（计算机应用技术专业论文）分布式资源空间模型中分片技术的研究与应用.pdf

摘要 分布式数据库系统( d i s t r i b u t e dd a t ab a s es y s t e m ，d d b s ) 的研究开始于2 0 世纪 7 0 年代。由于数据库应用需求的扩展和计算机硬件环境的改变，特别是计算机网 络与数字通信技术的飞速发展，计算机局域睡、广域网和激增的i n t e r n e t 褥到了广 泛的应用，使分布式数据库系统应运而生，并成为计算机技术最活跃的研究领域 之一。 数据库理论，特别是关系数据模型和理论在过去的四十年里取得了巨大的成 功。但是，随着数字化技术和互联网的飞速发展，w e b 日益成为一个巨大的全球信 息传递与资源共享平台。在一个开放的、动态的互联环境中，现有的数据模型不 能有效的管理异构的、分布的和海量的网络资源。 如何统一、觏范和有效地管理各种异构的、分布的和海量的w e b 资源已经成 为下一代w e b 所要解决的关键问题之一。资源空间模型( r e s o u r c es p a c em o d e l ， r s m ) 是针对资源的这些特缎而提出的一种新的资源管理数据模型。资源空阆模型 通过对资源内容进行分类来规范、存贮、管理和定位网络资源。随着资源空间模 型理论的逐渐完善和计算机网络技术的飞速发展及应用范围的扩大，以分布式为 特征的资源空闻模型的研究与应用茬受到入们的关注。 在分布式资源空间模型的分布设计中，首先需要解决的两个关键问题是资源 空闻的分片设计和资源空闻分片的位置分配设计。分片是搀把一全蜀资源空间细 分成若干个资源空间分片的过程：分配是指把各个分片映射到一个或多个站点的 过程。针对上述的两个关键问题，本文在资源空间模型理论的基础上结合分布式 的特征，主要阐述了分布式资源空间模型中资源空间的分片设计和资源空间分片 的位置分配设计，以及它们在研究实例一论文检索系统中的具体应用。该论文 主要研究内容为：( 1 ) 鳎述了资源空间分片设计的萋本墓的；( 2 ) 提辩了三种资源 空间划分的基本方式：基予坐标的资源空间分片、基于坐标轴的资源空间分片和 潺合型资源空闻分片；( 3 ) 给出了定义资源空间分片时所要遵守的正确性规则：完 备性条件、可重构条件和不相交条件；( 4 ) 对分布式资源空间模型的资源空间分片 与分布式数据库系统的数据分片进行了比较；( 5 ) 对具体的研究实例进行了资源的 分布要求分析和资源空间分片的分布设计，以验证分片的有效性和分配的合理性。 关键字：分布式资源空间模型：资源空闻模型；资源空闻；分布；分片 a b s t r a c t s t u d yo nd i s t r i b u t e dd a t ab a s es y s t e m ( d d b s ) b e g a n i nt h e19 7 0 s t h i si sd u et o 像ee x p a n s i o no fd e m a n df o rd a t a b a s ea p p l i c a t i o n sa n dt h ee n v i r o n m e n tc o m p u t e r h a r d w a r ec h a n g e s ，e s p e c i a l l yt h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k sa n d d i g i t a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y d i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e m sh a v ee m e r g e da n d b e c o m eo n eo ft h em o s ta c t i v er e s e a r c ha r e a si nc o m p u t e rs c i e n c e ，b e c a u s eo f c o m p u t e rl a n ，w a n a n dt h ei n t e r n e th a sb e e nw i d e l ya p p l i e d d a t a b a s et h e o r i e s ，e s p e c i a l l yt h er e l a t i o n a ld a t am o d e la n dt h e o r yh a v eg a i n e da g r e a ts u c c e s si n t h ep a s t4 0y e a r s b u tw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a l t e c h n o l o g ya n di n t e r n e t ，w e bh a si n c r e a s i n g l yb e c o m eah u g ep l a t f o r m f o rg l o b a l t r a n s m i s s i o no fi n f o r m a t i o na n dr e s o u r c e ss h a r i n g t h ee x i s t i n gd a t am o d e l sa r e i n c a p a b l eo fe f f e c t i v e l ym a n a g i n gv e r s a t i l e ，d i s t r i b u t e da n do c e a n r e s o u r c e si na no p e n a n dd y n a m i ci n t e r c o n n e c t i o ne n v i r o n m e n t t ou n i f o r m l y ，n o r m a l l ya n de f f e c t i v e l ym a n a g ev e r s a t i l e ，d i s t r i b u t e da n do c e a n w e br e s o u r c e sh a sb e c o m eo n eo ft h ek e yi s s u e so ft h en e x t g e n e r a t i o nw e b a san e w c o n c e p to fr e s o u r c em a n a g e m e n t ，r e s o u r c es p a c e m o d e lf o c u s e so nf i t t i n gt ot h en e w c h a r a c t e r so fr e s o u r c e 。t h er e s o u r c es p a c em o d e li s as e m a n t i cd a t am o d e lf o r s p e c i f y i n g ，s t o r i n g ，m a n a g i n ga n dl o c a t i n g r e s o u r c e sb ya p p r o p r i a t e l yc l a s s i f y i n gt h e c o n t e n t so fr e s o u r c e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h er s m a n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to f c o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f t h ed i s t r i b u t e dr s m i sb e i n gp a i dm o r ea t t e n t i o n t h e r ea r et w ok e yi s s u e st ob es o l v e di nt h ed e s i g no fad i s t r i b u t e dr e s o u r c e s p a c em o d e ls y s t e m ( r s m ) ：t h ed e s i g n o fr e s o u r c es p a c ef r a g m e n t a t i o na n dt h e a l l o c a t i o no ft h el o c a t i o no fr e s o u r c es p a c ef r a g m e n t a t i o n t h ef r a g m e n t a t i o ni s a p r o c e s sw h i c hc a np a r t i t i o n ag l o b a lr e s o u r c es p a c ei n t os e v e r a lr e s o u r c es p a c e f r a g m e n t a t i o n s ；t h ea l l o c a t i o ni s ap r o c e s sw h i c hc a nm a ps e v e r a lr e s o u r c es p a c e f r a g m e n t a t i o n st oo n eo rs e v e r a ls i t e s t a k i n gt h et w ok e yi s s u e sm e n t i o n e da b o v e a n d t h ec h a r a c t e r so fd i s t r i b u t i o n ，t h i st h e s i sp r e s e n t st h ed e s i g no fr e s o u r c es p a c e f r a g m e n t a t i o n ，t h ea l l o c a t i o no ft h el o c a t i o no fr e s o u r c es p a c ef r a g m e n t a t i o na n dt h e a p p l i c a t i o no fw h i c hi nas t u d yc a s e 一一t h ep a p e rs e a r c h i n gs y s t e m t h em a i n c o n t r i b u t i o n so ft h et h e s i si n c l u d e ： 1 ) p r e s e n t st h eg o a l s f o rr e s o u r c e s p a c e f r a g m e n t a t i o n ；( 2 ) p r o p o s e s t h r e ef u n d a m e n t a l f r a g m e n t a t i o n s t r a t e g i e s ： c o o r d i n a t e - b a s e d r e s o u r c e s p a c ef r a g m e n t a t i o n 、 a x i s b a s e d r e s o u r c e s p a c e f r a g m e n t a t i o na n dh y b r i d r e s o u r c es p a c ef r a g m e n t a t i o n ；( 3 ) a n dp r o p o s e sr u l e s t o g u a r a n t e et h ec o r r e c t n e s so fr e s o u r c es p a c ef r a g m e n t a t i o n ：c o m p l e t e n e s s c o n d l t l o n 、 r e c o n s t r u c t i o nc o n d i t i o na n dd i s j o i nc o n d i t i o n ； ( 4 ) p r e s e n t st h e d i f f e r e n c e so l f r a g m e n t a t i o n b e t w e e nd r s ma n dd d b s ；( 5 ) a n a l y s e st h e d e m a n do fr e s o u r c e d i s t r i b u t i o na n dd e s i g nt h ed i s t r i b u t i o no fr e s o u r c es p a c ef r a g m e n t a t i o n ，s o t h a tw ec a n v a l i d a t et h ea v a i l a b i l i t yo ff r a g m e n t a t i o na n dt h er e a s o n a b l e n e s so f a l l o c a t i o n k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dr e s o u r c es p a c em o d e l ；r e s o u r c es p a c em o d e l ；r e s o u r c e s p a c e ；d i s t r i b u t i o n ；f r a g m e n t a t i o n 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：影吒静魄磁岁月彩掰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阕和借阕。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 储张形弦 导雌轮饼笃确 日期：如祥兰月“e l 舀期：参蛑厂月2 占e t 湖南科技大学硕士学位论文 重。1 研究背景 第一章绪论 数据霹技术在过去的咒十年里为推动企业数据管理的发展做出了巨大贡献。 不断发展和完善的各种数据模型理论及其威用发挥了巨大的推动作用，使得数据 的存储和管理变得更加高效和便捷，尤其是关系数据模型理论l i i 、关系数据库以及 后来的面向对象数据库1 2 1 的出现，更是计算机科学发展史上的一个里程碎，已经成 为互联网数据组织与管理的基础。 随着数字纯技术和互联网的飞速发展，w e b 圜益成为一个巨大靛全球信息传 递与资源共享平台，数据管理呈现出新的特点i 3 i 。第一个特点是海量，全球的数据 量在以指数的趋势迅猛增长。第二是共享，互联网和通讯设备的普及使人们能够 很容易地共享他人的数据，数据库之间也因此建立起越来越密切的联系。第三是 多样化，今天人们所面临的数据已不再是关系模型下纯粹的结构化数据，图片、 音频、视频、文档等菲结构亿数据大量的涌入到人们的应用中来。 新的数据特点使数据管理技术砸临挑战，传统的d b m s 在这些挑战面前显得 无能为力。互联网的计算环境与三十多年前发明关系数据模型时的计算环境相毙 已发生了很大变化。原来集中稳定的计算环境发展为分散而动态的计算环境，处 理的对象已不再是单纯的数据而是多样异构的资源，应用范围也由原来单纯的数 据管理发展为多样的资源管理和智能服务，用户和数据拥有者也呈现由原来的以 机构为中心发展为以个人为中心的趋势。这些变化对数据模型的要求已超出了经 典数据模型的适用范匿。 当前对下一代互联网( 如：语义网f 4 l 、知识网格f 5 6 7 ，8 l 等) 的研究进一步带动了 l 对新的数据资源组织模型的探索。资源空间模型( r e s o u r c es p a c em o d e l ，r s m ) 是基 于正交分类的语义数据模型，能够统一、规范和有效地标识和管理互联环境下的 各种资源。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 资源空间模型研究现状 e b e r m a n 美】、m 。c a n n a t a r o 意】和诸葛海研究员各耋独立地提出了知识网格 这研究课题，f b e r m a n 和m c a n n a t a r o 提出基于网格来实现知识挖掘和处理的 第一章绪论 设想，诸葛海研究员则提出将知识网格作为人机互联社会和环境来研究其规律与 方法，提出了广义知识网格的基本原理，提出协同本体论与认识论、规范性与自 组织性、权威性与盘治性、社会选择与规则、以及信任与语义等空闻来研究禳开 发知识网格。 在计算机世界，文件系统是计算机资源管理的一个里程碑。它可以看作是一 个以文件类型为维的一维资源空间。它是操作系统和数据库系统实现的重要基础。 数据库系统是计算机资源管理的另一个里程碑【1 1 。特别是关系数据模型，它以 坚实的数学基础和模型成为集中式数据管理的典范。 磊互联网资源空闻模型( t h ew e br e s o u r c es p a c em o d e l ) 燹, l 是一种能够通过对 资源内容进行分类的规范、存贮、管理和定位网络资源的语义数据模型。 资源空间模型目的不是代替数据库和文件系统，而是提供一种新的模型，是 对文件系统和数据库系统的发展，在数据库和文件系统不擅长的某些应用中发挥 独特的作用。它与语义链网络 8 , 9 1 、数据库模型1 1 i 和语义豆联网的砑究成果( 如互联 网本体语言o w l ) 的结合可望为未来互联环境提供一个强大的语义平台d o l 。 中国科学院计算技术研究所的知识网格研究组成立于2 0 0 1 年7 月1 日，2 0 0 1 年9 月初步建立了基于w e b 的知识网格系统和知识网格圈站，提穗知识网格模型， 并于2 0 0 2 年5 月发表在国际学术刊物( ( e x p e r ts y s t e m sw i t ha p p l i c a t i o n s ) ) ，之后在 重要豳际学术刊物上相继发表了2 0 余篇相关重要论文，引起国际同行的关注。资 源空阚模型于2 0 0 2 年被罄次提出用来管理互联网资源羚1 。2 0 0 3 - 2 0 0 4 年提出了其 主要理论和模型【3 。2 0 0 7 年系统地发展了其理论、模型和方法【垤1 。 资源空间模型理论主要包括以下主要内容：( 1 ) 资源空间模型方法学；( 2 ) 资 源空闻模型和语义链网络的集成及其关系理论；( 3 ) 资源空闯模型查询操作的完 备性和必要性理论；( 4 ) 资源空间模型查询操作的代数和演算理论；( 5 ) 资源空 间搜索的复杂性理论；( 6 ) 资源空间的物理存贮机制；( 7 ) 基于p 2 p 的分散式资 源空间；( 8 ) 概率资源空间模型。其中，资源空间模型的方法学可以用于指导资 源空闻模型的学习、设计和研究。包括瓷源空间的基本定义和特征、操作的定义、 范式理论、完整性理论、查询语言和开发方法。这套理论和模型从形式上看是与 关系数据库理论并行的。两者模型的不问决定了他们的范式理论的不同，进而决 定了他们的完整性理论以及开发方法的不同。 资源空间模型( r s m ) 已经具备了一套完整的理论、模型和方法，来在未来的互 联环境和语义网格下统一、规范和有效地管理和组织各种异构的w e b 资源。中国 科学院计算技术研究所知识网格研究组芷在致力予开发资源空间模型系统，完善 其理论，并已经在e - c u l t u r e 和e - s c i e n c e 领域开展应用。 因前囡际上对语义网格的研究刚刚起步，中国科学院计算技术研究所知识网 格研究组已经走在国际同行的前列，相关研究成果在国际上已得到认可，并且已 。2 湖南科技火学硕士学位论文 于2 0 0 3 年获得国家基础研究计划一“9 7 3 计划的资助。 l 。2 。2 分布式资源空闻模型研究现状 分布式资源空间模型的研究目前还处于刚刚起步的状态，随着资源空间模型 理论的逐渐完善和计算机网络技术的飞速发展及应用范围豹扩大，以分毒式为特 征的资源空间模型的研究与应用正受到人们的关注。 分布式资源空间模型符合当今信息资源应用的需求，符合当今企业组织的管 理思想和管理方式。尤其是那些地域上分散丽管理上又相对集中的企业和公司。 在这些组织中，资源通常就已经是分布的了，因为企业中的每个部门都会很自然 地维护与自己工作有关的数据。这样企业的整个资源信息就被分裂成通常所说的 信息孤岛，而分布式资源空间模型所起的作用就是为把这些小孤岛联系在一起提 供桥梁。隧着应用需求的扩大和要求的提离，人们越来越认识到集中式的局限性， 迫切需要把各个部门的信息通过网络连接起来，组建一个既有各部门独立处理又 适合全局范围应用的分布式资源空间模型。 分布式资源空闽模型是在集中式资源空间模型的基础上发展超来的，但不是 简单地把集中式资源空间模型分散的实现，它是具有自己的性质和特征的系统。 分布式资源空间模型( d i s t r i b u t e dr e s o u r c es p a c em o d e l ，d r s m ) 中的资源分布存放 在由计算机网络相连的不同结点的计算机中，网络中的每个结点具有独立处理能 力，可执行局部应用。同时，每个结点也能通过网络通信子系统执行全局应用。 对于用户来说，一个分布式资源空间模型逻辑上看如同一个集中式资源空闻模型 一样，用户可以在任何一个站点上执行全局应用。 在分布式资源空间模型的资源分布设计孛，首先需要解决的两个关键翊题是 资源空间的分片设计和资源空间分片的位置分配设计。本文以资源空间模型理论 为基础，借鉴分布式数据库系统的数据分片方法和数据片段的分布策略，提出了 在分布式环境下姿源空间模型资源空间划分的基本方式以及此分片技术在基于论 文检索系统中的具体应用。 1 3 本文主要工作 在分布式资源空间模型的资源分布设计中，需要首先解决的两个关键问题是 资源空间的分片设计和资源空间分片的位置分配设计。针对上述的两个关键闯题， 本文在现有资源空间模型理论的基础上结合分布式的特征，主要阐述了分布式资 源空间模型中资源空间的分片设计和资源空间分片的位置分配设计，以及它们在 研究实例论文检索系统中酶具体应耀。本文的主要工作如下： 首先，阐述了资源空间分片的基本目的，并提出了三种资源空间划分的基本 第一牵绪论 方式：基于坐标的资源空间分片、基于坐标轴的资源空间分片和混合型资源空间 分片； 接着，给出了定义资源空间分片时候所要遵守的正确性规则，完备性条件、 可重构条件和不相交条件；并对分布式资源空间模型的资源空间分片与d d b s 的 数据分片做了比较； 最后，对舆体的研究实例进行了资源的分布要求分析和资源空闻分片昭分布 设计，产生一个对全局资源空间合适的划分方案，把资源合理地分配到各个站点 e 。 1 4 论文结构 本论文共分为六章，各章节的内容安排如下： 第一章为绪论部分，介绍了论文的研究背景、研究现状和主要工作。 第二章回顾了数据管理方法的演变过程和基于w 曲的资源管理。 第三章概述了资源空间模型。重点介绍了资源空间模型的相关概念和设计方 法及策略。 第四章对分布式资源空间模型的资源空间分片做了理论上的研究。包括资源 分片的基本目的，资源空间分片的基本方式以及划分的正确性规则。 第五章介绍了资源空闻的分片技术在研究实例中的具体应用。 第六章对论文工作做出了总结，并对未来工作进行了展望。 - 4 湖南科技大学硕士学位论文 第二章数据管理方法简介 2 1 数据管理方法的演变过程 2 1 1 文件系统 最早的数字数据存储、组织与管理的方式是操作系统屡的文件系统，它主要 采用层次分明的树形结构，存取速度快，简单且使用方便，然而最初的文件系统 只是赞对予单枫资源进行繁理和蠢织，并基存在冗佘、无序等诸多弊端。随着计 算机技术的发展，大多数操作系统把其上的文件系统扩展为网络文件系统或者分 布式文 牛系统，提高了资源的共享熊力。隧着计算规系统的嚣趋庞大以及数字瓷 源的增多，以文件系统作为基本的数字资源组织管理系统的方式逐渐暴露出了诸 多弱点，主要是资源之阃相互独立，没有语义信息，存取比较随意，无统一规范 麴组织，容易造成大量酶数据冗余，对于海量戆数据捡索起来魄鞍困难，并置基 本上不可能( 或无能力承受) 进行基于内容的检索。 2 薹2 数据库 从严格意义上讲，从数据库各种理论的蹬现开始，数据模型才进入真正约发 展时期。数据库技术最初产生予2 0 世纪s 年代中期，它的发展大致可以分为三 个阶段：网状数据库、层次数据库、关系数据库，随着它的不断发展又出现了丽 彝对象数据库。嚣翁关系数据库串联采用瓣关系数据模型最为成功，它班关系代 数为基础，已经形成了一套完整的理论体系，包括关系操作、数据宪整性以及范 式理论等l ”。关系数据库誉前已经是应用范辫最广，a 乎无处不在麴数据存德管理 系统，无论是政府部门、科学研究，还是商业管理乃至个人用户，只要涉及到数 据的存储和管理，几乎都离不开它。 8 0 年代以蜃，技术的发展绘数据库带来了又一次的革新，第三代数据库即甄 向对象数据库技术( 2 1 产生。除了具有关系型数据库的各项优势以外，面向对象数据 瘁具有竣下优点：支持对对象帮知谈的管理，更强的可移攘性、可扩展性和互操 作性，并且支持多种数据模型。面向对象数据模型是用面向对象观点描述现实世 界实体的逻辑组织、对象闻限制、联系筹的模型。一系列面向对象核心概念构成 了面向对象数据模型的基础。它是数据模型理论向照高层次发展韵必然。 随着计算机科学技术的发展，数据库技术与各种其它技术相结合也产生了许 多耨型熟数据麾，如分布式数据库免许雳声开发麓应用程序把多个物理分开靛、 通过网络甄联的数据库当作一个完整的数据库看待，并行数据库通过c l u s t e r 技术 第三章资源空间模型 把一个大的事务分散到c l u s t e r 中的多个节点去执行，提高了数据库的吞吐量和容 错性，多媒体数据库提供了一系列甭来存储图像、音频和视频的对象类型，更好 地对多媒体数据进行存储、管理、查询，模糊数据库是存储、组织、管理和操纵 模糊数据的数据库，可以用于模糊知识处理。 2 1 3 数据仓库 数据仓库( d a t aw a r e h o u s e ) 1 1 3 , 1 4 1 是一个面向主题的( s u b j e c t o r i e n t e d ) 、集成的 ( i n t e g r a t e d ) 、相对稳定的( n o n v o l a t i l e ) 、反映历史变化的( t i m ev a r i a n t ) 数据集合， 主要用于支持管理决策。数据仓库为了满足海量数据存储以及增强分析决策能力 等需求，从而在数据库基础上进一步发展而形成的数据组织管理方式，优点在予： 具有处理海量数据的能力，支持数据挖掘，分布式数据源和决策以及联机分析处 理( o l a p t l 4 , 1 5 1 ) 能力。数据仓库是以关系数据库、并行处理技术和分布式技术为基 础的新的数据处理技术。从目前的形式看，数据仓库技术已紧跟i n t e r n e t 丽上， 成为信息社会中获得企业竞争优势的又一关键技术。 表2 1 给出了当前各种数据存储管理方式的特点。 表2 。l 数据存健警毽方式比较 t a b 2 。lc o m p a r i s o no fd a t as t o r a g em a n a g e m e n tm e t h o d s 。6 湖南科技大学硕士学位论文 数据模型的目的之一是让数据的物理层存储和逻辑层存储尽可能地分离，而 它的发展轨迹也正印证了这点，同时只有具有严格的理论依据的数据模型，其 系统才会具有旺盛的生命力。 2 2 基予w e b 的资源管理 2 2 。1 互联网数据管理回顾 互联网的超链接思想具有很强的交互性，为整个计算机带入了语义的思想， 然而数据的组织管理是网络的根基。 最初的互联网络大多采用静态网页，其数据存储直接依赖于文件系统，存储 于磁盘中的h t m l 文件，人们需要主动去获取网页并浏览，大多数是静态网页， 凡乎无交互性可言。造成这种缺点的原因便是没有使用有效豹可动态提取的数据 模型对它们进行组织。 重大的缺陷已经使得这种方式无法满足人们的霈要了，丽数据模型的发展特 别是数据库技术的成熟，便得这一问题迎刃而解。目前，几乎所能查询浏览到的 所有网页都是动态的，j s p ，a s p 等技术已经成为当今互联网服务器端所采用的主 流的技术。在这些技术的背后，是其底层所采取的数据组织和管理模型，蠢前主 要是关系数据库。 互联网的迅速发展使其日益成为重要和极具潜力的全球信息传递与共事平 台。作为一种新资源环境，它不仅开辟了新的技术领域，而且也为传统技术( 如数 据库、人工智能等) 指出了新的研究方向。如何管理互联网上的大量信息，以满足 用户不断增长的信息需求，是研究人员面临的新课题。 网络的不断膨胀，逐渐使得人们不再仅仅满足予动态网页技术所带来的好处， 计算机的发展，必然会给互联网带来又一次的革新，下一代互联网将会是露向语 义、面向知识的智能型网络。而目前的数据组织管理方式普遍缺乏语义性，因此 ；网络的革新势必要从数据模型的革命性发展开始，就像当初关系数据模型为我们 所带来的改变一样。 2 2 。2 下一代互联鼹 关于下一代互联网，目前的研究主要集中在两个方面：语义网1 4 1 以及在语义网 基础上发展起来的知识网格1 5 是7 ，羽。 语义网是一种数据网，它包括两方面的含义：一是在原来交换文档的网络中 交换信息的通用格式，二是用来记录怎样将数据关联到真实世界对象的语言。它 最先由t i mb e r n e r s l e e t 4 l 提出并且产生了深远的影响从而在研究领域内得到了飞 第三章资源空间模型 速的发展。简单来说，语义网是一种智能网络，它可以使人和电脑之间的交流变 得像入和入之间交流一样轻松。随着语义网研究和技术的不断发展，它将使人类 从搜索相关网页的繁重劳动中解放出来。 语义网的实现是基于x m l 语言和资源描述框架( r d f ) 来完成的，然而这两者 都不是主要的技术难题，主要的技术难题出在“智能”上，怎样使得网络有智能， 即让电脑可以进行足够的“思考和“推理 。可见，它的实现还需要做很多的工 作。 语义网的优点在于，它可以让计算机具有对网络空间所储存的数据进行智能 评 鑫的麓力，帮有像入一样的理解力，减少对人的依赖。另外它也为科技创新提 供了无尽的资源，加速人类创新的步伐。 日前语义网的研究主要集中在本体论( o n t o l o g y ) 以及它的标记语言上，例如 r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 等等。语义网 的不断发展，必将给w e b 的发展带来重要的理论支撑，两一种新型的适合语义网 甚至更高一级的知识网格的数据组织管理方式便成为一个亟待解决的问题。 更 丰 富 的 语 义 知识网格 更强的计算能力 f i g 2 1d e v e l o p m e n to fk n o w l e d g eg r i d 匿2 。l 知识瘸格的发展 知识网格是在建立在语义网之上的网络体系。如图2 。l 中表示出了w e b 、网格、 语义w e b 、语义网格1 1 6 1 和知识网格之间的关系。语义网使得互联网具有了语义的 特征，但是这仍然只是低层次的智能，与知识的概念还有差距。当今的网格技术 在分稚资源的共享、协同、管理以及控制方面具有无可比拟的优势，结合语义网 理论和网格技术便形成了知识网格理论，它具有语义网的智能和网格的协同计算 能力，可以大大提高当前网络的性能，同时更利子资源乃至知识的共享和管理。 - 8 湖南科技大学硕士学位论文 知识网格包括三大核心问题f 8 l ，用以实现知识的有效管理。它们分别是： 瓷源的规范组织，即如何来组织各种资源以达到蔓高的使用效率，从而适应 下一代互联网关于知识管理酶需要。资源空闻模型雕l 是解决这一润遂靛有效靛方 式之一，这也是本论文及系统的理论基础。它将资源抽象为统一的表示、操作以 及测览，使得对资源的管理更加简单有效。 资源的智能聚合，酃使褥资源之闻能够嚣裰瑗解，并且根据摇互之闻的特征 以及厢户的需求动态智能地将同类资源聚会到一起，为用户提供丰富且有用的知 识，对于管理和发现知识起到关键作用。智能聚合需要通过软设备沁l 来实现，简 单来说它是种能够智能的聚合各种资源、统一地为用户提供暇务的一种瑟活高 效实用的下一代w e b 资源。 资源的语义互联，即如何解决资源群体的关系问题，这是使得资源真正能够 藏为知识的关键一步，也是对资源进行整合和剩用鹣登要手段。主要通过语义链 糟l 题络来实现。顾名思义，语义链是描述资源之闻语义关系的模型，抽象来说，一 个语义关系便是一个资源到另一个资源的一条路径，语义链网络理论将这样的关 系定义为七种基本类型 歌。 除此之外，知识网格掰涉及麓研究还包括了知识流1 1 9 l 以及对等网络与知识阚 格的结合1 2 0 1 等闼题，进一步地完善了这一敖淞理论。 2 3 本章小结 本章主要介绍了数据管理方法的演变过程：文件系统、数据库和数据仓库， 并对它翻静数据存储管理方式散了详缨孵毙较，包耩它稍番自鲍优缺点。本章还 回顾了基于w e b 的资源管理，包括对互联网数据篱理的回顾和下一代互联网的展 塑。资源的规藏组织，即如何来组织各种资源以达到更高的使用效率，从霹露适应 下一代互联网关于知识管理的需要，资源空间模型是解决这问题的有效的方式 之一，这也是本论文的理论基础。 第三章资源空间模型 第三章资源空间模型 3 1 资源空间模型简介 随着i n t e r n e t 的发展，网上数据不断激增，对网上信息的应用需求也不断提高， 原有的对文本文件的链接浏览翻关键词检索已无法满足一些复杂的应用需求。 统一、规范和有效地管理各种异构的w e b 资源已经成为下一代w e b 所要解决 的关键问题之一。语义网格v e g a k g 是研究人员最近提出来的用于共享和管理 各种异构的w e b 资源的一种机制，它吸收了g r i d 的理念和s e m a n t i cw e b 的标准， 并且采用新的资源管理模型和运行平台。v e g a k g 有两个关键的组成部分：( 羔) 资源空间模型( r s m ) ，用来规范、统一地标识和组织资源；( 2 ) 统一的资源使用机 制，使得用户能够方便地使用资源空间内的资源。 3 1 1 资源空间模型的基本概念和符号 资源空间模型的基本概念和符号如下 8 , 1 1 , 2 1 】： 圭。资源空闻是一个n 维坐标空间。空闻中的每个坐标点唯一确定一个资源或 一类相关瓷源的集合，用符号表示为r s j ，屁，) ，或者只简单用r s 表示，其中 r s 是资源空间名称，x 是坐标轴名称。x i = ( c 小c 踟2 。c 胁) 表示某个坐标轴及轴 上的有序坐标。e 表示坐标名，坐标名用名词或名词短语形式。任意的坐标名称 都对应领域本体中的某个规范化或非规范化的语义定义。 2 两个轴相同。当在同一领域本体中，两轴的名称及轴上的所有相应坐标点 名称都相同。 3 一个坐标代表一类资源。符号表示为晨( q 。当坐标c 既不是坐标e 的阕 义词也不是近义词时，c 与c 相互独立。 4 如果两个轴x l - ( c l i ，c l 。) 和x 2 = ( c 2 1 ，岛。) 有相同的轴名但有不同 的坐标，那么这两个轴可以合并成一个轴：謦巍u x 2 = ( q l ，c l n ，c 2 1 ，c 2 n ) ，顺序 与原来的顺序保持一致。 5 通过将坐标集x 分成r 和r 两个集合，可以将一个轴分成掣和两个 轴。阂此有弘rur 。 形式化定义如下； 定义1 设胙( c l ，c 2 ，g ) 表示轴，c i 表示轴x 7 上的某个坐标，称x 细分 g ( 符号表示为c i x ) ，当且仅当： ( 1 ) ( r ( c k ) a r ( q ) ) n ( r ( c p ) a r ( c i ) ) i 2 l k c p ，a n dk , p 【l ，鑫】) ：和 1 0 湖南科技大学硕十学位论文 ( 2 ) ( r ( c i ) m r ( c i ) ) u ( r ( c 2 ) ( q r ( c i7 ) ) u u ( r ( c n ) m r ( c i ) ) = r ( c i ) 成立 定义2 轴弘( c l ，q ，。c n ) 和r = ( c l ，c 。w ，c f ) ，称x 细分刀心啪，当且 仅当盖细分e l ，。，c m 。 定义3 轴x 细分轴r ，同时r 细分x ，即刀，剧刀，称这两个轴相互正 交。 3 1 2 资源空间模型的内容 资源空间模型是一种能够通过对资源内容进行分类的规范、存贮、管理和定 位网络资源的语义数据模型。7 维空间代表了对一个资源集合的7 种分类方法。在 每一维上给定一个坐标就霹定位一个点组同类内容的资源。资源空闻只 关注内容，因而一个点中的资源可以是任何形式。 资源空间可以通过在维上设置约束来实现规范化，从两来确保资源管理的正 确性。资源空间的范式就是用来实现这种规范化的。第一范式要求坐标名不重复， 第二范式要求各坐标相互独立，第三范式要求各维( 轴) 互相正交( 即，互相细分) 。 资源空闯模型还可以根据巍用需要定义更严格或更宽松的范式。 资源空间模型能够统一地标识和管理各种信息、知识和服务的w e b 资源。信 息资源指的是各种类型麴电子文件，这些文件能够逶过i n t e m e t 传播，著且能够被 直接或者间接地读取或获取。知识资源指的是概念、公理、规则或者方法，它们 都能够以某种机器可以理解的方式来表示，知识可以通过理解信息资源或者总结 人类的经验来产生。服务资源指的是执行任务或者解决问题的可重用过程、处理 信息或知识资源。 资源空间模型包括震户视图、逻辑层和语义w e b 视图三层模式。角户视图模 式是一个三维空间，反映了用户对整个资源空间的看法，可以表现为资源浏览器 的形式；逻辑层模式是一个t 7 维的资源空阈，反映了资源空间的整体视图；语义 w e b 视图模式是一个基于语义的对备种资源的表示和组织的机制。 3 。l 。3 资源空间的特性 资源空间模型具有以下特性 8 , 1 1 , 1 2 , 2 1 1 ： 王。统一的资源抽象。把各种( 信息，知识和服务) 资源映射到一个统一的语义 空间中。 2 资源划分。在一个给定的区域内，资源能够被划分。 3 统一的资源操作。所有的瓷源有一个统一的操作集合。 4 整体的资源视图。用户可以操作分布在整个i n t e r n e t 上的任何资源。 一个资源可以被赋予规范蕊语义信息以便统一地管理和利用，个资源的努 部语义可以表示为： 第三章资源空间模型 ( 1 ) 名字。区别于其他资源的标识符。 ( 2 ) 作者。剖建者的名字。 ( 3 ) 摘要。对于信息或者知识资源内容的一段简要描述，或者是对于服务资 源的功能或用途的描述。这段描述可以是一些关键字的集合，也可以是一段自然 语言的摇述，语义链网络或者模板等。 ( 4 ) 舨本。用来区分圊一资源的不圈版本的号码。 ( 5 ) 位置。在虚拟环境中的i n t e r n e t 和逻辑地址。 ( 6 ) 访问权限。共有三种可能的情形：a ) 公开的，即任何一个用户都可以访 闻这个资源；b ) 群组的，只有组内的成员能够访闯；e ) 私有的，只有作者能够访 问。 ( 7 ) 存取方法。可以在该资源上进行的有效操作。 ( 8 ) 有效期。资源的生命周期。 传统的几何空间中，利用坐标系统可以有效地标定空闻中的任意一点。同样， 在资源空间中，我们也利用坐标的概念来有效地管理资源。当我们为一个资源空 间构建了一个好的坐标系统以后，就可以方便地利用坐标来存储和访问资源。资 源空间是一个嚣维的坐标空阆，其中的每个点唯一决定了一个相关资源的集合。 资源空间有名字、类型、逻辑位置和存取权限。 资源空间有j ，7 个轴，每个轴上的坐标都是有层次结构的。对于基于轴之间的 细分关系和正交等性质，我们定义了资源空阆豁第一、第二和第三范式和操作的 集合( 连接、分裂、合并等) 。这些范式如同关系数据库中的基本范式一样，可以 用来保证在资源空间中操作的正确性等。 基予以上提出的模型，资源空间模型相关研究人员已经设计了一个类s q l 的 资源操作语言，实现了相关编程环境的原型系统。 3 。l 。4 资源空闻的设计方法 资源空闻的设计过程包括以下豳个步骤豫瓣 2 1 l ：资源分析，皇上往下的资源划 分，设计二维的资源空间和资源空间之间的连接。 资源分析是为了根据应用的范围，分析要管理的资源，并且把所有的资源在 一个资源词典( r e s o u r c ed i c t i o n a r y ) q b 标识出来。它的基本功能是帮助设计者标识 资源、存储资源，并且使设计者能够编辑资源。资源词典中的资源形成了所讨论 的应用领域的一个本地资源空间的来源。x m l 可以用来标识资源的结构化特性。 可以使用类s q l 的查询语言来管理资源词典。资源词典的功能类似于用来建 立关系数据瘴的数据词典，