Модели, алгоритмы и программные средства поиска и композиции ВЕБ-сервисов с использованием семантических описаний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Климов, Валентин Вячеславович

• Климов, Валентин Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Климов, Валентин Вячеславович

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Концепции семантического веба и задачи поиска и композиции веб-сервисов.

1.1. Общий обзор концепций семантических веб-сервисов.

1.1.1. Основные понятия семантического веба.

1.1.2. Анализ спецификации RDF (Resource Description Framework).

1.1.3. Анализ спецификации Ontology Web Language (OWL).

1.2. Онтологический подход к описанию семантики веб-сервисов.

1.2.1. Анализ спецификации OWL-S (Web Ontology Language for Web-Services).

1.2.2. Сравнительный анализ спецификаций BPEL и OWL-S.

1.2.3. Сравнительный анализ спецификаций CDL и OWL-S.

1.2.4. Сравнительный анализ спецификаций SAWSDL и OWL-S.

1.2.5. Сравнительный анализ спецификаций WSMO и OWL-S.

1.3. Современное состояние проблемы поиска и композиции.

1.3.1. Сравнительный анализ стандартов описания веб-сервисов и их композиций.

1.3.2. Сравнительный анализ моделей поиска и композиции веб-сервисов.

1.3.3. Сравнительный анализ программных систем композиции веб-сервисов.

1.4. Постановка задачи диссертации.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Модели поиска и композиции веб-сервисов на основе концепций семантического веба.

2.1. Многоуровневая архитектура семантических веб-сервисов.

2.2. Теоретико-множественная модель семантического веб-сервиса.

2.3. Модель поиска и композиции веб-сервисов с использованием словарей понятий.

2.4. Модель поиска и композиции процессов с использованием концептуальной модели предметной области.

2.4.1. Онтология как концептуальная модель предметной области.

2.4.2. Представление предметной области в виде логико-математической теории.

2.4.3. Предикатная модель атомарного/простого процесса веб-сервиса.

2.4.4. Уточнение теоретико-множественной модели процесса и задач поиска и композиции.

2.4.5. Предикатная модель композиций процессов.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Алгоритмы системы поиска и композиции процессов.

3.1. Общий алгоритм работы системы поиска и композиции.

3.2. Алгоритмы поиска и композиции.

3.2.1. Подготовка данных.

3.2.2. Алгоритм «точного» поиска.

3.2.3. Алгоритм композиции процессов.

3.2.4. Алгоритм «неточного» поиска.

3.3. Алгоритмы логического соответствия искомого и реального процессов.

3.3.1. Синтаксическая унификация логических выражений.

3.3.2. Формирование программы на языке Пролог.

3.3.3. Выполнение доказательства на языке Пролог.

3.4. Описание общей архитектуры системы поиска и композиции.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Экспериментальное исследование и внедрение разработанной системы.

4.1. Поиск процессов на основе соответствия входов/выходов.

4.1.1. Подготовка тестовых данных.

4.1.2. Методика проведения экспериментов.

4.1.3. Проведение экспериментов.

4.2. Анализ процессов на соответствие логических описаний.

4.3. Внедрение системы в компании «Банковский Производственный Центр».

4.3.1. Разработка требований.

4.3.2. Разработка онтологии предметной области «потребительское кредитование»

4.3.3. Моделирование взаимодействия процессов, обеспечивающих функции потребительского кредитования.

4.3.4. Описание процессов и их композиций для области «потребительское кредитование».

4.3.5. Проверка системы на тестовых примерах.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели, алгоритмы и программные средства поиска и композиции ВЕБ-сервисов с использованием семантических описаний»

Актуальность темы исследований.

По мере развития информационных технологий возникали разные подходы к написанию программ: модульное, объектно-ориентированное, компонентно-ориентированное программирование. Однако все подходы имеют ряд недостатков, они часто приводят к созданию негибких приложений, приходится создавать множество специализированных приложений для решения задач, которые лишь немного различаются. Кроме того, в последнее время большое значение придается программированию не монолитных систем, а систем, состоящих из большого числа разнородных частей. Поэтому, альтернативой традиционным подходам стала сервис-ориентированная разработка программного обеспечения.

Сервис-ориентированная архитектура (COA, Service Oriented Architecture, SOA) - это парадигма организации и использования распределенных информационных ресурсов, таких как приложения и данные, находящихся в сфере ответственности разных владельцев, для достижения желаемых результатов потребителем, которым может быть конечный пользователь или другое приложение [1]. COA основана на модульном подходе к разработке программного обеспечения, на использовании сервисов со стандартизированными интерфейсами. В основе COA лежат принципы многократного использования функциональных элементов ИТ, ликвидации дублирования функциональности в ПО, унификации типовых операционных процессов, обеспечения перевода операционной модели компании на централизованные процессы и функциональную организацию на основе промышленной платформы интеграции. Компоненты приложения могут быть распределены по разным узлам сети, и предлагаются как независимые, слабо связанные, заменяемые сервисы. Интерфейс компонентов предоставляет инкапсуляцию деталей реализации конкретного компонента (ОС, платформы, языка программирования и т.п.) от остальных компонентов. COA предоставляет гибкий способ комбинирования и многократного использования компонентов для построения распределённых программных комплексов [2].

Применение сервис-ориентированных подходов позволяет говорить о повторном использовании на макро-уровне (уровне сервисов), в отличие от микро-уровня (уровня объектов). Сервис-ориентированный подход предполагает использование общепринятых стандартов, что позволяет самым разным приложениям использовать функциональность друг друга. Сервисы могут быть написаны с использованием разных языков программирования на различных платформах. Сервисы предоставляют доступ к своей функциональности по сети и могут быть развернуты отдельно или в рамках сложных распределённых программных комплексов.

Частным случаем сервиса является XML веб-сервис. В целом можно сказать, что веб-сервис - это ресурс, реализующий бизнес-функцию и обладающий следующими свойствами:

• является повторно используемым;

• определяется одним или несколькими явными технологически-независимыми интерфейсами;

• слабо связан с другими подобными ресурсами и может быть вызван посредством коммуникационных протоколов, обеспечивающих возможность взаимодействия ресурсов между собой.

В отличие от традиционного веб-приложения, у веб-сервиса нет пользовательского интерфейса. Вместо этого у него есть программный интерфейс, то есть веб-сервис предоставляет функции (веб-методы), которые могут быть вызваны удаленно (например, по сети Internet). Веб-сервис не предназначен для обслуживания конечных пользователей. Его задача -предоставление услуг другим приложениям, будь то веб-приложения, приложения с графическим интерфейсом или консольные приложения.

Сама технология веб-сервисов к настоящему времени хорошо развита и широко используется, обеспечивая решение целому ряду проблем, с которыми сталкиваются разработчики программного обеспечения. Ориентация на собственные закрытые стандарты и форматы создает проблемы при интеграции приложений. Веб-сервисы получили широкое распространение, так как они основаны на открытых протоколах обмена и передачи данных и стандартах, поддерживаемых на различных программных платформах.

Также следует отметить такой фактор как простота создания приложений. Большинство крупных представителей рынка IT (Microsoft, IBM, Oracle) поддерживают стандарты веб-сервисов в своих средах разработки, которые в свою очередь значительно упрощают разработку веб-сервисов.

Использование данного подхода к программированию 1Т-инфраструктуры позволяет компаниям получать больше преимуществ при своем дальнейшем развитии. Подход СОА развивался с целью интеграции сложных и разнородных программных систем за счет использования слабо связанных друг с другом повторно используемых компонентов и обеспечения среды для их удобного связывания. Основной трудностью при реализации данного подхода является сложность нахождения веб-сервиса, который предоставлял бы требуемую функциональность. Зачастую при разработке крупных проектов, включающих сотни сервисов, программисту гораздо проще написать свой сервис, чем искать аналогичный среди уже реализованных. Тем самым нарушается главный принцип и преимущество СОА - принцип повторного использования компонентов, что негативно сказывается в дальнейшем на всем процессе разработки приложения.

Инвестиции в ПО на основе веб-сервисов в США

12 -гio

St. ■ *s ■ .2 » . I

ТТ^ 20йЗ:-)'У' :. 2G04 vjiZDOS'' j v.2006 Х 20f?: д j Й0рС v

Рис. В.1. Инвестиции в программное обеспечение на основе веб-сервисов в США

По оценкам агентства IDC с 2001 года средний ежегодный рост рынка веб-сервисов только в США составлял 116% в год. Ожидается продолжение бурного роста рынка. Динамика роста представлена на рис. В.1. [3].

Технология веб-сервисов основана на открытых XML-стандартах, при помощи которых можно описать любые данные независимым от платформы способом, что приводит к слабой связанности приложений. Это стандарты:

• SOAP — это XML-протокол для удаленного вызова методов;

• UDDI описывает модель данных, предназначенную для обнаружения услуг, предоставляемых веб-сервисами;

• WSDL — это язык описания интерфейсов веб-сервисов.

SOAP (Simple Object Access Protocol) предоставляет собой механизм, ориентированный на обмен структурированной и типизированной информацией между узлами в распределенной и децентрализованной среде. При этом SOAP не регламентирует модель, лежащую в основе создаваемого программного обеспечения, также как и не ограничивает внутреннюю реализацию приложения. Его задачей является предоставление высокоуровневого API, позволяющего создавать и отправлять соответствующие спецификации сообщения. Такой подход позволяет использовать данный протокол в большинстве современных приложений, оперирующих как сообщениями, так и удаленными вызовами процедур (Remote Procedure Call, RPC).

Передача SOAP сообщений является односторонней, однако может быть расширена в соответствии со спецификой нижележащего транспортного протокола. В случае использования SOAP поверх HTTP становится возможным передавать пары запрос/ответ в пределах одного соединения с удаленным сервером. Однако, вне зависимости от протокола, ответственного за передачу данных, сообщения маршрутизируются в соответствии с атрибутом, позволяющим доопределять обработку сообщения на одном или нескольких промежуточных узлах относительно конечной точки маршрута.

UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) представляет собой реестр, имеющий механизм обнаружения веб-сервисов. Каждое описание в UDDI [4] состоит из элемента бизнес-реестра (BusinessEntity), в котором провайдеры могут регистрировать свои сервисы, а разработчики — искать сервисы. Компании регистрируют для сервисов название, ключевые значения, категории и контактную информацию (телефон, email, HTTP, FTP, факс и так далее). UDDI позволяет описывать, интегрировать и публиковать сервисы.

Сервис UDDI складывается из двух главных составляющих: регистрации и нахождения данных. Регистрационная часть означает, что разработчик отправляет в UDDI информацию, которую потребитель может запросить и найти, что и образует вторую составляющую. Организации и частные лица используют UDDI с помощью программных интерфейсов SOAP или одного из пользовательских интерфейсов, предоставляемых операторами или производителями других веб-сервисов.

WSDL (Web Services Description Language) описывает веб-сервисы как наборы "конечных точек взаимодействия" или портов, отправляющих и получающих сообщения по указанным протоколам, таким как НТТР или SOAP-RPC. WSDL ставит целью автоматизировать связи между веб-сервисами путем разграничения абстрактных описаний сервисов от конкретных форматов данных и протоколов, которые используются для реализации веб-сервиса.

Общая схема взаимодействия веб-сервисов представлена на рис. В.2. В реестре UDDI хранится информация об опубликованном веб-сервисе, его основные методы и параметры доступа к нему. Потребитель сервиса может обнаружить в UDDI-реестре требуемый сервис, соответствующий его запросу, и получить возможность использовать этот сервис. Это становится возможным благодаря тому, что в UDDI-реестре содержится информация о веб-сервисе, его методах, а также ссылка на WSDL-документ, описывающий веб-сервис. Путем обмена данными между потребителем сервиса и его поставщиком согласуются условия использования веб-сервиса.

Указывает на описание ^ Указывает на j

Обнаруживает! "'-» ^ сервис ¡Описывает веб-сервис , ^ ^ j сеРвис ^ I

I ^ .

-•■'РоИСЛ .

Обмен XML-сообщениями

Рис. В.2. Общая схема взаимодействия потребителя с веб-сервисом.

При автоматизации как научных исследований, так и бизнеса часто возникает необходимость объединения сервисов, базирующихся на ресурсах, принадлежащих одной организации, и/или на внешних разделяемых ресурсах и средствах провайдеров услуг. Такое объединение может оказаться технически очень сложной задачей, поскольку необходимо обеспечивать качество обслуживания во время работы программ на различных локальных платформах. Описанные проблемы находились в центре внимания разработчиков распределённых систем для крупномасштабных научно-исследовательских проектов, что привело к созданию грид-технологий [5, 6]. Для того, чтобы воспользоваться привлекательными возможностями, грид-технологии совмещают с технологиями веб-сервисов. Например, такими как описание и обнаружение сервиса; автоматическая генерация программных частей на сторонах клиента и сервера на основе описаний сервисов; связывание описаний сервисов с сетевыми протоколами; совместимость с появляющимися высокоуровневыми открытыми стандартами, сервисами и инструментариями. Такое совмещение и расширение технологий грид и веб-сервисов называется открытой архитектурой грид-сервисов (Open Grid Services Architecture -OGSA). При этом термин архитектура указывает на вполне определённый набор основных интерфейсов, с помощью которых можно конструировать системы с заданными свойствами, а термин «открытая» использован для обозначения расширяемости, переносимости и стандартизации. Эта архитектура базируется на концепциях и технологиях, развитых в сферах веби сервисов и грид, и устанавливает единообразное представление семантики грид-сервиса; определяет стандартные механизмы для создания, присваивания имён и обнаружения экземпляров грид-сервисов; обеспечивает независимость от размещения и возможность доступа по различным протоколам к экземплярам сервисов; поддерживает интеграцию с возможностями локальных платформ. Для обеспечения возможности обнаружения сервисов и интероперабельности протоколов эта архитектура использует WSDL, расширенный конструкциями для поддержки множества согласованных интерфейсов и управления изменениями. OGSA определяет в терминах языка описания WSDL интерфейсы и механизмы, необходимые для создания и формирования сложных распределённых систем, как для научных, так и для коммерческих вычислений.

В настоящее время консорциумом World Wide Web (W3C) активно развивается концепция семантического веба. Он является надстройкой над существующей всемирной паутиной и дает возможность интерпретировать информацию, как человеку, так и компьютеру, что существенно улучшает процесс поиска информации. Интерпретировать семантику информации становится возможным благодаря двум важнейшим характеристикам:

• использованию универсальных идентификаторов ресурсов (URI);

• использованию онтологий и языков описания метаданных.

К стеку технологий семантического веба относят набор стандартов языков описания, включающий XML, XML Schema, RDF, RDF Schema, OWL и другие. Семантические веб-сервисы - это законченные программные компоненты с однозначно описанной семантикой, доступные через Интернет и пригодные для автоматизированного поиска, композиции и выполнения [7].

Консорциумом W3C разрабатываются и утверждаются новые варианты стандартов описания семантики веб-сервисов, важнейшим из которых является OWL-S (Web Ontology Language for Web-Services). Ценность семантических OWL-S описаний заключается в обеспечении связи описываемых параметров сервиса с OWL онтологиями. Достаточно включить путь к OWL онтологии предметной области в заголовок OWL-S, чтобы получить возможность использовать все классы и отношения этой онтологии.

Становится возможным поиск по семантическим описаниям, т.е. поиск по смыслу совершаемых сервисом операций, а не по набору ключевых слов, как это было до сих пор. Подобный подход способен решить одну из основных проблем СОА-проектов, заключающуюся в сложности нахождения нужного сервиса для его повторного использования, что, в свою очередь, приведёт к ускорению разработок и снижению трудоёмкости создания СОА-приложений.

Также возможно использование семантического поиска веб-сервисов для небольших проектов, для которых важна скорость разработки. В этом случае большинство сервисов можно быстро найти непосредственно из репозитория их семантических описаний, если требуемые сервисы в нём имеются.

Поиск и композиция сервисов приводит к повышению эффективности разработки сервис-ориентированных приложений, а также к упрощению процесса повторного использования сервисов. Поэтому данной проблематике в настоящее время уделяется пристальное внимание, следствием которого являются многочисленные научные исследования и публикации.

Значительный вклад в исследование и решение проблем поиска с использованием онтологий и технологий семантического веба внесли как отечественные учёные В.Ф. Хорошевский, Л.Б. Шереметов, В.А. Дерецкий, В.Д. Соловьев, Б.В. Добров, Н.В. Лукашевич и др., так и целый ряд зарубежных учёных A. Brogi, S. Corfmi, M. Paolucci, О. Lassila, J. Ziembicki, K. Sacnhes, S. Mcllraith, D. Martin и др.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется возрастающей потребностью индустрии разработки веб-ориентированных информационных систем в средствах поиска и композиции веб-сервисов с использованием семантических описаний в связи с быстрым ростом числа сервис-ориентированных приложений и необходимостью усовершенствовать и сделать более точным процесс поиска и композиции веб-сервисов.

Цель диссертационной работы: разработка и исследование моделей, алгоритмов и программных средств, расширяющих функциональные возможности поиска и композиции веб-сервисов путём учета предусловий, эффектов и отображений входов на выходы в их семантических описаниях.

Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы были решены следующие задачи:

1. Разработаны модели поиска и композиции веб-сервисов с использованием семантических описаний.

2. Разработаны алгоритмы поиска и композиции веб-сервисов по их семантическим описаниям.

3. Решена поставленная задача оценки релевантности поискового запроса и семантического описания сервиса в случаях недостатка или избытка хранящихся и запрошенных пользователем входов и выходов веб-сервисов.

4. Разработана структура и механизмы взаимодействия компонентов программной системы поиска и композиции веб-сервисов по их семантическим описаниям.

5. Проведено экспериментальное исследование разработанных моделей, алгоритмов и программных средств.

Объектом исследования является задача поиска и композиции веб-сервисов с использованием семантических описаний.

Предметом исследования являются модели и алгоритмы, используемые при ее решении.

Методы исследования. Исследования проводились с помощью постановки и решения оптимизационных задач (задачи о назначениях) и задач, сводящихся к формальному доказательству в исчислении предикатов первого порядка. Работа проводилась на основе принятых международных стандартов семантического описания веб-сервисов и онтологий предметных областей. При разработке программного обеспечения использовались подходы логического и клиент-серверного программирования, XML, RDF и OWL технологии.

Достоверность результатов подтверждена результатами экспериментального исследования предложенных моделей, алгоритмов, разработанной и практически реализованной системой поиска и композиции веб-сервисов с использованием семантических описаний, публикацией результатов в печати, апробацией на научно-технических конференциях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны интегрированная модель и алгоритмы поиска процессов веб-сервисов с использованием онтологий предметных областей и общепринятого лингвистического тезауруса \VordNet.

2. Разработана расширенная модель семантического описания веб-сервиса за счет введения отображения входов на выходы, а также алгоритмы её обработки.

3. Разработаны модель и алгоритмы использования предусловий, эффектов и отображений входов на выходы при поиске и композиции процессов веб-сервисов.

4. Разработана структура и механизмы взаимодействия компонентов программной системы поиска и композиции процессов веб-сервисов с использованием семантических описаний.

Практическая значимость. Разработанные модели и алгоритмы поиска и композиции могут быть использованы для:

1. Усовершенствования стандартов, связанных с семантическим описанием веб-сервисов.

2. Построения реестров, предназначенных для публикации и поиска веб-сервисов по их семантическим описаниям.

Практическую ценность проведённых исследований составляет реализованный комплекс инструментальных программных средств, расширяющий функциональные возможности поиска и композиции веб-сервисов путём учёта предусловий, эффектов и отображений входов на выходы в их семантических описаниях.

Основные научные результаты, выносимые на защиту.

1. Интегрированная модель и алгоритмы поиска процессов веб-сервисов с использованием онтологий предметных областей и общепринятого лингвистического тезауруса WordNet.

2. Расширенная модель семантических описаний веб-сервисов за счет введения отображений входов на выходы, а также алгоритмы её обработки.

3. Модель и алгоритмы использования предусловий, эффектов и отображений входов на выходы при поиске и композиции процессов веб-сервисов.

4. Структура и механизмы взаимодействия компонентов программной системы поиска и композиции процессов веб-сервисов с использованием семантических описаний, функционирующей на основе разработанных моделей и алгоритмов.

Реализация результатов работы. Разработана программная система поиска и композиции веб-сервисов по их семантическим описаниям. Система была использована при разработке и внедрении сервис-ориентированного приложения в ООО «Банковский Производственный Центр», а также в Министерстве образования и науки РФ в рамках государственного контракта №П2187 от 9 ноября 2009 года, что подтверждается актами о промышленном внедрении и использовании результатов диссертационной работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и выставках:

• Научные сессии НИЯУ МИФИ 2008-2011 (Москва, 2008-2011);

• X-XIV международные телекоммуникационные конференции "Молодежь и наука" (Москва, 2008-2011);

• XVII, XVIII, XIX и XX международные научно-технические семинары «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (Алушта, 2008-2011);

• Международный форум «Дни русских инноваций» (Москва, 2009)

• IX и X Всероссийские выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2009 и НТТМ-2010 (Москва, 2009-2010);

• VIII Курчатовская Молодёжная Научная Школа (Москва, 2010);

• Всероссийские образовательные форумы «Смена молодых инноваторов» (Селигер, 2009-2010);

• III международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» (Серпухов, 2009).

Разработанная система является победителем восьмого и девятого конкурсов молодежных инновационных проектов технопарка НИЯУ МИФИ, проводимого в рамках 12-й и 13-й Московских международных телекоммуникационных конференций "Молодежь и Наука» (2009-2010 гг.). Система является победителем по программам «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» (У.М.Н.И.К.-2009 и У.М.Н.И.К.-2010), победителем Регионального Инновационного Конвента г. Москвы в 2010 году. Она является победителем конкурса НК-389П в рамках Федеральной Целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы». Система заняла второе место в категории «1Т-реализация» (специалисты) в номинации «Software» в конкурсе «1Т-прорыв» государственной корпорации «Ростехнологии» и компании Softline. На выставке Научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2009) она получила диплом 1 степени и свидетельство за результативное участие. Система награждена дипломом за участие в полуфинале Национальной премии в области инноваций для молодых ученых имени В.К. Зворыкина в 2011 году.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 33 печатных работах, из них 5 статей в журналах, включенных ВАК РФ в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий [8-12] и 28 тезисов докладов в сборниках трудов научно-технических конференций [13-40].

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем основного текста, без учета приложений — 150 страниц, с учетом приложений — 181. Диссертация содержит 54 рисунка, 25 таблиц и 21 листинг программного кода. Список литературы включает 83 источника.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Климов, Валентин Вячеславович

Выводы по главе 4

1. Для обеспечения возможности экспериментальной проверки разработанных моделей и алгоритмов проведена их программная реализация. Состав реализованных программных компонентов системы поиска и композиции приведен в табл. Б. 1 (Приложение Б). Характеристика репозитория семантических описаний описана в табл. В.1 (Приложение В).

2. Проведена экспериментальная проверка предложенных моделей, алгоритмов и программных средств поиска и композиции процессов веб-сервисов по их семантическим описаниям.

3. Результаты проверки работоспособности системы поиска и композиции процессов на различных тестовых сценариях подтвердили корректность алгоритмов системы.

4. Созданная программная система была внедрена в компанию «Банковский Производственный Центр» и способствует повышению эффективности интеграции процессинговой системы SmartVista с ERP-системой SAP AG. Реализованные модели, алгоритмы и программные средства позволяют значительно ускорить и упростить процесс поиска и композиции веб-сервисов систем SmartVista и SAP AG. В связи со сложностью и распределенностью используемых в них веб-сервисов, оправданным является применение онтологий используемых понятий, способствующее интеграции систем.

Заключение

Итогом диссертационной работы являются следующие научные и практические результаты.

1. Проведенный сравнительный анализ различных подходов к описанию семантики веб-сервисов показал, что рекомендации \¥ЗС разработаны с учетом всех существующих подходов и именно на них следует ориентироваться в исследовании семантического поиска.

2. Для более точного описания семантики веб-сервисов в модель процессов, поддерживаемых сервисом, наряду с предусловиями и эффектами предложено ввести отображение входов процесса на его выходы.

3. Анализ вопросов, связанных с проблемой семантического поиска веб-сервисов, показал, что в них не найдено место для предусловий, эффектов, что собственно и составляет сущность семантического описания. Существующие алгоритмы поиска и композиции ориентированы только на соответствие запроса и реальных процессов веб-сервисов по входам и выходам.

4. В диссертации впервые показано место предусловий, отображений и эффектов в процессе поиска и композиции веб-сервисов. В результате появилась возможность математически точно поставить задачи поиска и композиции процессов с использованием семантических описаний.

5. Разработаны интегрированная модель и алгоритмы поиска процессов веб-сервисов с использованием онтологий предметных областей и общепринятого лингвистического тезауруса \УогсПЧе1:. Это дало возможность осуществлять поиск процессов, использующих в описаниях различные онтологии предметной области, путем использования комментариев (наборов ключевых слов из тезауруса \¥огсШе1;) к понятиям, которые являются типами входов и выходов искомого процесса (запроса) и реальных процессов.

6. Разработана расширенная модель семантического описания веб-сервисов за счет введения отображения входов на выходы, а также алгоритмы её обработки. Это позволило повысить точность поиска и производить проверку логического соответствия искомого и реальных процессов веб-сервисов.

7. Разработаны модель и алгоритмы использования предусловий, эффектов и отображений входов на выходы при поиске и композиции процессов веб-сервисов. Алгоритм сравнения предусловий, эффектов и отображений входов на выходы искомого и реальных процессов позволяет проверить их логическое соответствие, что приводит к повышению точности поиска и композиции процессов.

8. Разработана структура и механизмы взаимодействия компонентов программной системы поиска и композиции процессов веб-сервисов с использованием семантических описаний, что дало возможность совместного использования средств программирования Java и Пролог в реализованной программной системе.

9. Проведена экспериментальная проверка предложенных моделей, алгоритмов и программных средств поиска и композиции процессов веб-сервисов по их семантическим описаниям. Проверка подтвердила достоверность полученных результатов.

10. Созданная программная система внедрена в компании «Банковский Производственный Центр». Использование системы способствует повышению эффективности интеграции процессинговой системы SmartVista с ERP-системой SAP AG. Реализованные модели, алгоритмы и программные средства позволяют значительно ускорить и упростить процесс поиска и композиции веб-сервисов систем SmartVista и SAP AG. В связи с распределенностью и сложностью используемых в них сервисах, оправданным является применение онтологий используемых понятий, способствующее интеграции систем.

11. Разработанная программная система внедрена в Министерстве образования и науки РФ в рамках государственного контракта №П2187 от 9 ноября 2009 года. Использование системы позволило сделать более точным процесс поиска и композиции веб-сервисов, привело к ускорению разработок и снижению трудоёмкости создания сервис-ориентированных приложений.

Результаты экспериментального исследования и промышленного внедрения системы показывают, что поставленную цель создания моделей, алгоритмов и программных систем поиска и композиции процессов, можно считать достигнутой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Климов, Валентин Вячеславович, 2012 год

1. Reference Model for Service Oriented Architecture 1.0. Электронный ресурс. // OASIS, Committee Specification 1, 2 August 2006. (http://www.oasis-open.org/committees/tchome.php?wgabbrev=soa-rm)

2. Сервис-ориентированная архитектура. Электронный ресурс. // Wikipedia. -(http://ru.wikipedia.org/wiki/ Сервис-ориентированнаяархитектура)

3. The Digital Universe Электронный ресурс. / International Data Corporation. — Электрон, дан.-M.,2010. Режим доступа: http://www.emc.com/digitaluniverse, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

4. The UDDI Technical White Paper. Электронный ресурс. / OASIS,2003. — Электрон. дан. М., 2010. - Режим доступа: http://www.uddi.org/pubs/IruUDDITechnicalWhitePaper.pdf, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

5. Foster, I. and Kesselman, С. (eds.). The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure. Morgan Kaufmann, 1999.

6. Foster, I., Kesselman, C. and Tuecke, S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations. International Journal of High Performance Computing Applications, 15 (3). 200-222. 2001.

7. Семантические веб-сервисы. Электронный ресурс. // Wikipedia. -(http://ru.wikipedia.org/wiki/CeMaHTH4ecKneBe6-cepBHCbi)

8. Климов В.В. Система поиска и интеграции веб-сервисов с использованием семантических описаний // Информационные технологии в проектировании и производстве.-2010.-№1.-С. 73 79

9. Климов В.В., Ульянов М.Е., Шапкин П.А., Кудинов М.А., Климов В.П. Система описания и выполнения композиций семантических веб-сервисов // Информационные технологии в проектировании и производстве-2010-4-С.64-70

10. Климов В.В., Климов В.П. Угрозы нарушения информационной безопасности систем поиска и композиции веб-сервисов. // Безопасность информационных технологий.-2010.-№3.-С. 42 46

11. Климов В.В., Шапкин П.А., Климов В.П., Шумский Л.Д. Подход кпостроению интерфейса композиции веб-сервисов на основе семантических описаний // Вестник Воронежского государственного технического университета.-2010.-№12.- С. 152 157

12. Волченков Н.Г., Дмитренко А.И., Климов В.В., Орлов A.B., Щукин Б.А. Композиция семантических веб-сервисов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2011-№ 6,т.9 С.35-42

13. Климов В.В., Климов В.П., Щукин Б.А. Разработка метода построения настраиваемых Web-приложений. В кн.: Научная сессия МИФИ-2009, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2009. Т.З. С.42.

14. Климов В.В., Семичевский С.П., Цехмистров Д.С., Щукин Б.А. Применение спецификаций RDF и OWL для семантического поиска веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2009, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2009. Т.З. С.42.

15. Климов В.В., Семичевский С.П., Цехмистров Д.С. Использование спецификаций RDF и OWL для семантического поиска веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2009, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2009. Т.1. С.260-263.

16. Климов В.В., Климов В.П., Миронос С.А. Построение гибких и совместимых программных продуктов с использованием технологии веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.2. С.79-80.

17. Климов В.В., Савинов H.JI. Система динамической композиции веб-сервисов на основе их WSDL и OWL-S описаний. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010.Т.2.С.62-64.

18. Климов В.В.,Дмитренко А.И.,Андрус O.A. Система управления и обеспечения взаимодействия и композиции веб-сервисов. В кн.: Научная сессия

19. МИФИ-2010, "Молодежь и Наука".Сборник трудов М.:МИФИ,2010.Т.2.С.73-75.

20. Климов В.В., Дмитренко А.И., Андрус O.A. Система поиска и индексации RDF/OWL данных. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С.253-254.

21. Климов В.В., Климов В.П., Семичевский С.П. Система генерации шаблонов интернет-страниц, основанная на технологии семантических веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.2. С. 108-109.

22. Климов В.В., Климов В.П., Дмитренко А.И. Исследование методов применения семантического веба для построения программных агентов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.2. С.110-111.

23. Климов В.В., Климов В.П., Андрус O.A. Методология использования сервис ориентированной архитектуры для интеграции бизнес-процессов предприятия. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С.247-249.

24. Климов В.В., Климов В.П. Разработка метода построения систем поиска web-сервисов с использованием семантических описаний по стандарту OWL-S. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.2. С. 103-105.

25. Хоботов A.A., Климов В.В. Семантический поиск и интеграция веб-сервисов на основании их OWL-S описаний. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука".Сборник научных трудов М.:МИФИ,2010.Т.2.С.114-116.

26. Климов В.В., Мешков Д.Е. Система динамических отчетов, основанная на технологиях семантического веб. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука".Сборник научных трудов М.:МИФИ,2010,Т,3.с.228-231.

27. Климов В.В., Мешков Д.Е. Система валидации онтологий для SOA архитектуры. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С.232-234.

28. Климов В.В., Чуваев А,Е. Система семантического поиска и композиции веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2010, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С.250-252.

29. Климов В.В. Система поиска и интеграции веб-сервисов, основанная на семантических описаниях // Приоритетные направления инновационного развития.-2009.-№1,- С. 33.

30. Климов В.В., Хейн A.A. Задача связи сервис-ориентированного приложения и эмулятора мобильного устройства // В кн.: VIII Курчатовская молодёжная научная школа. Сборник работ. М.:РНЦ «Курчатовский институт», 2010. С.94.

31. Климов В.В., Ванин A.B. Разработка интеллектуальных поисковых роботов и наполнение базы знаний смысловых описаний веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2011, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С.21-23.

32. Климов В.В., Смаков М.Б. Разработка системы автоматической композиции веб-сервисов. В кн.: Научная сессия МИФИ-2011, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С.54-55.

33. Климов В.В., Шевцов A.A., Климов В.П. Разработка графического веб-ориентированного редактора композиций семантических веб-сервисов. В кн.:

34. Научная сессия МИФИ-2011, "Молодежь и Наука". Сборник научных трудов М.: МИФИ, 2010. Т.З. С. 117-119.

35. Т. J. Berners-Lee. Spinning The Semantic Web. — MIT Press, 2003. — 366 p.

36. T. Gruber. A Translation Approach to Portable Ontology Specifications. — Knowledge Systems Laboratory, 1992. — 26 p.

37. RDF Primer. Электронный ресурс. // W3C Recommendation 10 February 2004. (http://www.w3.org/TR/rdf-primer/)

38. SPARQL Query Language for RDF. Электронный ресурс. // W3C Member Recommendation. (http://www.w3.org/TR/rdf-sparql-query/).

39. Добров Б.В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В., Соловьев В.Д. Онтологии и тезаурусы: модели, инструменты, приложения // Учебное пособие М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - 173с., ил.

40. F. Baader. The Description Logic Handbook. — New York: Cambridge University Press, 2003. —ISBN 0-521-78176-0

41. OWL-S: Semantic Markup for Web Services Электронный ресурс./консорциум W3C — Электрон, дан. — Stanford, 2004 — Режим доступа: http://www.w3.org/Submission/OWL-S, свободный. — Загл. с экрана. —Яз. англ.

42. Business Process Execution Language for Web Services, Version 1.0 Электронный ресурс. — Электрон, дан. — OGSI, 2004 — Режим доступа: http://www-106.ibm.com/developerworks/webservices/library/ws-bpel/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

43. Semantic Annotations for WSDL and XML Schema. Электронный ресурс. — Электрон, дан. —W3C Recommendation 28 August 2007 — Режим доступа: http://www.w3.org/TR/sawsdl/, свободный. — Загл. с экрана. —Яз. англ.

44. Web Service Modeling Ontology Электронный ресурс. / WSMO working group. — Электрон, дан. — M., 2010. — Режим доступа: http://www.wsmo.org/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

45. NAICS (North American Industry Classification System) Электронный ресурс. / U. S. Census Bureau. — Электрон, дан.-M.,2010. Режим доступа: http://www.census.gov/eos/www/naics/, свободный. — Загл. с экрана. —Яз. англ.

46. Universal Standard Products and Services Code System Электронный ресурс. / UNSPSC. — Электрон, дан.-M.,2010. Режим доступа: http://www.unspsc.org/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

47. ISO 3166 Maintenance agency Электронный ресурс. / International Organization for Standardization. — Электрон, дан.-M.,2010. Режим доступа: http://www.iso.org/iso/countrycodes, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

48. Srinivasan N., Paolucci М., Sycara К. An Efficient Algorithm for OWL-S based Semantic Search in UDDI. Semantic Web Services and Web Process Composition. LNCS, vol. 3387, pp. 96-110. Springer/Heidelberg (2005)

49. Dourdas, N., Zhu, X., Maiden, N.A.M, Jones, S., Zachos, K. Discovering Remote Software Service that Satisfy Requirements: Patterns for Query Reformulation. Advanced Information Systems Engineering. LNCS, vol.4001, pp. 239-254. Springer Verlag (2006)

50. Ziembicki, J.I. Distributed Search in Semantic Web Service Discovery. Master of Mathematics Thesis. University of Waterloo, Canada (2006)

51. Sanchez, С, Sheremetov, L. A Model for Semantic Service Matching with Leftover and Missing Information. In: 8th Conf. on Hybrid Intelligent Systems, September 10- 12th, Barcelona, Spain.IEEE CS Press,Washington,DC,USA (2008)

52. Шереметов JI.Б., Санчес К. Семантическое расширение сервисных описаний //Информационные технологии и вычислительные системы.-2009.-№2.-С.51-64.

53. Brogi, A., Corfini, S., and Popescu, R. 2008. Semantics-Based composition-oriented discovery of Web services. ACM Trans. Internet Tech. 8, 4, Article 19, 39 p.

54. OWLS-XPlan Электронный ресурс. / SemWebCentral. — Электрон, дан. — M., 2007. — Режим доступа: http://projects.semwebcentral.org/projects/owls-xplan/, свободный. — Загл. с экрана. —Яз. англ.

55. Web Service Composer Электронный ресурс. / Mindswap. — Электрон, дан. — М., 2010. — Режим доступа: http://www.mindswap.org/2005/composer/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

56. Дейкстра Э. В. Дисциплина программирования // 1-е изд. М.: Мир, 1978. -275с., ил.

57. Describing Web Services using OWL-S and WSDL. Электронный ресурс. — Электрон, дан. —DAML-S Coalition working document; October 2003 — Режим доступа: http://www.daml.Org/services/owl-s/l.0/owl-s-wsdl.html, свободный.

58. Колмогоров А. Н., Драгалин А.Г. Математическая логика Текст. : учеб. пособие для вузов / М. : УРСС, 2004. - 240 с.

59. OWL-S Editor Электронный ресурс. / SRI International. — Электрон, дан. -М.,2011. Режим доступа: http://owlseditor.semwebcentral.org/index.shtml, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. англ.

60. WordNet About WordNet. Электронный ресурс. // WordNet. -(http ://wordnet. princeton.edu).

61. Гипонимы и гиперонимы. Электронный ресурс. // Wikipedia.http://ru.wikipedia.0rg/wiki/THn0HHMbiHrHnep0HHMbi)

62. User Guide for Sesame 2.3 Электронный ресурс. / Aduna B.V. — Электрон, дан. M., 2011. - Режим доступа: http://www.openrdf.org/doc/sesame2/users/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

63. SWRL как, зачем? Электронный ресурс. / Воскобойникова А. А.— Электрон, дан. - М., 2009. - Режим доступа: http://shcherbak.net/2009/04/swrl/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.

64. Planning Domain Definition Language (PDDL) Электронный ресурс. / Drew V. McDermott. — Электрон, дан. M., 2011. - Режим доступа: http://cs-www.cs.yale.edu/homes/dvm/, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. англ.

65. Knowledge Interchange Format (KIF) Электронный ресурс. / Stanford AI Lab, DARPA knowledge Sharing Effort. — Электрон, дан. M., 2011. - Режим доступа: http://www-ksl.stanford.edu/knowledge-sharing/kif/, свободный. - Загл. с экрана.

66. Samuel, К.; Obrst, L.; Stoutenburg, S.; Fox, К.; Franklin, P.; Johnson, A.; Laskey, K. J.; Nichols, D. Translating OWL and semantic web rules into prolog: Moving toward description logic programs. TPLP, Vol. 8, Nr. 3 (2008), p. 301-322.

67. JWNL (Java WordNet Library). Электронный ресурс. // JWNL (Java WordNet Library). (http://sourceforge.net/projects/jwordnet/).

68. Java API for WordNet Searching (JAWS). Электронный ресурс. // Java API for WordNet Searching (JAWS). (http://lyle.smu.edu/~tspell/jaws/).