普适地理信息服务匹配的服务语义描述

对于地理信息服务应用的最终目的是发现合适的服务，并对其进行组合以及调用等操作，而这些过程都需要建立在计算机充分地理解和认识备选服务的基础上。完整的服务描述应该包含以下信息：

(1)物理信息：描述服务所关联的具体软件实体的URL信息，服务对外提供的功能接口信息以及各自需要的输入、输出的前置和约束条件等信息。

(2)性能信息：描述服务的服务质量(QoS)等非功能性指标。例如完成服务需要的持续时间、使用服务的费用、服务级别、网络安全等信息。

(3)语义信息：描述该服务功能的语义，便于计算机理解、应用和处理，为系统中不同实体之间的交互提供共同的语义理解基础。

WSDL和UDDI是目前应用较多的Web服务的基本描述语言，其中，WSDL描述服务的消息结构和定义，而UDDI则描述发布Web服务的提供者、联系信息以及服务的分类信息等，它们对Web服务及其提供商的描述信息都仅限于语法层次。为了让计算资源能够更好地理解Web服务功能和提供者的描述信息，研究者们开始把语义Web技术引入到Web服务领域，提出了基于语义Web(Semantic Web)的Web服务描述。具体做法是：扩展原有基于HTML的Web内容，在完善原有语法层描述的前提下赋予Web以语义内涵，使得计算资源可以智能化地理解Web中所包含的信息。

语义Web的实现依赖于三个关键技术：XML、RDF和本体(Ontology)，其中XML语言负责对Web信息在语法层次上的描述，它具备灵活的表达方式，可以将Web信息的表现形式、数据结构与内容进行分离；RDF是一种描述Web上信息资源的语言，它可以看做是一种标准化的元数据语义描述规范，基于RDF可以建立多种元数据标准共享的框架。人们将本体从哲学引入信息科学的目的是为了实现信息的共享，从语义层次去描述领域知识、资源以及它们之间的关系等。Tim Berners-Lee(2000)将语义Web的体系结构分为七个层次，如图2-10所示。

图2-10　语义Web体系结构(据Tim，2000)

不难发现，语义Web体系结构从语法层向语义层描述转变的根本原因是利用本体对Web服务进行描述。本体的描述语言有许多种，代表性的主要有W3C推荐的RDF(S)(Resource Description Framework＆RDF Scheme)、DAML(DARPA Agent Markup Language)、OIL(Ontology Inference Layer/Ontology Interchange Language)和OWL(Web Ontology Language)以及后来出现的WSMO(Web Service Modeling Ontology)等语言，目前应用最为广泛的是OWL-S语言，但是WSMO是一种非常具有应用前景的本体模型，有许多OWL值得借鉴的地方。因此，本书重点讨论了WSMO和OWL两种本体建模语言，考虑到与空间上下文建模的统一性以及与其他已有研究项目的通用比较性，本书在借鉴了WSMO的思想的基础上，采用了OWL语言作为地理信息服务描述语言。

1.WSMO

WSMO是由欧洲数字企业研究实验室推出的一种Web服务本体模型(Dumitru Roman等，2005；Rubén Lara等，2004)，其设计宗旨是通过Web服务接口对所有与服务相关的特征进行建模描述，从而实现服务的发现、筛选、组合、调整、执行和监控等。WSMO主要包括以下四种要素，如图2-11所示。

图2-11　WSMO体系结构

(1)本体(Ontologies)：提供描述领域内各种相关的语义工具，包括本体、本体间的概念等。

(2)服务描述(Web Services)：包含服务的功能、接口、非功能属性以及使用的协调器。(www.xing528.com)

(3)需求目标(Goals)：主要描述用户所需的非功能属性需求，包括所导入的本体库，使用的协调器，所需要的Web服务能力、接口等内容。

(4)协调器(Mediator)：提供不同本体之间的映射关系，包括源本体描述和目标本体描述，以及将源本体转换成目标本体。

基于WSMO的Web服务描述框架如图2-12所示：

图2-12　基于WSMO的Web服务语义描述

2.OWL-S

OWL(W3C，2004)语言是经由RDF(S)、OIL、DAML发展而来的本体描述语言，W3C主要推荐使用，可以用来创建任何领域本体、本体实例化描述等。OWL特有的推理机工具可以在协助上进行有效的逻辑推理过程。OWL-S是法国电信、诺基亚、马里兰大学、斯坦福大学、南安普顿大学、MST以及SRI等一些组织和大学实验室联合在OWL描述语言基础上创建的，它也是一种本体，与OWL不同，它是用来定义Web服务本体的本体。OWL-S允许Web服务提供者使用OWL，以非二义性的、计算机可识别的方式来描述Web服务的属性、能力和操作。

OWL-S认为Web服务的信息用Presents、Described By和Supports三个属性描述。其中Presents是指服务为服务请求者提供了什么，Described By描述了如何使用该服务，Supports则描述了如何与服务进行交互。OWL-S分别提供了Service Profile、Service Model和Service Grounding来对应这三个属性，以完成对Web服务语义层次的描述，如图2-13所示。

图2-13　基于OWL的顶层服务本体

(1)Service Profile描述服务的发布信息，服务请求者通过服务的基本信息来选择和定位服务，服务的基本信息里面主要包括了服务的输入、输出、前置约束和后置条件。

(2)Proccss Model完整描述了服务的各种参数以及服务的抽象流程，抽象流程包含原子服务和复合服务两种。原子服务中的服务使用者和服务之间只有服务调用交互，而复合服务中，服务使用者和服务之间需要进行多次消息交互，包含了顺序等多种控制结构。复合服务一般借助这些控制结构来描述服务的抽象流程。

(3)Service Grounding用来描述程序逻辑相关的传输层的各种信息，包括了服务访问、消息序列化、如何传输消息等。

综上，Service Profile描述了Web服务的功能和服务质量语义，为Web服务发现与匹配提供了必要的基本信息；而Process Model和Service Grounding则是描述Web服务的参数和过程语义，三个属性描述一起为Web服务发现、匹配、执行以及交互提供了相应的信息。