Web服务演化综述（通用4篇）
Web服务演化综述 篇1
摘要：近年来, 随着信息化的发展, 人们对信息技术的需求产生了强烈的依赖。文章主要对语义Web服务做了系统的介绍, 所采用的技术, 服务组合, 服务匹配方法, 以及一些常用的匹配计算方法。
关键词：语义Web,服务组合,匹配计算方法
0 引言
信息化时代的到来, 解决了我们很多的问题, 于是万维网 (World Wide Web, 简称Web) 诞生了。Web服务是一种基于可编程的Web应用程序, 它是自描述、自包含、自独立、低耦合的、平台独立的。在形形色色庞大的数据中, 快速找到用户有用的信息, 将是未来我们要面临和解决的一个难题。Web服务依据其服务描述方式划分, 大体经历了基于关键字、基于语法和基于语义这三个阶段[1,2,3]。然而, 基于关键字的服务是根据关键字进行查找匹配, 返回含有大量关键字的结果, 其中含有很多不相关的内容, 与我们想要得到的信息匹配率比较低, 很难快速地得到你需要的信息;基于语法的主要是对用户比较方便, 但是计算机的识别能力和判别能力不够, 达不到精准的搜索结果;基于语义的服务是在搜索过程中对其添加了描述方式以及逻辑关系, 使得计算机容易匹配处理信息, 查询到的信息匹配度较高。
1 简介
万维网之父蒂姆·贝纳斯-李 (Tim Berners-Lee) [4]于2001年提出了语义Web, 在2006年, 他在普林斯顿大学演讲中公开表示, 最初把这种智能网络命名为语义网是不够准确的, 更贴切的应该是数据网。语义Web不仅是具有语义信息的, 并且是能够理解语义信息的互联网[5]。
Web服务是一套标准, 是建立可互操作的分布式应用程序的一个新平台, 这套标准定义了应用程序如何在Web上实现互操作性, 它可以基于任何语言和任何平台上, 通过Web服务标准对这些服务进行查询和访问, 为跨平台的互操作奠定了基础[6]。语义Web会根据人的思维, 把数据信息进行分解, 更准确的获得人们想要的信息, 代替人的一些智能化的网络, 使得它更具人性化、智能化。
2 语义Web服务的技术描述
Web服务和语义网技术的结合应用, 使计算机更容易被理解, 但是, 服务的语义描述问题是现今面临的核心问题, 也就是如何更好的描述才能使服务具有更准确的语义性。语义Web服务运用描述逻辑以及逻辑推理, 实现语义Web服务的自动发现、自动组合、自动监视和自动恢复等功能。目前语义Web服务的描述语义有以下几种[7]:OWL-S[8]、WSMO[9]、SAWSDL[10]、SWSO[11]、DSD[12]和SWSF等。
OWL-S是Darpa推出的新一代基于OWL的语义Web服务描述标准, OWL-S是引领目前语义Web服务的潮流, 用描述逻辑来实现其推理。基于OWL-S的服务描述是为服务这几个问题的, 为用户提供怎样的功能、如何使用服务和如何与服务进行交互。其对应的三部分可以分别对应解决以上问题:Service Profile, Service Model和Service Grounding。WSMO最初是由欧洲研究组织DERI实验室和Oracle共同提出的, 是基于WSMF的一个用一阶逻辑表示的Web服务的概念模型, 并且对WSMF进行了扩充。WSMO提供了一个概念性框架和语义的形式语言来描述Web服务的相关方面, 为语义Web提供了本体论的核心因素。WSMO由Goals, Ontology, Web Services和Mediators这四部分的内容组成。另外, SAWSDL利用本体概念对已有的Web服务描述标准的基础上进行语义标注和关联。SAWSDL是基于最初的WSDL, 所以SAWSDL对WSDL的兼容性比较高, 而且易实现。
3 语义Web服务匹配方法
Web服务匹配的关键和前提任务是服务的发现, 主要是研究用户请求的服务和已经发布的服务之间的匹配程度, 更多的研究在于服务的相似度和精准度上。语义Web服务匹配还应该做到查询的精准度和全面性, 查询到的结果还应该做到灵活性, 以便服务之间融会贯通, 同时, 提高组合的成功率[13]。
基于语义信息的服务匹配中, 一般按照语义服务匹配的个数划分, 可以分为单服务匹配和多服务组合匹配, 单服务匹配又包括基于概念本体逻辑关系匹配和相似度的两种服务匹配。
对于概念本体获取其相似度的匹配, 在两个本体之间具有影响相似度因素的关系大小, 来判断服务匹配的相似度。而确定相似度度量函数以及如何判定此相似度度量函数的优劣是其实现的重点, 也是难点。它是根据概念本体之间的逻辑推理来实现其匹配关系, 并且利用服务逻辑描述树的方法, 来描述服务状态的变化, 也就是服务接口所需要的特定输入 (Input/I) 、产生的输出 (Output/O) 、在此之前可能需要的前置条件 (Precondition/P) 以及完成之后产生的效果 (Effect/E) , 简称IOPE[14], 来实现基于概念本体逻辑关系的服务匹配。
多服务的组合能够满足用户更广泛更复杂的需求, 利用服务的可重用性[15], 把多个web服务组合形成一个新的服务, 供用户灵活方便地使用。比较常见的一种分类方法是将服务组合分为top-down, bottom-up和混合式三种[16];另外, 也有一种将web服务分为静态和动态两种方式[17], 它是根据其实现手段进行分类的, 动态相对于静态来说, 比较难以实现, 它在执行时调用服务并且进行组合, 而静态是在执行之前就被指定了它可能用到的服务。当前使用的服务, 常使用混合式服务组合匹配[18], 它汲取了top-down, 和bottom-up的优点, 既能保证用户的需求, 另外又能充分发挥已发布的服务的应用。
4 结语
近年来, 通过学术界的努力, 语义Web服务走在了技术的前沿, 日渐成熟的Web技术在很多领域已经取得了不可小觑的成就。语义Web服务不仅仅在互联网领域具有一定的成就, 而且在未来的各个领域都具有巨大的应用前景。通过基于本体的各种匹配方法, 使得Web服务的匹配达到更精准更匹配的效果。在未来的研究中, 学术界一定会站在巨人的肩膀上寻求到更好的服务匹配方法, 这将是势在必得的成就。
Web服务组合方法研究综述 篇2
1 Web服务组合概述
Web服务组合源于软件重用,其基本思想是使用现有的Web服务,通过它们一定顺序的组合或组合顺序的改变,创建出新的或更高质量的服务满足用户的需求。
1.1 认识Web服务组合
目前对Web服务组合尚无统一的定义,很多研究者从不同的角度和侧重点对Web服务组合给出了不同的定义。
根据Pires对Web服务组合的定义(Pires,2002),“Web服务组合是通过组合基本Web服务提供增值服务的能力,这些基本Web服务可能由别的组织提供”。上述定义比较抽象,没有涉及“组合”的具体含义,也没有讨论基本Web服务的定义,但该定义提供了三点重要的信息:首先,服务组合需要使用其他的服务;其次,组合后形成的是一个具有新功能的服务;再次,服务组合使用的基本服务可以是组织外部的[2]。
文献[3]把Web服务组合从两个不同的研究角度进行了总结,认为Web服务组合的定义可归纳为两个方面[3]:1)基于过程模型:从Web服务组合内在因素的角度,将其定义为一个依赖于特定控制流和数据流结合起来的、能够完成一定任务的Web服务集合。2)基于构件单元:从构件的角度,将Web服务组合定义为一个由自治且能相互协作的自描述单元所组成的系统。
综合已有的各种定义,我们对Web服务组合提出一个更为通用和完整的定义:利用现有的分散的、小粒度的原子服务,根据服务请求者的需求,在某一特定的Web服务组合框架下,自动地选择满足需要的若干服务,并使它们按照一定的组合规则协同工作完成服务请求。Web服务组合可以利用较小的、较简单的、且易于执行的轻量级服务来创建功能更为丰富、更易于用户定制的复杂服务[4],从而能够将松散耦合的、分散在Internet上的各类相关Web服务有机地组织成一个更为可用的系统,支持企业内、外部的企业应用集成EAI和电子商务等网络应用。
1.2 Web服务组合问题的提出
随着Web服务技术的日益成熟,越来越多的稳定易用的Web服务共享在网络上。但是,一方面,单个的Web服务能够提供的功能有限,为了更加充分地利用共享的Web服务,有必要将共享的Web服务组合起来,提供更为强大的服务功能,加快系统开发的速度,快速满足用户需求;另一方面,运行在不同平台之上的各种Web服务可能是以不同的方式创建、不同的语言实现、不同的开发商提供的,服务的使用者需要根据特定的应用场景和特定的需求按照一定的粒度对现有服务进行合理的组合。
2 Web服务组合实现框架
因为Web服务组合的实现技术很多,很难提出一种统一的实现框架。文献[3]从Web服务组合的原理抽象出了一种典型的Web服务组合的实现框架,是对Web服务组合技术的较好概括。该实现框架包含2种角色(服务请求者和服务提供者)和5个部件(翻译器、组合管理器、执行引擎、服务匹配器和服务库)来协同完成Web服务的组合工作,图中的本题库作为可选部件,为服务描述提供本体定义和推理支持[3],如图1所示。
Web服务组合的执行流程如下:
1)首先由服务提供者提供服务,通过图1中的服务注册中心服务器进行服务注册,这是进行服务组合的先决条件。
2)服务请求者要使用服务,需要提交自然语言的需求描述,该描述经过翻译器翻译后,从自然语言转换成计算机能够识别的语义信息,传递给组合服务管理器。
3)服务组合管理器根据服务请求者提交的描述,进行服务的组合,最后把生成的组合方案传递给执行引擎。
4)执行引擎把上一步服务组合管理器提交的组合方案进一步传递给服务匹配器,服务匹配器查询服务注册中心服务器中现有Web服务的描述信息,如Qos描述信息等,进行和需求信息的匹配,最终选定合适的Web服务,并将选定的结果反馈回执行引擎。
5)执行引擎根据服务匹配器选定的服务序列,调用相应的Web服务,并把最终的执行结果传递给服务请求者。
3 Web服务的组合方法
3.1 Web服务的组合方法
当前,工业界和学术界从不同的角度对Web服务组合进行了大量的研究,提出了多种Web服务组合方法,总的来说,工业界方法侧重于提出组合描述语言,开发相关编辑工具和执行引擎;学术界的方法侧重于从语义、智能规划等方面研究自动组合,并通过形式化方法验证组合系统的正确性。这里,我们重点讨论文献[5]中提及的几种Web服务组合方法。
1)基于BPEL4WS的Web服务组合
BPEL4WS是基于工作流方法中的典型代表。BPEL4WS(Business Process Execution Language for Web Services)简称BPEL,它是2002年IBM、微软和BEA公司提出一个基于工作流的Web服务组合描述语言[6]。它集WSFL和XLANG两者之长,形成了一种较为自然的描述商业活动的抽象高级语言。
BPEL4WS的作用是将一组现有的服务整合起来,从而定义一个新的Web服务,它能够将Web服务调用、操作数据、抛出故障或终止一个流程等不同的活动连接起来,从而创造出复杂的流程,这些活动可以嵌套到结构化活动中,结构化活动定义了活动的运行方式和控制流程。
BPEL4WS流程是一个流程图,用来表达特定业务的处理逻辑和算法,流程的每一步称为一个活动。BPEL4WS主要利用WSDL使得服务的动态绑定成为可能,但它没有提供具体方式来选取动态绑定时需要调用的服务,并且BPEL4WS不支持在应用运行时的流程模型的调整。
2)基于语义的Web服务组合方法
服务自动组合的基础,也是难点问题,就是如何用统一的方法对Web服务的数据、功能等信息进行明确表达,并且使计算机能够理解这些表达,从而实现从海量服务中自动、精确的发现服务并生成服务过程。在语义Web出现之前,已有的Web服务描述标准都不能达到上述的需求。面向语义的Web服务组合通过在Web服务中添加语义信息,明确表达Web服务的数据、功能和性能等,使机器能够自动理解并进行需要的操作,最终生成Web服务过程。目前面向语义的Web服务组合的主要成果是OWL-S(Ontology Web Language for Services,Web服务的本体语言),OWL-S是一个服务本体,使服务能够自动发现、调用、组合、互操作和执行监控。
OWL-S建模的服务本体有3个部分,Service Profile提供服务及服务提供者的高层描述,包括服务概述、功能属性、服务性能属性,表达了该服务“能做什么”。Service Model表达了该服务是怎样工作的,其子类Process Model描述服务组件的行为或过程,子类Proeess Control Model用来支持服务的执行和监测。Services Grounding表达了怎样使用这个Web服务,是从抽象的服务描述元素到具体的服务描述元素规范的映射。OWL-S中,Service Profile与Serviee Model是服务的抽象表达,而Service Grounding才涉及具体的规范。
3)Web组件方法
Web组件方法将服务看成组件以支持基本的软件开发原则,比如重用、细化和扩展。主要思想是将复合的逻辑信息封装在一个定义中,一个类定义表示一个Web组件。Web组件的公共接口可以被发布,用于服务的发现和重用。
Web组件方法支持一些基本的组合结构:顺序的、顺序可选的、结果同步的并行和并行可选的。它们以condition和while-do结构扩展。
4)基于Petri网的Web服务组合方法
基于Petri网的Web服务组合是较为常用的一种形式化的Web服务组合方法。Petri网是一个强连通图,其节点分别称为库所和变迁,库所(place)描述系统状态;变迁(transition)描述系统活动。这些节点通过有向弧相连。由于Web服务的行为基本上是操作的一个偏序集,所以可以直接将Web服务映射到一个Petri网上。Petri是将具体的服务组合描述语言与形式化模型进行映射,实现流程描述到形式化模型的转换,然后再进行验证。但这种方法都依赖于具体的流程描述语言,所以难以在现实的企业环境中被推广。
5)基于进程代数的Web服务组合方法
基于π演算的Web服务组合是又一常用的形式化的Web服务组合方法。π演算是Robin Milner提出的以进程间的移动通信为研究重点的并发理论,它是对CCS(Calculusof Communication System)的发展。其基本计算实体为名字和进程,进程之间的通信是通过传递名字来完成。由于π演算不但可以传递CCS中的变量和值等,还可以传递通道名,并且将这几种实体都统称为名字而不再作区分,这使得π演算具有了建立新通道的能力,因此π演算可以用来描述结构不断变化的并发系统。
文献[7]提出了一种基于π演算的Web服务组合方法,用π演算来描述Web服务及其组合,解决了三个主要的问题:(1)Web服务的元素如何与π演算的基本元素对应;(2)Web服务组合如何表示;(3)如何用π演算来形式化地描述Web服务组合[7]。
基于π演算的方法缺乏如Petri网的直观图形化支持,但它对动态演化系统的灵活描述使它更适合刻画Web服务组合的动态行为。目前对基于Petri网和π演算的Web服务组合方法仍存在争议。
3.2 Web服务组合方法的比较
我们从以下4个方面来比较以上提到的几种Web服务组合方法。比较结果如表1所示。
1)连通性
本文中提到的几种Web服务组合方法都满足服务连通性。连通性是进行Web服务组合的先决条件,可以说,这是进行Web服务组合应该满足的首要条件。
2)非功能属性
非功能属性常被形容为Qos(Quarlity of Services,服务质量)。很多组合服务的方法忽略了非功能属性,致使在Web服务组合过程中无法衡量服务组合的安全性、可靠性、稳定性、代价、响应时间等。只有OWL-S组合方法允许用户定义一些非功能属性,但是,这些定义还没有完全得到规范
3)组合正确性
组合的正确性取决于服务和组合规范。BPEL4WS和OWL-S没有提供检验正确性的方法。由于BPEL4WS侧重于处理执行而非规范,因此它没有提供一种形式化方法来验证组合方法的正确性。Web组件、Petri网、π演算都在不同程度上提供了组合正确性的验证手段。
4)组合可扩展性
本文中提到的几种组合方法都可通过端口间的消息传递机制支持Web服务的连通性。然而,组合两个服务与组合十个甚至上百个服务的处理过程显然相差很大。而在很多的场合,服务的组合过程中,需要涉及到数量很多的服务进行交互。因此,如何衡量组合所包含的服务的数量,成为Web服务组合过程中的一个关键问题。
在BPEL4WS组合方法中,随着服务个数的增多,XML文件就会变得越来越大,多服务组合显得有点冗长。OWL-S组合方法也有类似的问题。
Web组件方法用类定义实现了良好的可扩展性,但是需要额外的时间用于类定义和XML之间的匹配和同步。Petri网方法的可扩展性随着问题的复杂性而降低,因为Petri网不是一个可扩展的建模技术。π演算方法用功能强大的规约机制提供了简洁的符号表示,方便对复杂的服务进行规范。
4 结论
本文从Web服务组合的概念、实现框架、组合方法几个方面对Web服务的组合方法进行了综述。最后对几种常用的Web组合方法从服务连通性和非功能属性、组合正确性、组合可扩展性三个方面进行了比较。
除了本文提到的几种常见的Web服务组合方法外,工业界和学术界从不同的研究角度进行尝试,提出了很多其它的服务组合方法,但很多的组合方法只能适用于某些特定的场合,大部分的组合方法没有考虑到用户对非功能属性的需求。可以看出,目前Web服务组合理论和技术研究还处于起步阶段,要真正实现Web服务的自动、高效的组合,真正将Web服务组合技术应用到实际中,还有很多关键问题需要解决,有待广大研究者在理论深度、技术多样性上做更为广泛、深入的研究探讨。
摘要：Web服务组合旨在实现不同功能Web服务的有机合成以形成功能更加强大的大粒度服务,成为当前服务计算领域的研究热点。文章阐述了服务组合的概念、框架和分类,分析了几种常用的Web服务组合方法,并对这几种组合方法作了比较,最后,对Web服务组合方法进行了总结和展望。
关键词：面向服务的计算,Web服务,Web服务组合,工作流
参考文献
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Web服务演化综述 篇3
1 Web服务组合Qo S定义
Qo S的最初定义由CCITT (International Telephone and Telegraph Consultative Committee) 给出。是一个综合指标, 用于衡量使用一个服务的满意程度。
文献[1]中指出, 在Web服务组合的Qo S主要需求如下:可用性, 指Web服务是否存在或者是否已经就绪可供立即使用;可达性, 表示能够为Web服务请求提供服务的程度;完整性, 指Web服务如何维护交互相对于最初情况的正确性;性能, 可以根据吞吐量、延迟、执行时间和处理时间对其进行测量;可靠性, 表示能够维护服务的质量的程度;规范性, 服务与现有规则、法律的一致性, 必须遵循相关标准和已建立的服务协议;安全性, 通过验证参与各方、对消息加密以及提供访问控制等手段来提供机密性和不可抵赖性。
文献[2]提出了与Web服务相关的五个关键Qo S指标, 它们分别为执行代价、执行时间、可靠性、有效性、信誉。
文献[3]在研究Qo S优化的过程中, 提出了Web服务组合Qo S的基本定义式。其中t是服务响应时间, c是调用服务一次的费用, a是可用性, 指服务执行成功的次数与总执行次数的比率, rel是可靠性, 指服务能运行的时间与总时间比率, 信誉度rep是用户对服务n次评价的得分。
2 基于Qo S的Web服务组合优化算法
Web服务符合流程模型由多个服务节点组成, 各服务节点可能包含多个功能相同但Qo S属性 (如执行时间、可靠性、费用等) 不同的Web服务实例。如何从各个服务节点中选取满足特定Qo S约束的具体服务, 形成一个可执行的服务链, 来完成用户的服务请求是Web服务组合中的NP-hard问题。
目前, 具有Qo S全局优化的Web服务组合算法的研究主要归纳为以下几大类。
2.1 穷举算法
枚举算法将满足Qo S的Web服务组合方案的用户属性要求一一列举, 逐一计算, 根据计算结果的比较, 最终选定一个最佳组合方案。枚举算法思想简单易于操作, 能够将所有的候选服务都计算出来, 覆盖全面, 不会出现漏掉最优组合方案的问题。但是若是对于候选服务比较多, 计算量比较大的问题, 虽然能够计算出最优的服务组合方案, 但是由于响应时间较长, 恐怕也是难以满足用户的需求。由此可以看出, 穷举算法并不能很好的解决Web服务组合Qo S优化的问题。
2.2 基于线性规划算法
基于线性规划算法主要是将服务组合问题看作是一个状态空间的搜索问题。根据服务节点的各个Qo S参数信息求得一组满足组合流程模型的服务, 使最终得到的组合服务具有可靠性高、执行时间少、费用低等特点。该算法的目标函数和约束条件均为线性的, 需要调整一些变量的值, 来求出最优的目标函数值。文献[4-6]主要是通过线性加权把各个服务节点服务的各个Qo S约束参数转化为单目标函数, 再利用线性规划算法来解决服务组合的Qo S全局最优的问题。
2.3 遗传算法
遗传算法 (Genetic Algorithm, GA) 是一种模拟生物在自然环境下的遗传和进化过程中形成自适应全局优化方法。与上述方法相比, 遗传算法更适合解决此类NP问题。文献[7-8]利用多目标遗传算法同时优化多个目标参数来求解服务组合Qo S的全局化问题。文献[9]给通过遗传算法以决策变量的编码作为运算对象、直接以目标函数值作为搜索信息、同时使用多个搜索点的搜索信息和使用概率搜索技术等特点, 提高了Web组合效率和质量。但这些算法还存在一些不足, 因为遗传算法容易陷入局部最优, 大多数算法只能获得问题的局部最优解, 无法有效地求得全局最优解。此外, 算法自身操作困难, 算法中各算子和参数的设计会对算法产生较大的影响, 特别是在候选服务个数急速增加时, 很难保证算法时间的收敛性, 无法满足实时系统的需要。
2.4 粒子群算法
粒子群优化算法 (Particle Swar Optimization, PSO) 是一种新兴的基于生物群体行为模拟的全局优化进化算法, 其基本思想是通过群体中个体之间的合作和信息共享来寻找最优解。在算法中, 每一个粒子就代表一个解决方案, 在Web服务中, 每一个粒子就代表一个服务组合, 通过粒子群算法的计算, 寻找到目标食物, 也就是最优的Web服务组合方案。
文献[10]借鉴遗传算法的交叉、编译、选择等操作提出一种改进的混合粒子群算法来求解Web服务组合中动态服务选择问题, 在确保获得一组具有全局最优服务实例集的前提下, 进一步提高了算法的运行效率。
2.5 蚁群算法
蚁群算法 (Ant Colony Optimization, ACO) 由Marco Dorigo于1992年首次提出, 其基本原理是根据蚂蚁觅食活动中总是能够发现最短路径提出的。觅食过程中的蚂蚁能够找到最短路径的主要原因是, 蚂蚁在经过的地方会留下信息素, 蚂蚁之间通过信息素进行交流。在觅食过程中, 每个蚂蚁都会根据具体情况留下相应的信息素。因此, 如果哪条路径上经过的蚂蚁数量多, 那么该路径上留下的信息素也就会越多, 由于信息素会随着时间而挥发, 所以就有一定的时间限制。在这段时间内, 道路越短蚂蚁通过的越多, 此路径的信息也就会越多, 后来觅食的蚂蚁选择这条路径的几率也就越大。这也就是蚂蚁总能发现最短路径的原因。
文献[11]针对进行服务组合优化及适应服务组合优化过程中Web服务的动态性、不稳定性以及多种Qo S属性限制等问题, 提出一种多信息素动态更新的蚁群算法MPDACO。
2.6 最短路径算法
最短路径算法 (Shortest Paths Algorithm) 是图论中的一个非常经典的问题。目前将这种方法运用在Web服务组合中研究的也不在少数。最短路径问题是一个经典问题, 主要有3种形式:1) 确定出发点, 也就是起点, 寻求到目的地的最短路径;2) 确定终点, 寻求最短路径的出发点的问题;3) 确定出发点和终点, 寻求到开始和结束之间的最短路径。
文献[12]基于最短路径的思想, 计算线性的Qo S模型, 有效的降低了算法的时间复杂度, 并且可以有效的提高不同复杂程度的候选流程图的计算效率。
3 Web服务组合建模
针对Web服务组合的Qo S分析主要有两种手段, 测量与建模。Web服务信任中心WSTC (The Web Service Trust Center) 提出并开发了一系列SOA和Web服务测量工具和方法。其中包括通过在Web服务的服务器端和执行Web服务组合的客户端安装测量模块, 利用统计的手段获得Web服务的利用率等性能指标以及通过BPEL动作, 递归统计Web服务组合性能指标的方法。
在对Web服务组合的建模研究中, 何炎祥等人在课题“动态Web服务组合关键技术及性能分析研究”中, 提出了BPEL动作到广义随机Petri网的映射过程, 提出了一种基于广义随机Petri网的BPEL性能仿真模型, 以及基于连续时间Markov链的性能分析方法。
文献[13]和文献[14]给出了将BPEL动作映射为广义随机Petri网GSPN的方法, 以及通过GSPN模拟手段分析Web服务组合平均响应时间等性能指标的方法。
文献[15]和文献[16]通过将具有顺序、并发、条件、循环结构的Web服务组合映射为随机Petri网SPN, 同时给每个变迁赋予具有指数概率分布的时延, 给出了计算这些Web服务组合平均响应时间的公式。
文献[17]利用排队Petri网QPN, 按Web服务组合的两种执行方式 (集中执行和分散执行) , 建立了性能分析模型, 给出了队列库所 (queueing place) 的排队模型, 变迁 (transition) 的触发模式;最后利用Petri网模拟工具QPME分析了Web服务组合的平均响应时间, 吞吐率等性能指标。
文献[18]提出了基于G/G/1-FCFS、M/G/1-PS和M/G/排队网络的Web服务组合建模, 针对一组影响Web服务组合性能的“内因”以及Web服务器的软硬件处理能力, 服务器负载等的“外因”进行统一建模, 并给出了一组Web服务组合性能分析的指标体系及其计算公式。
4 结论
Web服务组合Qo S优化问题是一个NP-hard的热点问题。本文对Web服务组合Qo S的定义进行了详细的描述。对近年来提出的基于Web服务Qo S的组合优化算法进行了概述与比较。对Web服务组合Qo S测量与建模进行阐述。
摘要：服务质量QoS是考察Web服务组合的重要指标。近年来, 针对国内外Web服务组合QoS优化问题进行了总结综述。介绍了Web服务组合服务质量QoS的定义。对基于QoS的组合优化算法进行了分类概述并举例分析。阐述了Web服务组合QoS测量与建模方法。
Web服务演化综述 篇4
Web技术的飞速发展将地理信息系统带入一个崭新的发展阶段,地理信息技术与Web技术的结合,推动了地理信息以更快的步伐部门化、产业化和大众化。另外,分布式计算技术的发展,特别是Web 服务的出现,为地理信息服务的广泛共享提供了技术支撑。GIS经历从封闭、孤立式单机GIS到网络化的地理信息共享,并进一步迈向空间信息Web服务。空间信息Web服务指的是基于地理空间定位属性描述的Web服务。GIS的功能与分布式计算功能联系起来,就产生了Web制图和WebGIS,进而与Web服务技术结合,就产生了基于Web的地理信息服务。
可以认为在计算机网络环境下,根据行业标准和接口所建立起来的地理信息服务,它可以让人们使用计算机网络技术自由地访问分布于不同地方的各种地理信息及服务,比如地图、图像、数据集服务、地理空间分析和报表生成等。目前对地理信息网络服务具有不同的名称:地理信息web服务(GeoInformation Web Service-GI Web Service)(Alameh N., 2003; Bernard L., 2003; C.Granell, 2004; E.Klien; 王泽根, 2006; Einspanier U.,2003…)、地理空间web服务(GeoSpatial Web Service)(L.Chen,2004; J.T.Zhang, 2005; 吴斐, 2005; Peng Y.2007…) 、GIS Web服务(GIS Web Service)(Sun Y.F., 2005; Aditya, 2003…)、网络地理信息服务(承继成, 2000; 安杨, 2004…)等,它们的含义都大同小异,在本文中使用地理信息web服务(Geo Information Web Service)。地理信息Web服务不仅是一些协议的集合,也不仅是独立应用实体的集合,它是一个集应用逻辑、网络技术、工作流管理、知识表示、逻辑推理、和信息集成等技术为一体的新兴应用模式。工业界、学术界从不同的侧面对地理信息服务进行研究,从理论及实际应用的角度为其提出了一系列新兴的实施技术和改进策略。
本文试图从Web服务的基本概念和体系架构、地理信息Web服务的标准规范、平台研究以及其应用领域出发;对地理信息Web服务的现实应用背景,对地理信息web服务的组合、服务链及其相关技术进行分析;特别是针对目前的新兴技术-网格技术与地理信息Web服务的结合、主动地理信息Web服务进行探讨。
2 Web服务架构
万维网联盟(The World Wide Web Consortium,W3C)对Web服务作了如下的定义:Web服务是一个通过UR1L 识别的软件应用程序,其界面及绑定能用XML 文档来定义、描述和发现,使用基于Internet 协议上的消息传递方式与其他应用程序进行直接交互。Web服务采用了大量的标准化技术,充分利用了现有的网络技术、标准或者协议,建立在高文本传输协议(HTTP)、Web服务描述语言(WSDL)、简单对象访问协议(SOAP)和统一描述、发现、集成(UDDI)等标准以及XML等技术之上。Web服务的体系架构,如图1所示,该架构由3个参与者和3 个基本操作构成,3 个参与者分别是服务提供者、服务请求者和服务代理,而 3个基本操作分别为发布、查找和绑定。服务提供者将其服务发布到服务代理的一个目录上。当服务请求者需要调用该服务时,它首先利用服务代理提供的目录去搜索该服务,得到如何调用该服务的信息;然后根据这些信息去调用服务提供者发布的服务。当服务请求者从服务代理得到调用所需服务的信息之后,通信是在服务请求者和提供者之间直接进行,而无须经过服务代理。在Web服务架构的各模块间以及模块内部,消息以XML格式传递,从而允许在不同平台上以不同语言编写的各种程序以基于标准的方式相互通信。
3 地理信息Web服务标准规范研究
在地理信息Web服务规范的研究方面,目前比较有代表性的是国际标准化组织委员会的ISO/TC211标准和OGC组织的OWS规范。
国际标准化组织ISO/TC211技术委员会在IS019119草案中对地理信息服务的相关概念作了如下的定义:
服务:通过一个接口来访问操作的集合,允许用户通过触发其行为来获得响应的结果。
操作:从一个对象请求获得的交互的规范,从而影响对象的行为。
接口:操作的实现,包括对给定的分布式计算技术的交互的语法。
互操作:不同的功能单元之间以某种方式进行交互、执行程序、传输数据。而且,这种方式要求用户不需要对这些单元的特性了解很多或者可以不了解。
为了支持灵活的体系配置,信息技术体系结构通常为多层的分布式体系,ISO/TC211委员会提出了一种4层逻辑结构的框架体系,如图2所示。该框架体系的逻辑结构是由服务以及相关的接口所组成,物理结构则是由一些组件以及相关的执行服务的接口所组成。这些组件则是宿主于特定的硬件系统平台或者网络节点之上。
在该体系结构中,地理信息服务分为六类:人类交互服务,信息处理服务,通信服务,模型/信息管理服务,工作流/任务服务,系统管理服务。其中,人类交互服务通过显示与输入媒介和适当的人机对话来负责与用户的物理交互;通信服务负责将不同的层联系在一起,作为层与层之间联系的桥梁;用户处理服务负责用户的功能请求的响应;业务处理服务负责多用户对通用服务以及特定服务请求响应;模型信息管理服务层负责数据的物理存储和管理;对于流任务服务层,可以认为它是一系列的服务的特定的处理流程;系统管理服务层与多层体系结构是垂直的,责系统的管理服务。
开放地理空间信息联盟(OGC)为了更好地将地理信息服务的概念扩展到网络上来,以Web service的方式提供服务,OGC建立了OpenG1S网络服务(OWS)研究计划。OWS指的是一个基于开放标准的Web地理空间服务框架,这个框架允许无缝集成Web地学处理和位置服务。OWS的目的是提供一个厂商无关的互操作框架,该框架可以对各种地理数据、传感器感知的信息、位置信息和地学处理等数据和功能进行基于Web的发现、存取、集成、分析、利用和可视化等操作。
OGC于2000年4月制定了第一个WMS服务规范版本1.0,其后分别于2001年6月和2月陆续推出WMS的1.1和1.1.1版本,目前的版本是2004年8月推出的1.3。而WFS服务规范起始于2002年5月推出的1.0.0,并维持至今。WCS规范扩展了WMS的服务接口以支持图层(Coverage )概念的地理位置和属性信息服务,始于2003年2月份,目前的版本是2003年8月份颁布的1.0.0。围绕这三种地理信息服务,OGC制定了相应的服务以支持或扩展以上服务,包括坐标转换、数据格式转换、地理编码、图层样式描述、事务处理支持、服务注册支持等。根据服务的内容可以大致分为数据处理服务、数据或地图服务、用户接口服务等。OWS处于Request for Comments (RFC)阶段的OGC最新成果是Web Processing Service (WPS)协议,2005年OGC发布了WPS(V4.0)讨论稿,WPS致力于实现GIS功能的服务化调用。
目前有很多大型软件都实现了OWS规范,如ESRI的ArcIMS支持 WMS和WFS规范;MapInfo 的MapXtrem支持WMS、WFS规范;国内的GeoStar支持WMS、WFS、WCS规范;SuperMap iServer支持WMS、WFS、WCS、WPS等多种规范;MapGIS-IMS支持WMS、WFS、WCS规范等。WPS规范由于目前处于讨论阶段,还没有实现该规范的成熟软件,但是一些大型项目还是实现了该规范,并且应用于多个行业,如:PyWPS项目,它最早实现WPS规范,它主要是调用Grass自带的栅格或矢量功能来进行地理信息操作,包括缓冲区分析、网络路径分析等功能。52north Incubator工作组基于开源API实现了地图制图综合处理基本模块的WPS;加拿大的AAFC(Agriculture and Agri-Food Canada)实现了WPS及服务链,将ET(Evapotranspiration)模型封装成WPS,并以输出日可能ET的WMS;欧洲的AWARE EU项目和ORCHESTRA项目都实现了WPS及其服务链,并分别应用于水土流失预测、水资源管理等领域以及评估自然灾害损失(如水灾、森林火灾等)和决策支持。
4 地理信息Web服务平台及应用研究
4.1 地理信息Web服务平台研究
地理信息Web服务服务平台软件研究方面,目前有代表性的有ESRI Geography Network、微软的MapPoint、基于.Net平台的Terra Server影像数据服务、ESRI和MapInfo基于Web Service构建GIS软件等。
ESRI早在2002年就提出了g.NET战略思想,把GIS系统的构建方式和应用从Intranet方式推动到了Internet方式。ESRI在2004年秋天发布的ArcGIS 9中提供了基于WebServices思想的服务体系,该服务体系同时支持.NET和J2EE两种体系平台上的开发和应用。
微软的MapPoint Web 服务是一个基于订阅的 Web 服务。MapPoint Web 服务简化了将地图信息和相关功能集成到应用程序中的工作,并提供以下的基于位置服务(LBS):基于地址、兴趣点、经纬度的位置服务,位置相关背景(如地图和地址)服务,路径选择服务,邻近搜索服务,距离计算服务等。
2001年10月,芬兰启动NAVI项目,旨在管理基于位置服务的活动,其中芬兰测绘局采用OGC制定的标准地理信息服务规范开发了一个空间数据和地图服务系统-NAVImap,成功实现了网络管理分布在各个定位服务上的信息。
另外,MapInfo公司推出了MapXtreme2004和MapXtreme For Java 4.7分别是支持.NET和J2EE平台体系的Web应用地图服务开发平台;我国的超图公司2004年推出了它的面向Web服务的新一代Web地理信息服务开放平台SuperMap IS .NET 5,它基于Microsoft .NET技术和SuperMap Objects组件技术开发,设计全新的面向服务的技术体系结构,提供更灵活的二次开发方式和更强的并发访问能力;吉奥之星推出了GeoSurf 4.0的网络GIS Java开发套件,它是一套基于J2EE的平台软件,在GeoSurf 4.0中包含GeoSurf客户端组件、GeoSurf应用服务器、GeoSurf空间数据处理服务器和Geo Surf部署管理工具等几个部件。灵图公司的Sm@rtIMS是一套基于Web的应用组件,用户可以通过Web方式简单易用地得到地理信息服务;福建省空间信息工程研究中心的SircWeb网络服务平台,则可以允许用户将其集成到自己的应用系统中。
4.2 地理信息Web服务的应用研究
随着科技发展和社会进步,遥感影像、电子地图等地理信息的网络服务由于其方便快捷、直观可视化的特点,日益受到国内外公众的关注,并广泛应用于各个领域,如资源管理、资源配置、城市规划和管理、灾害管理和评估等(Jonathan L.Goodall et al,2007; C.Farcy,2005;C.Kiehle,2006;A.Friis-Christensen,2006);OGC的Web服务体系结构已经成功的运用在德国、加拿大、美国的空间数据基础设施的建设中(Bernard L, 2002;David J.Maguire,2005);建立于2003年的基于Web服务的空间信息门户‘www.geodata.gov’,也是Web服务技术在空间信息领域的成功应用(Winnie S.M.Tang,2003);Ben Domenico开发的基于标准规范的地理信息服务被用于地球科学数据系统的互操作中(Ben Domenico et al,2006);Liping Di基于OGC提出的WCS开发IPODAS(Interoperable,Personalized,On-demand Geospatial Data Access and Services)系统,实现了多源遥感数据的互操作(L.P Di,2005);马林兵提出了一个基于可重用Web Service技术在全球范围内解决GIS数据集成和共享问题的新方法,并应用于城市交通管理信息系统中(马林兵,2003) 。
国际上相继推出的Google Earth、Virtual Earth 3D、GeographyNetwork、Geospatial One Stop著名地理信息服务平台;欧盟的INSPIRE Prototype、数字挪威中的GeoNorg 、印度的NSDI India Prototype以及英国的NG-DF;国内的一些网站,如51ditu、人人网、图形天下等为公众提供了城市地理信息网络服务。
目前,我国适应全球信息化建设的发展趋势,也启动一系列的以"数字省"、"数字城市"、“数字行业”为核心和目标的信息化工程。国家科技部于2002年做出了加强科技基础条件平台建设的战略部署,推动实施了"科学数据共享"项目,旨在形成国家科学数据共享服务体系,实现跨地区、跨学科、跨部门的分布式科学数据共享,避免国家在数据资源建设方面投资的巨大浪费,为提升我国科技创新能力发挥重大的作用。在“数字奥运”框架的基础上建立的奥运官方网站,其提供地理信息的观众服务,为奥运期间世界各国游客和运动员的衣食住行提供基于地图、位置的信息服务。
我国的国家空间数据交换中心、武汉大学的空间信息网络服务技术及产业化、福建省空间信息工程研究中心的城市空间信息网络服务平台-SircWeb等提供的地理信息服务已被应用于城市信息化建设中。
5 地理信息Web服务的相关技术研究
5.1 服务链及服务组合关键技术
在ISO/TC211和OGC联合推出的IS019119服务体系结构中给出了服务链的定义:地理信息服务链是指地理信息服务的序列,在该序列每个相连的服务对中,第一个服务的行为是产生第二个服务行为的必要条件。一个地理信息服务链系统应该具有服务的发现、组合、执行能力,用户无需拥有和维护GIS数据和系统,只要能够连接到网络环境,就可以使用该系统查找、发现、组合所需服务,完成特定功能。地理信息服务通过注册中心注册,地理信息服务链用户在服务链系统的帮助下查找注册中心,发现符合要求的服务,组合服务,地理信息服务链系统负责执行服务流程,并将结果返回给用户。
OGC和ISO/TC21 I对地理信息服务链做了初步研究,提出了地理信息服务链三种类型(透明链、不透名链和半透明链),给出了地理信息服务的分类体系,为地理信息服务链的研究奠定了基础。其中的透明链要求用户负责组织服务链,调用服务,透明链实现简单,但对用户专业知识要求高;不透明服务链将若干服务集成为一个单一服务,用户不知道服务链内部信息,将服务链当作一个独立服务使用,这种方式用户控制能力差,灵活性低;半透明链要求用户预先定义服务链,将服务链的流程定义送入工作流引擎,由工作流引擎负责执行,返回结果。
在上述基本定义、研究框架下,众多学者从不同方面对服务链及服务组合做了研究:
在服务链的支撑技术方面:Nadine Alameh对GIS服务链的类型以及各种类型的服务链的实现技术作了初步探讨( Alameh N, 2002 );Lars Bernard指出对服务链的研究需要解决空间信息和操作的表达、服务和数据的目录、服务能力描述、服务语义转换、语义匹配算法和匹配程度这六个问题( Bernard L, 2003);Trias Aditya通过本体词汇描述服务,对基于本体描述的透明工作链作了初步的研究(Aditya T., 2003)
服务链的框架研究:Leonid Stoimenov提出了基于Agent Wrapper和mediator技术的语义的GIS互操作框架( Stoimenov L, 2002);U.Einspanier指出现有服务链模型缺乏流程描述和执行规则的描述能力,并提出采用BPEL4WS作为服务链描述的解决方案( Einspanier U., 2003);Luo Chen等(L.Chen et al, 2004)提出一个描述地理web 服务组合和动态构造服务链过程的概念框架与数据结构-服务链表(SCG),在这种框架下,通过表结构的转化能够实时逐渐地建立服务链,因此扩展了服务组合过程的机动性;Sun Yanfeng (Y.F.Sun et al,2005)为了提高服务组合的有效性和可靠性, 提出一个地理网络信息服务组合的补偿机制,解决了更新某个服务时,能够保证服务组合的连贯性和可执行性。
基于工作流技术的服务组合方面: 基于工作流的动态服务组合的主要思想是基于特定的组合应用逻辑利用工作流的概念建立通用服务组合模型,通过对通用服务组合模型的实例化形成一条可执行的服务链来满足应用需求。Weske等在1998年明确提出了空间信息工作流(Geo-Workflow)的概念。他详细阐述了工作流和空间应用的关系。将工作流管理系统应用到地理研究领域的方法,提出一个科学工作流管理系统WASA在空间分析领域的应用,该系统具备了空间建模和自动执行的能力。Jianting Zhang通过扩展kepler科学工作流系统的类型检查机制提出了助于用户更有效地组合地理信息Web服务,使用名叫kepler的科学工作流环境,通过扩展他的检验机制来验证地理信息web服务的组合,让用户在使用地理服务时无需知道地理数据类型之间的复杂关系,而能有效地构造地理空间处理工作流。贾文钰等提出了一种基于工作流技术的动态GIS 服务链的实现方法,该方法使用抽象GIS 服务组合服务链,由GIS 服务动态选择机制将抽象服务映射到具体服务,并结合工作流技术,将工作流描述语言描述的GIS 服务链流程送入工作流引擎,由工作流引擎管理和监控服务链的运行(贾文钰等, 2006)。刘书雷等提出基于空间信息服务的特点和动态服务组合的应用实际,提出了基于工作流的五阶段动态服务聚合实现机制(刘书雷等, 2007);G.Hobona等提出基于业务流程执行语言(BPRL)的工作流方法来组织OGC和OGSA对地理信息Web服务(G.Hobona et al, 2005)。C.Kiehle等实现了OGC地理信息Web服务组合的业务逻辑,并在地下水脆弱性分析中得到了运用(C.Kiehle, 2006)。
基于地理信息语义的服务组合: 对于地理信息本体语义的研究,国内外的相关学者给予了很大的关注, 景东升分析了语义网络服务的服务轮廓、服务模型和服务基点,提出了基于OWL-S和Agent的地理信息服务的框架和地理信息语义服务内容,讨论了基于智能体的地理语义查询体系框架:以地理缓冲区服务为例进行了语义网络服务的表达、服务描述和组合(景东升, 2005);吴斐等通过引进本体及其语义服务,提出了基于服务本体的地理空间信息语义服务框架,并以缓冲区分析为例进行了地理空间信息Web服务的语义表达和组合研究;安杨等提出采用“概念层-应用层”两个层次来描述地理信息服务,将服务发布后,通过对服务描述中输入输出等参数和用户需求中功能描述的测度来判断服务与用户需求的匹配程度,从而进行服务发现(安杨等, 2004);Sirin 等提出了基于地理信息语义和SOA的自动组合地理空间Web服务的方法,探究了地理空间Web服务与地理空间信息内容语义以及将该语义形式化成地理空间本体,开发了地理空间领域的3种本体:数据类型、服务类型及其关联,在SOA框架内使用这些语义方案。OGC标准的web服务与非标准的web服务都被用来语义分析、本体设计以及组合。数据类型本体的媒介RDF结构在服务消息间能够很好地降低请求的方案(Sirin et al, 2003)。
以上是一些地理本体概念、地理信息、分类和本体驱动的地理信息系统等方面开展了研究,为地理本体理论和应用奠定了基础,但系统性、实用性尚待提高。因此,在自动组合服务是服务的功能语义需要加深考虑,如OGC WCTS服务实现几何操作,无需转换输入数据的内容和标题就能改变空间坐标参考系统。第二是空间推理。由于在服务组合是考虑到一些空间以及临时的约束,对地理数据的空间特征完整的考虑,如拓扑关系是需要的。将地理空间推论引入web领域是一个充满挑战的领域第三是AI计划,已经有很多人致力于使用AI来自动组合web服务(Srivastava and Koehler, 2003; Rao and Su, 2004;Peer, 2005)。
基于Agent技术的服务组合: 不同领域的专家对Agent有着不同的理解和定义,分布式GIS中引进Agent技术,是为了要降低分布式地理信息系统的复杂性和建设难度,解决网络地理空间信息服务功能以及GIS应用领域中的协作问题,同时也为了改善分布式地理信息系统的服务能力和服务效率。空间Agent能够很好地适应开放式的网络环境,提供粒度适宜、且易于装配与组合的地理信息服务(李琦,2002)。空间Agent 的按需装配特性使得该模式能够把各种地理信息功能以多种方式动态地装配来,以不同粒度为数字城市的应用提供所需的地理信息服务。法国Bourgonge的ISIS(Interoperable Spatial Information System)提出的基于Agent的集成框架有一个语义协调器用于支持GIS语义的互操作,能动态地解决语义冲突,使之具有透明性、灵活性和可扩充性。Song Yu等综合了Agent和Web Service技术,提出了动态地理信息服务框架原型及其实现的关键技术,使用WSDL来描述地理信息Web Service Agent,使用基于本体的语义来扩展UDDI; O.B.Kwon 提出一个上下文整合的Web服务机制来提供自治和智能的服务(O.B.Kwon,2006)
除上述主流的地理信息Web服务组合技术之外,G.Fenza等采用了模糊集作为数学模型描述多粒子信息与服务描述结合,来提高服务的查找效率(Giuseppe Fenza et al, 2006)
C.Kiehle 等提出了一种面向对象的地理信息服务组合方法,它是一种半自动组合服务的方法(C.Kiehle et al, 2004);Y.L Wen提出了对象设计(design with object (DwO))的服务组合方法,这种方法交面向对象的方法更有优势,它在刻划服务变化时设计的对象无需直接改变服务本身,也无需隐藏信息(Y.L Wen et al,2007)。
5.2 基于网格技术的地理信息Web服务
网格是新一代的信息基础设施,信息高速公路 Internet 是信息传输的信息基础设施;而网格计算的基础设施 Grid 是信息处理(包括信息传输)的信息基础设施。网格是用来解决资源的真正共享,使各结点大量闲置的计算资源和存储资源得到统一支配和使用。网格还试图解决目前的信息孤岛问题,在所有 Web 服务器之上建立有机的联系,不再需要用户自行游历,去搜集、筛选和整理所需的有用信息。网格不是重新架构,而是在现有的网络基础上的一个延伸。
面向Web Services的开放网格服务体系结构是目前对于网格可行研究的一个方向(R.Prodan et al, 2003;Xiaobo Yang et al, 2004; J.Mark Pullen, 2005; P.D'Onorio et al, 2007)。广义开放的面向Web Services的框架GIS结构应用的结合是网格技术发展的重要趋势,顺应这一趋势,以实现对地理信息Web服务为中心的开放网格服务体系结构OGSA(Open Grid Services Architecture, 2002年2月IBM与Globus )是目前最新的一种网格体系结构,也是开放格网GIS服务得以实现和运行的基础平台。OGSA在We Service服务概念的基础上定义了网格服务的概念。网格服务是特殊的Web服务,具有特定功能的网络化实体。它定义了一组接口这用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理、通知等与临时服务有关的问题。
OGSA注重实现对地理信息服务的共享。从对GIS数据资源的共享到对地理信息服务的共享,将资源、信息、数据等统一起来,非常利于实现灵活的、一致的、动态的地理信息共享机制,从而为分布式GIS系统管理提供了标准的接口和行为。由于OGSA将一切都看作是服务,因此网格GIS就是可扩展的开放GIS服务的集合。开放地理信息Web服务可以通过不同的方式聚集起来满足远程用户的需要,远程用户也可以部分地根据它们的操作和共享的地理信息服务来定义。简单地说,开放Web地理信息服务=接口+行为(XML描述)十GIS服务数据。OGSA得到商业化GIS软件公司,例如ESRI、MapInfo的支持,并且初见端倪。GIS领域采纳互联网标准和协议,如XML,可以将松散结合的GIS网格和地理信息处理服务结合起来,形成地理信息服务
网格在地理信息服务中的应用得到了国外很多组织、专家和学者的重视,国际对地观测卫星联合会(CEOS) 于2001 年开始了在GRID 的构架下,如何实现卫星数据和地理数据全球范围内的共享的原型研究(杨崇俊, 2003)。国际对地观测卫星联合会的Bill Johnston 先生提出了基于OGC Web Service 的GRID 构架,把OGC Web Service 与GRID 结合起来,这是指OGC 所规定的组件同时就是GRID 的界面组件,如:数据发现界面组件;数据获取界面组件;储存资源发现界面组件;数据储存界面组件;计算资源发现界面组件;模型执行界面组件等。这样一来,GRID 对用户就是透明的,,用户可以利用网络上的各类信息资源实现综合制图等GRID 是在Internet 环境下主要提供计算和数据管理服务;Web Service 主要提供描述、传输、管理、应用服务。
网格技术与地理信息Web服务结合应用研究方面,Z.F.Shen 等提出了基于Grid GML的分布式中间件架构与web服务技术的结合很好地解决了资源的有效共享、高性能处理能力等GIS问题(Z.F.Shen et al, 2004);M.richards等采用网格计算、数据融合、数据挖掘、地理信息Web服务等技术对城市实时污染数据进行监控、分析、建模和制图(M.richards et al, 2006);中国教育科研网格ChinaGrid基于Web服务的参考架构,将分布在教育和科研网上自治的分布异构的海量资源集成起来,实现资源的有效共享,消除信息孤岛,提供服务,形成了高水平低成本的服务平台。
国家“十五”高技术研究发展(863)计划中信息获取与处理技术主题重大项目-“基于SIG对资源环境空间信息共享与应用服务”课题研究开发了基于SIG对资源环境空间信息共享与应用服务平台,实现了服务发现、资源绑定与聚合、异构系统的集成、空间信息的在线共享与分布式协同处理。
Web Service 与GRID 的结合能提供动态和强有力的计算和数据环境,对数字地球、数字城市、公众空间信息服务和电子政务等重大应用目标将会产生全面的和重大的影响
5.3 主动式地理信息服务技术
主动服务在Web服务框架模型、基础协议的基础之上,增加识别用户需求和处理功能,使用户能够根据特定需要选择合适的服务,使服务能够自动适应用户的需求(韦理,2005)。主动服务的提出是为了主动收集、组织、分类和管理发布的服务以及在应用层面上为用户创建服务资源视图(M.Zhong, 2007)。主动服务的研究依靠相关的工业标准和Internet上已有的服务资源,并引入服务的主动发现、定制、加载与使用机制,支持新服务、新应用的按需创建,为用户发现、定制和运行能够满足用户需求的服务,从而改变当前用户只能被动地使用现有服务的应用模式,以应对人们对Internet应用需求的不断发展和变化(C.Collet et al, 2000; B.Paillassa et al , 2001; M.Treiber et al, 2007)。这种新应用模式称为internet中的主动服务。
主动式空间信息服务的思想就是要让地理信息服务系统具有主动服务能力,并以统一、方便的机制来实现主动空间数据获取、处理、发布等服务。也就是在分布的空间数据预处理、提取、集成、融合、发布、接收和应用等一系列节点上添加主动服务机制,一旦节点从外部获得需要处理、发布的数据或者系统内部的状态达到一定条件就能够自动处理和发布数据而不需要人工干预。既强调主动性,也强调“统一机制”的实现,也就是把主动功能用一种统一的方法与原有的地理信息服务功能集成在一个系统中来实现。系统中提供一个自动“监视”模块,它主动、不间断地检测规则中包含的事件是否发生,一旦有事件发生,就主动触发执行相应的服务。这种地理信息系统就可以主动履行预先设定的服务,也可以把复杂的演绎推理和实施处理等功能以统一的机制实现。
主动空间信息服务的内容包括主动空间信息获取、集成、更新、处理、存储、分发等(王泽根等, 2006),王泽根,华一新,杨艳梅等提出主动空间信息服务的概念,主动空间信息服务是网络条件下解决空间信息服务不同节点及其服务对象的分布性和空间信息服务的实时性要求之间的矛盾而提出的。为满足主动空间信息服务的需求,提出主动式地理信息系统的概念,并就主动式地理信息系统的体系结构、实现途径和关键技术进行了研究。樊博等在政务智能系统中采用面向主动服务模式,实现了主动空间信息服务(樊博, 2006)。
6 地理信息Web服务存在的问题与发展趋势
随着Internet的普及和网络通信技术的飞速发展,地理空间信息处理与应用方式也逐渐产生变化,地理信息Web服务发展成为地GIS发展的新的支撑技术之一。地理信息服务的网络化、服务组合的自动化、智能化等为地理信息Web服务的发展和研究提供了广阔的应用前景。
但就地理信息Web服务的研究与应用方面,存在很多有待解决的问题:
(1) 标准方面:国际上已有众多的标准化组织在研究制定地理信息网络服务的标准问题。如W3C,OpenGIS,ISO/TC211等。这些组织制定和颁布了众多的有关地理信息网络服务的各类标准,这些标准在推动地理信息网络服务发展方面起了重要作用。但是,如何规范和协调这些组织之间的活动和作用,并进一步研究和制定更多更好的标准,是地理信息网络服务发展所面临的主要问题。
(2) 效率安全问题:GIS服务链的执行效率、服务的安全性。
(3) 服务的收费标准和机制还需要进一步的研究。
(4) 与网格技术结合的研究才刚起步,尚未构建整体的系统框架,解决目前空间信息应用中的问题。
(5) 智能化问题:地理信息网络服务所面临的最重要的问题之一是智能化问题。目前的研究没有很好地将服务语义描述与服务流程建模、执行结合起来,难以根据用户需求进行有效的动态服务选择和匹配;主动服务可以解决未来Web服务的智能化、个性化与综合化问题,但关于主动服务的研究才刚刚起步,还有很多问题有待进一步研究。
总之,与地理信息Web服务关的基础理论和方法的研究较少,没有形成完整的服务体系,典型的空间信息网络服务也比较少见;在服务语义表达的研究方面,语义网(Semantic Web )及本体(Ontology)的研究是一个重要的方向; 对目前新兴的地理信息服务网络形式中成熟的体系进行实践,网格技术、Agent策略、异构分布式技术等与地理信息网络服务的结合,以及这些技术衍生出来的对地理信息服务系的功能应用进行实例开发的研究;对于Web技术体系的系统化研究,地理信息Web服务体系结构有待进一步优化和丰富;现在一些研究者提出的地理信息服务组合技术,还只是初步性的探索,没有形成规范的空间信息服务组合模型。对Web技术的系统化研究对地理信息服务的框架构建至关重要。目前新的Web技术包括网格计算、计算机网格式服务(Grid Services )、异构分布式阵列式web服务器.Agent软件技术等。如果地理信息服务搭建在通信机制良好、协议规范、交互通畅的网络上,这是保证地理信息服务运行成果的基础。
7 结束语
Web服务给GIS的地理信息服务提供了一个新的集成思路,即在不改变原有系统的基础上,通过构建基于XML的系统间的标准通信协议实现系统间数据和功能的互操作,在Internet这样的时空范围内,各取所需构建具有复杂结构的多层系统,这种系统能将网络中各处的众多的应用程序进行集成,大大提升应用程序的价值。将Web服务的思想引入GIS,一方面可以很好地解决多年来GIS在互操作实现方面所面临的困难,另一方面,方便GIS融入其他应用系统和与其他应用系统集成。
地理信息Web服务的研究虽然取得了较大的成绩,并且被广泛应用于多个领域,但是在标准规范、智能化、安全效率、服务体制、与新兴技术结合等方面还有待进一步研究。
摘要：从地理信息Web服务研究的不同侧面对其进行了综述,阐述了Web服务的基本概念及其架构,概括了当前地理信息Web服务的标准规范、平台及应用研究情况,分析了地理信息Web服务组合及服务链的相关技术-工作流技术、地理信息语义技术、Agent技术等,网格技术与地理信息Web服务的结合以及最新提出的主动地理信息Web服务等研究内容,并对这些技术进行了总结,结合已有的成果,指出其存在的问题并展望其未来的研究方向。