（计算机应用技术专业论文）资源空间关系及动态构造研究.pdf

中文摘要 资源空间关系及动态构造研究 计算机应用技术专业硕士研究生李海 指导老师周竹荣副教授 中文摘要 随着w e b 技术的飞速发展，海量的w e b 资源大都以异构的、分布的方式存在。传统的数据模型 不能有效的管理和定位各种w e b 资源。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 ) 是一种面向 w e b 资源的语义数据模型，它利用多维资源空间对w e b 资源内容进行分类、规范、存储、管理和定 位，是基于w e b 资源的分类语义组织和管理资源。 在开放、动态的互联环境中，无论是从显性还是隐性的角度来看，各类w e b 资源都或多或少存 在一定的关系。如何在资源空间之间建立起这种关系，进而映射成各类资源之间的关系，以提高在 资源空间之间定位资源的准确率和查全率是资源空间模型需要解决的问题。在资源空间之间建立关 系，首先需要解决的是单个资源空间的动态构造问题，因为异构的、分布的数据形成了异构的、分 布的资源空间，而不仅仅局限于某一领域的或同构的单资源空间。另外，传统的资源空间模型存储 机制只能存储简单的层次语义关系，对于复杂的层次语义关系则需要改进资源空间模型的存储机 制。因此本文深入研究了资源空间的关系问题，改善了资源空间存储机制，并解决了动态构造单资 源空间问题，在单资源空间中通过多维浏览和关键字定位资源，进而实现了多资源空间之间关系的 动态构造。本文的主要研究工作包括一下几个方面： 第一，提出基于语义网格的资源空间关系模型( r e s o u r c es p a c er e l a t i o n s h i pm o d e l ) 。该模 型的基本思想是分析研究了资源空间之间所存在的各种关系，设计并分析了体系结构，并对其进行 形式化表示。该模型的提出，有效的提高了资源空间结构的重用率和在资源空间之间组织、管理和 定位资源的的查全率，可以作为在资源空间之间准确定位资源的有力依据。 第二，改进资源空间存储机制。针对资源空间存储机制只能存储简单的层次语义关系问题，提 出了改进的资源空间存储机制，在原有的基础上，分析r s m 模式树中节点之间的聚合关系，建立节 点聚合链，并在聚合节点中增加与相关节点的聚合操作，与聚合算法相结合进而解决在资源空间中 存储复杂层次语义的问题，提高r s m 模式树( r s ms c h e m at r e e ) 表达层次语义关系的能力。 第三，实现单资源空间动态构造。本文充分利用x t r e e 树型控件和j s o n 数据交换格式，并将 二者相结合，实现单资源空间动态构造。使用x t r e e 模拟设计人员对r s m 的结构设计，设计界面简 单且易操作，将r s m 结构设计简单化。用j s o n 在x t r e e 和r s m 之间建立转换关系，先将x t r e e 转 换成j s o n 格式数据，然后解析j s o n 格式数据并转换成符合r s m 底层存储的r s m 模式( r s ms c h e m a ) ， 进而实现x t r e e 转换成r s m 的存储，解决单资源空间的动态构造问题。 t 西南大学硕士学位论文 第四，在上述工作的基础上，实现多资源空间之间关系的动态构造。以资源空间关系模型为依 据，单资源空间动态构造为基础，改进的资源空间存储机制为保障，动态建立多资源空间之间的关 系系统。该系统支持动态构造并浏览资源空间关系，并通过单资源空间管理资源，实现多维浏览和 关键字定位资源。 关键诃：资源空间关系模型资源空间聚合类型动态构造模式树 a b s t r a c t r e s e a r c ho nr e s o u r c es p a c e r e l a t i o n s h i pa n d d y n a m i cc o n s t r u c t i n g m a jo r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n d i r e c t i o n ：m u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f z h o uz h u r o n g a u t h o r ：l ih a l ( 1 1 2 0 0 7 3 2 1 0 0 0 0 6 6 ) a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw 曲t e c h n o l o g y ，m a s sw e br e s o u r c e sm o s t l ye x i s ti nt h ef o r mo f h e t e r o g e n e o u sa n dd i s l r i b u t e d t h et r a d i t i o n a ld a t am o d e l sa l ei n c a p a b l eo fe f f e c t i v e l ym a n a g ea n dl o c a t e w e br e s o u r c e s r e s o u r c es p a c em o d e l ( r s m 3i sas e m a n t i cm o d e lt oc l a s s i f y ，n o r m a l i z e ，s t o r e ，m a n a g e a n dl o c a t ew e bl 汜s o l l r c e si nm u l t i - d i m e n s i o n a lr e s o u r c es p a c e sw h i c hb a s e do nt h es e m a n t i cc l a s s i f i c a t i o n o r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to fw e b - b a s e d r e s o u r c e s i na no p e na n dd y n a m i ci n t e r c o r m e e t i o ne n v i r o n m e n t ，a l lk i n d so fw e br e s o u r c e sh a v ec e r t a i n r e l a t i o n s h i pr e g a r d l e s sf r o mt h ep e r s p e c t i v eo fe x p l i c i to ri m p l i c i t t h ep r o b l e mt ob u i l da n dt h e nm a po n t o t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nr e s o u r c es p a c e s ，w h i c hi si m p r o v i n gt h ea c c u r a c ya n dr e c a l lr a t i oo fl o c a t i n g r e s o u r c e s ，n e e d st ob es o l v e di nr s m i nt h ec o n n e c t i o nb e t w e e nr e s o u r c es p a c e s ，t h ed y n a m i cc o n s t r u c t p r o b l e mi ns i n g l er e s o u r c es p a c es h o u l db es o l v e df i r s t l y h e t e r o g e n e o u sa n dd i s t r i b u t e dd a t af o r m s e q u i v a l e n tr e s o u r c es p a c e ，w h i c hd on o tl i m i to nap a r t i c u l a ro ri s o m o r p h i cr e s o u r c es p a c e i na d d i t i o n ，t h e t r a d i t i o n a lr s m s t o r a g em e c h a n i s mj u s tc a ns t o r es i m p l eh i e r a r c h ys e m a n t i cr e l a t i o n s h i p ，w h i c hi sh a r dt o s a t i s f yh i e r a r c h ys e m a n t i cr e l a t i o n s h i p t h e r e f o r e ，t h i sw o r ks t u d i e st h ei s s u e so fr e l a t i o n s h i p sb e t w e e n r e s o l i r c es p a c e s ，i m p r o v i n gr s ms t o r a g em e c h a n i s ma n dd e a l i n gw i t hd y n a m i cc o n s t r u c t i n gs i n g l e r e s o u r c es p a c e t h r o u g hm u l t i d i m e n s i o n a lb r o w s i n go rk e y w o r dl o c a t i n gr e s o u r c e ，t h ed y n a m i cc o n s t r u c t r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nr e s o u r c es p a c e sc a l lb er e a l i z e d t h em a i nc o n t r i b u t i o ni n c l u d e s ： f i r s t l y ，an e wc o n c e p t u a lm o d e lr e s o u r c es p a c er e l a t i o n s h i pm o d e l ( r s r m ) i sp r o p o s e d t h i sp a p e r n o to n l ys t u d i e sa n da n a l y z e st h er e l a t i o n s h i pa m o n gr e s o u r c es p a c e s ，a n df o r m a l i z e st h er s r m ，b u ta l s o d e s i g n sa n da n a l y z e st h ea r c h i t e c t u r e t h ep r o p o s i t i o no fr s r me f f e c t i v e l yi m p r o v e st h er e u s er a t eo f r e s o u r c es p a c es t r u c t u r ea n dr e c a l lr a t i oo fo r g a n i z i n g ，m a n a g i n ga n dl o c a t i n gr e s o u r c e sb e t w e e nr e s o u r c e s p a c e s r s r mi st h es t r o n ge v i d e n c et ol o c a t er e s o u r c ea c c u r a t e l yb e t w e e nr e s o u r c es p a c e s s e c o n d l y , t h er e s o u r c es p a c es t o r a g em e c h a n i s mi si m p r o v e d a c c o r d i n gt os t o r a g es i m p l e i i i 两南大学硕士学位论文 h i e r a r c h ys e m a n t i cr e l a t i o n s h i pi nt h er s mm e c h a n i s m , i tm o d i f i e st h er e s o u r c es p a c es t o m g e m e c h a n i s m b a s e do r lt h ef o r m e rg r o u n d w o r k , t h em e c h a n i s mp r o d u c e sn o d ea g g r e g a t i o nl i n kt h r o u g h s e a r c h i n ga g g r e g a t i o nr e l a t i o n s h i pa m o n gn o d e so fr s ms c h e m af r e ea n da d d i n ga g g r e g a t i o no p e r a t i o n i n t oa g g r e g a t i o nn o d ew i mr e l a t e dn o d e s c o m b i n i n gw i t ha g g r e g a t i o na l g o r i t h m , i tw i l ls t o r ec o m p l e x h i e r a r c h ys e m a n t i cr e l a t i o n s h i pi nt h er e s o u r c es p a c ea n di m p r o v ec a p a b i l i t yo ne x p r e s s i n gh i e r a r c h y s e m a n t i cr e l a t i o n s h i pb yr s ms c h e m at r e e t h i r d l y , t h ed y n a m i cc o n s t r u c to fs i n g l er e s o u r c es p a c ei sr e a l i z e d t h i sp a p e rr f l a k e sf u l lu s eo f t r e e v i e wx t r e ea n dd a t at r a n s f o r mf o r m a tj s o nt os h o wd y n a m i cc o n s t r u c to fs i n g er e s o u r c es p a c e s 咖l i f yt h es t r u c t u r ea n di n t e r f a c et oa c h i e v er s m se a s yo p e r a t i o n a p p l i n gj s o nt ot r a n s f o r mb e t w e e n x t r e ea n dr s m ：c o n v e r tx t r e ei n t oj s o nf 奴l y ，a n da n a l y z ej s o ni n t or s ms c h e m aw h i c h a c c o r d i n gt or s ms t o r a g es e c o n d l y , a n dt h e nr e a l i z et h es t o r a g ef r o mx t r e et or s mf m a l l y , s oa st o s o l v et h ed y n a m i cc o n s t r u c to fs i n g er e s o u r c es p a c e f i n a l l y , t h ed y n a m i cc o n s l r u c tr e l a t i o n s h i pb e t w e e n r e s o u r c es p a c e si sr e a l i z e db a s e do na b o v ew o r k s f o u n d a t i o n a c c o r d i n gt ot h er e s o u r c e ss p a c er e l a t i o n a lm o d e l ，t h es i n g l er e s o u r c e ss p a c ed y n a m i c s t r u c t u r ea n dt h ei m p r o v e m e n tr e s o u r c e ss p a c em e m o r ym e c h a n i s m , r s r mb u i l dd y n a m i c a l l ys y s t e m s u p p o r t i n gc o n s t r u c ta n db r o w s er e s o u r c es p a c er e l a t i o n s h i pd y n a m i ca n dr e a r , a g i n gr e s o u r c e st h r o u g h s i n g l er e s o u r c es p a c e t h ed y n a m i cc o n s t r u c ts y s t e ma c h i e v e sm u l t i d i m e n s i o n a lb r o w s i n ga n dl o c a t i n g r e s o u r c eb yk e y w o r d su l t i m a t e l y k e y w o r d s ：r e s o u r c es p a c er e l a t i o n s h i pm o d e l ，r e s o u r c es p a c e a g g r e g a t i o nt y p e ， d y n a m i cc o n s t r u c t i n g ，s c h e m at r e e i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者： 苍场 签字日期：2 c 咖年夕月沙日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西 南大学研究生院可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：团不保密，口保 密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：孝淘 签字日期：三口口年月矽日 导师签名：煽钓懂 签字日期：zo o 年夕月z r 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究背景 随着数字化技术和互联网的飞速发展，海量的w e b 资源不仅仅是以单纯的结构化数据形式存 在，更多的是在分布且异构环境下以图片、音频、视频、文档等非结构化数据形式存在，由此造成 了w e b 资源的异质和异构。如何统一、规范和有效地管理和定位各种w 曲资源已经成为下一代 w e b 所要解决的主要问题之一【l 】。 数据库理论和系统，尤其是关系数据库在过去的几十年里取得了巨大的成功，使得数据的管理 和存储变得更加高效和快捷，为组织和管理w 曲资源奠定了基础1 2 】【3 1 。关系数据库是一种基于关系 代数理论并充分利用二维表的方式来组织、管理和存储数据。但关系模型对于构造复杂的嵌套实体， 如设计与工程对象以及复杂的文档等显得太简单，传统数据库系统不提供如像配置管理那样的表示 和管理这些实体的机制【4 】【5 1 。为了使数据库用户能够直接以他们对客观世界的认识方式来表达他们 所要描述的世界，出现了一种新的数据模型面向对象的数据模型 0 3 。面向对象数据模型是用面 向对象观点来描述现实世界实体( 对象) 的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型，面向对象的生 产效率、可靠性、易维护性、易管理等优点在面向对象数据模型也显现出来，这使得面向对象数据 模型的研究与应用日益成熟。面向对象的数据库和对象关系数据库充分利用面向对象方法的优点， 如继承和封装等，使得数据库的应用越来越广泛，并且提供了对复杂对象的规范管理方法【7 】嗍。由 于分布式的、异构的w e b 资源需要的是一种具有开放性、分布式、平台无关性和基于内容等特点的 数据模型来管理和组织数据，如果直接将传统的数据模型直接应用于w e b 资源，缺陷也比较明显。 而随之出现的数据仓库、数据挖掘和在线分析处理等新技术，也不能满足对互联网上频繁变化、异 构的w e b 资源进行组织和管理的应用需求，因为它们的主要目的是组织、管理和分析历史数据并据 此进行未来决策的支持【9 】【1 0 】。此外，w e b 资源的共享问题一直是现有互联网亟待解决的一个重要问 题，由此带来了严重的信息冗余现象，造成了大量资源的浪费。 利用网格技术可以有效解决w 曲资源共享问题，在知识网格中，资源空间模型( r e s o u r c es p a c e m o d e l ，r s m ) 能够实现全球分布的、相关知识的动态、智能地聚合，并通过后台推理和解释机制提 供按需的知识服务。在这个环境下，人们能够通过单一语义入口获取和管理全球分布的知识，而无 需知道知识的具体位置。在r s m 基础上利用网格技术按照不同的需求构建不同专业门类和行业的 知识系统将十分容易，从而极大提高资源的使用效率。r s m 是一种基于正交分类的新的语义数据模 型，是对文件系统和数据库系统的发展，它能够对资源内容按照分类进行规范、存储、管理和定位 【1 1 】【1 2 l 【1 3 】【1 4 1 。n 维空间代表了对一个资源集合的n 种分类方法。在每一个维上给定一个坐标就可定位 一个点一组同类资源内容的资源。资源空间只关注内容，因而一个点中的资源可以是任何形式。 利用r s m 可以有效的组织、管理和定位多样异构的w e b 资源。逐渐完善的r s m 范式理论【1 5 1 和完 整性约荆1 6 】保证了资源空间中语义表示和操作的正确性。r s m 作为知识网格7 1 中的一个分支，已 经具备了成熟和完善的理论、模型和方法，也在现实中得到了业界的认可和应用。 西南大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 语义w e b 、w e b 服务和网格是对未来w e b 和分布式应用发展影响最大的三大技术。为了解决 w 曲缺乏语义信息的问题，2 0 0 1 年5 年t i mb e m e r s l e e 等学者在i s e i e n d f i c a m 上发表了 “t h es e m a n d c w e b ”一文【i ”，系统地的描述了语义w 曲成为语义w e b 领域发展史上的重要文献。 语义w e b 利用标记语言和本体论机制表达丰富的机器可理解的语义信息，其主要研究内容为语义的 表达【】”。w c b 服务的目标是基于现有的w e b 标准，为用户提供开发、配置、交互和管理全球分布 的电子服务资源的开放平台网格技术通过高性能计算环境实现全球分布资源的共享、管理、协同 和控制。网格计算的目标是将互联网上分布式的计算瓷源进行整合，班便提供高性能计算的服务 1 。网格计算技术的初期主要集中在高性能科学计算领域提升计算能力，并不关心资源的语 义，所以不能有效地管理知识。随着开放网格服务结构的产生，语义成为网格的一个核心事务。知 识翻格田1 是一个智能互联环境，它能使甩户或角色有效地获取、发布、共享和管理知识盎潭，井为 用户和其他服务提供所需要的知识服务辅助实现知识创新、协同工作、问题解决和决策支持知 识网格涉厦的核心衄躁是资源的规范组织、智能聚合和语义互联。语义w e b 和网格技术为解决 互联环境f 信息与知识组织的混乱现状提供了一个可行方案。网格的单一系统镜像机制保证了w e b 资源作为一个整体呈现在用户面前，包括互联网上的信息和知识资源叫 121 语义w e b 语义w e b 的目标是为w e b 资源提供具有计算机可以理解的语义从而满足智能a g e m 对w w w 上异构、分布信息的有效检索和访蚵实现网上信息在语义屠上的全方位互联，并在此基础上，实 现更高层的、基于知识的智能应用删。语义w e b 通过使用本体和标记语言，使w 曲赍源的内容能 被机器理解，为用户提供智能索、基于语义的内容检索和知识管理等智能服务。在语义w 曲中引入 本体技术实现了知识的共享和重用。语义w e b 核心技术的基础性工作和标准化工作主要是由w 3 c 组织的语义w e b 工作组负贲。w 3 c 提出了语义w e b 的七层模型结构如图i - i 所示4 日 圈l - i 语义w 曲的层次结构 ( 1 ) u n i c o d e 和u p 层 语义w 曲的最底层是u m c o d e 和u p j ( u n i f o r m r e s o u r c e i d e a d f i 钉) 层。u n i c o d e 保证使用国际 第一章绪论 通用字符集进行资源编码，并实现网上信息编码的统一；u r l 支持语义w e b 上的对象和资源的精细 标识，从而使精确信息检索成为可能。在语义w e b 中，无论是网络中的一个w e b 页面或者网站， 还是现实中的一个人或者一个地方，任何可以被描述的事物都可以称之为资源。每一个资源都可以 用u r i 唯一标识和定位口7 1 。 ( 2 ) 舢，+ n s + 瑚，s c h e m a 层 x m l 是语义w e b 中首要的关键技术，也是整个体系结构的基础2 8 1 。x m l 允许用户自定义标 签对发布的内容进行标记，以及使用文档类型定义d t d 或x m ls c h e m a 来约束标签的结构四。为 避免用户自定义标签的命名冲突，w 3 c 采用了n a m e s p a c e 机制3 0 1 。 ( 3 ) r d f r d fs c h e m a 层 r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 资源描述框架定义了一种描述w c b 资源及其相互联系 的简单模型，是语义w e b 实现的关键技术之一，也是语义w e b 信息描述的有效手段p 1 】【3 2 】。r d f 为 w e b 资源描述提供了一种 资源，属性，值) 的三元组通用框架和实现数据集成的元数据解决方案。 r d f 建立在x m l 和u r i 的基础上，通过属性描述了资源及资源之间的关系，但并没有提供描述这 些属性及属性间关系的机制。r d fs c h e m a 提供了这种表达机制，它描述了r d f 属性的使用规则， 可为r d f 定义领域本体，并将其组织为类和属性的层次结构。 ( 4 ) o n t o l o g y ( 本体) 层 语义信息的交流必须以共同的理解为前提，否则双方就会产生误解。在语义w e b 中，本体是概 念模型的明确的规范说明，它提供了这一“共同的理解”，即共同的语义空间，依赖于领域本体3 3 】【3 4 1 。 本体层用来实现对词汇表的扩展。在这一层，用户不仅可以定义概念及概念之间的关系，而且可以 利用本体语言定义面向领域的共享词汇，并对领域知识建模。对于w e b 应用而言，本体的表示需要 以w e b 数据表示和交换的标准化语言为基础。 ( 5 ) l o g i c ，p r o o f , t r u s t 层 语义w 西的目标是使w e b 资源可以被机器理解和处理，能够更好地支持人机协同工作。为此， 语义w e b 研究如何解决元数据的表示和规则性知识的表示两个关键问题。到目前为止，大部分有关 语义w e b 的研究主要集中在w e b 内容的语义表示上。例如，大部分基于x m l 和r d f s 的本体表 示语言( 如d a m l + o i l t 3 5 1 、o w l t 3 6 】【3 7 】p 8 1 ) 都能表示复杂的领域概念性知识以及领域相关的公理 知识，例如概念包含公理、属性包含公理等；但目前本体知识表示语言尚不能较好地表示领域规则 性知识。目前的研究表明，逻辑层的实现将有必要引入描述逻辑之外的其它逻辑，如h o r n 逻辑3 9 】【4 0 1 。 由于w e b 环境下，信息的不完整性和数据的不一致性将是一种普遍现象，因此，允许系统内部存在 不一致现象的某类非单调逻辑应该引起研究者的重视。另外，由于逻辑层处于本体层之上，因此在 逻辑层的研究中，规则推理将势必结合本体中的概念与属性( 即角色) ，因此逻辑层的规则推理将 是一种混合型( h y b r i d ) 推理【4 1 1 【4 2 1 。在规则的表示方面，语义w e b 可以借鉴已有的规则语言( 如 r u l e m l t 4 3 1 等) ，同时对现有的本体表示语言( 如o w l ) 进行相应扩展，如s w r l ( as e m a n t i cw e b r u l el a n g u a g ec o m b i n i n go w la n dr u l e m l ，h t t p ：w w w d a m l o r g r u l e s p r o p o s a v ) 。 3 两南大学硕士学位论文 总体来看，目前语义w e b 的研究还主要集中在本体层，已形成w e b 本体表示的语言标准o w l 。 本体层次以上的规则、逻辑、验证以及信任管理层次已成为下一代的研究目标【3 8 1 】【4 5 1 。o w l - s t 4 6 】 是基于o w l 语言的w e b 服务本体，是语义w e b 与w e b 服务相结合的结果。o w l s 定义了 s e r v i c e p r o f i l e 、s e r v i c e m o d e l 和s e r v i c e g r o u n d i n g 等核心语言构件，用于对w e b 服务做什么，如何 执行和如何调用进行逻辑化描述，从而支持代理程序基于逻辑语义实现对w e b 服务的自动发现、管 理、协同和控制【4 7 】。 1 2 2 网格计算 网格计算的目的是把跨地区的多台高性能计算机、大型数据库、贵重科研设备、可视化设备和 各种传感器等整合成一个巨大的超级计算机系统，支持科学计算和科学研究。网格计算是一种以服 务为导向的架构，通过一些开放标准的使用，这种架构可以在互联网或专用网内融合各种异常的r r 系统以支持分布式的计掣2 0 】【2 1 1 。网格计算的核心是实现跨整个企业、政府或工作组的资源的虚拟共 享、管理和访问，无论这些资源的运行特点如何；用户也无需关心这些资源在哪里。网格计算概念 早期出现在1 9 9 51 - w a y 试验中，用高速网络将北美的1 7 个站点资源连接起来，以获得高性能的计 算能力。网格论坛( h t t p ：w w w g r i d f o r u r n o r g ) 于2 0 0 2 年6 月公布了开放网格服务架构( o p e n g r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) ，这是一组基于现有开放标准的技术规格和标准，旨在为世界各地的网格提 供一个公共的技术基础。g l o b u s 网格项目( h t t p ：w w w g l o b u s o 叫) 是由美国a r g o n n e 国家实验室 等科研单位共同研发的项目，是当前国际上最有影响的网格计算项目之一。目前网格已经成为下一 代互联网的核心技术之一。 中科院计算所研究的“织女星网格”项目，主要是为了使同一个平台同时具备以下几种能力： 大规模的数据处理能力、高性能计算能力、资源共享和提高资源利用率的能力【镛1 。网格被看作是一 台虚拟的计算机，具有通用服务、辅助智能、全局一体、自主控制等四个特点。从计算机体系结构 角度，用地址空间的方法研究了资源的表示、描述、组织、部署、发现、访问、使用、维护和最终 撤销等问题，提出了一个网格资源空间三层模型嗍。此模型包括三个层次：有效信息资源层、虚拟 资源层和物理资源层，其中有效信息资源层由网格中的应用构成，虚拟资源层由网格虚拟组织构成， 物理资源层由资源所在的物理节点构成。虚拟资源层对有效信息资源层屏蔽了物理资源层，使用户 可以透明访问物理资源，这种方法有助于提高网格软件的易用性、透明性、自治性和模块性。 除此之外，通过存储网格对w e b 资源进行整合，使之同质化和同构化，提供给用户一个透明的、 统一存储方式的w e b 资源的整体架构。对于海量数据的处理、存储和传输都不是现有的互联网技术 所能承担的，通过数据网格( d a t a g r i d ) 对海量数据进行分析，并从中提取有用的信息和知识。而 语义网格( s e m a n t i cc n i d ) ，通过使用本体论和标记语言( 如：x m l 可扩展性标记语言，r d f 资 源描述框架和d a m l 语言等) 使w e b 资源的内容能被机器理解，为用户提供智能索引、基于语义 的内容检索和知识管理等智能服务。随着网络技术的发展，对自身知识管理的要求进一步提高，出 现了知识网格。因此，从软件实现的角度看，语义网格是一个智能中间件( i n t e l l i g e n tg r i d 4 第一章绪论 m i d d l e w a r e ) ；从资源组织结构体系角度来看，它是另一种网络技术知识网格的前身。 1 2 3 知识网格 知识网格( k n o w l e d g eg r i d ) 最初由美国信息学家、t e r a g r i d 项目主持人f r a nb e r m a n 于2 0 0 1 年提出，为了解决如何从海量数据信息中发现和管理知识的问题，他提出了知识网格的概念，指出 知识网格的主要研究内容是利用网格、数据挖掘、推理等技术从大量在线数据集中抽取和合成知识， 使搜索引擎能够智能地进行推理和问题回答，并从大量数据中得出结论1 5 0 】。c a n n a t a r o 和t a l i a 于2 0 0 3 年提出了基于数据挖掘的知识网格【5 1 】【5 2 】。中国知识网格研究组( h t t p ：k g i c t a c c n ) 成立于2 0 0 1 年， 致力于下一代网络交互环境的研究【4 9 1 ，诸葛海研究员认为知识网格是一个智能互联环境，它能使用 户或角色有效地获取、发布、共享和管理知识资源，并为用户和其他服务提供所需要的知识服务， 辅助实现知识创新、协同工作、问题解决和决策支持【2 4 】。它包含了反映人类认知特性的认识论和本 体论；应用社会、生态和经济学原理：采纳下一代互联网所使用的技术和标准。知识网格的研究目 标是建立基于下一代w e b 的信息、知识和服务资源有效共享、管理的模型、方法和平台，其研究的 核心问题包括资源的规范组织、智能聚合和语义互联。资源的规范组织主要通过资源空间模型实现， 智能聚合通过软设备实现【5 3 】，语义互联以语义链网络为实现基础【5 4 】【5 5 】。 诸葛海研究员提出了“知识网格多空间体系结构”。将知识网格分成三个层次：最底层为资源 实体层，用来存放知识资源等；中间层为语义层，用来存放知识表示、语义规范等内容；最上面一 层为人类层，为知识空间以及社会空间和社会组织规则等内容。知识网格的多空间体系结构如图1 2 所示。知识网格所要解决的主要科学问题包括： ( 1 ) 资源的规范组织：通过提出基于多维正交分类的语义空间模型，范式理论，完整性理论、 设计准则和方法，解决如何规范地组织资源空间，使用户和服务能够有效、正确地根据语义操作各 种资源，提高资源的使用效率。 ( 2 ) 资源的智能聚合：通过提出知识网格环境下统一的资源模型( 软设备模型) 、其动态聚合 及继承方法，解决如何使资源能够互相理解，根据用户的需求有效、动态、智能地聚合各种资源。 ( 3 ) 资源的语义互联：通过提出基于关系语义的语义链网络模型、范式理论，完整性理论及 语义计算模型，解决如何使资源的语义能被机器理解。 资源空间模型是一个能够统一，规范和高效的定位和管理资源的具有语义的数据模型，该模型 利用w e b 资源( 包括信息、服务和知识) 的分类语义信息，构建资源空间，将资源按照其分类语义 分布于资源空间中。该空间包括若干互相独立的坐标轴，空间内的每个点代表一个资源集合。通过 此坐标系统，用户可以高效地定位资源，并对资源进行操作。资源空间遵循若干范式理论和完整性 约束，保证了资源空间的合理性和可操作性。统一资源抽取，资源的正交语义划分，统一资源操作 和统一资源视图是资源空间模型的主要基础。资源空间模型理论基于分类语义对资源进行管理，但 目前许多方面仍然不完善，尤其在资源空间的关系定位与应用方面。本课题致力于资源空间的关系 类型分析，并将其应用于某些领域进行探索性研究。 5 ” 西南大学硕士学位论文 图1 2 知识网格多空间体系结构 互联网资源空间不是代替数据库和文件系统。而是提供一种新的模型，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【1 7 1 5 6 1 、数据库模型和语义互联网的研究成果( 如 互联网本体语言o w l ) 的结合【57 】可望为未来互联环境提供一个强大的语义平台。资源空间模型的雏 形于2 0 0 2 年被中国科学院计算技术研究所诸葛海研究员领导的知识网格【5 8 】【5 9 1 研究组提出用来管理 网络知识资源【2 4 】。2 0 0 3 - 2 0 0 4 年提出了其主要理论和模型”】。2 0 0 7 年系统地发展了其理论、模 型和方法【1 1 1 。在建立语义资源空间模型的理论和方法方面取得一些重要的进展。具体有：提出了资 源空间搜索的复杂性理论，资源空间模型查询操作的代数和演算理论，以及资源空间模型查询操作 的完备性理论【删；提出了资源空间模型和语义链网络的集成及其关系理论，以及资源空间模型、互 联网本体语言( o w l ) 和关系数据库间的转换和集成方法【57 】；有机结合对等网的可扩展性和资源空间 的规范性，提出了可扩展的结构化对等语义覆盖网模型和构建方法，以及基于结构化和非结构化两 6 第一章绪论 种对等网模型的分布式资源空间模型和方法【】【6 1 1 1 6 2 】【6 3 1 。中国科学院计算技术研究所知识网格研究组 正在开发资源空间模型系统，完善其理论，并在e c u l t u r e 和e s c i e n c e 领域开展应用。 基于资源空间模型，建立了资源空间模型到语义链网络的映射、语义链的代数模型、语义关系 自动发现的方法，以及结合类比、归纳和演绎的语义关系推理方法。目前，资源空间模型和语义链 网络模型已在敦煌文化展示领域得到了应用，并获得了多项知识产权。根据敦煌洞窟文化的分类语 义，已设计成四维的内容展示空间f l l 】【删，可以用来自主地动画表现敦煌壁画的内容。用户可以自主 地获得当前场景的解释、查询本地资源空间、搜索网络从而获得更多的信息，搜索结果还将被分类， 并存储在本地资源空间中以备后用。 1 3 本文的贡献 本文的研究内容围绕资源空间模型展开，尤其是对于资源空间的关系问题进行了深入研究，尝 试改进资源空间存储机制，提出了动态构造资源空间的实现方法，探讨了以资源空间关系模型为依 据，单资源空间动态构造为基础，改进的资源空间存储机制为保障，动态建立多资源空间之间的关 系系统，综合利用本文所探讨的一些技术问题。 具体来讲，论文主要做了以下几个方面的研究工作： ( 1 ) 提出基于语义网格的资源空间关系模型r s r m 。该模型的基本思想是分析研究了资源空间 之间所存在的各种关系，设计并分析了体系结构，并对其进行形式化表示。该模型的提出，有效的 提高了资源空间结构的重用率和在资源空间之间组织、管理和定位资源的的准确率，可以作为在资 源空间之间准确定位资源的有力依据。 ( 2 ) 改进资源空间存储机制。针对资源空间存储机制只能存储简单的层次语义关系问题，提 出了改进的资源空间存储机制，在原有的基础上，分析r s m 模式树中节点之间的聚合关系，建立节 点聚合链，并在聚合节点中增加与相关节点的聚合操作，与聚合算法相结合进而解决在资源空间中 存储复杂的层次语义问题，提高r s m 模式树( r s ms c h e m at r e e ) 表达层次语义关系的能力。 ( 3 ) 实现单资源空间动态构造。本文充分利用x t r e e 树型控件和j s o n 数据交换格式，并将二 者相结合，实现单资源空间动态构造。使用x t r e e 模拟设计人员对r s m 的结构设计，设计界面简单 且易操作，将r s m 结构设计简单化。用j s o n 在x t r e e 和r s m 之间建立转换关系，先将x t r e e 转换 成j s o n 格式数据，然后解析j s o n 格式数据并转换成符合r s m 底层存储的r s m 模式( r s ms c