一種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：服務器端和客戶端，其中服務器端包括：數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊、自動生成工作流模塊、服務發(fā)現(xiàn)模塊和服務組合模塊；客戶端包括：需求語義輸入模塊和展示模塊；方法包括：根據(jù)輸入需求語義、領域庫和行為庫自動生成工作流；對生成的工作流進行細微調(diào)整；根據(jù)工作流和服務的語義信息，通過語義相似度計算獲得候選服務集；根據(jù)服務的QoS信息選擇一條既能滿足用戶QoS約束，同時QoS屬性最優(yōu)的執(zhí)行路徑。本發(fā)明可以實現(xiàn)大規(guī)模復雜軟件的真正自動演化生長，不需要人工干預提供工作流，極大提高了服務組合效率。
【專利說明】—種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)及方法，屬于計算機互聯(lián)網(wǎng)【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的迅猛發(fā)展，越來越多的在線商業(yè)解決方案被提出。然而任何一個服務都只能滿足相對單一的客戶需求。服務提供商們迫切希望現(xiàn)有的服務能夠被方便地組合成功能更加強大的增值服務，用來滿足更為多樣化的需求，所以人們提出了 Web服務組合的概念。目前自動服務組合有兩大類方法:一類是利用工作流，另一類是利用Alplanning。目前利用工作流的方法都是假定工作流是由用戶給定，不能完成工作流自動生成。
[0003]進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?01110051185，公開了一種基于QoS歷史記錄的服務組合優(yōu)化方法，包括以下步驟:獲取數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集由各個web服務的QoS歷史記錄組成；求解前N個最優(yōu)的基于歷史記錄的組合方案；計算服務貢獻度，利用上步中產(chǎn)生的前N個最優(yōu)的基于QoS歷史記錄的組合方案，計算各個服務的貢獻度值，從而為服務組合中的每個任務選擇符合要求的web服務；且對每個任務的候選服務而言，擁有最高貢獻度值的那個服務將被選出，參加最優(yōu)服務組合方案的執(zhí)行。該發(fā)明的優(yōu)點在于利用了服務的QoS歷史記錄做決策，更加客觀，可信，提出了貢獻度的變量參數(shù)，根據(jù)服務貢獻度值的大小，來決定哪些服務參與最終的最優(yōu)組合方案，從而使得最后的組合方案的可信度更高。但是該方法沒有自動生成工作流，假定工作流是用戶給定的。
[0004]進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?01110030391，提供一種支持Top K查詢的自動服務組合方法，包括:用戶提交用于請求前K個質(zhì)量最好的服務組合結(jié)果的查詢請求，根據(jù)該查詢請求以及多個原子服務的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、原子服務間的匹配關(guān)系建立服務依賴圖，由所述服務依賴圖找出滿足所述查詢請求第一最優(yōu)關(guān)鍵路徑；將所述第一最優(yōu)關(guān)鍵路徑保存在集合中；從所述集合中選取總服務質(zhì)量值all QoS最優(yōu)的關(guān)鍵路徑作為當前的最優(yōu)關(guān)鍵路徑，并生成對應的服務組合結(jié)果，然后對當前的最優(yōu)關(guān)鍵路徑進行松弛操作，生成新的關(guān)鍵路徑，并放入所述集合中；重復上述操作，直到已經(jīng)找到的所有服務組合結(jié)果的數(shù)目達到用戶所需要的K值。該發(fā)明提高了求最優(yōu)服務組合的結(jié)果的自動化程度，但是該自動化研究的是在Al planning領域,而不是基于工作流的方法。
[0005]綜上，現(xiàn)有技術(shù)都沒有從根本上完成自動生成工作流，針對此不足，本發(fā)明提出了一種能夠自動生成工作流的服務組合方法；并且在服務組合模塊進行了改進，使得在滿足服務組合查全率的同時，提高了服務組合的查準率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明技術(shù)解決問題:為了解決工作流不能自動生成，需要用戶提供的問題，提供一種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)工作流的自動生成，使得工作流生成不需要人工干預提供工作流，極大提高了服務組合的自動化效率。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)，其特征在于包括:服務器端和客戶端，其中服務器端包括:數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊、自動生成工作流模塊、服務發(fā)現(xiàn)模塊和服務組合模塊；客戶端包括:需求語義輸入模塊和展示模塊，其中:
[0008]數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊包括構(gòu)建領域庫、行為庫和服務資產(chǎn)庫；所述領域庫是指用戶提出的需求所在的業(yè)務領域，領域庫包括領域名以及該領域名所對應的特征性詞庫；所述行為庫是指用戶提出的需求所要完成的操作，行為庫首先按業(yè)務領域來區(qū)分，對每一個具體業(yè)務領域，都有一組行為集合構(gòu)成這個業(yè)務領域的所有行為，行為庫包括行為名、對應的領域名、能描述該行為的特征性詞庫，以及該行為對應的工作流；所述服務資產(chǎn)庫是指注冊了的所有可用服務組成的服務集，服務資產(chǎn)庫中的每一個服務均包括服務功能描述和QoS屬性；所述服務功能描述指語義短語，表明這個服務所能完成的功能；所述QoS屬性必須包含常用的5類屬性:執(zhí)行價格、執(zhí)行時間、可靠性、可用性和信譽度；所述領域庫和行為庫為自動生成工作流模塊提供分析數(shù)據(jù)；所述服務資產(chǎn)庫為服務發(fā)現(xiàn)模塊和服務組合模塊提供數(shù)據(jù)；
[0009]自動生成工作流模塊，對用戶給出的需求語義進行分析，構(gòu)建依存樹；根據(jù)依存樹，提取出需求語義中描述領域相關(guān)部分的詞匯作為領域詞，描述行為相關(guān)部分的詞匯作為行為詞；通過領域詞和領域庫中得領域名進行語義相似度匹配，找到與領域詞最相近的領域名作為領域；通過行為詞和行為庫中該領域的行為集的行為名進行語義相似度匹配，找到與行為詞最相近的行為名作為行為；根據(jù)領域和行為從行為庫中找到對應的工作流，調(diào)整所獲得的工作流，對工作流中的領域用領域詞進行替換，行為用行為詞進行替換，獲得最終的工作流，并將工作流送至服務發(fā)現(xiàn)模塊；
[0010]服務發(fā)現(xiàn)模塊，根據(jù)自動生成工作流模塊得到的工作流，為工作流中的每個任務從服務資產(chǎn)庫中選擇出一個能夠完成該任務的候選服務集，根據(jù)任務和服務功能進行語義相似度匹配，把相似度值高于某一給定閾值的都列入候選服務集中，并將得到的每個任務對應的候選服務集送至服務組合模塊；
[0011]服務組合模塊，首先通過工作流聚合方法將工作流中并發(fā)、選擇、循環(huán)等結(jié)構(gòu)都歸并成只有順序結(jié)構(gòu)的工作流，接著采用回溯算法為每個任務從服務發(fā)現(xiàn)模塊提供的候選服務集中選擇一個具體服務，使得整個工作流在滿足用戶提出的QoS約束下，還能使用戶關(guān)注的QoS屬性達到最優(yōu)；其中服務QoS是通過查詢數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊中的服務資產(chǎn)庫得到的。
[0012]所述服務發(fā)現(xiàn)模塊具體實現(xiàn)如下:
[0013](I)對抽象服務進行分詞，抽象服務指的是工作流中任務的語義描述，抽象服務進行分詞后的結(jié)果記為集合A= {A1; A2,…，AJ。
`[0014](2)對具體服務進行分詞，具體服務指的是服務資產(chǎn)庫中服務功能的語義描述，具體服務分詞后的結(jié)果記為集合B= {B1; B2,…，BJ ；
[0015](3)計算抽象服務和具體服務的短語相似度；
[0016](4)根據(jù)給定的閾值，將步驟(3)中計算得到的短語相似度值大于閾值的具體服務選取到候選服務集中；
[0017]所述步驟(3)中計算抽象服務和具體服務的短語相似度的方法如下:
[0018](31)首先計算集合A中的元素Ai (i=l)與集合B中所有元素兩兩之間的相似度，結(jié)果記為集合C={Cn，Ci2，-,CJ ；
[0019](32)在集合C中選擇相似度值最大的一個記為Ci」，它是集合A中的Ai和集合B中的h的相似度；
[0020](33)集合A中的元素Ai的相似度值SimAi記為Cij,并且從集合B中刪除步驟(32)中找到的Bj ；
[0021](34)令i分別為2，3，…，重復步驟(31)到(33)，直到i等于m或者集合B已經(jīng)為空；
[0022](35)集合A中沒有建立起對應關(guān)系的元素與空元素對應，假定A集合中與空元素對應的元素的相似度值為O ;
[0023](36)通過上述計算后,得到了 A集合中每個詞的相似度值SimA= (SimA1, SimA2,...,SimAJ，采用加權(quán)平均方法來計算短語相似度的值:
【權(quán)利要求】
1.一種基于語義的自動服務組合系統(tǒng)，其特征在于包括:服務器端和客戶端，其中服務器端包括:數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊、自動生成工作流模塊、服務發(fā)現(xiàn)模塊和服務組合模塊；客戶端包括:需求語義輸入模塊和展示模塊，其中: 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊包括構(gòu)建領域庫、行為庫和服務資產(chǎn)庫；所述領域庫是指用戶提出的需求所在的業(yè)務領域，領域庫包括領域名以及該領域名所對應的特征性詞庫；所述行為庫是指用戶提出的需求所要完成的操作，行為庫首先按業(yè)務領域來區(qū)分，對每一個具體業(yè)務領域，都有一組行為集合構(gòu)成這個業(yè)務領域的所有行為，行為庫包括行為名、對應的領域名、能描述該行為的特征性詞庫，以及該行為對應的工作流；所述服務資產(chǎn)庫是指注冊了的所有可用服務組成的服務集，服務資產(chǎn)庫中的每一個服務均包括服務功能描述和QoS屬性；所述服務功能描述指語義短語，表明這個服務所能完成的功能；所述QoS屬性必須包含常用的5類屬性:執(zhí)行價格、執(zhí)行時間、可靠性、可用性和信譽度；所述領域庫和行為庫為自動生成工作流模塊提供分析數(shù)據(jù)；所述服務資產(chǎn)庫為服務發(fā)現(xiàn)模塊和服務組合模塊提供數(shù)據(jù)； 自動生成工作流模塊，對用戶給出的需求語義進行分析，構(gòu)建依存樹；根據(jù)依存樹，提取出需求語義中描述領域相關(guān)部分的詞匯作為領域詞，描述行為相關(guān)部分的詞匯作為行為詞；通過領域詞和領域庫中的領域名進行語義相似度匹配，找到與領域詞最相近的領域名作為領域；通過行為詞和行為庫中該領域的行為集的行為名進行語義相似度匹配，找到與行為詞最相近的行為名作為行為；根據(jù)領域和行為從行為庫中找到對應的工作流，調(diào)整所獲得的工作流，對工作流中的領域用領域詞進行替換，行為用行為詞進行替換，獲得最終的工作流，并將工作流送至服務發(fā)現(xiàn)模塊； 服務發(fā)現(xiàn)模塊，根據(jù)自動生成工作流模塊得到的工作流，為工作流中的每個任務從服務資產(chǎn)庫中選擇出一個能夠完成該任務的候選服務集，根據(jù)任務和服務功能進行語義相似度匹配，把相似度值高于 某一給定閾值的都列入候選服務集中，并將得到的每個任務對應的候選服務集送至服務組合模塊； 服務組合模塊，首先通過工作流聚合方法將工作流中并發(fā)、選擇、循環(huán)等結(jié)構(gòu)都歸并成只有順序結(jié)構(gòu)的工作流，接著采用回溯算法為每個任務從服務發(fā)現(xiàn)模塊提供的候選服務集中選擇一個具體服務，使得整個工作流在滿足用戶提出的QoS約束下，還能使用戶關(guān)注的QoS屬性達到最優(yōu)；其中服務QoS是通過查詢數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊中的服務資產(chǎn)庫得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于語義的自動服務組合系統(tǒng)，其特征在于:所述服務發(fā)現(xiàn)模塊具體實現(xiàn)如下: (1)對抽象服務進行分詞，抽象服務指的是工作流中任務的語義描述，抽象服務進行分詞后的結(jié)果記為集合A= {A1; A2,…，AJ。 (2)對具體服務進行分詞，具體服務指的是服務資產(chǎn)庫中服務功能的語義描述，具體服務分詞后的結(jié)果記為集合B= {B1; B2,…，BJ ； (3)計算抽象服務和具體服務的短語相似度； (4)根據(jù)給定的閾值，將步驟(3)中計算得到的短語相似度值大于閾值的具體服務選取到候選服務集中； 所述步驟(3)中計算抽象服務和具體服務的短語相似度的方法如下: (31)首先計算集合A中的元素Ai (i=l)與集合B中所有元素兩兩之間的相似度，結(jié)果記為集合C={Cn，Ci2，…，CJ ； (32)在集合C中選擇相似度值最大的一個記為Cij，它是集合A中的Ai和集合B中的Bj的相似度； (33)集合A中的元素Ai的相似度值SimAi記為Cij,并且從集合B中刪除步驟(32)中找到的Bj ； (34)令i分別為2，3，…，重復步驟(31)- (33)，直到i等于m或者集合B已經(jīng)為空； (35)集合A中沒有建立起對應關(guān)系的元素與空元素對應，假定A集合中與空元素對應的元素的相似度值為O ; (36)通過上述計算后,得到了A集合中每個詞的相似度值SimAHsimAp SimA2,...,SimAJ，采用加權(quán)平均方法來計算短語相似度的值:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于語義的自動服務組合系統(tǒng)，其特征在于:所述服務組合模塊具體實現(xiàn)如下: (1)QoS歸一化，指將單個服務的各個QoS屬性值歸一化為O到I的值，使不同QoS屬 性之間具有可比性； (2)相似度計算，在服務發(fā)現(xiàn)階段求得的，它表示的是兩個服務之間的相關(guān)程度； (3 )工作流聚合，利用步驟(1)中歸一化的QoS和步驟(2 )中的相似度值將工作流中的選擇結(jié)構(gòu)，并發(fā)結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)都轉(zhuǎn)化成順序結(jié)構(gòu)； (4)計算單個服務總QoS，指將步驟(1)中歸一化后的QoS的各個屬性值按照一定權(quán)重比例相加作為服務的總QoS值； (5)計算單個服務總得分，指將步驟(4)中計算得到的總QoS值和步驟(2)中的相似度按照一定權(quán)重比例相加作為服務的總得分； (6)回溯算法，指根據(jù)步驟(5)計算得到的單個服務總得分和步驟(3)中工作流聚合之后的工作流，利用回溯算法，選擇一條最優(yōu)執(zhí)行路徑。
4.一種基于語義的自動服務組合方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下: 第一步，構(gòu)建領域庫 領域庫由業(yè)務領域名以及該領域名所對應的特征性詞庫，特征性詞庫表示的是該領域經(jīng)常出現(xiàn)的關(guān)鍵詞，即該特征性詞能夠說明這個詞很可能描述的就是該領域；領域知識庫可以分級，不斷縮小領域的范圍；領域庫將為自動生成工作流模塊提供數(shù)據(jù)； 第二步，構(gòu)建行為庫 行為庫包括行為名，對應的領域名，能描述該行為的特征性詞庫，以及該行為對應的工作流，行為庫將為自動生成工作流模塊提供數(shù)據(jù)； 第三步，構(gòu)建服務資產(chǎn)庫 服務資產(chǎn)庫是指注冊了的所有可用服務組成的服務集，服務資產(chǎn)庫中的每一個服務必須有的屬性為服務的功能描述和QoS ；QoS包含常用的5類屬性:執(zhí)行價格、執(zhí)行時間、可靠性、可用性和信譽度；對于那些QoS性能實時在改變的服務，也可以通過情景感知來實時自動的獲得服務的QoS ;服務資產(chǎn)庫將為服務發(fā)現(xiàn)模塊和服務組合模塊提供數(shù)據(jù)；第四步，自動生成工作流 根據(jù)用戶提供的需求語義自動生成出能夠完成用戶需求的工作流，它是通過借助構(gòu)建數(shù)據(jù)庫模塊中的領域庫和行為庫完成的；首先對用戶的需求語義進行分析，提取出領域相關(guān)詞匯和行為相關(guān)詞匯；接著利用領域相關(guān)詞匯在領域庫中搜索匹配，得到需求所在的領域；然后利用行為相關(guān)詞匯在對應領域的行為集中搜索匹配，得到需求對應的行為；最后根據(jù)行為庫中提取出來的工作流，對工作流中的領域詞和行為詞進行替換以后，獲得最終的工作流；利用構(gòu)建數(shù)據(jù)庫模塊中的領域庫和行為庫的數(shù)據(jù)，獲得用戶給定的需求語義對應的工作流； 第五步，服務發(fā)現(xiàn) 服務發(fā)現(xiàn)是為服務組合做準備，它是指為工作流中的每個任務選擇出一個可以完成該功能的候選服務集；服務發(fā)現(xiàn)主要是根據(jù)任務和服務功能進行語義相似度匹配，把相似度值高于某一給定閾值的都列入候選服務集中；此部分根據(jù)自動生成工作流得到的工作流，通過語義相似度匹配，得到每個任務對應的候選服務集； 第六步，服務組合 服務組合是指為每個任務需要從服務發(fā)現(xiàn)提供的候選服務集中選擇一個具體的服務，使得整個工作流在滿足用戶提出的QoS約束下，還能使得用戶關(guān)注的QoS達到最優(yōu)，其中服務的QoS是通過查詢數(shù)據(jù) 庫構(gòu)建模塊中的服務資產(chǎn)庫得到的。
【文檔編號】G06F17/27GK103838857SQ201410099241
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】彭啟民, 林玲, 胡曉惠 申請人:中國科學院軟件研究所