基于Petri網(wǎng)的語義Web服務組合建模研究

楊　　波，李穎芳，傅錦偉

（紅河學院，云南蒙自 661199）

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基于Petri網(wǎng)的語義Web服務組合建模研究

楊波，李穎芳，傅錦偉

（紅河學院，云南蒙自 661199）

摘 要：近年來，隨著Internet上的Web服務數(shù)量激增，單個Web服務已不能滿足用戶需求，開展語義Web服務的組合問題研究具有重要的現(xiàn)實意義。文章在前期Ontology的語義Web服務組合框架研究基礎上，圍繞Petri網(wǎng)在Web服務的應用展開工作，提出一種Petri網(wǎng)的服務組合建模方法，并通過實例仿真對其有效性、可行性進行了驗證。

關鍵詞：Petri網(wǎng)；OWL-S；Web服務；服務組合

1　語義Web服務

OWL-S是以OWL語言為基礎的Web服務描述框架。用OWL-S創(chuàng)建Web服務語義本體能夠增強Web服務語義信息，利用本體描述相關領域的知識，形式化定義領域內(nèi)共同認可的知識，使計算機可以理解Web服務，使得服務帶有語義信息，從而實現(xiàn)服務的自動發(fā)現(xiàn)調用和組合[1]。

定義1 將S= 定義為語義Web服務功能信息描述模型，其中，概念矢量為語義描述的輸入?yún)?shù)(一個Web服務的n 個輸入?yún)?shù))，表示服務S 的n 個輸入?yún)?shù)在領域本體庫中對應的語義概念；概念矢量為語義描述的m 個輸出參數(shù)(一個Web服務的m 個輸出參數(shù))，’ 表示服務S的m 個輸出參數(shù)在領域本體庫中相對應的語義概念。

2　基于Ontology的語義Web服務組合框架

定義2將SWSC=<π，SWS>二元組定義為語義Web服務組合，其中π表示包括串行、選擇、并列等方式的服務組合操作方法，SWS為服務候選集。

語義Web服務組合框架，主要基于Ontology環(huán)境，在注冊中心（UDDI）進行語義匹配，確定服務組合，實現(xiàn)組合服務的發(fā)布與部署，進而完成整個語義Web服務的組合過程，圖1為基于Ontology的語義Web服務組合框架。

圖1　基于Ontology的語義Web服務組合框架

整個過程如下：

1）服務提供商對發(fā)布服務進行含有語義信息的描述；

2）請求服務方根據(jù)實際要求提出具有語義信息描述的服務請求；

3）UDDI中心通過Ontology對服務發(fā)布和服務請求進行功能服務描述匹配；

4）通過調用匹配機制，進行語義相似度計算；

5）將滿足匹配的結果進行服務結果集排序，形成候選服務集；

6）基于服務候選集的服務組合操作，將獲取的服務結果集部署與發(fā)布；

7）服務請求被接受后，服務請求者與服務提供者協(xié)商，綁定目標服務，并調用組合服務；

8）組合服務調用操作。

3　基于Petri 網(wǎng)的語義Web 服務

為提高Web服務組合匹配的準確性，針對第2節(jié)提出的基于Ontology的語義Web服務組合框架，利用對語義Web服務自動組合方法進行研究，本文提出一種基于Petri網(wǎng)的語義Web服務組合建模方法，以提高Web服務組合的效率和成功率。

3.1 Petri 網(wǎng)

Petri 網(wǎng)[4]( Petri Net) 是一種利用網(wǎng)狀圖形表示系統(tǒng)模型的方法，它以描述系統(tǒng)中各元件之間的關系為基礎，以圖形化的方式來表示W(wǎng)eb 服務組合過程中的同步、并發(fā)或順序等各種活動。Petri 網(wǎng)的結構包括以下元素：

位置：用以表示系統(tǒng)可能出現(xiàn)（如隊列、緩沖、資源等）的狀態(tài)、狀況。

變遷：用以表示系統(tǒng)狀態(tài)經(jīng)歷的動作、事件。

?。河靡员硎臼录c狀態(tài)（局部）之間的關系，理解為狀態(tài)（局部）之間的轉換。

圖2　Petri 網(wǎng)

3.2 基于Petri 網(wǎng)的語義Web 服務

定義3 用PN= ( P,T,F,I,O)的元組（五元）定義Petri 網(wǎng)，其中：P代表位置（操作）集合，T表述狀態(tài)變遷、轉移；F代表有向弧的一個集合，F(xiàn)?(S×T)∪(T×S) ；I（輸入庫所）={x∈S×T |( X，I)∈F} =φ ；O（輸出庫所）= { x∈S×T |(OX) ∈F}=φ 。

定義4 用WS= ( Sname,Coms,Spn)的元組（三元）定義Web服務，其中：服務名(Sname)；基本服務集合Coms：當集合元素與Sname相同，其本身即為基本服務，反之當集合元素與Sname不相同，本身即為組合服務。Spn= ( P,T,F,I,O)，表示加入 Web 服務元素的 Petri 網(wǎng)。

基于以上的定義，可以將OWL-S 的8種結構利用Petri 網(wǎng)進行描述，如圖3所示。

圖3　Petri 網(wǎng)對OWL- S 的8 種結構

4　基于Petri 網(wǎng)的語義Web 服務組合建模

建模工作是在本文提出的Ontology的語義Web服務組合框架研究基礎上，將 Web 服務組合和Petri 網(wǎng)進行聯(lián)系，實現(xiàn)了從 Web 服務組合過程到 Petri 網(wǎng)的轉換，最終達到服務組合的目的。

我們通過主體的語義Web 服務自動組合研究，服務需求者希望通過相關旅游資訊網(wǎng)，完成上海到昆明的旅游。具體有如下要求：服務需求者根據(jù)自身需要決定旅游時間，并具體說明旅游所需的交通工具和旅游駐地酒店基本要求。初始條件：由出行天氣，判定并選擇出行工具；確認條件：由到達時間，決定酒店房間預訂。

服務需求者共涉及包括天氣、機票預訂、火車票預定、酒店房間預訂的4各Web 服務，分別記為W1、W2、W3、W4。就單個服務的部署情況看，不能滿足服務需求者要求，將分布于不同服務器中的單個服務進行組合才能達到需求者的目的。

這個預定服務過程包括順序結構、選擇結構、循環(huán)結構等組合結構。利用Petri 網(wǎng)描述其服務組合過程如圖4所示。

圖4　Petri 網(wǎng)服務組合建模

本文的Petri 網(wǎng)的建模與仿真工作是在前期基于Ontology的語義Web服務組合基礎上進行的，Petri 網(wǎng)的庫所和變遷如下所示：

Start：開始狀態(tài)；p1：執(zhí)行成功狀態(tài)；p2：天氣晴朗狀態(tài)；p3：天氣不晴朗狀態(tài)；p4：預定機票狀態(tài)；p5：未設置；p6：預定火車票狀態(tài)；p7：預定機票成功狀態(tài)；p8：預定火車票成功狀態(tài)；p9：到達時間確認狀態(tài)；p10：預定酒店成功狀態(tài)；End：服務結束狀態(tài)。

t1：開始執(zhí)行；t2：天氣晴朗查詢；t3：天氣不晴朗查詢；t4：查詢結果不滿足預定要求；t5：預定機票操作；t6：預定火車票操作；t7：查詢結果滿足飛機票預定要求；t8：查詢結果不滿足預定要求；t9：查詢結果滿足火車票預定要求；t10：到達時間確認執(zhí)行；t11：酒店訂單預定執(zhí)行；t12：預定不滿足要求；t13：預定成功執(zhí)行。

5　結語

單個服務組合的多個服務，在目前Web服務資源激增的情況下，才能到達服務增值效果，同時也是服務提供層面獲取最大利益的保障。本文提出的Petri 網(wǎng)的語義Web 服務組合建模方法，將Petri網(wǎng)作為處理模型、系統(tǒng)建模的工具，對單個Web 服務的組合服務生成具有推進作用，也能提高Ontology的環(huán)境下服務組合的有效性問題。下一步，將展開面向語義Web 服務組合的Petri 網(wǎng)知識推理研究工作。

參考文獻：

[1]楊波.基于服務Ontology的語義Web服務匹配問題研究[D].昆明:云南師范大學,2008.

[2]馬洪江,周相兵,楊興江.一種面向本體的語義Web服務組合框架研究[J].科學技術與工程,2010.

[3]BoYANG1,Ying Fang LI,Xiang YANG1,Ying Jiang LI.The Research of Semantic Web Service composition framework Based on Ontology.Advanced Materials Research,2014,912-914:1473-1476.

[4]梁磊,董瑞洪.基于Petri網(wǎng)的語義Web 服務組合模型[J].甘肅科技,2012,28(09):26-27.

[5]邱莉榕,史忠植,林芬,常亮.基于主體的語義Web 服務自動組合研究[J].計算機研究與發(fā)展,2007,44(4): 643-650.

[6]HAMADI R,BENATALLAH B.A Petri net- based model for Web service composition[C].In Proceedings of the Fourteenth Australasian Database Conference on Database Technologies,2003,17:191-200.

[7]鄒金安.Petri 網(wǎng)在語義Web 服務組合中的應用研究[J].河北工程大學學報(自然科學版),2009,26(13):73-77.

[8]Ying Fang LI,Kun LIU ,Bo YANG.Researching the Model of Semantic Web Service composition based on Qos.Applied Mechanics and Materials,2014,556-562,5215-5218.

[責任編輯 張燦邦]

Research on Semantic Web Service Composition Modeling Based on Petri Net

YANG Bo,LI Ying-fang,FU Jin-wei
(Engineering College of HongHe University,Mengzi 661199,China)

Abstract:In recent years,with the surge in the number of Web services on the Internet,a single Web service can not meet the needs of users,to carry out the study of the combination of semantic Web services has important practical significance.In this paper,a semantic Web service composition modeling method based on Petri net is proposed,and the validity and feasibility of the method are verified by modeling and simulation.

Key words:Petri net; OWL-S; Web service; Service composition

基金項目：云南省教育廳科學研究基金資助項目（2013C016)

收稿日期：2016-01-14

DOI:10.13963/j.cnki.hhuxb.2016.02.010

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9128（2016）02-0037-02

第一作者：楊波（1977-），男，云南建水人，副教授，碩士，研究方向：語義Web、數(shù)據(jù)挖掘。