馬衛(wèi)兵，王文廣，朱一凡

（1.國(guó)防科技大學(xué)五院仿真工程研究所，長(zhǎng)沙410073；2.北京特種車輛研究所，北京100072）

基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和組合

馬衛(wèi)兵1，2，王文廣1，朱一凡1

（1.國(guó)防科技大學(xué)五院仿真工程研究所，長(zhǎng)沙410073；2.北京特種車輛研究所，北京100072）

在軍事指揮控制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和訓(xùn)練裝備研究領(lǐng)域，指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的開發(fā)是相對(duì)的，遵循不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，在結(jié)構(gòu)和功能上存在很大的差異。通過建立指控交互信息的語義Web服務(wù)概念參考模型，提出指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)互操作性面臨的技術(shù)需求，研究基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)組合，提出了基于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)用戶語境匹配的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)和服務(wù)匹配算法，以及基于用戶語境的語義Web服務(wù)組合算法。

指控交互信息，用戶語境，語義Web，Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)，Web服務(wù)組合

0　引言

目前，在軍事指揮控制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和訓(xùn)練裝備研究領(lǐng)域，指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的開發(fā)是相對(duì)的，遵循不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，在結(jié)構(gòu)和功能上存在很大的差異。雖然兩方面的開發(fā)人員不斷改善各自框架和體系結(jié)構(gòu)，提供各種接口以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)之間的互操作，但靈活性、可重用性和可擴(kuò)展性等問題未得到充分解決。指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的互操作性問題面臨兩個(gè)方面的技術(shù)需求。

一方面是構(gòu)建指控交互信息互操作概念參考模型，筆者在文獻(xiàn)［1］中已詳細(xì)論述，這里不再贅述。

另一方面是構(gòu)建指控交互信息的語義Web概念參考模型。建立指控交互信息的語義Web概念參考模型，有助于明確指控交互信息語義Web服務(wù)的研究?jī)?nèi)容，促進(jìn)基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)描述模型的建立，以及對(duì)基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)組合的研究，減少或者避免人為參與，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)化發(fā)現(xiàn)、組合和調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)間指控交互信息在語義上的互操作性。

軍事指揮控制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)和訓(xùn)練裝備研究領(lǐng)域中，指控信息交互用于在指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)之間交換信息，提高指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)之間的互操作性，減少指控模擬訓(xùn)練所需的人工支持。在指揮控制系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)互連時(shí)，可以采用語義Web服務(wù)技術(shù)來完成接口的功能，達(dá)成系統(tǒng)間命令、請(qǐng)求和報(bào)告信息的交互。指控交互信息的語義Web服務(wù)使Web服務(wù)具備語義信息，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和信息集成的自動(dòng)化。

指控交互信息的語義Web服務(wù)概念參考模型重點(diǎn)關(guān)注所提供的服務(wù)，該服務(wù)利用指控交互信息，實(shí)現(xiàn)指控系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)間在語義上的互操作性。指控交互信息的語義Web服務(wù)概念參考模型如圖1所示。

指控交互信息的語義Web服務(wù)分為兩個(gè)層次，底層是指控交互信息基礎(chǔ)服務(wù)，上層是指控交互信息配置服務(wù)。指控交互信息基礎(chǔ)服務(wù)，提供基本的指控交互信息服務(wù)，著重對(duì)基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)描述進(jìn)行研究，筆者在文獻(xiàn)［2］中已詳細(xì)論述，這里不再贅述。指控交互信息配置服務(wù)，提供指控交互信息服務(wù)組合，例如，包含多個(gè)命令的作戰(zhàn)計(jì)劃等。傳統(tǒng)語義Web服務(wù)描述模型由于缺乏對(duì)用戶語境信息的描述，在針對(duì)用戶個(gè)性化的需求，為用戶提供滿意的服務(wù)組合方面存在不足之處。為此，本文將著重研究基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)組合技術(shù)。

圖1　指控交互信息語義Web服務(wù)概念參考模型

1　基于指控交互信息用戶語境的語義W eb服務(wù)發(fā)現(xiàn)

如何有效地利用用戶語境信息匹配進(jìn)行語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)，是提高服務(wù)質(zhì)量和用戶滿意度的重要途徑。近年來，已經(jīng)有一些國(guó)內(nèi)外研究將語境信息應(yīng)用于語義Web服務(wù)的發(fā)現(xiàn)中［3-6］。這些方法主要利用鍵值和本體對(duì)靜態(tài)語境信息建模，然后在服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程中，利用基于規(guī)則的匹配和基于本體的推理方法來處理靜態(tài)語境關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)靜態(tài)語境的服務(wù)發(fā)現(xiàn)，最終提高用戶服務(wù)滿意度。然而通過對(duì)現(xiàn)有工作分析調(diào)研，如何在靜態(tài)用戶語境查詢、動(dòng)態(tài)用戶語境推理和過濾的基礎(chǔ)上，進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)用戶語境匹配，實(shí)現(xiàn)語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)，更加有效地提高用戶服務(wù)滿意度，仍然需要開展進(jìn)一步研究。

我們提出了基于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)用戶語境匹配的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)。如圖2所示。

圖2　基于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)用戶語境匹配的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)

①用戶提出服務(wù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求，主要包括服務(wù)的非功能性信息，包含服務(wù)分類信息、服務(wù)的QoS信息，以及服務(wù)的功能信息，包含輸入、輸出、前置條件和效果等，與此同時(shí)，提出用戶語境查詢請(qǐng)求。

②語境處理模塊接收到用戶的語境查詢請(qǐng)求，通過對(duì)用戶語境進(jìn)行查詢、過濾和DLL推理，并在語義Web服務(wù)描述模型的統(tǒng)一規(guī)范下，得出用戶語境描述模型。

③將用戶的服務(wù)分類信息、服務(wù)輸入、輸出等非功能性信息和功能信息，以及用戶語境描述信息傳送給服務(wù)請(qǐng)求描述生成模塊，根據(jù)語義Web服務(wù)描述模型形成服務(wù)請(qǐng)求描述，然后把服務(wù)請(qǐng)求描述發(fā)送給服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊。

④服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊根據(jù)接收到的服務(wù)請(qǐng)求描述，進(jìn)行靜態(tài)用戶語境與動(dòng)態(tài)用戶語境的匹配，并按匹配程度返回匹配結(jié)果。

從上述服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程步驟中不難看出，服務(wù)發(fā)現(xiàn)框架的核心部分就是用戶語境描述和靜態(tài)用戶語境與動(dòng)態(tài)用戶語境的匹配。

靜態(tài)用戶語境與動(dòng)態(tài)用戶語境的服務(wù)匹配算法如下：

需要說明的是對(duì)任一公式集ω，用Conj（ω）表示由ω中的各個(gè)公式作為合取項(xiàng)構(gòu)成的合取式。

由于﹁Sp和﹁Se是運(yùn)用動(dòng)態(tài)描述邏輯（Dynamic DescriptionLogic，DDL）公式描述的，因此，﹁Sp和﹁Se的不可滿足性，可利用DDL公式的可滿足性判定算法來判斷。DDL公式的可滿足性判定算法，見文獻(xiàn)［7］。

2　基于指控交互信息用戶語境的語義W eb服務(wù)組合

我們發(fā)現(xiàn)單一的語義Web服務(wù)往往無法滿足用戶的復(fù)雜需求，現(xiàn)有的多種服務(wù)組合方法可以大致分為兩類［8］，即基于工作流的服務(wù)組合方法和基于人工智能（Artificial Intelligence，AI）規(guī)劃的服務(wù)組合方法?；诠ぷ髁鞯姆?wù)組合方法不能為活動(dòng)的執(zhí)行提供更好的、及時(shí)的支持，在動(dòng)態(tài)性和靈活性方面有待提高。由于傳統(tǒng)的AI規(guī)劃的不足之處包括以下幾點(diǎn)：①傳統(tǒng)的AI規(guī)劃方法對(duì)服務(wù)組合的適應(yīng)性不強(qiáng)；②傳統(tǒng)的AI規(guī)劃是基于假設(shè)的封閉世界的情況；③傳統(tǒng)的AI規(guī)劃很少考慮用戶語境因素；④AI規(guī)劃中動(dòng)作的執(zhí)行只是改變狀態(tài)。

因此，如何有效地將多個(gè)語義Web服務(wù)組合在一起，通過自動(dòng)協(xié)同工作來滿足指控信息交互用戶的復(fù)雜需求，運(yùn)用基于工作流的服務(wù)組合方法和AI規(guī)劃實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)自動(dòng)組合，在方法的復(fù)雜度、可用性等方面，仍有許多問題需要解決。

本節(jié)論述的語義Web服務(wù)組合方法屬于基于可滿足性判定的服務(wù)組合方法，充分考慮用戶語境因素，利用DDL推理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的服務(wù)組合，為解決使用基于AI規(guī)劃的服務(wù)組合方法時(shí)出現(xiàn)的一些問題，進(jìn)行了初步的嘗試。

利用用戶語境的查詢、DDL推理和過濾，在服務(wù)匹配算法基礎(chǔ)上，提出基于用戶語境的服務(wù)組合算法。在此之前，先對(duì)其中用到的語境樹復(fù)雜度和關(guān)系度的度量進(jìn)行論述。

2.1語境樹復(fù)雜度

假設(shè)語境樹T，T≡（TSC，TDC），其中TSC為靜態(tài)用戶語境樹，TDC為動(dòng)態(tài)用戶語境樹，T的屬性節(jié)點(diǎn)集為Attribute≡（AttributeSC，AttributeDC），其中AttributeSC為靜態(tài)屬性節(jié)點(diǎn)，AttributeDC為動(dòng)態(tài)行為屬性節(jié)點(diǎn)，且Attribute={Attr1，Attr2，…，Attrk}，AttributeSC={AttrSC1，AttrSC2，…，AttrSCn}，AttributeDC={AttrDC1，AttrDC2，…，AttrDCm}，n+m= k。對(duì)任意的動(dòng)態(tài)行為屬性節(jié)點(diǎn)AttrDCi，PEi為其前提公式集Pi和結(jié)果公式集Ei的并集，PEi=Pi Ei。CRi為PEi公式集中出現(xiàn)的概念斷言或角色斷言的識(shí)別符集合。對(duì)任意的靜態(tài)屬性節(jié)點(diǎn)AttrSC i，|Di|為AttrSC i所在語境樹的對(duì)應(yīng)位置深度。

則語境樹復(fù)雜度定義如下：

其中，λ為權(quán)重系數(shù)，N為常量，且N≥max（|D|），proj為第j個(gè)識(shí)別符在CRi中出現(xiàn)的概率。

2.2語境樹關(guān)系度

假設(shè)兩棵語境樹Ti和Tj，RELr={RELr1，RELr2，…，RELrn}為Ti與Tj中的角色關(guān)系集合，ATTr={ATTr1，ATTr2，…，ATTrm}為Ti與Tj中的屬性關(guān)系集合。

則語境樹關(guān)系度定義如下：

其中，λ為權(quán)重系數(shù)，pRELk為角色關(guān)系概率，|RELr|和|ATTr|為角色關(guān)系集合和屬性關(guān)系集合的大小。

下面是基于用戶語境的服務(wù)組合算法。

基于用戶語境的服務(wù)組合算法的主要思想是首先通過語境查詢獲取用戶目標(biāo)屬性語境信息，然后執(zhí)行語境過濾算法，對(duì)動(dòng)態(tài)用戶行為語境樹對(duì)應(yīng)的行為進(jìn)行語境過濾，將滿足要求的行為添加到行為鏈表中，形成行為推理空間，最后利用DDL推理機(jī)進(jìn)行推理，通過對(duì)相應(yīng)的行為語境樹的復(fù)雜度和關(guān)系度的度量，來動(dòng)態(tài)地影響用戶服務(wù)組合推理過程，進(jìn)一步優(yōu)化用戶服務(wù)組合推理過程，獲得滿足用戶需求目標(biāo)的用戶服務(wù)組合順序序列。

需要特別說明的是，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在該算法中，設(shè)定了動(dòng)態(tài)改變行為推理的判定原則，①行為的組合順序應(yīng)該滿足對(duì)應(yīng)的語境樹復(fù)雜度從低到高的順序；②如果行為的組合順序滿足對(duì)應(yīng)的語境樹復(fù)雜度從高到低的順序，那么需要考慮它們的關(guān)系度量值是否大于某個(gè)閾值Ω。

這個(gè)判定原則具體體現(xiàn)在算法中的（COMPLEXITY（Ti）COMPLEXITY（Tj））∧（RELATION（Ti，Tj）>Ω）兩個(gè)判定條件，只有滿足兩者之一，我們認(rèn)為行為序列的推理路線是正確的，否則就需要考慮其他的行為序列。同時(shí)，需要特別強(qiáng)調(diào)的是，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在很多復(fù)雜的服務(wù)組合情況，需要根據(jù)具體應(yīng)用不斷地調(diào)節(jié)判定原則，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，才能達(dá)到理想的效果。

3　結(jié)論

與以往的研究工作相比較，本文研究的進(jìn)步之處在于：將語境作為語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和組合中不可忽視的一個(gè)因素，在基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)描述模型基礎(chǔ)上，結(jié)合語境查詢和語境過濾方法，利用可滿足性判定算法，進(jìn)行DDL推理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的服務(wù)組合。

在基于指控交互信息用戶語境的語義Web服務(wù)研究方面，動(dòng)態(tài)描述邏輯DDL還存在較大的研究和應(yīng)用潛力。一是研究改進(jìn)優(yōu)化算法，開發(fā)相應(yīng)的DDL推理機(jī)，解決DDL推理復(fù)雜度過高的問題；二是研究在模糊性、時(shí)序性和分布式方面對(duì)DDL進(jìn)行擴(kuò)充，為語義Web服務(wù)提供更合理的描述邏輯基礎(chǔ)；三是研究基于空間推理和模糊邏輯的DDL，為語義Web服務(wù)中的空間本體建立和不確定性推理提供理論基礎(chǔ)。

［1］馬衛(wèi)兵，朱一凡.模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的互操作性研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2013，35（4）:174-180.

［2］MA W B，WANG W G，ZHU Y F.Semantic Web Services Description based on command and control interaction user context［C］//2014 IEEE The Joint International Information TechnologyandArtificial IntelligenceConference，2014.

［3］JIN Z，LIU L.Web service retrieval an approach based on context ontology［C］//Proc of the 30th Annual International ConferenceonComputerSoftwareandApplications. Chicago，USA，2006：513-520.

［4］SPANOUDAK M，AHBUB K.A platform for context aware runtimeweb servicediscovery［C］//Proc of theIEEE International ConferenceonWebServices.SaltLakeCity，USA，2007：233-240.

［5］YANG S J H，ZHANG J，CHEN I Y Z.A jess-enabled context elicitation system for providing context-aware web services［J］.Expert Systems with Applications：An International Journa，2008，34（4）：2254-2266.

［6］馮在文，何克清，李兵，等，一種基于情境推理的語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法［J］.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2008，31（8）：1354-1363.

［7］常亮，史忠植，邱莉榕，等，動(dòng)態(tài)描述邏輯的Tableau判定算法［J］.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2008，31（6）：896-909.

［8］AJAY B.A universal service-semantics description language［C］//In Proceedings of the Third European Conference on WebServices.IEEE ComputerSociety，2005.

Semantic Web Services Discovery and Composition Based on User Context for Command and Control Interactive Information

MA Wei-bing1，2，WANG Wen-guang1，ZHU Yi-fan1
（1.Simulation Engineering Institute of Fifth Department，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China；2.Beijing Special Vehicle Institute，Beijing 100072，China）

In the military command and control simulation training systems and training equipment research domain，the development of simulation system and command and control system is relative，and following different standards and protocols，there is a big difference in structure and function. Through the establishment of the command and control interactive information Semantic Web Services Conceptual Reference Model，technical requirements of command and control systems and simulation systems interoperability are proposed，andthe Semantic Web Services discovery and service composition based on command and control interactive information user context information is discussed.Finally，the semantic Web service discovery infrastructure and services matching algorithms based on static and dynamic User Context，and semantic Web service composition algorithm based on user context are proposed.

command and control interactive information，user context，semantic web，web services discovery，webservicescomposition

TP391.9

A

1002-0640（2016）10-0029-04

2015-08-19

2015-09-18

馬衛(wèi)兵（1972-），男，江蘇南京人，碩士。研究方向：裝備模擬仿真。