biểu diễn ngữ nghĩa của dịch vụ web và tìm kiếm dịch vụ web có hỗ trợ ngữ nghĩa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HOÀNG ANH BIỂU DIỄN NGỮ NGHĨA CỦA DỊCH VỤ WEB VÀ TÌM KIẾM DỊCH VỤ WEB CÓ HỖ TRỢ NGỮ NGHĨA Ngnh: KHOA HỌC MÁY TÍNH M s: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN MINH TRIẾT Thnh ph Hồ Chí Minh - 2010 i MỤC LỤC  CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN 1 1.1 Dịch vụ web và kiến trúc hƣớng dịch vụ 1 1.2 Tìm kiếm dịch vụ web 5 1.3 Tìm kiếm dịch vụ web dựa trên ngữ nghĩa 7 1.4 Lý do thực hiện đề tài 9 1.5 Mục tiêu đề tài 10 1.6 Nội dung đề tài 11 CHƢƠNG 2 : DỊCH VỤ WEB VÀ TÌM KIẾM DỊCH VỤ WEB 12 2.1 Định nghĩa 12 2.2 Cấu trúc 12 2.3 Sự phối hợp hoạt động khi sử dụng dịch vụ web 13 2.4 Các công nghệ cốt lõi của dịch vụ web 15 2.4.1 SOAP 16 2.4.2 WSDL 17 2.4.3 UDDI 18 2.5 Các hạn chế khi sử dụng dịch web 18 CHƢƠNG 3 : NGỮ NGHĨA VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN NGỮ NGHĨA 21 3.1 Web ngữ nghĩa 21 3.1.1 Giới thiệu 21 3.1.2 Kiến trúc 21 ii 3.2 Dịch vụ web ngữ nghĩa 23 3.2.1 OWL-S 25 3.2.2 WSMO 26 3.2.3 SAWSDL 27 3.3 Một số hƣớng nghiên cứu chính trong lĩnh vực dịch vụ web ngữ nghĩa 29 3.4 Phƣơng pháp tìm kiếm dịch vụ web dựa trên công dụng 29 CHƢƠNG 4 : PHƢƠNG PHÁP MỞ RỘNG OWL-S DỰA TRÊN CÔNG DỤNG 32 4.1 Mở rộng OWL-S Profile với các công dụng 32 4.1.1 Nhu cầu cần mở rộng OWL-S Profile với các công dụng 32 4.1.2 Mở rộng OWL-S Profile với công dụng 33 4.1.3 Ví dụ về sự mở rộng OWL-S Profile với các công dụng 35 4.2 Lựa chọn Ontology để chú giải công dụng của OWL-S Profile 36 4.2.1 Lựa chọn các khái niệm động từ trong Wordnet để chú giải thành phần động từ trong công dụng 37 4.2.2 Lựa chọn Domain Ontology để chú giải thành phần danh từ trong công dụng 38 4.3 Ánh xạ OWL-S Profile với các công dụng vào UDDI 39 4.4 So sánh phƣơng pháp chú giải công dụng cho OWL-s Profile với một số phƣơng pháp chú giải ngữ nghĩa cho phƣơng thức web 41 4.4.1 SAWSDL 41 4.4.2 FC-MATCH 44 CHƢƠNG 5 : TÌM KIẾM DỊCH VỤ OWL-S DỰA TRÊN CÁC CÔNG DỤNG 46 5.1 Xác định mức độ phù hợp ngữ nghĩa giữa hai khái niệm trong Ontology 46 iii 5.2 Các thuật toán liên quan đến tìm kiếm dịch vụ web dựa trên công dụng và Input, Output 48 5.2.1 Thuật toán xác định mức độ phù hợp giữa hai khái niệm trong Ontology 48 5.2.2 Thuật toán xác định mức độ phù hợp giữa hai công dụng 50 5.2.3 Thuật toán xác định mức độ phù hợp giữa các công dụng từ ngƣời dùng dịch vụ và các công dụng đƣợc quảng cáo bởi nhà cung cấp dịch vụ 51 5.2.4 Thuật toán tìm kiếm dịch vụ web dựa trên công dụng 53 5.2.5 Luật so sánh mức độ phù hợp công dụng giữa các OWL-S Profile 54 5.3 Hệ thống tìm kiếm dịch vụ web kết hợp công dụng và Input, Output 55 5.3.1 Đề xuất hệ thống tìm kiếm dịch vụ web kết hợp công dụng và Input, Output 55 5.3.2 Luật so sánh mức độ phù hợp Input và Output 57 5.3.3 Luật so sánh mức độ phù hợp kết hợp công dụng và Input, Output 57 CHƢƠNG 6 : CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 59 6.1 Kiến trúc tổng thể 59 6.1.1 Hệ thống FOWLS JUDDI Registry 60 6.1.2 Hệ thống FOWLS Annotation Provider 63 6.1.3 Hệ thống FOWLS Discovery Requester 65 6.2 Đánh giá 66 6.2.1 Dữ liệu thử nghiệm 66 6.2.2 Cấu hình máy thử nghiệm 67 6.2.3 Kết quả 67 6.3 Ví dụ 71 CHƢƠNG 7 : KẾT LUẬN 73 iv 7.1 Kết quả đạt đƣợc 73 7.2 Hƣớng phát triển 75 Tham khảo 76 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT  Web Service Dịch vụ web Service Registry Nơi đăng ký dịch vụ Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Service Requester Ngƣời dùng dịch vụ Service Advertisement Quảng cáo dịch vụ Service Request Yêu cầu dịch vụ SOA Service Oriented Architecture, Kiến trúc hƣớng dịch vụ SOAP Simple Object Access Protocol, một giao thức dựa trên XML cho phép các ứng dụng trao đổi thông tin qua HTTP WSDL Web Services Description Language, ngôn ngữ dựa trên XML đƣợc dùng đeer mô tả các thành phần của dịch vụ Web và cách tƣơng tác với nó. UDDI Universal Description, Discovery and Integration, nơi cho phép đăng ký và tìm kiếm dịch vụ web Semantic Web Web ngữ nghĩa SWS Dịch vụ web ngữ nghĩa Semantic Web Service Dịch vụ web ngữ nghĩa RDF Resource Description Framework RDF-S RDF Schema vi OWL Web Ontology Language OWL-S Web Ontology Language for Service WSMO Web Service Modeling Ontology SAWSDL Semantic Annotations for WSDL and XML Schema OWLS Role Based OWLS FOWLS Functionality Based OWLS F Tìm kiếm dịch vụ web dựa trên công dụng IO Tìm kiếm dịch vụ web dựa trên Input, Ouput FIO Tìm kiếm dịch vụ web bao gồm 2 giai đoạn trong đó giai đoạn 1 tìm kiếm dựa trên công dụng, giai đoạn 2 tìm kiếm dựa trên Input, Ouput IOF Tìm kiếm dịch vụ web bao gồm 2 giai đoạn trong đó giai đoạn 1 tìm kiếm dựa trên Input, Ouput, giai đoạn 2 tìm kiếm dựa trên công dụng vii DANH MỤC CÁC BẢNG  Bảng 3.1 Ba ngôn ngữ biểu diễn dịch vụ web đƣợc W3C đệ trình 24 Bảng 4.1 FOWLS Profile 34 Bảng 4.2 Ví dụ ánh xạ vào UDDI 40 Bảng 4.3 Ánh OWL-S Profile vào UDDI 41 Bảng 5.1 Thuật toán xác định mức độ phù hợp giữa hai khái niệm trong Ontology 49 Bảng 5.2 Thuật toán xác định mức độ phù hợp giữa hai công dụng 51 Bảng 5.3 Thuật toán so khớp các công dụng đƣợc yêu cầu từ ngƣời dùng dịch vụ với các công dụng đƣợc quảng cáo bởi nhà cung cấp dịch vụ 52 Bảng 5.4 Thuật toán tìm kiếm dịch vụ web dựa trên công dụng 53 Bảng 5.5 Luật so sánh mức độ phù hợp công dụng giữa các OWL-S Profile 54 Bảng 5.6 Luật so sánh mức độ phù hợp Input, Output 57 Bảng 5.7 Luật so sánh mức độ phù hợp kết hợp công dụng và Input, Output 58 Bảng 6.1 Cấu hình máy thực nghiệm 67 Bảng 6.2 Thống kê theo thời gian thực hiện 67 Bảng 6.3 Thống kê theo số lƣợng dịch vụ tìm thấy 68 viii DANH MỤC CÁC HÌNH  Hình 1.1 Số lƣợng dịch vụ web và các nhà cung cấp dịch vụ web [1] 2 Hình 1.2 Kiến trúc hƣớng dịch vụ trên nền IBM 3 Hình 1.3 Kiến trúc hƣớng dịch vụ trên nền Microsoft 4 Hình 1.4 Sự phối hợp hoạt động khi sử dụng dịch vụ web 5 Hình 1.5 Tập dữ liệu từ thế giới thực [19], [42] 8 Hình 2.1 Cấu trúc của dịch vụ web 13 Hình 2.2 Sự phối hợp hoạt động khi sử dụng dịch vụ web 14 Hình 2.3 Các công nghệ cốt lõi của dịch vụ web [25] 16 Hình 2.4 Cấu trúc thông điệp SOAP [26] 16 Hình 2.5 Cấu trúc WSDL [28] 17 Hình 2.6 Cơ chế tìm kiếm của UDDI 19 Hình 2.7 Framework dịch vụ web [43] 19 Hình 3.1 Sự tiến hóa của kiến trúc web ngữ nghĩa theo đề xuất của Berners Lee [41] . 22 Hình 3.2 Dịch vụ web ngữ nghĩa [43] 23 Hình 3.3 Tập dữ liệu từ thế giới thực [18], [42] 25 Hình 3.4 Dịch vụ OWL-S [31] 26 Hình 3.5 Các thành phần WSMO [32] 27 Hình 3.6 SAWSDL [33] 28 Hình 4.1 OWL-S [31] 34 Hình 4.2 Chú giải công dụng bằng cách kết hợp hai Ontology 36 Hình 4.3 Ánh xạ FOWLS Profile vào UDDI 39 Hình 4.4 Chú giải ngữ nghĩa trong SAWSDL 42 Hình 4.5 Ví dụ về chú giải ngữ nghĩa trong SAWSDL [33] 43 Hình 5.1 Phƣơng trình phân mức độ phù hợp giữa hai khái niệm trong Ontology [15] 47 Hình 5.2 Xác định mức độ phù hợp từng khái niệm tƣơng ứng giữa hai công dụng 48 Hình 5.3 Xác định mức độ phù hợp giữa hai công dụng 50 ix Hình 5.4 Kết hợp tìm kiếm dựa trên công dụng với Input, Output 55 Hình 5.5 Hệ thống tìm kiếm dựa trên công dụng kết hợp với Input, Output 55 Hình 6.1 Kiến trúc tổng thể 59 Hình 6.2 Hệ thống FOWLS JUDDI REGISTRY 60 Hình 6.3 Publish UDDI Port 61 Hình 6.4 Inquiry UDDI Port 62 Hình 6.5 FOWLS Annotation Provider 63 Hình 6.6 Chức năng chú giải các công dụng cho dịch vụ OWLS 64 Hình 6.7 Chức năng đăng ký dịch vụ OWLS đã chú giải các công dụng 64 Hình 6.8 Hệ thống FOWLS Discovery Requester 65 Hình 6.9 Biểu đồ so sánh số lƣợng dịch vụ tìm đƣợc 68 Hình 6.10 Biểu đồ so sánh thời gian thực hiện giữa IO và FIO 69 Hình 6.11 Biểu đồ so sánh thời gian thực hiện giữa FIO và IOF 70 Hình 6.12 Biểu đồ so sánh thời gian thực hiện giữa F, IO, FIO, IOF 70 Hình 6.13 Ví dụ về tìm kiếm dịch vụ web dựa trên IO 71 Hình 6.14 Ví dụ về tìm kiếm dịch vụ dựa trên công dụng 71 Hình 6.15 Ví dụ tìm kiếm dịch vụ web kết hợp các công dụng với các Input và Ouput 72 [...]... vụ web ngữ nghĩa = web ngữ nghĩa + Dịch vụ web Nhƣ vậy, dịch vụ web ngữ nghĩa là phƣơng pháp ứng dụng web ngữ nghĩa vào trong dịch vụ web, nói cách khác dịch vụ web ngữ nghĩa là phƣơng pháp mở rộng dịch vụ web với cách biểu diễn ngữ nghĩa cho nó Dịch vụ web ngữ nghĩa mở ra khả năng cho phép tìm kiếm, tổng hợp và gọi thực hiện dịch vụ web động trong lúc thực thi 8 Ngôn ngữ biểu diễn ngữ nghĩa cho dịch. .. quy trình nghiệp vụ bên trong kiến trúc hƣớng dịch vụ [4] Hình 3.2 Dịch vụ web ngữ nghĩa [43] Dịch vụ web ngữ nghĩa = web ngữ nghĩa + Dịch vụ web đƣợc minh họa trong Hình 3.2 Nhƣ vậy, dịch vụ web ngữ nghĩa là phƣơng pháp ứng dụng web ngữ nghĩa vào trong dịch vụ web, nói cách khác dịch vụ web ngữ nghĩa là phƣơng pháp mở rộng dịch vụ web với cách biểu diễn ngữ nghĩa cho nó Dịch vụ web ngữ nghĩa mở 24 ra... dung phần Tổng Quan trình bày về dịch vụ web và kiến trúc hướng dịch vụ, nhu cầu tìm kiếm dịch vụ web và tìm kiếm dịch vụ web dựa trên ngữ nghĩa, tiếp theo đó là lý do thực hiện và mục tiêu của luận văn Nội dung tóm tắt của từng chương trong luận văn được trình bày ở cuối phần này 1.1 Dịch vụ web và kiến trúc hƣớng dịch vụ Dịch vụ web (Web Servive) là các ứng dụng có khả năng giao tiếp với các ứng... dụng dịch vụ web 1.2 Tìm kiếm dịch vụ web Sự phối hợp hoạt động khi sử dụng dịch vụ web là mô hình tìm kiếm, nối kết và gọi thực hiện dịch vụ đƣợc minh họa trong Hình 1.4 Ngƣời dùng dịch vụ (Service Requestor) định vị trí dịch vụ động bằng cách truy vấn đến nơi đăng ký dịch vụ tìm kiếm một dịch vụ khớp với yêu cầu của nó Nếu dịch vụ tồn tại, nơi đăng 6 ký dịch vụ sẽ cung cấp cho ngƣời dùng dịch vụ hợp... là mô hình tìm kiếm, nối kết và gọi thực hiện dịch vụ Ngƣời dùng dịch vụ (Requestor) định vị trí dịch vụ động bằng cách truy vấn đến nơi đăng ký dịch vụ (Service Registry) tìm kiếm các dịch vụ khớp với yêu cầu của nó Nếu dịch vụ tồn tại, nơi đăng ký dịch vụ sẽ cung cấp cho ngƣời dùng dịch vụ hợp đồng dịch vụ (WSDL) và địa chỉ điểm cuối của dịch vụ cung cấp Sự phối hợp hoạt động của dịch vụ web đƣợc minh... dịch vụ và hợp đồng dịch vụ của nó đến nơi đăng ký dịch vụ để ngƣời dùng dịch vụ có thể tìm kiếm và truy cập dịch vụ Nơi đăng ký dịch vụ Nơi đăng ký dịch vụ (UDDI) là nơi đƣợc thiết lập cho việc tìm kiếm, đăng ký và cung cấp dịch vụ , nó là một thƣ mục trên mạng chứa các dịch vụ Nơi đăng ký dịch vụ là một thực thể chấp nhận, lƣu trữ các bản hợp đồng dịch vụ từ các nhà cung cấp dịch vụ và cung cấp các bản... dụng dịch web UDDI hỗ trợ tìm kiếm dịch vụ dựa trên các input, output của dịch vụ; hoặc tìm kiếm dựa trên các thông tin nhƣ danh mục dịch vụ (service category), chất lƣợng dịch vụ (QoS); hoặc tìm kiếm dịch vụ dựa trên tên dịch vụ( service name), mô tả dịch vụ (text description), danh thông tin về nhà cung cấp dịch vụ, … theo các từ khóa (keyword) tìm thấy UDDI chỉ hỗ trợ so khớp từ khóa, UDDI không có. .. Dịch vụ web ngữ nghĩa Các nghiên cứu dịch vụ web ngữ nghĩa (Semantic Web Service) đã giải quyết đƣợc vấn đề còn thiếu sót của dịch vụ web bằng cách thêm ngữ nghĩa vào bên trong thành phần của dịch vụ vì vậy không chỉ UDDI có khả năng hỗ trợ ngƣời dùng dịch vụ tìm kiếm dịch vụ tự động mà còn giúp cho việc sử dụng dịch vụ một cách tự động trong giai đoạn thiết kế cũng nhƣ giai đoạn thực thi của một quy... động khi sử dụng dịch vụ web, các công nghệ cốt lõi của dịch vụ web Các hạn chế khi sử dụng dịch vụ web đƣợc trình bày cuối chƣơng này Chƣơng 3 trình bày sơ lƣợc về web nghĩa, các phƣơng pháp biểu diễn ngữ nghĩa của dịch vụ web Tiếp theo là trình bày về một số hƣớng nghiên cứu chính trong lĩnh vực dịch vụ web ngữ nghĩa Phƣơng pháp tìm kiếm dịch vụ web dựa trên công dụng sẽ đƣợc trình bày vào cuối chƣơng... Input và Output đã có - Xây dựng thử nghiệm hệ thống cho phép chú giải, đăng ký và tìm kiếm dịch vụ OWL-S dựa trên các công dụng kết hợp với các Input và Output 11 1.6 Nội dung đề tài Chƣơng 1 trình bày về dịch vụ web và kiến trúc hƣớng dịch vụ, nhu cầu tìm kiếm dịch vụ web và tìm kiếm dịch vụ web dựa trên ngữ nghĩa, tiếp theo lý do thực hiện và mục tiêu của luận văn Chƣơng 2 trình bày sơ lƣợc về định nghĩa, . hƣớng dịch vụ [4]. Dịch vụ web ngữ nghĩa = web ngữ nghĩa + Dịch vụ web. Nhƣ vậy, dịch vụ web ngữ nghĩa là phƣơng pháp ứng dụng web ngữ nghĩa vào trong dịch vụ web, nói cách khác dịch vụ web ngữ. lõi của dịch vụ web, UDDI là nơi đăng ký dịch vụ web, cho phép nhà cung cấp dịch vụ đăng ký (publish) các dịch vụ của mình và hỗ trợ ngƣời dùng dịch vụ tìm kiếm dịch vụ (Inquiry) đang có trên. dịch vụ web và kiến trúc hướng dịch vụ, nhu cầu tìm kiếm dịch vụ web và tìm kiếm dịch vụ web dựa trên ngữ nghĩa, tiếp theo đó là lý do thực hiện và mục tiêu của luận văn. Nội dung tóm tắt của