

4 4 服务 Lifecycle 服务组合服务发现服务描述

5 5 关键技术 4.1 服务描述 4.2 服务发现 4.3 服务组合

6 4.1 服务描述

7 7 服务描述方法基本描述 : WSDL 有状态服务描述 : WSRF 组合服务描述 : BPEL,WSCDL 语义服务描述 : OWL-S( 本次课程内容 )

8 基本描述 -WSDL 一为什么? 接口 Port Type Formats & Protocols Operation Input & Output 访问说明 Binding How to encode Message Implements Port Provides Services Endpoints 8

<porttype name="stockquoteporttype"> <operation name="getlasttradeprice"> <input message="tns:getlasttradepriceinput"/> <output

type="tns:stockquoteporttype"> <soap:binding style="document" transport="http://schemas.xmlsoap.

com/getlasttradeprice"/> <input> <soap:body use="literal"/> </input> <output> <soap:body use="literal"/> </output> </operation>

9 <porttype name="stockquoteporttype"> <operation name="getlasttradeprice"> <input message="tns:getlasttradepriceinput"/> <output message="tns:getlasttradepriceoutput"/> </operation> </porttype> <binding name="stockquotesoapbinding" type="tns:stockquoteporttype"> <soap:binding style="document" transport=" <operation name="getlasttradeprice"> <soap:operation soapaction=" <input> <soap:body use="literal"/> </input> <output> <soap:body use="literal"/> </output> </operation> </binding> 存在什么问题?? <service name="stockquoteservice"> <documentation>my first service</documentation> <port name="stockquoteport" binding="tns:stockquotebinding"> <soap:address location=" </port> </service> 9

10 10 传统 Web 服务技术的不足 Web 服务只有语法信息描述服务发现组合和执行都基于语法信息 Web 服务的可用性使用集成均需要人工检查人工介入降低了可扩展性 Web 服务技术协议栈不能很好实现 SOA/Web 服务的远景目标 Automate Web Service technologies

11 11 二怎么做? 借鉴 Web 的语义 > 5 亿互联网用户 > 30 亿网页 Static WWW URI, HTML, HTTP

12 12 The Vision 在自动信息处理中的不足 : finding extraction representation interpretation maintenance Static WWW URI, HTML, HTTP Semantic Web RDF, RDF(S), OWL

13 13 The Vision Dynamic Web Services UDDI, WSDL, SOAP Enable Computing over the Web Static WWW URI, HTML, HTTP Semantic Web RDF, RDF(S), OWL

14 14 The Vision Automated Web Service Usage Dynamic Web Services UDDI, WSDL, SOAP Semantic Web Services Static WWW URI, HTML, HTTP Semantic Web RDF, RDF(S), OWL

15 15 三 Semantic Web 是怎么做的什么是语法 Syntax 语义 Semantic 关于语言的意义语法语义指示客观事物及关系今天我们在 A209 上服务计算课程神马都是浮云我说的是假话北京和首都关于语义的表达逻辑 : 命题逻辑谓词逻辑

16 16 当前 Web 存在的问题 WWW 是最大的信息资源仓库, 包含几乎任何领域内的文档和媒体资源, 并且这些数据可以在瞬间被个人和组织访问其成功很大程度来自于分布式设计, 即 Web 页可以存放于任何一台主机, 通过超链可以访问本机或远程的页面 Web 存在的问题信息难以抽取 : 具有无限的潜力, 然而尚未发挥出来, 困难在于 Web 页上的信息内容很难抽取资源难以定位 : Web 的大小使得很难定位相关的信息资源推理难以实施 : 目录服务 (Yahoo) 和搜索引擎 (Google) 提供了一些帮助, 但远不能满足用户的需求用户难以让 Web 作更多的功能远远超过目录和搜索的事情, 比如让 Web 为用户安排一个完美的度假上述问题的根源在于 :Web 不是设计给机器处理的

$fraction of the WWW, demonstrating hyperlin$

17 17 Graphic representation of a minute fraction of the WWW, demonstrating hyperlin ks Web 的展现

18 Web Page 18

19 19 当前 Web 上的通讯主体 A 把信息放到网页中,Web 在主体 B 的浏览器端显示出来, 实际上仍然是人之间的通讯,Web 并不理解网页中的内容主体 A Web 页面 World Wide Web 主体 B Common Knowledge

20 20 如何让机器理解 Web 两种途径 : 1. 自然语言理解技术, 然而仍然有很多关键问题没有解决 2. 用知识表示语言来描述 Web 页, 即构造一种新的 Web-- 语义 Web

21 21 语义网上的通讯 Web 携带语义信息, 使机器能够理解 Web 页面, 从而实现强大的功能需要一个人和机器都能理解的 Ontology 主体 A 结构化 Web 页面 Machine Ontology 形式化的对于共享概念体系的明确而又详细的说明

22 22 为什么需要 Ontology Ontology 为人类和应用程序系统提供了一个对于主题的共同理解 Ontology 为了不同来源的信息的合成, 提供了一个共同的相关领域的理解 Ontology 为了在不同的应用程序之间共享信息和知识 ( 用于互操作 ), 描述应用程序的领域, 定义术语及其关系提供机器能够理解的信息结构使领域知识能够被再利用

23 23 Ontology 的概念最早是一个哲学概念, 从哲学的范畴来说, Ontology 是客观存在的一个系统的解释或说明, 关心的是客观现实的抽象本质在人工智能界,Ontology: 给出构成相关领域词汇的基本术语和关系, 以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义通常认为,Ontology 是共享概念模型的明确的形式化规范说明

24 Ontology- 本体本体提供的是一种共享词表, 也就是特定领域之中那些存在着的对象类型或概念及其属性和相互关系本体就是一种特殊类型的术语集, 具有结构化的特点, 且更加适合于在计算机系统之中使用本体实际上就是对特定领域之中某套概念及其相互之间关系的形式化表达分为上层本体和领域本体 Web Ontology OWL COSMO: 属于一部基础本体 ( 当前版本为 OWL), 其设计旨在收录所有从逻辑上说明任何领域实体的含义时所需的原初型概念有关内科学与外科学医学术语的 GALEN 本体 (OWL-DL 格式 ) 基因组学领域的基因本体 (Gene Ontology,GO) 疾病本体 (Disease Ontology): 在设计上旨在促进各种疾病及相关健康状况向特定医学代码的映射参阅 : F%E7%A7%91%E5%AD%A6) 24

25 25 Programming Languages 法国人 ( 不懂中文 ) 中国人 ( 不懂法文 ) 计算机 ( 既不懂中文, 也不懂法文 ) 为什么都能看懂 Programming Language Java C/C++ Python PL 的语法语义, 定义了一套关键字和句子是中国人法国人计算机都认可都理解的

26 GALEN 医学本体 GALEN 是医学中的语言百科全书和命名法的普遍体系结构, 它使用称为 GRAIL 的一个描述逻辑提供临床应用的语言术语和编码服务 http://202.38.126.

26 26 GALEN 医学本体 GALEN 是医学中的语言百科全书和命名法的普遍体系结构, 它使用称为 GRAIL 的一个描述逻辑提供临床应用的语言术语和编码服务 %E8%AF%AD%E4%B8%8E%E5%8C%BB%E5%AD%A6%E6%9C%AC%E4%BD%9 3

27 乔治敦大学蛋白质本体 PRO 27

28 28 Ontology 实例 Concept conceptual entity of the domain Property attribute describing a concept Relation relationship between concepts or properties Axiom coherency description between Concepts / Properties / Relations via logical expressions Instance individual in the domain student ID name Student lecture no. Person isa hierarchy (taxonomy) attends Lecture holds Professor topic holds(professor, Lecture) => research field Lecture.topic = Professor.researchField Ann memberof student name = Ann Lee studentid = 12345

29 29 语义 Web(Semantic Web) 通过给万维网上的文档 ( 如 :HTML) 添加能够被计算机所理解的语义 (Meta data), 从而使整个互联网成为一个通用的信息交换媒介

30 30 Web Ontology Language OWL Semantic Web led to requirement for a web ontology language W3C set up Web-Ontology (WebOnt) Working Group WebOnt developed OWL language OWL based on earlier languages OIL and DAML+OIL OWL now a W3C recommendation (i.e., a standard) OIL, DAML+OIL and OWL based on Description Logics OWL effectively a Web-friendly syntax for SHOIN

31 31 OWL RDF/XML Exchange Syntax 医生世家 : 所有孩子中, 要么自己是医生, 要么自己的孩子中也有当医生的

32 32 Class/Concept Constructors C is a concept (class); P is a role (property); x i is an individual/nominal XMLS datatypes as well as classes in 8P.C and 9P.C Restricted form of DL concrete domains

33 33 Ontology Axioms OWL ontology equivalent to DL KB (Tbox + Abox)

34 四语义 Web 服务自动化的 Web 服务技术, 基于以下技术 Web 服务的形式标注基于推理的 ( 半 ) 自动化的服务发现组合调解执行集成语义 Web 技术将 Ontology 作为数据模型 Semantic Web 数据的机器解释本体作为数据模型 + 服务的自动发现选择组合和执行 Web Service 语义 Web 服务是实现下一代 Web 远景目标的集成方案 34

语义 Web 相关语言的关系 Semantic Web Services Language (SWSL) http://www.w3.org/submission/swsf-swsl/ Web Service Modeling Language (WSML) http://www.w3.org/submission/wsml/ OWL-S: Semantic Markup for Web Services http://www.

35 语义 Web 相关语言的关系 Semantic Web Services Language (SWSL) Web Service Modeling Language (WSML) OWL-S: Semantic Markup for Web Services Resource Description Framework (RDF) 35

36 36 Web 服务使用过程 1. Deployment 创建发布 Web 服务描述 2. Discovery 决定对一个请求的可使用服务 3. Composition 组装服务, 达到目标 4. Selection 在可用服务集中选择一个最合适的服务 5. Mediation 解决阻碍互操作的失配 ( 数据协议过程 ) 6. Execution 调用服务语义 Web 服务可有效支持对上述过程

37 37 Web 服务的语义类型信息模型的语义 : 服务使用暴露的数据的语义功能语义 : 服务做什么非功能语义 : 关于服务非功能性属性的语义, 如 QoS 安全等行为语义 : 关于服务行为的语义, 比如 choreography, faults 等

38 38 语义 Web 服务的标准规范 Web Services Top-down: OWL-S, WSMO Bottom-up: WSDL-S/SAWSDL, WSMO-Lite OWL-S: Semantic Markup for Web Services Ontology Web Language for Services

39 39 OWL-S 一个上层 ontology, 用于描述 : Web 服务的 properties & capabilities Automation Enabled by OWL-S Web Service Discovery & Selection 发现飞往纽约的航班 Web Service Invocation 预订 18 日抵达的美联航机票 Web Service Composition & Interoperation 安排从圣巴巴拉经纽约到波士顿的航班出租车酒店 Web Service Execution Monitoring 去机场的出租车是否已经预订成功?

40 40 OWL-S 顶层 Ontology Resource Service Grounding provides supports (how to access) Service presents (what it does) describedby (how it works) Service Profile input types output types preconditions effects Service Model communication protocol (RPC, HTTP, ) port number marshalling/serialization process flow composition hierarchy process definitions

41 41 Service Profiles Service Profile Presented by a service Represents what the service provides One can derive: Service Advertisements Service Requests

42 OWL-S Service Profile 42

43 43 Service Models Service Process Describes how a service works Facilitates (automated) Web service invocation composition interoperation monitoring

44 44 The Process Ontology Process Ontology 的基本类是 Process. 包括 : any number of (possibly, conditional) inputs; any number of (possibly, conditional) outputs; any number of preconditions, which must hold in order for the process to be invoked; any number of (possibly, conditional) side effects; any number of participants (subprocess)

45 45 Process 的类型 Atomic processes: 直接可调用无子过程单步执行 Composite processes: 由一组其他组合 / 非组合过程构成, 包含 composedof 属性, 表明该组合过程的控制结构 (ControlConstruct 子类 ) Simple processes: 一些抽象概念, 用于提供某些原子过程的一个视图, 某些组合过程的一个简化表达 ( 黑盒 )

46 Process Model 46

47 47 过程的控制结构 Construct Sequence Concurrent Split Split+Join Unordered Choice If-then-else Description Execute a list of processes in a sequential order Execute elements of a bag of processes concurrently Invoke elements of a bag of processes Invoke elements of a bag of processes and synchronize Execute all processes in a bag in any order Choose between alternatives and execute one If specified condition hold, execute Then, else execute Else. Repeat-Until Iterate execution of a bag of processes until a condition holds Repeat-While Iterate execution of a bag of processes while a condition holds

48 48 Atomic Process Example Airport Flight Date departureairport_in outbounddate_in AtomicProcess GetDesired Flight Details <! Atomic Process Definition - GetDesiredFlightDetails -- > <rdfs:class rdf:id= GetDesiredFlightDetails > <rdfs:subclassof rdf:resource= /> </rdfs:class>

49 49 Atomic Process Example <! (sample) Inputs used by atomic process GetDesiredFlightDetails --> <rdf:property rdf:id="departureairport_in"> <rdfs:subpropertyof rdf:resource= " /> <rdfs:domain rdf:resource="#getdesiredflightdetails" /> <rdfs:range rdf:resource=" DAML-S/concepts.daml#Airport" /> </rdf:property> <rdf:property rdf:id="outbounddate_in"> <rdfs:subpropertyof rdf:resource=" /> <rdfs:domain rdf:resource="#getdesiredflightdetails" /> <rdfs:range rdf:resource=" DAML-S/concepts.daml#FlightDate" /> </rdf:property>

50 Composite Process Example <rdfs:class rdf:id="bookflight"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#compositeprocess" /> <rdfs:subclassof rdf:resource=" /> <daml:subclassof> <daml:restriction> <daml:onproperty rdf:resource=" /> <daml:toclass> <daml:subclassof> <daml:unionof rdf:parsetype="daml:collection"> <rdfs:class rdfs:about="#getflightdetails" /> <rdfs:class rdfs:about="#getcontactdetails" /> <rdfs:class rdfs:about="#reserveflight" /> <rdfs:class rdfs:about="#confirmreservation" /> </daml:unionof> </daml:subclassof> </daml:toclass> Composite Process </daml:restriction> BookFlight </daml:subclassof> </rdfs:class> Get Flight Details Sequence Get Contact Details Sequence Reserve Flight Sequence Confirm Reservation 50

51 51 Service Grounding Service Grounding 提供服务访问信息的规范 Service Model + Grounding 才给定了使用服务的所有信息构建在 WSDL 之上指定 : 通信协议传输机制等

52 52 OWL-S / WSDL Binding OWL-S Process Model Resources/Concepts Atomic Process Operation Inputs / Outputs Message Binding to SOAP, HTTP, etc. WSDL

53 OWL-S / WSDL Mapping 53

54 54 OWL-S 案例 Congo.com (B2C site)

55 结束! 55

web - Web Grid Web Service - semantic -RDF Semantic Web -

RDF Zhulj@chinaecc.org http://www.chinaecc.org web - Web Grid Web Service - semantic -RDF Semantic Web - Web 1990 Tim Berners-Lee Web HTML Web Web HTML Semantic Web Semantic web web web web -Tim Berners-Lee,