1 語義網格簡介
　　語義網格(Semantic Grid)是網格的擴展，它對網格上的信息和服務的含義進行了良好的定義，使之能夠更好地支持人機交互。它通過對服務進行語義描述，實現網格服務基于語義的發現、調用和組裝等過程。語義網格是網格(Grid)技術、語義網(Semantic Web)技術、Web Service技術和Agents技術不斷發展、相互借鑒和融合的產物，已成為相關領域最領先的研究之一。
　　在語義網格環境中，一切網格資源都是以服務的形式出現的。通常包括服務注冊" title="服務注冊">服務注冊中心、服務提供者和服務消費者三種角色。服務消費者提出對服務的功能要求，首先到服務注冊中心進行服務查找，然后連接服務提供者，調用找到的最適合的服務。為了使應用程序等服務消費者能夠查找和使用編寫好的服務，服務提供者首先要對服務進行詳細的描述，說明服務的名稱、分類、功能和調用方法等屬性信息。Web Service領域使用WSDL等標準來描述服務，而在語義網格中，服務描述需要實現語義支持。服務語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標準的主流的OWL-S標準對服務進行語義描述。同時，在領域本體(Ontology)的支持下，語義網格中的服務可以實現基于語義的查找、組裝和調用等處理流程。
2 服務選擇
　　本文定義了服務選擇的概念，將服務選擇的過程定義為從服務請求者發出查詢請求開始到對服務進行調用之前結束。服務選擇包括了根據服務描述進行語義匹配的過程(本文稱為靜態選擇)和根據語義網格環境的動態影響因素進行服務協商的過程(本文稱為動態選擇)。靜態選擇過程通常發生在服務注冊中心的匹配引擎，動態選擇過程通常在服務請求者和服務提供者之間進行。如圖1所示，服務選擇過程分為三個步驟。首先服務消費者提出服務要求，發送到服務注冊中心，在注冊信息庫中進行語義支持的匹配處理(步驟1)；然后，根據滿足服務要求的匹配結果集的指導，分別連接不同的服務提供者，獲取并比較實際的動態環境因素，得到最優的服務提供者(步驟2a、2b和2c等)；最后，服務消費者向服務提供者提出調用請求并得到響應(步驟3)。為了說明服務選擇的過程，先介紹本文提出的兩個概念：服務的設計能力" title="設計能力">設計能力和實現能力。

2.1 服務的設計能力
　　服務的設計能力是指在服務的語義描述中，對服務的功能屬性進行的說明。在OWL-S中主要是指ServiceProfile中的描述信息。ServiceProfile提供Agent發現服務時所需的信息，包括服務完成的工作、服務使用的限制、服務質量、服務的請求者必須滿足的要求等。這些信息在服務查找Agent或者服務匹配Agent進行服務查找時使用，并決定服務能否滿足查詢的要求。ServiceProfile中的描述信息具體包括：
　　(1)serviceName：可作為服務的標識，每個服務只能有一個。
　　(2)textDescription：每個服務只能有一個用來對服務進行簡短描述，包括該服務提供什么功能，服務工作時有什么要求以及其他的ServiceProfile的編輯者想共享出來的信息。
　　(3)contactInformation：用來提供服務提供者的名稱、聯系方法等信息。
　　(4)serviceParameter：是一個可擴充的屬性列表，用來輔助ServiceProfile對服務的描述。
　　(5)ServiceCategory：指向一個ontology服務或分類服務的入口。
　　另外還有serviceClassification和serviceProduct，這兩個屬性和serviceCategory屬性類似，都說明服務的分類信息。
　　本文認為，在語義網格中，網格服務至少會包括以下屬性：
　　·名稱：服務名稱。
　　·標識符：服務標識符，類似于Web Service的端點引用。
　　·價格：服務的使用費用，經濟學角度的指標。
　　·分類：服務的分類，參考標準分類法分類。
　　·提供者：服務提供者的信息。
　　·功能描述關鍵字：服務功能描述的關鍵字，可以是多個。
　　·日期：服務創建日期。
　　·身份認證：服務調用時的身份認證要求。
　　·授權：服務訪問時組織的授權信息。
　　·通信加密要求：服務調用時有無加密要求。
　　·加密方法：服務通信時的加密方法規定。
　　·訪問方式：服務的調用方式，如遠程接口調用、調用Agent移動到提供者本地調用或下載服務客戶端然后再調用等。
　　·訪問執行：服務的輸入、輸出參數規定。
　　·服務執行的前提條件。
　　·服務執行后對環境的影響。
　　·資源指針：服務使用的資源指定。
　　本文的研究是在OWL-S語義描述框架下，詳細分析語義網格服務的屬性，并使用owl語言對這些屬性進行表示，再結合領域本體的支持，對服務進行豐富的語義描述。這些屬性可在serviceParameter提供的可擴充的屬性列表中描述，也可以通過擴充OWL-S的ontology結構來描述。
2.2 服務的實現能力
　　服務的實現能力是指在服務的調用過程中，服務的響應速度、執行時間、環境安全和調用成功率的能力。服務實現能力是動態變化的，它受承載服務運行的系統和網絡環境的變化影響。
　　當前影響服務實現能力的各項環境因素主要包括：
　　·網絡帶寬：服務消費者和服務提供者之間的網絡帶寬。
　　·網絡帶寬利用率：網絡帶寬率。
　　·網絡延遲：網絡延遲時間指標。
　　·網絡丟包率：通信的丟包率。
　　·系統節點數：承載服務的運算平臺階段數目。
　　·CPU主頻：系統的CPU主頻指標。
　　·CPU使用率：系統的CPU使用率。
　　·內存大小：系統的內存大小。
　　·內存占用情況：系統的內存使用率。
　　·I/O帶寬：系統I/O帶寬。
　　·I/O帶寬使用率：系統的I/O帶寬使用率。
　　·系統平臺類型：運行平臺類型，包括硬件平臺、操作系統和應用服務器。
　　·系統安全狀態：系統補丁情況、第三方的安全評價指標等。
　　本文設計的代表服務提供者的Agent將會監控服務運行的主機系統和網絡環境，響應服務消費者Agent對于影響服務實現能力的動態指標的查詢請求。而服務消費Agent也將自己獲取網絡延遲等另外的動態指標，并在語義匹配后得到的服務結果集中，按照服務實現能力進行服務選擇。
2.3 服務選擇
　　服務選擇包括對服務設計能力的匹配和對服務實現能力的比較兩個方面。服務設計能力的匹配過程中，在語義的支持下對服務的功能描述進行匹配、分析和推理，希望找到最適合要求的服務。服務實現能力的比較過程中，分析、比較承載服務運行的網絡和系統環境的狀態，考慮穩定性、安全性和高性能等動態因素，希望找出響應最快和最穩定的服務。
　　本領域當前研究工作的重點是對服務設計能力的匹配，即服務靜態選擇，而動態影響因素被簡單化地放在服務描述中，沒有能夠得到很好的處理。本文從更高的角度來考慮影響服務選擇的全面因素，服務的屬性描述只是其中的一方面。進行服務的動態選擇時，必須充分考慮動態環境因素對于服務選擇(即服務實現能力)的影響。
　　另外，在語義網格環境中，經過語義支持的服務查找和匹配后，會得到用戶滿意的服務。由于這些服務可能數量較多，且服務質量有所差異，所以，仍然要面對服務調用前的協商工作。因此，直接由服務消費者和服務提供者進行協商，對調用條件達成共識，是非常重要的工作。
3 服務質量
　　響應速度、穩定性及安全性都是用來描述服務質量優劣的信息。語義網格的服務質量描述是服務語義描述的重要屬性。在傳統的服務質量描述中，如OWL-S采用了定性化的表示，如好、可靠、反應快或者不可靠、反應慢、惡意等。可以看到，這些服務質量描述是靜態的和不精確的，而且當服務質量發生變化時也不能及時反應到OWL-S的信息中。
　　本文的設計不再使用OWL-S中的服務質量描述方法，而是采用服務實現能力的概念，以實現對服務質量定量化和動態化的描述。在服務選擇過程中，服務實現能力的分析和比較實際上完成了服務質量的動態獲取和比較。
4 系統實現
　　本文結合Agents技術，通過服務消費者Agent和服務提供者Agent之間的實時交互，對影響服務選擇的動態環境因素進行實時獲取，比較選擇服務實現能力最好，即服務質量最優的服務，以進行下一步的實際調用。
　　本文的研究建立在Sun Rack1000-38的硬件平臺上。該硬件平臺可支持32個網格節點，每個節點使用AMD的CPU，運行Linux操作系統。在基于Globus GT4的網格環境中，對服務的語義描述使用OWL-S Editor工具，Agent開發平臺使用JADE開發和運行環境。服務提供者Agent和服務消費者Agent的開發設計過程如圖2所示。

　　在進行服務動態選擇時，可以監視到服務提供者Agent和服務消費者Agent之間的協商通信過程。這種交互充分考慮動態環境因素對于服務選擇的影響，比較選擇服務實現能力最好的服務，為下一步實際調用做好準備。圖3為其協商通信過程示意。