1 语义网格简介
　　语义网格(Semantic Grid)是网格的扩展，它对网格上的信息和服务的含义进行了良好的定义，使之能够更好地支持人机交互。它通过对服务进行语义描述，实现网格服务基于语义的发现、调用和组装等过程。语义网格是网格(Grid)技术、语义网(Semantic Web)技术、Web Service技术和Agents技术不断发展、相互借鉴和融合的产物，已成为相关领域最领先的研究之一。
　　在语义网格环境中，一切网格资源都是以服务的形式出现的。通常包括服务注册" title="服务注册">服务注册中心、服务提供者和服务消费者三种角色。服务消费者提出对服务的功能要求，首先到服务注册中心进行服务查找，然后连接服务提供者，调用找到的最适合的服务。为了使应用程序等服务消费者能够查找和使用编写好的服务，服务提供者首先要对服务进行详细的描述，说明服务的名称、分类、功能和调用方法等属性信息。Web Service领域使用WSDL等标准来描述服务，而在语义网格中，服务描述需要实现语义支持。服务语义描述工作可以由不同的方法完成，如OWL-S和WSDL-S等。本文使用作为W3C标准的主流的OWL-S标准对服务进行语义描述。同时，在领域本体(Ontology)的支持下，语义网格中的服务可以实现基于语义的查找、组装和调用等处理流程。
2 服务选择
　　本文定义了服务选择的概念，将服务选择的过程定义为从服务请求者发出查询请求开始到对服务进行调用之前结束。服务选择包括了根据服务描述进行语义匹配的过程(本文称为静态选择)和根据语义网格环境的动态影响因素进行服务协商的过程(本文称为动态选择)。静态选择过程通常发生在服务注册中心的匹配引擎，动态选择过程通常在服务请求者和服务提供者之间进行。如图1所示，服务选择过程分为三个步骤。首先服务消费者提出服务要求，发送到服务注册中心，在注册信息库中进行语义支持的匹配处理(步骤1)；然后，根据满足服务要求的匹配结果集的指导，分别连接不同的服务提供者，获取并比较实际的动态环境因素，得到最优的服务提供者(步骤2a、2b和2c等)；最后，服务消费者向服务提供者提出调用请求并得到响应(步骤3)。为了说明服务选择的过程，先介绍本文提出的两个概念：服务的设计能力" title="设计能力">设计能力和实现能力。

2.1 服务的设计能力
　　服务的设计能力是指在服务的语义描述中，对服务的功能属性进行的说明。在OWL-S中主要是指ServiceProfile中的描述信息。ServiceProfile提供Agent发现服务时所需的信息，包括服务完成的工作、服务使用的限制、服务质量、服务的请求者必须满足的要求等。这些信息在服务查找Agent或者服务匹配Agent进行服务查找时使用，并决定服务能否满足查询的要求。ServiceProfile中的描述信息具体包括：
　　(1)serviceName：可作为服务的标识，每个服务只能有一个。
　　(2)textDescription：每个服务只能有一个用来对服务进行简短描述，包括该服务提供什么功能，服务工作时有什么要求以及其他的ServiceProfile的编辑者想共享出来的信息。
　　(3)contactInformation：用来提供服务提供者的名称、联系方法等信息。
　　(4)serviceParameter：是一个可扩充的属性列表，用来辅助ServiceProfile对服务的描述。
　　(5)ServiceCategory：指向一个ontology服务或分类服务的入口。
　　另外还有serviceClassification和serviceProduct，这两个属性和serviceCategory属性类似，都说明服务的分类信息。
　　本文认为，在语义网格中，网格服务至少会包括以下属性：
　　·名称：服务名称。
　　·标识符：服务标识符，类似于Web Service的端点引用。
　　·价格：服务的使用费用，经济学角度的指标。
　　·分类：服务的分类，参考标准分类法分类。
　　·提供者：服务提供者的信息。
　　·功能描述关键字：服务功能描述的关键字，可以是多个。
　　·日期：服务创建日期。
　　·身份认证：服务调用时的身份认证要求。
　　·授权：服务访问时组织的授权信息。
　　·通信加密要求：服务调用时有无加密要求。
　　·加密方法：服务通信时的加密方法规定。
　　·访问方式：服务的调用方式，如远程接口调用、调用Agent移动到提供者本地调用或下载服务客户端然后再调用等。
　　·访问执行：服务的输入、输出参数规定。
　　·服务执行的前提条件。
　　·服务执行后对环境的影响。
　　·资源指针：服务使用的资源指定。
　　本文的研究是在OWL-S语义描述框架下，详细分析语义网格服务的属性，并使用owl语言对这些属性进行表示，再结合领域本体的支持，对服务进行丰富的语义描述。这些属性可在serviceParameter提供的可扩充的属性列表中描述，也可以通过扩充OWL-S的ontology结构来描述。
2.2 服务的实现能力
　　服务的实现能力是指在服务的调用过程中，服务的响应速度、执行时间、环境安全和调用成功率的能力。服务实现能力是动态变化的，它受承载服务运行的系统和网络环境的变化影响。
　　当前影响服务实现能力的各项环境因素主要包括：
　　·网络带宽：服务消费者和服务提供者之间的网络带宽。
　　·网络带宽利用率：网络带宽率。
　　·网络延迟：网络延迟时间指标。
　　·网络丢包率：通信的丢包率。
　　·系统节点数：承载服务的运算平台阶段数目。
　　·CPU主频：系统的CPU主频指标。
　　·CPU使用率：系统的CPU使用率。
　　·内存大小：系统的内存大小。
　　·内存占用情况：系统的内存使用率。
　　·I/O带宽：系统I/O带宽。
　　·I/O带宽使用率：系统的I/O带宽使用率。
　　·系统平台类型：运行平台类型，包括硬件平台、操作系统和应用服务器。
　　·系统安全状态：系统补丁情况、第三方的安全评价指标等。
　　本文设计的代表服务提供者的Agent将会监控服务运行的主机系统和网络环境，响应服务消费者Agent对于影响服务实现能力的动态指标的查询请求。而服务消费Agent也将自己获取网络延迟等另外的动态指标，并在语义匹配后得到的服务结果集中，按照服务实现能力进行服务选择。
2.3 服务选择
　　服务选择包括对服务设计能力的匹配和对服务实现能力的比较两个方面。服务设计能力的匹配过程中，在语义的支持下对服务的功能描述进行匹配、分析和推理，希望找到最适合要求的服务。服务实现能力的比较过程中，分析、比较承载服务运行的网络和系统环境的状态，考虑稳定性、安全性和高性能等动态因素，希望找出响应最快和最稳定的服务。
　　本领域当前研究工作的重点是对服务设计能力的匹配，即服务静态选择，而动态影响因素被简单化地放在服务描述中，没有能够得到很好的处理。本文从更高的角度来考虑影响服务选择的全面因素，服务的属性描述只是其中的一方面。进行服务的动态选择时，必须充分考虑动态环境因素对于服务选择(即服务实现能力)的影响。
　　另外，在语义网格环境中，经过语义支持的服务查找和匹配后，会得到用户满意的服务。由于这些服务可能数量较多，且服务质量有所差异，所以，仍然要面对服务调用前的协商工作。因此，直接由服务消费者和服务提供者进行协商，对调用条件达成共识，是非常重要的工作。
3 服务质量
　　响应速度、稳定性及安全性都是用来描述服务质量优劣的信息。语义网格的服务质量描述是服务语义描述的重要属性。在传统的服务质量描述中，如OWL-S采用了定性化的表示，如好、可靠、反应快或者不可靠、反应慢、恶意等。可以看到，这些服务质量描述是静态的和不精确的，而且当服务质量发生变化时也不能及时反应到OWL-S的信息中。
　　本文的设计不再使用OWL-S中的服务质量描述方法，而是采用服务实现能力的概念，以实现对服务质量定量化和动态化的描述。在服务选择过程中，服务实现能力的分析和比较实际上完成了服务质量的动态获取和比较。
4 系统实现
　　本文结合Agents技术，通过服务消费者Agent和服务提供者Agent之间的实时交互，对影响服务选择的动态环境因素进行实时获取，比较选择服务实现能力最好，即服务质量最优的服务，以进行下一步的实际调用。
　　本文的研究建立在Sun Rack1000-38的硬件平台上。该硬件平台可支持32个网格节点，每个节点使用AMD的CPU，运行Linux操作系统。在基于Globus GT4的网格环境中，对服务的语义描述使用OWL-S Editor工具，Agent开发平台使用JADE开发和运行环境。服务提供者Agent和服务消费者Agent的开发设计过程如图2所示。

　　在进行服务动态选择时，可以监视到服务提供者Agent和服务消费者Agent之间的协商通信过程。这种交互充分考虑动态环境因素对于服务选择的影响，比较选择服务实现能力最好的服务，为下一步实际调用做好准备。图3为其协商通信过程示意。