1 語(yǔ)義網(wǎng)格簡(jiǎn)介
　　語(yǔ)義網(wǎng)格(Semantic Grid)是網(wǎng)格的擴(kuò)展，它對(duì)網(wǎng)格上的信息和服務(wù)的含義進(jìn)行了良好的定義，使之能夠更好地支持人機(jī)交互。它通過(guò)對(duì)服務(wù)進(jìn)行語(yǔ)義描述，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格服務(wù)基于語(yǔ)義的發(fā)現(xiàn)、調(diào)用和組裝等過(guò)程。語(yǔ)義網(wǎng)格是網(wǎng)格(Grid)技術(shù)、語(yǔ)義網(wǎng)(Semantic Web)技術(shù)、Web Service技術(shù)和Agents技術(shù)不斷發(fā)展、相互借鑒和融合的產(chǎn)物，已成為相關(guān)領(lǐng)域最領(lǐng)先的研究之一。
　　在語(yǔ)義網(wǎng)格環(huán)境中，一切網(wǎng)格資源都是以服務(wù)的形式出現(xiàn)的。通常包括服務(wù)注冊(cè)" title="服務(wù)注冊(cè)">服務(wù)注冊(cè)中心、服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者三種角色。服務(wù)消費(fèi)者提出對(duì)服務(wù)的功能要求，首先到服務(wù)注冊(cè)中心進(jìn)行服務(wù)查找，然后連接服務(wù)提供者，調(diào)用找到的最適合的服務(wù)。為了使應(yīng)用程序等服務(wù)消費(fèi)者能夠查找和使用編寫好的服務(wù)，服務(wù)提供者首先要對(duì)服務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的描述，說(shuō)明服務(wù)的名稱、分類、功能和調(diào)用方法等屬性信息。Web Service領(lǐng)域使用WSDL等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)描述服務(wù)，而在語(yǔ)義網(wǎng)格中，服務(wù)描述需要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義支持。服務(wù)語(yǔ)義描述工作可以由不同的方法完成，如OWL-S和WSDL-S等。本文使用作為W3C標(biāo)準(zhǔn)的主流的OWL-S標(biāo)準(zhǔn)對(duì)服務(wù)進(jìn)行語(yǔ)義描述。同時(shí)，在領(lǐng)域本體(Ontology)的支持下，語(yǔ)義網(wǎng)格中的服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)基于語(yǔ)義的查找、組裝和調(diào)用等處理流程。
2 服務(wù)選擇
　　本文定義了服務(wù)選擇的概念，將服務(wù)選擇的過(guò)程定義為從服務(wù)請(qǐng)求者發(fā)出查詢請(qǐng)求開始到對(duì)服務(wù)進(jìn)行調(diào)用之前結(jié)束。服務(wù)選擇包括了根據(jù)服務(wù)描述進(jìn)行語(yǔ)義匹配的過(guò)程(本文稱為靜態(tài)選擇)和根據(jù)語(yǔ)義網(wǎng)格環(huán)境的動(dòng)態(tài)影響因素進(jìn)行服務(wù)協(xié)商的過(guò)程(本文稱為動(dòng)態(tài)選擇)。靜態(tài)選擇過(guò)程通常發(fā)生在服務(wù)注冊(cè)中心的匹配引擎，動(dòng)態(tài)選擇過(guò)程通常在服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者之間進(jìn)行。如圖1所示，服務(wù)選擇過(guò)程分為三個(gè)步驟。首先服務(wù)消費(fèi)者提出服務(wù)要求，發(fā)送到服務(wù)注冊(cè)中心，在注冊(cè)信息庫(kù)中進(jìn)行語(yǔ)義支持的匹配處理(步驟1)；然后，根據(jù)滿足服務(wù)要求的匹配結(jié)果集的指導(dǎo)，分別連接不同的服務(wù)提供者，獲取并比較實(shí)際的動(dòng)態(tài)環(huán)境因素，得到最優(yōu)的服務(wù)提供者(步驟2a、2b和2c等)；最后，服務(wù)消費(fèi)者向服務(wù)提供者提出調(diào)用請(qǐng)求并得到響應(yīng)(步驟3)。為了說(shuō)明服務(wù)選擇的過(guò)程，先介紹本文提出的兩個(gè)概念：服務(wù)的設(shè)計(jì)能力" title="設(shè)計(jì)能力">設(shè)計(jì)能力和實(shí)現(xiàn)能力。

2.1 服務(wù)的設(shè)計(jì)能力
　　服務(wù)的設(shè)計(jì)能力是指在服務(wù)的語(yǔ)義描述中，對(duì)服務(wù)的功能屬性進(jìn)行的說(shuō)明。在OWL-S中主要是指ServiceProfile中的描述信息。ServiceProfile提供Agent發(fā)現(xiàn)服務(wù)時(shí)所需的信息，包括服務(wù)完成的工作、服務(wù)使用的限制、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)的請(qǐng)求者必須滿足的要求等。這些信息在服務(wù)查找Agent或者服務(wù)匹配Agent進(jìn)行服務(wù)查找時(shí)使用，并決定服務(wù)能否滿足查詢的要求。ServiceProfile中的描述信息具體包括：
　　(1)serviceName：可作為服務(wù)的標(biāo)識(shí)，每個(gè)服務(wù)只能有一個(gè)。
　　(2)textDescription：每個(gè)服務(wù)只能有一個(gè)用來(lái)對(duì)服務(wù)進(jìn)行簡(jiǎn)短描述，包括該服務(wù)提供什么功能，服務(wù)工作時(shí)有什么要求以及其他的ServiceProfile的編輯者想共享出來(lái)的信息。
　　(3)contactInformation：用來(lái)提供服務(wù)提供者的名稱、聯(lián)系方法等信息。
　　(4)serviceParameter：是一個(gè)可擴(kuò)充的屬性列表，用來(lái)輔助ServiceProfile對(duì)服務(wù)的描述。
　　(5)ServiceCategory：指向一個(gè)ontology服務(wù)或分類服務(wù)的入口。
　　另外還有serviceClassification和serviceProduct，這兩個(gè)屬性和serviceCategory屬性類似，都說(shuō)明服務(wù)的分類信息。
　　本文認(rèn)為，在語(yǔ)義網(wǎng)格中，網(wǎng)格服務(wù)至少會(huì)包括以下屬性：
　　·名稱：服務(wù)名稱。
　　·標(biāo)識(shí)符：服務(wù)標(biāo)識(shí)符，類似于Web Service的端點(diǎn)引用。
　　·價(jià)格：服務(wù)的使用費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)學(xué)角度的指標(biāo)。
　　·分類：服務(wù)的分類，參考標(biāo)準(zhǔn)分類法分類。
　　·提供者：服務(wù)提供者的信息。
　　·功能描述關(guān)鍵字：服務(wù)功能描述的關(guān)鍵字，可以是多個(gè)。
　　·日期：服務(wù)創(chuàng)建日期。
　　·身份認(rèn)證：服務(wù)調(diào)用時(shí)的身份認(rèn)證要求。
　　·授權(quán)：服務(wù)訪問(wèn)時(shí)組織的授權(quán)信息。
　　·通信加密要求：服務(wù)調(diào)用時(shí)有無(wú)加密要求。
　　·加密方法：服務(wù)通信時(shí)的加密方法規(guī)定。
　　·訪問(wèn)方式：服務(wù)的調(diào)用方式，如遠(yuǎn)程接口調(diào)用、調(diào)用Agent移動(dòng)到提供者本地調(diào)用或下載服務(wù)客戶端然后再調(diào)用等。
　　·訪問(wèn)執(zhí)行：服務(wù)的輸入、輸出參數(shù)規(guī)定。
　　·服務(wù)執(zhí)行的前提條件。
　　·服務(wù)執(zhí)行后對(duì)環(huán)境的影響。
　　·資源指針：服務(wù)使用的資源指定。
　　本文的研究是在OWL-S語(yǔ)義描述框架下，詳細(xì)分析語(yǔ)義網(wǎng)格服務(wù)的屬性，并使用owl語(yǔ)言對(duì)這些屬性進(jìn)行表示，再結(jié)合領(lǐng)域本體的支持，對(duì)服務(wù)進(jìn)行豐富的語(yǔ)義描述。這些屬性可在serviceParameter提供的可擴(kuò)充的屬性列表中描述，也可以通過(guò)擴(kuò)充OWL-S的ontology結(jié)構(gòu)來(lái)描述。
2.2 服務(wù)的實(shí)現(xiàn)能力
　　服務(wù)的實(shí)現(xiàn)能力是指在服務(wù)的調(diào)用過(guò)程中，服務(wù)的響應(yīng)速度、執(zhí)行時(shí)間、環(huán)境安全和調(diào)用成功率的能力。服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力是動(dòng)態(tài)變化的，它受承載服務(wù)運(yùn)行的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化影響。
　　當(dāng)前影響服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力的各項(xiàng)環(huán)境因素主要包括：
　　·網(wǎng)絡(luò)帶寬：服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)提供者之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬。
　　·網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率：網(wǎng)絡(luò)帶寬率。
　　·網(wǎng)絡(luò)延遲：網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間指標(biāo)。
　　·網(wǎng)絡(luò)丟包率：通信的丟包率。
　　·系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)：承載服務(wù)的運(yùn)算平臺(tái)階段數(shù)目。
　　·CPU主頻：系統(tǒng)的CPU主頻指標(biāo)。
　　·CPU使用率：系統(tǒng)的CPU使用率。
　　·內(nèi)存大?。合到y(tǒng)的內(nèi)存大小。
　　·內(nèi)存占用情況：系統(tǒng)的內(nèi)存使用率。
　　·I/O帶寬：系統(tǒng)I/O帶寬。
　　·I/O帶寬使用率：系統(tǒng)的I/O帶寬使用率。
　　·系統(tǒng)平臺(tái)類型：運(yùn)行平臺(tái)類型，包括硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)器。
　　·系統(tǒng)安全狀態(tài)：系統(tǒng)補(bǔ)丁情況、第三方的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)等。
　　本文設(shè)計(jì)的代表服務(wù)提供者的Agent將會(huì)監(jiān)控服務(wù)運(yùn)行的主機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，響應(yīng)服務(wù)消費(fèi)者Agent對(duì)于影響服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力的動(dòng)態(tài)指標(biāo)的查詢請(qǐng)求。而服務(wù)消費(fèi)Agent也將自己獲取網(wǎng)絡(luò)延遲等另外的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，并在語(yǔ)義匹配后得到的服務(wù)結(jié)果集中，按照服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)行服務(wù)選擇。
2.3 服務(wù)選擇
　　服務(wù)選擇包括對(duì)服務(wù)設(shè)計(jì)能力的匹配和對(duì)服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力的比較兩個(gè)方面。服務(wù)設(shè)計(jì)能力的匹配過(guò)程中，在語(yǔ)義的支持下對(duì)服務(wù)的功能描述進(jìn)行匹配、分析和推理，希望找到最適合要求的服務(wù)。服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力的比較過(guò)程中，分析、比較承載服務(wù)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)環(huán)境的狀態(tài)，考慮穩(wěn)定性、安全性和高性能等動(dòng)態(tài)因素，希望找出響應(yīng)最快和最穩(wěn)定的服務(wù)。
　　本領(lǐng)域當(dāng)前研究工作的重點(diǎn)是對(duì)服務(wù)設(shè)計(jì)能力的匹配，即服務(wù)靜態(tài)選擇，而動(dòng)態(tài)影響因素被簡(jiǎn)單化地放在服務(wù)描述中，沒有能夠得到很好的處理。本文從更高的角度來(lái)考慮影響服務(wù)選擇的全面因素，服務(wù)的屬性描述只是其中的一方面。進(jìn)行服務(wù)的動(dòng)態(tài)選擇時(shí)，必須充分考慮動(dòng)態(tài)環(huán)境因素對(duì)于服務(wù)選擇(即服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力)的影響。
　　另外，在語(yǔ)義網(wǎng)格環(huán)境中，經(jīng)過(guò)語(yǔ)義支持的服務(wù)查找和匹配后，會(huì)得到用戶滿意的服務(wù)。由于這些服務(wù)可能數(shù)量較多，且服務(wù)質(zhì)量有所差異，所以，仍然要面對(duì)服務(wù)調(diào)用前的協(xié)商工作。因此，直接由服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)提供者進(jìn)行協(xié)商，對(duì)調(diào)用條件達(dá)成共識(shí)，是非常重要的工作。
3 服務(wù)質(zhì)量
　　響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及安全性都是用來(lái)描述服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的信息。語(yǔ)義網(wǎng)格的服務(wù)質(zhì)量描述是服務(wù)語(yǔ)義描述的重要屬性。在傳統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量描述中，如OWL-S采用了定性化的表示，如好、可靠、反應(yīng)快或者不可靠、反應(yīng)慢、惡意等。可以看到，這些服務(wù)質(zhì)量描述是靜態(tài)的和不精確的，而且當(dāng)服務(wù)質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)也不能及時(shí)反應(yīng)到OWL-S的信息中。
　　本文的設(shè)計(jì)不再使用OWL-S中的服務(wù)質(zhì)量描述方法，而是采用服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力的概念，以實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)質(zhì)量定量化和動(dòng)態(tài)化的描述。在服務(wù)選擇過(guò)程中，服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力的分析和比較實(shí)際上完成了服務(wù)質(zhì)量的動(dòng)態(tài)獲取和比較。
4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
　　本文結(jié)合Agents技術(shù)，通過(guò)服務(wù)消費(fèi)者Agent和服務(wù)提供者Agent之間的實(shí)時(shí)交互，對(duì)影響服務(wù)選擇的動(dòng)態(tài)環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，比較選擇服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力最好，即服務(wù)質(zhì)量最優(yōu)的服務(wù)，以進(jìn)行下一步的實(shí)際調(diào)用。
　　本文的研究建立在Sun Rack1000-38的硬件平臺(tái)上。該硬件平臺(tái)可支持32個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用AMD的CPU，運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)。在基于Globus GT4的網(wǎng)格環(huán)境中，對(duì)服務(wù)的語(yǔ)義描述使用OWL-S Editor工具，Agent開發(fā)平臺(tái)使用JADE開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。服務(wù)提供者Agent和服務(wù)消費(fèi)者Agent的開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程如圖2所示。

　　在進(jìn)行服務(wù)動(dòng)態(tài)選擇時(shí)，可以監(jiān)視到服務(wù)提供者Agent和服務(wù)消費(fèi)者Agent之間的協(xié)商通信過(guò)程。這種交互充分考慮動(dòng)態(tài)環(huán)境因素對(duì)于服務(wù)選擇的影響，比較選擇服務(wù)實(shí)現(xiàn)能力最好的服務(wù)，為下一步實(shí)際調(diào)用做好準(zhǔn)備。圖3為其協(xié)商通信過(guò)程示意。