面向知识共享的协同政务流程集成模型研究*，本文主要内容关键词为：政务论文,模型论文,流程论文,知识论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
政府机构间业务流程知识的无缝交换是实现协同政务知识共享的关键。然而不同政府部门的政务服务系统并没有对流程知识的概念和术语提供明确一致的语义，概念的定义不清晰以及概念间的解释重叠会导致解释和使用流程知识的不一致，也使得不同政府部门之间难以自动交换和共享流程知识，最终导致电子政务的效率低下。语义Web服务技术为知识交流和交换提供了语义基础，能有效促进人们对知识的共同理解以及异构系统的语义互操作，可增强流程知识的语义互操作、重用和共享，从而提高电子政务的服务效率和质量。因此，针对上述问题，本文提出了基于语义Web服务的协同政务流程集成系统框架，以促进异构政务系统无歧义地理解并有效地交换和集成政务流程知识，为协同政务中后台的异构政务系统实现语义互通和知识共享提供必要的技术平台。
1 现有电子政务流程集成模型、框架及其不足
国内外现有的政务流程集成模型及框架包括基于消息中间件的电子政务协同工作流模型[1]、基于Web服务的电子政务工作流模型[2]、面向开放网格工作流的政务协同模型[3]、基于企业应用集成（EAI）的政务服务集成[4]和基于工作流理论与Web服务相结合的政务集成框架[5]。此外，为解决政务流程集成模型在实施过程中存在的各种问题，还对集成框架的战略规划及实施[6-7]、评价[8]、性能设计[9]等问题进行了相关分析。
上述基于中间件、Web服务等技术的政务流程集成模型及框架虽然能够为协同政务提供一定程度的技术支持，但中间件技术要求服务客户端与系统提供的服务之间必须紧密耦合，Web服务技术尽管能够为Internet上异构应用的松耦合集成提供技术手段，但传统的Web服务技术只是提供了语法层次的解决办法，并没有解决语义问题。如Web服务接口描述语言（Web Services Description Language，简称WSDL）只是给出了消息、操作、传输协议绑定等语法层次的描述，不能描述操作之间的协调关系等语义特征，使Web服务之间不能真正地“理解”相互交互的内容，不能进行自动化处理。而对于基于Web服务的集成来说，需要服务组件能够相互协同，并且要求根据业务流程的变化动态地绑定和调整服务组件，仅依靠WSDL描述的物理信息还不能完全实现这些目标。这就要求在WSDL之外提供服务的语义描述信息和性能信息，使得Web服务成为计算机可理解的实体，从而更好地实现服务的发现、调用、集成等。语义Web服务（Semantic Web Services，SWS）技术可以克服以上技术的不足，改善目前协同政务中利用传统Web服务技术难以解决的问题，为协同政务流程集成提供良好的技术支持。它不仅保持了Web服务原有的完好封装性、松散耦合、高度可集成能力等特点，而且将语义网研究成果引入到Web服务中，通过定义良好的语义信息，使得服务可以理解相互之间互操作的信息，能够自动发现、执行和集成Web服务，从而更好地实现政府业务流程集成。
2 语义Web服务技术及其对协同政务知识共享的支持
2.1 Web服务、语义Web及语义Web服务技术
Web服务（Web Services）和语义Web（Semantic Web，语义网）技术是语义Web服务技术的两大支撑技术。
Web服务是指利用XML、WSDL、SOAP、UDDI等技术和规范来实现服务的描述、发布、查找、绑定以及对各松散耦合的Web服务之间的相互调用和相互集成。Web服务是基于服务提供者、服务注册中心和服务使用者这三种角色之间交互的服务。这种交互具体涉及发布、发现和绑定操作[10]。服务提供者发布自己的服务，并且对服务请求进行响应。服务注册中心注册已经发布的Web服务并对其进行分类。服务使用者利用服务注册中心查找所需的服务，然后使用该服务。当服务被调用时，服务使用者和服务提供者之间就被绑定。
语义Web（Semantic Web，语义网）概念最早是由互联网的创始人Tim Berners-Lee提出的[11]，用来实现异构数据系统的集成，是机器可读取信息并能自动提供强大Web服务功能的扩展的Web。语义Web是基于知识的Web，有利于人机之间的协作，弥补目前Web系统的缺陷和服务的不足。语义Web通过七层体系结构[12]实现对资源的编码、标识、描述、定义、推理和证明。
本体（Ontology）是语义网的核心，是共享概念模型的形式化、规范化的说明[13]。本体通过捕获某一领域内的知识，提供对该领域内知识的共同理解，确定该领域共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇之间相互关系的明确定义[14]。
语义Web服务是Web服务和语义Web技术的结合。通过对服务进行语义封装实现服务的自动化发现、调用、互操作、组合、执行、监控等[15]。OWL-S（Web Ontology Language for Services，Web服务本体语言）和WSMO（Web Service Modeling Ontology，Web服务本体模型）是目前最为流行的两种典型的实现语义Web服务的方法。OWL-S是连接语义Web服务两大支撑技术的桥梁，用来帮助用户查询、发现、调用、组合和监控语义Web服务。它定义了Web服务三方面的内容：服务描述、服务模型和服务基础。服务描述是描述服务做了什么，服务模型讲述服务是怎样工作的，服务基础是描述如何访问服务[16]。
WSMO是描述语义Web服务各相关元素的本体，其目的是解决Web服务的发现、整合及交互问题。WSMO是对WSMF（Web Services Modeling Framework，Web服务建模框架）的扩展，WSMF是欧洲语义研究组织提出的语义Web服务建模框架，WSMO是在WSMF的基础上提出的一个Web服务的本体模型。WSMO提供了4个顶层元素：本体（Ontology）、目标（Goal）、Web服务以及中介器（Mediators）。其中Web服务描述了网络服务在Internet上的业务接口；目标描述了当客户请求服务时可能持有的目的；本体提供了对某一领域的正式描述和共享概念；中介器可解决多个Web服务联合作业时产生的误匹配问题，是WSMO中最有价值的贡献，分为本体-本体中介器（OO中介器），目标-目标中介器（GG中介器），服务-目标中介器（WG中介器），服务-服务中介器（WW中介器）[17]。WSMO通过WSML（Web Services Modeling Language，Web服务建模语言）来描述其所定义的全部元素，完成对WSMO底层要素的代码实现[18]。
由于WSMO使用的WSML语言比OWL-S使用的OWL语言在整体运用上更具有灵活性，更能清晰地描述Web服务，此外，由于WSMO使用了中介器较之OWL-S能够将外部的本体引入，解决了语义网络服务互操作中的误匹配问题[19]，因而本文选用WSMO框架用以实现基于语义Web服务的政务流程集成模型的构建。
2.2 语义Web服务有利于实现有效的协同政务知识共享
语义Web服务可实现Web服务的语义标注和服务重组。WSMO通过构建领域知识本体库，对政务Web服务、目标和中介器进行语义标注，使其数据定义和链接方式有利于政务服务在各个系统之间进知识交换共享和知识的深度挖掘。
WSMO的语义标注和服务重组使政府内部不同层次、不同业务、不同标准的各个Web服务系统整合起来，实现了知识的自动发现、处理、集成、共享和重用[20]，弥补了现有互联网技术的不足。
鉴于语义Web服务为政务流程集成提供的良好技术支持，因此本文根据我国国情并借鉴国外电子政务发展的经验，设计面向知识共享的政务流程集成框架，运用WSMO技术把语义Web服务和政府部门的业务流程有机结合起来，使得政府各部门之间可以根据业务需求自动地进行匹配、发现和调用Web服务，快速、灵活地集成各种业务应用系统。
3 面向知识共享的政务流程集成框架
图1是本文设计的面向知识共享的政务流程集成框架，包括三个层次：表现层主要面向政务服务提供者和政务服务请求者，设有内网和外网两个入口，用户可通过这唯一访问站点一站式获取政府提供的各类服务；业务集成层是对政务服务的生成（即政务服务的描述与发布）和政务服务的处理（即政务服务的查找与调用）的实现；数据层保存各政府部门的Web服务资源和相关政务元数据库。其中业务集成层是实现协同政务知识共享的关键，本文第4部分将对其进行具体设计及详细说明。
4 基于WSMO的政务流程集成模型设计
业务集成层是面向知识共享的政务流程集成框架的核心部分，我们设计了基于WSMO的政务流程集成模型，如图2所示。
政务服务提供者即各政府职能机构，根据电子政务领域本体对政务服务从能力和接口两个方面进行描述，使原始的Web服务具有语义功能，并将语义Web服务发布到一个或若干个UDDI注册器上，形成具有语义标注的UDDI（增强的UDDI），所有这些UDDI注册器共同组成了政务服务注册中心，供公众、企业和其他政府部门查找使用。
政务服务请求者即公众、企业或其他政府部门，请求者使用用户需求领域本体库中的词汇规范化地描述需要的服务及其功能，形成请求服务目标，并发布到政务服务注册中心与提供方描述的服务资源进行匹配，选定服务后就可以进行组合、绑定和调用。
基于WSMO的政务流程集成模型主要实现了政务服务的描述和发布流程以及政务服务的查找和调用流程。
4.1 政务服务的描述和发布
政务服务的描述和发布流程如图3所示。
为达到政务流程集成的目的，应该先将原有的应用系统需要暴露的业务逻辑转换成Web服务的形式。利用WSDL生成器组件根据已有的程序代码和一些辅助信息，生成描述这些政务服务功能和调用方法的WSDL文件。接着利用Web服务生成器组件生成服务器端的服务适配器，服务适配器可将政务服务请求转化为应用系统能够理解的数据格式。通过服务适配器可以连接到后台应用服务器，在应用服务器上配置、部署相应的SOAP交互框架，实现将来对Web服务的无缝调用。最后根据电子政务领域本体运用WSML语言对Web服务的能力和接口进行语义标注，将原始的Web服务进行基于WSML的形式化描述，使Web服务具有语义。Web服务的能力描述了服务执行的前提条件及预期的执行效果，接口描述了Web服务的输入和输出，说明所提供的服务功能是如何实现的。对Web服务进行语义标注后利用服务发布组件将语义Web服务通过UDDI API发布到政务服务注册中心上。
以下以“新生儿出生登记”的政务服务为例，对该Web服务结构描述的WSML代码示意如下（限于篇幅，只对“Web服务能力”的代码进行描述）：
Web service-"http://emp.org/birth Registration"
capability
shared Variables? child
precondition
annotations
de # description has Value"在天津出生的新生儿"
end Annotations
defined By
? child member Of Child
and? child[has Birthdate has Value? birthdate]
and? child[has Birthplace has Value? location]
and? location[located In has Value天津]
or（? child[has Parent has Value? parent]and
? parent child[has Citizenship has Value天津]）
effect
annotations
de # description has Value"新生儿已是天津市民"
end Annotations
defined By
? child member Of Child
and? child[has Citizenship has Value天津]
以上代码表达的Web服务的能力为：若一个新生儿在天津出生或其父母为天津市民，则将该新生儿登记为天津市民身份。
4.2 政务服务的查找和调用
政务服务的查找和调用流程如图4所示。
政务服务请求者根据用户需求领域本体规范填写由工作流引擎生成的服务申请表格，包括政务服务名称和申请时间等政务服务请求信息。填写完毕后，工作流引擎会自动生成政务服务标识，每一个政务服务申请都会有一个唯一的政务服务标识。在收集服务请求者提交的数据后，工作流引擎会检查数据的正确性，生成具有语义标识的政务服务请求文件，然后向服务请求者返回一个确认信息。
通过工作流引擎进入查询处理器，根据电子政务领域本体库对用户输入的查询请求进行标准化和过滤，抽取出满足其需求的服务功能信息，形成标准的无语义冲突的用户需求目标。发现引擎利用基于语义的匹配算法对由查询处理器产生的用户需求目标与政务服务注册中心上描述的服务进行匹配，形成与用户需求目标相匹配的候选服务集合。约束分析/选优器将用户需求目标模式化为约束条件，即QoS（Quality of Service，服务质量）语义，并依据约束条件形成实现用户需求目标的从最优到基本适合排列的可实行的服务集合，然后交给执行引擎执行。执行引擎借助Web服务接口描述和中介器完成对Web服务的调用。由于客户端的接口模式通常和Web服务的接口模式不同，因此政务服务请求者和提供者之间不能直接沟通。为了调用Web服务，可通过Choreography（基于编排的组合方法）和Orchestration（基于编制的组合方法）来实现。Choreography定义了Web服务的接口模式，并通过外部调解系统，在服务调用时分析客户端接口模式和Web服务接口模式。Orchestration从政务服务提供者的角度定义了如何通过和更多的Web服务提供者进行交互合作来实现更加复杂的服务能力[21]。
中介器对Web服务调用所起的作用是当用户需求目标需要多个单一目标组合完成时，GG中介器可以将这些单一目标组合在一起，实现对用户需求目标的精炼。OO中介器可以解决不同领域知识本体间的误匹配问题。WG中介器用来在用户需求目标与Web服务资源之间建立关联，完成Web服务的调用。当用户需求目标要多个Web服务资源组合完成时，WW中介器可解决Web服务互操作过程中产生的误匹配问题。
要实现对Web服务的调用，还要通过WSML/XML转换语法，将形式化的WSML转换为机器可执行的XML代码。还以“新生儿出生登记”为例，将该Web服务中“能力”的WSML代码转变为相应的XML代码的描述如下：
＜wsml xml ns="http://www.wsmo.org/wsml/syntax#"＞
＜Web Service name="http://example.org/birth Registration"＞
＜capability＞
＜shared Variables name="？child"/＞
＜precondition＞
＜/precondition＞
＜effect＞
＜annotations＞
＜attribute name="http://purl org/de # description"＞
＜value type="http://www.wsmo.org/wsml/syntax # string"＞
新生儿已是天津市民
＜/value＞
＜/attribute＞
＜annotations＞
＜defined By＞
＜and＞
＜shared Variables name="？child"/＞
＜member Of＞
http://www.emp.org/exl ＃ Child
＜/member Of＞
＜/shared Variables＞
＜shared Variables name="？child"/＞
＜attribute name="http://www.emp.org/exl # has Citizenship"＞
＜value type="http://www.wsmo.org/wsml/syntax # string"＞
＜/value＞
＜/attribute＞
＜/shared Variables＞
＜/and＞
＜/defined By＞
＜/effect＞
＜/capability＞
＜/Web Service＞
＜/wsml＞
将政务服务申请者提交的政务服务请求信息和在政务服务办理过程中所生成的政务请求办理状况信息，如服务标识、服务办理机构名称、服务办理状态、服务办理时间和备注等，存储到政务综合信息数据库中，以备服务提供者和请求者查找。政务综合信息数据库对其每次处理的政务服务流程进行存档，以便下次有相同服务申请时，调用速度能更快。工作流引擎通过在服务执行过程中进行语义检查、异常处理、服务补偿和执行反馈，实现对Web服务查找和调用的监督和管理。
4.3 领域知识本体库的构建
领域知识本体库是实现政务流程集成的重要基础，包括电子政务领域本体、用户需求领域本体和服务本体。电子政务领域本体是关于各政府职能机构的政务概念、术语和知识的描述。用户需求领域本体通常定义用户需求事件的种类以及这些种类可能涉及的服务。用户需求领域本体的目的就是如何更好地根据用户的特定需求来描述其想达到的目的。服务本体整合所有已经被定义的本体，是联系WSMO定义的目标、Web服务、中介器的纽带，是本体概念的核心。它具有描述、组合、发现和调用由不同政府部门提供的服务的功能。
服务本体由四个本体组成：Web服务本体、目标本体、WG中介器本体、OO中介器本体。通过这四个本体实现服务本体与电子政务领域本体和用户需求领域本体之间的联系，如图5所示。目标本体表现用户请求服务时所持有的目的，是用户需求本体和Web服务本体的语义接口。WG中介器本体用来控制一个目标与所有符合该目标的Web服务的全部WG中介器，以便完成服务的发现和调用。Web服务本体描述定义网络服务的各个方面，是目标本体和电子政务领域本体的语义接口。OO中介器本体控制所有的OO中介器，通过调整、合并或转换引入的本体，实现不同领域概念之间的互联。
5 结语
运用语义Web服务技术，基于WSMO本体模型构建的协同政务流程集成模型，支持语义层面的服务描述及政务流程描述，实现了各政务应用系统资源的统一表达和各政务系统之间的语义互操作。以一种松散耦合的方式实现政府部门内部信息系统的整合，消除了政务信息孤岛，增强了政府部门之间的业务集成能力和协调能力，实现了协同政务知识共享。
标签：电子政务论文; web技术论文; 用户研究论文; 语义分析论文; 用户接口论文; 信息集成论文; 政府服务论文; 协同设计论文;