（通信与信息系统专业论文）基于owl的电子记录数据传送协议与中间件接口研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 电子记录与传统纸质记录相比较有着诸如存储简单、容量庞大、查找和修 改方便等优点，这都大大提高了工作的效率，正是由于这些优点使得电子记录 在日常生活中的应用越来越广泛。现阶段用来保存电子记录的系统大都是采用 传统的关系数据库，这种方式不利于记录的统一描述与扩展，并且由于缺乏语 义使得在关联记录之间进行查找变得困难，而把o w l ( w e bo n t o l o g y l a n g u a g e ) 引入到记录存储系统中来可使这个问题得到很好的解决。 o w l 拥有强大的词汇表，增加了大量的基于描述逻辑的语义，使得用o w l 来描述或构建本体十分方便。基于o w l 的可信电子记录支撑系统就是以o w l 为基础开发的一个电子记录保全系统，它能够实现对记录的保全并且支持对关 联记录的搜索。在搭建好可信电子记录支撑系统后，需要解决的问题就是客户 端应用系统如何与服务器端交换数据，其中包括了记录的查找、记录的存储、 记录的更新与记录的删除。为了便于统一的进行记录数据的传输与交换，需要 制定出一个电子记录数据交换协议。该协议是客户端应用系统和服务器端的 支撑系统之间进行数据传输与交换的桥梁，它规定了客户端能够用哪些方 式与服务器端进行数据的传输与交换，以及这些方式的输入参数与输出参 数需要满足怎样的数据格式。本文主要研究了o w l 相关的理论，制定出了基 于o w l 的电子记录数据的传送协议，给出了不同种类的记录数据传输的实现， 并且在此基础上开发了电子记录服务中间件接口，该接口可以使得用户在对电 子记录进行操作时变得简单。 该论文的特色之处可以概括为以下三点：第一，通过对应用系统需求的研 究，扩展s p a r q l ( s p a r q l q u e r yl a n g u a g ef o rr d f ) 协议，使新的协议能够 满足数据交换的需要。第二，使用o w l 规范来描述记录的元数据以及记录之间 的关系。o w l 规范具有自己定义的词汇，可以很方便的用来描述资源及资源之 间的关系。第三，使用s p a r q l 规范来定义查询条件。s p a r q l 规范是w 3 c 的 推荐规范，用它来定义的条件格式统一，具有很强的通用性。 关键字：传送协议；o w l ；w s d l 2 0 ；s p a r q l 规范 a b s t r a c t c o m p a r e dw i t h t h et r a d i t i o n a lp a p e rr e c o r d 。t h ee l e c t r o n i cr e c o r d h a sm a n y a d v a n t a g e s ：s i m p l ef o rs t o r a g e ；c a p a c i t yi sh u g e ；c o n v e n i e n tf o rf i n da n d m o d i f y ；q u i c k f o rt m s f e ra n de x c h a n g e ，w h i c hh a v eg r e a t l yi m p r o v e dt h ee f f i c i e n c yo ft h el i f e a n d w o r k b e c a u s eo ft h e s ea d v a n t a g e s ，m o r ea n dm o r ep e o p l eu s ee l e c t r o n i cr e c o r d sm o u rd a i l yl i f e a tt h ep r e s e n ts t a g et or e c o r d - k e e p i n gs y s t e m ，m o s t l yw eu s et h e t r a d i t i o n a lr e l a t i o n a ld a t a b a s e , w h i c hm a k e si n c o n v e n i e n tt of m dr e c o r d sb e t w e e nt h e v a r i o u st y p e so fr e c o r d s a n d ，i fw ei n t r o d u c eo w l i n t ot h er e c o r ds t o r a g es y s t e m t h i sp r o b l e mc a l lb es o l v e dl i g h t o w lh a sav e r yp o w e r f u lv o c a b u l a r y ，a n di ti n c r e a s eal o ts e m a n t i c e sb a s e d o n d e s c r i p t i o nl o g i c ，w h i c hm a k i n gu s eo w l t od e s c r i b eo rt ob u i l dm o t o l o g yi sv e r y c o n v e n i e n t o w l - b a s e de l e c t r o n i c r e c o r d s s y s t e m i s a l le l e c t r o n i cr e c o r d s p r e s e r v a t i o ns y s t e mw h i c hb a s i so nt h eo w l , i tc 觚a c h i e v et h ep r e s e r v a t i o no ft h e r e c o r d sa n ds u p p o r tt h es e a r c hf o rr e l a t e dr e c o r d s a f t e rb u i l dat r u s t e de l e c t r o n i c r e c o r d s w en e e dt os o l v et h ep r o b l e mt h a th o we x c h a n g et h ed a t ab e t w e e n t h ec l i e n t s i d ea n ds e r v e rs i d e ，i n c l u d i n gr e c o r d ss e a r c h ，r e c o r d ss t o r a g e ，r e c o r d su p d a t e a n d r e c o r ( i sd e l e t e w en e e dt od e v e l o pad a t ae x c h a n g ep r o t o c o lt om a k et h e r e c o r d s e x c h a n g ea n dt r a n s f e rm o r eu n i f i e d b r i d g e b e t w e e nc l i e n t a p p l i c a t i o n s e l e c t r o n i cr e c o r d sd a t at r a n s f e rp r o t o c o li sa a n ds e r v e r - s i d es u p p o r t s y s t e m f o rd a t a t r a n s m i s s i o na n de x c h a n g e ，w h i c hp r o v i d e st h ec l i e n tc a nu s et h ew a y sm w h i c h s e r v e r - s i d ed a t at r a n s m i s s i o na n de x c h a n g e ，a sw e l la s t h ei n p u tp a r a m e t e r sa n d o u t p u tp a r a m e t e r so ft h e s e m e t h o d sn e e dt om e e tt h ed a t af o r m a t t h i sp a p e ri s m a i n l vt os t u d yt h et h e o r ya n dt od e v e l o p at r a n s f e rp r o t o c o lf o ro w l - b a s e d e l e c t r o n i cr e c o r d s ，a n dd e v i s eam o d e lw h i c hc a ne x c h a n g el a r g ea m o u n t so fr e c o r d s d a t ab e t w e e nc l i e n ta n ds e r v e ra c c o r d a n c ew i t ht h ep r o t o c 0 1 t h ei n n o v a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c o ft h i sp 叩e rc a l lb es u m m a r i z e da s t h e f o l l o w i n gt h r e ep o i n t s ：f i r s t ，a f t e rr e s e a r c h f o r | l l er e q u i r e m e n to ft h ea p p l i c a t i o n s y s t e m ，w ee x t e n dt h es p a r q lp r o t o c o l ，s ot h a tt h en e wp r o t o c o lc a n m e e tt h en e e d s i i 武汉理工大学硕士学位论文 o ft h ed a t ae x c h a n g e s e c o n d ，u s i n gr d f s p e c i f i c a t i o nt od e s c r i b et h er e c o r d sa n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e c o r d s r d fs p e c i f i c a t i o nh a st h e i ro w nv o c a b u l a r y ，a n di t c a l le a s i l yb eu s e dt od e s c r i b er e s o u r c e sa n dt h e i rr e l a t i o n s h i p s t h i r d ，u s i n gs p a r q l s p e c i f i c a t i o nt od e s c r i b et h eq u e r yc o n d i t i o n t h es p a q r ls p e c i f i c a t i o ni s aw 3 c r e c o m m e n d e ds p e c i f i c a t i o n t h eq u e r yc o n d i t i o nc a nb ed e s c r i b e dt oac o n s i s t e n t f o r m a tb ys p a r q l , w h i c hh a sh i g h l yv e r s a t i l e k e yw o r d s ：t r a n s f e rp r o t o c o l ；o w l ；w s d l2 o ；t h es p a r q ls p e c i f i c a t i o n n i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题来源 第1 章绪论 “十一五 国家科技支撑计划重点项目可信电子记录技术研发与应用示 范( 项目编号：2 0 0 9 b a h 3 9 8 0 3 ) 。 1 2 研究背景及国内外现状 随着社会不断的飞速发展，数字化的进程正在加速。在记录的保存与 传送方面，由于记录本身的数据量随着社会节奏的加快是日趋庞大，它们 之间的关联关系也是越来越复杂，传统的纸质记录已经无法满足社会的需 要，这促使了电子记录的产生。 电子记录相比较纸质记录有着诸多的优点：存储简单、容量庞大、查 找和修改方便，传输与交换快捷，这都大大提高了生活和工作的效率，正 是由于这些优点使得电子记录在生活中得应用越来越广泛，如：电子商务 【1 ，2 j 网站的服务记录；网上银行的操作记录等等。现阶段用来存放记录的系 统大都采用的是传统的关系数据库，这使得在多种记录之间进行查找十分 不方便，而我们把o w l i 7 】引入到记录存储系统中来就可使这个问题得到 很好的解决。 r d f 黏1 0 j 是用x m l 和x m ls c h e m a 来描述资源的一个框架，在r d f 标准推出后，人们更多的使用它来描述信息。由于r d f 使用的是结构化的 x m l 数据，使得它具有非常好的通用性和精确性。在r d f 标准推出后， o w l 标准也随后推出。o w l 拥有更加强大的词汇表，增加了大量的基于 描述逻辑的语义，使得用o w l 来描述或构建本体十分方便。当我们把o w l 引入到记录的描述与存储中后，记录会被描述成统一的数据格式，这在记 录数据的传送和记录的关联查找方面显得尤为重要。 在采用s t r u t s u , 1 2 + s p r i n g 1 3 - 1 5 1 的w e b 框架搭建好可信电子记录支撑系 统后，需要解决的问题就是客户端如何与服务器端交换数据，其中包括了 武汉理工大学硕士学位论文 记录的查找、记录的存储、记录的更新与记录的删除。为了更加统一的进 行记录数据的交换与传送，制定出一个适用于基于o w l 的电子记录数据 的交换协议就显得非常有必要。该协议必须具有很好的通用性，并且能满 足用户对记录的增加、查询、更新和删除操作，故而引入了一些国际通用 的协议，如r d f , s p a q r l 1 6 d 8 】等。此外，为了使得用户能够更加简单快捷 的使用该协议，需要制定一个电子记录服务中间件接口规范，该规范规定 了用户能够使用的接口的参数以及返回数据的格式。 o w l 规范是w 3 c 组织的w e b o n t o l o g y 工作组开发的一种网络本体 1 9 - 2 6 】语言，在经过了d a m l + o i l 提交到w 3 c 后，w 3 c 于2 0 0 2 年7 月将 其推荐为标准的语义网本体语言，并于2 0 0 4 年2 月1 0 日推出了最新的版 本，现已发展为语义网络【2 7 。4 j 的核心技术。o w l 的底层语法是基于x m l 的标准格式，因此o w l 与多种本体语言具有很好的兼容性和交互性。o w l 是目前世界上应用最为广泛的本体描述语言，具有支持有效推理的完整逻 辑，包含了三个子语言：o w ll i t e 、o w ld l 和o w lf u l l 。o w l 能够提 供更多的词汇以便表达出更为丰富的语义，并且对推理有更好的支持。 o w l 的发展过程如图1 - 1 所示： 三 ，。 | 恐h 嚣h 川o w l ，l 1 广 o i ld a m l 2 7 j s h o ex o lo m lr d f r d f s。 气产彳产气f彳r x m l x m ls c h e m a 图1 - 1o w l 的发展历史 本体是指描述事物以及事物与事物之间的关系的数据模型，国内外对 于本体的研究一直在进行。由于手工去创建本体不仅非常繁琐容易出错， 而且需要有领域专家的参与，为此很多技术人员在致力于研究一种能够自 2 武汉理工大学硕士学位论文 动化生成本体的技术。利用关系数据库中的已有知识来构建本体已经引起 了国内外众多研究人员的关注，且研究成果众多。 柏林自由大学的c h r i sb i z e r 等人最先开发出了关系型数据库到r d f 语言的映射工具d 2 r 。但是该工具的作用有限，只能创建出轻量级的本体， 映射也十分简单，不能够完全地对关系型数据库中存在的概念进行建模。 德克萨斯大学的s u n i t h ar a m a n u j a m 等人提出了“b i d i r e c t i o n a l t r a n s l a t i o no fr e l a t i o n a ld a t ai n t ov i r t u a lr d fs t o r e s ，即关系数据和r d f 语言之间的双向转换，并在d 2 r 的基础上开发出了一个新的工具： d 2 r q + + 。 中国科学院国家科学图书馆的s h i h a ny a n g 等人提出了“半自动化地 从关系数据库中构建本体 的概念。文中提出了利用中间件为桥梁来实现 关系数据库到本体的转化方法，并且提出了w g r a p h 的中间件语言。 w - g r a p h 使用一种双向模拟等价图来表示语义，这种等价图与关系数据库 和本体都无关。中间件模型是动态的，当数据库模式或本体变动频繁时， 该方法能够很好的适应这种变动。此方法不仅可以处理数据库模式，还可 以同时处理存储在数据库中的实例，而开发出来的图形语义编辑工具也提 高了该方法在实际中的可用性。 许卓明等人提出了“一种根据关系型数据库的知识来学习o w l 本体 的方法”，开发出了一种关系型数据库模式和o w l 本体模型之间相互转换 的原型工具：d b 2 w o ，并且给出了实例验证。该研究首先给出了关系型数 据库模式与o w l 本体的定义，然后又定义了关系型数据库模式到o w l 本体模型的一组映射规则，最后开发出了转换工具d b 2 w o 。关系型数据 库模式的信息是通过读取关系型数据库字典来提取的。 陈和平等人提出了“基于关系型数据库的o w l 本体生成器的设计与 实现方法。 首先该研究指出了待解决的两个问题：第一个是怎么将e r 模 式从关系型数据库中提取出来；第二个是怎么定义o w l 本体与提取出来 的e r 模式之间的映射规则。然后指出了一种e r 模式的提取方法：一般 可以通过查询该关系型数据库的数据字典来提取。接着还给出了e r 模式 到o w l 本体的十多条具体转化规则。最后，给出了本体生成器 o w l f r o m d b 各个功能模块的结构图，并且给出了实例验证。 中国人民解放军理工大学在2 0 1 0 年第九届国际网格和云计算会议上 3 武汉理工大学硕士学位论文 提出了“基于关系型数据库的本体自动构建 思想。其思想跟前述的许卓 明、陈和平等人的一致：首先通过分析关系型数据库模式，从而建立一系 列的从关系型数据模式到o w l 本体的转换规则；然后给出了具体算法和 流程图；最后给出了生成的o w l 本体的层次图。 w 3 c 组织成立了r d b 2 r d f 研究组，致力于提供一个从关系型数据 库r d b 到资源描述框架r d f 的规范性的映射标准。截止到目前，该研究 小组提出了若干个关于r d b 到r d f 之间的映射语言的内部草稿，但还未 成为标准。 从上述的本体描述语言的研究发展和历程中，我们可以看出本体描述 语言具有以下特征和发展趋势： 研究的人员越来越多，并且研究的时间比较集中，这表明了本体 描述语言作为语义网的热点正在受到越来越多的重视。 对本体描述语言的研究基本上是在x m l 的基础上进行的。 本体描述语言的语义精确度正在逐渐加强，词汇量也在不断的增 加。 对本体描述语言的研究虽然越来越多，并且w 3 c 组织也有推荐标 准，但是距离完整的系统体系的还有很大的距离，依然需要大量 的研究。 1 3 主要研究内容 本论文主要研究基于o w l 的电子记录数据传送协议和中间件接口规 范，研究的内容主要包括以下几点： ( 1 ) 研究o w l 和本体的相关内容，在此基础上提出基于o w l 的电 子记录数据传送协议。该协议是用w s d l 2 0 来描述的，定义了服务端提供 的几种关于电子记录在传送过程中的服务并且规定了这些服务的输入参 数和输出参数的格式。 ( 2 ) 制定可信电子记录服务中间件接口规范。该规范定义了提供 给用户使用的接口规范，用户可以使用该接口中的方法实现电子记录数据 的传输和交换。 ( 3 ) 实现基于o w l 的电子记录数据传送协议和可信电子记录服 4 武汉理工大学硕士学位论文 务中间件接口规范，使电子记录数据能够在客户端应用系统和服务器端方 便快捷的进行传输与交换。 1 4 本论文结构 本论文共分为七章，各章的内容具体安排如下： 第1 章绪论 本章主要介绍了课题的来源、研究背景、国内外的研究现状以及作者 所做的主要工作。 第2 章基于o w l 的记录数据传送协议的设计 本章介绍了基于o w l 的电子记录数据传送协议的设计过程，主要讲 述了该协议研究的必要性以及如何使用w s d l l 3 5 , 3 6 1 规范来描述该协议。 第3 章电子记录数据传送协议的实现 本章介绍了电子记录数据传送协议的实现过程，主要分析了如何对本 地记录类、部分远端记录类和远端记录类进行操作的过程。 第4 章中间件接口规范的研究 本章介绍了电子记录中间件接口规范的设计过程，主要讲述了接口的 数据结构定义以及接口如何来规范输入和输出的数据格式。 第5 章中间件接口的测试与分析 本章主要是对中间件接口中定义的几个方法做了各种测试和分析，主 要测试了针对三种不同记录类的增删改查操作是否能够得到预期结果以 及存储不同数量的记录所需的时间。 第6 章总结与展望 本章总结了全文的主要研究内容，并根据研究过程中发现的不足之处提出 了改进意见以及对未来工作的展望。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于o w l 的电子记录数据传送协议的设计 2 1 电子记录数据传送协议研究的必要性 可信电子记录支撑系统是基于o w l 来搭建的，使用本体来描述与存 储电子记录以及它们之间的关系。在该系统中，每个记录都有一个对应的 记录类，而这个记录就是该类的一个实例。搭建好可信电子记录支撑系统 后，对于如何与该系统进行电子记录数据的交互就成为了急需解决的问 题。客户端应用系统对电子记录数据的操作需求主要体现在以下几个方 面：存储、更新、删除电子记录数据以及根据条件查询相关的电子记录数 据。为了保证这些操作的请求和响应具有统一的数据格式，就需要制定出 一个协议来严格规定。基于o w l 的电子记录数据传送协议就是这样的一 个协议，它包含了一个w e bs e r v i c e 接口，规定了客户端能够用哪些方式 与服务器端进行电子记录数据的传输与交换，以及这些方式的输入参数与 输出参数需要满足怎样的数据格式。 电子记录数据传送协议是客户端应用系统和服务器端的支撑系统之 间进行数据交换和传送的桥梁，整个流程如图2 1 所示。 ， 查询记录 z g一 7 电 基 f 子 于 记 o w r l可 用 更新记录 一 一 录 的信 户 服 电电 务 子 w e bs e r v i c e 子 中 记_ k 记 操 间 录 、， 录 件 数 支 作 增加记录 月 接 据撑 口 传系 规 送统 协 范 议 3 删除记录 图2 1 电子记录数据传输与交换流程图 6 武汉理工大学硕士学位论文 从上图中可以看出，客户端应用系统按照协议规定的请求数据格式， 把请求数据传送到服务器端的支撑系统，支撑系统根据不同的请求进行处 理后，按照协议规定的响应数据格式把请求结果发送回客户端。由于该协 议使用w s d l 来描述，这使得它具有很广泛的适用性，可以在不同的平台 之间使用。 2 2w s d l 文档结构概述 在通常的软件开发过程中，对于对象的接口一定会具备相应的s d k 文 档来对其进行描述。该文档中会详细的说明该接口具有的功能以及输入参 数和返回值的数据格式定义。w e bs e r v i c e 3 8 , 3 9 】是一种面向服务的技术，它 的目的是可以保证部署在不同平台上的应用服务之间可以进行互操作。 w e bs e r v i c e 可以被看做是一种部署在w e b 上的对象，所有我们也需要有 对这个对象进行说明的描述文档。由于目前x m l 规范已经在w e b 应用中 得到了广泛的应用，而且新推出的w e b 技术大部分都是基于x m l 标准的， 也就是说，使用x m l 规范来描述w e bs e r v i c e 的调用和通信过程这种方式， 对使用了标准化的通信协议和消息格式的w e b 服务来说就显得尤为重要 了。w s d l 就是这样的一种描述w e bs e r v i c e 的语言。它在x m l 语法的基 础上将w e b 服务描述成为进行消息交换的服务访问点的集合。 w s d l 把消息的交换从具体的服务部署中分离出来进行抽象的定义。 其中，t y p e s 元素用来定义数据的类型，一般使用x m ls c h e m a 的类型系 统。t y p e s 元素中包含了所有在m e s s a g e 元素中使用x m l 类型定义。 m e s s a g e 元素是对通信消息中的数据结构定义的集合。它可以包含一个或 多个p a r t 元素，这些元素相当于传统编程语言中的函数的调用参数。 o p e r a t i o n 元素是对w e b 服务中所支持的操作的一种抽象描述，每个 o p e r a t i o n 都相当于编程语言中的一个方法，它规定了方法的输入参数格式 和返回值的格式，这些格式的定义引用自m e s s a g e 元素中的p a r t 元素。 p o r t t y p e 元素具体定义了一种服务访问入口的类型，相当于编程语言中的 一个接口。一个p o r t t y p e 中可以包含有若干个o p e r a t i o n ，即一个接口中可 以定义多个函数。在w s d l 里面，每个o p e r a t i o n 支持四种调用模式：单 请求模式；单响应模式；请求响应模式和响应请求。在w s d l 2 0 中， 7 武汉理工大学硕士学位论文 p o r t t y p e 元素被i n t e r f a c e 替代。b i n d i n g 元素定义了某个特定的p o r t t y p e 元素与某一种具体的网络传输协议相关联，如h t t p 或s o a p 等协议。 w s d l 文档的结构组织如图2 2 所示。 图2 2w s d l 文档的结构组织图 新兴的w e b 技术标准大都以x m l 为基础，并且都具有开放的特点， 而从上面的元素介绍中可以看出，w s d l 语言的设计完全符合这一设计理 念：首先，w s d l 可以使用除了x m ls c h e m a 之外的其它的类型定义语言； 然后，w s d l 允许使用除了h t t pg e t p o s t 或s o a p 4 0 - 4 2 l 之外的其它多 种消息格式和网络传输协议。同时w s d l 语言也充分应用了软件工程中提 出的复用理念，从具体部署中分离出了抽象层，这样使得抽象层的复用性 8 武汉理工大学硕士学位论文 大大增加。目前有多种w e bs e r v i c e 的应用规范，如：j a x w s 、c x f 、x f i r e 和a x i s 2 等，其中由于a x i s 2 对w s d l 2 0 有很好的适用性，故而在对本论 文课题的研究中就使用了这种规范。 2 3s p a r q l 协议的研究及扩展 s p a r q l ( s i m p l ep r o t o c o la n dr d fq u e r yl a n g u a g e ) 是w 3 c 组织为 r d f 开发的一种查询语言以及数据获取协议。它规定了查询语句的基本语 法和一种客户端与查询处理器之间的数据交换方式。 s p a r q l 语言的r d f 数据查询是通过图模式匹配实现的，大多数形式 的s p a r q l 查询都包含了一系列的三元组模式( t r i p l ep a t t e r n ) ，称为基本 图模式( b a s i cg r a p hp a t t e r n ) 。这种三元组模式与r d f 三元组( r d ft r i p l e ) 相似，但是它的每一个主体，谓词和客体都有可能是变量。一个基本图模 式能够匹配一个r d f 数据的子图，匹配的条件是子图里的r d f 术语能够 被变量代替，而结果是一个与子图相等的r d f 图。下面的例子给出了一个 简单的s p a r q l 查询语句格式： s e l e c t ? x w h e r e ? x h t t p ：w w w w h u t e d u c n a g e ? a g e f i l t e r ( ? a g e 3 0 ) ) 其中，“s e l e c t 后面的“? x 表示查询变量，“w h e r e 后面是具体的查询 条件。“f i l t e r ”中的语句则相当于一个过滤器，表明“? a g e 的值小于3 0 。 s p a r q l 协议是一种在客户端和查询处理器之间传送s p a r q l 查询语 句和查询结果的方式，用w s d l 2 0 来描述。该协议中包含了一个接口： “s p a r q l q u e r y ，而这个接1 ：3 中定义了一个方法：“q u e r y 。该方法的输入 参数的数据格式即为s p a r q l 查询语句。s p a r q l 协议的接口中只定义了 一个查询方法，并且该方法的返回数据中只能包含记录的u r i ，不能包含 记录的具体信息和记录之间的关联关系，该协议的查询流程如图2 3 所示。 9 武汉理工大学硕士学位论文 应用系统服务器 图2 3s p a r q l 协议中查询流程图 在对可信电子记录支撑系统进行研究之后，我们发现s p a r q l 协议不 能满足现有系统的需求。该支撑系统不仅需要能够查询记录，还要能够增 加记录，更新记录和删除记录，并且查询记录后返回的结果中要包含记录 本身的详细信息和相关记录的关联关系。综合s p a r q l 协议的特点，我们 在该协议的基础上对其进行扩展，在接口中增加系统需要的额外方法，并 且重新定义每个方法中的输入输出参数格式，使其能够达到预期的功能。 对s p a r q l 协议的扩展主要体现在以下几个方面： ( 1 ) s p a r q l 协议的查询的输入参数中只有查询条件，而返回的结果只 包含了记录在服务器端存储的u r i ；在扩展的协议中，查询的输入参数不 仅包含了查询条件，还包含了区别查询模式和结果返回类型的标识。其中， 由于服务器系统支持两种查询模式：基于记录类的查询和基于关联关系的 查询，故而应用系统需要在方法中明确指出使用哪种查询。同时，服务器 为应用系统提供了三种返回结果类型，分别为简单的、完整的和关联的。 简单的结果类型只包含了记录的u r i ，完整的包含了记录的全部完整信息， 关联的则不仅包含了全部记录的信息，还包含了记录之间的关联关系。扩 展后的查询如图2 4 所示。 s p a r q l 查询条件 查询模式 返回结果类型 查 询 服 务 方 简单的查询结果 器 法 完整的查询结果 关联的查询结果 图2 4 扩展后的查询过程 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 考虑到应用系统可能会有使用自定义规则方案的需求，在设计新 的查询方法时，应该提供一个额外的参数以供应用系统传送自定义的规 则。如果应用系统在查询条件中想要使用自定义的规则，则可以将规则的 内容随查询条件等参数一起发送到服务器端，服务器端会判断查询条件中 的关系条件是否是客户自定义的，如何是则使用自定义的规则，否则才使 用服务器端定义的规则。 ( 3 ) 根据需求增加了三个额外的方法：增加、更新和删除记录。应用 系统不只是需要查询服务器端已有的记录，还需要可以向服务器端增加或 删除记录，并且能对已有的记录进行修改，这些需求是s p a r q l 协议暂时不 支持的，我们需要在新的协议中添加这些方法。其中，删除方法和查询方 法类似，它是在查询的基础上再将查询到的记录全部删除。这里要注意的 一点是，由于存在远端记录，即记录不是存放在本地的服务器系统中，而 是存放在远端的系统中，如果要删除远端的记录，则需要相应的权限，故 而在删除方法的参数中需要加入一个判断能否删除远端记录的标识。增加 方法和更新方法同样需要该标识，同时还需要一个参数来表示要增加和更 新的记录。 综合以上几点，我们设计出一个新的记录数据传送协议，该协议包含 了增删改查四个方法，并且查询和删除都分别有两种方式，新的协议的整 体结构如图2 5 所示。 图2 5 扩展后的协议整体结构图 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 电子记录传送协议设计方案 上一小节中简单的介绍了s p a r q l 协议，并讨论了对其的扩展性研究，从 而引出了基于o w l 的电子记录数据传送协议。该协议也是用w s d l 2 0 来描述 的，包括了一个w 曲s e r v i c e 的接口：“r e c o r d o p e r a t o r ，该接口中包含了四个 操作，分别为：“q u e r y ”，“a d d ，“u p d a t e 和“d e l e t e ，每一个操作都定义了 严格的输入输出数据格式。该协议还给出了三种绑定方式：m t pg e t 绑定， h i t pp o s t 绑定和s o a p 绑定。 2 4 1r e c o r d o p e r a t o r 接口定义 基于o w l 的电子记录数据交换协议中包含了唯一的一个w e bs e r v i c e 接口 r e c o r d o p e r a t o r ，这个接口里面包含了四个操作，分别是：查询、增加、更新和 删除，并且在接口中定义了两个异常，整个接口的结构如图2 6 所示。 图2 - 6r e c o r d o p e r a t o r 接口结构图 从上面的结构图中，我们可以看出，在该接口中定义了两个故障消息： m a l f o r m e d r e q u e s t 和o p e r a t i o n r e q u e s t r e f u s e d 。其中，m a l f o r m e d r c q u e s t 表示当请求的格式不符合标准时返回的故障；o p e r a t i o n r e q u e s t r e f u s e d 表 示服务器端由于某种原因而拒绝执行请求时返回的故障信息。另外，在该 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 接口中还定义了四种操作，分别是：q u e r y ，a d d ，u p d a t e 和d e l e t e ，用户就 是利用这四种操作来和服务器之间进行数据的传送与交换。 2 4 2q u e r y 操作定义 - 一 查询操作是一个输入一输出消息交换模式，输入消息为“s t ：q u e r y ， 输出消息为“s t ：q u e r y r e s p o n s e ，并且为响应配置了两个故障消息。查询 操作用来给客户查询在服务器端已有的记录。查询操作的总体结构如图2 7 所示。 图2 7q u e r y 操作结构图 从上面的结构图中，可以看出查询操作的输入消息由四部分组成： “q u e r y v i a s t r i n g ，类型是s t r i n g ，表示一个s p a r q l 查询语句，同 时我们对它做了一定的限制，即需要查询的记录所属的类是在可信电子记 录支撑系统中定义的记录类。 “q u e r y m o d e ，类型是s t r i n g ，表示查询的模式。查询有两种模式： ”c l a s s ”表示是基于类的查询而”c o n d i t i o n ”表示基于条件的查询： “s w r l 9 类型是s t r i n g ，表示一个s w r l 规则描述，可以和第一个参 数中定义的查询语句联合查询。s w r l 规则是由as e m a n t i cw e br u l e 武汉理工大学硕士学位论文 l a n g u a g ec o m b i n i n go w l a n dr u l e m l ) ) 来定义的； “q u e r y r e s u l t t y p e ，类型是s t r i n g ，表示返回结果类型。返回结果共 有三种类型：“s i m p l e ，“f u l l 和“t r e e ，其中基于类的查询包括两种： “s i m p l e 和“f u l l ”，基于条件的查询则包含全部的三种。“s i m p l e 表示 返回的结果只包含了记录的u r i ，“f u l l 表示返回结果包含了记录的详细 信息，“t r e e 表示返回结果不仅包含了记录本身的信息，同时还包含了他 们之间的关系。 查询操作中的输出消息为s t ：q u e r y r e s p o n s e ，它是一个字符串，其中内 容为一个r d f 文件，它在下面的x m l s c h e m a 片段中被定义： 根据请求的不同参数，r d f 的具体内容就会不同。下面分别说明各种不同 情况下返回的r d f 格式： 查询模式为“c o n d i t i o n ，返回结果类型为“s i m p l e 。这种情况下返 回记录在服务器端的u r i 和对应的查询变量的值，其中对应的查询变量用 属性“c o r r e s p o n d v a r i a b l e ”的值来表示。下面的r d f 片段表示在这种情况 下返回的若干条记录中的某一条记录。可以看出，该记录是类“p e r s o n 的一个实例，它在服务器端存放的u r i 为“h t t p ：w w w w h u t e d u c n p e r s o n z h a n g s a n ”。 c 查询模式为“c o n d i t i o n ，返回结果类型为“f u l l 。这种情况下不仅要返回 记录在服务器端的u r i 和对应的查询变量的值，还要返回记录本身的详细 信息。下面的r d f 片段是在这种情况下返回的若干条记录中的某一条记录 的一个例子。可以看出，在这条记录中包含了该记录的具体信息。 查询模式为“c o n d i t i o n ”，返回结果类型为“t r e e9 9 0 这种情况下返回 的结果不再是一条条单独的记录，而是若干个由记录和记录之间的关系组 成的层：l a y e r 。每一个层都有一个属性“c o n t a i n e l e m e n t s ，它的值是一 个集合，里面包含了若干条记录以及它们之间的关系。记录之间的关系有 两种形式：“s t a n d a r d 和“s i m p l e9 9 0 “s t a n d a r d 形式的关系可以直接定 义对象属性来表示，而“s i m p l e ”形式的关系我们则用“s i m p l e c o n d i t i o n 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 类的实例来表示。每一个s i m p l e c o n d i t i o n 的实例都有三个属性： “s o u r c e i n d i v i d u a l ”，“t a r g e t l n d i v i d u a l 和“s c c o n t e n t ”，它们分别表示这 个关系的源实例、目标实例和关系的内容。 查询模式为“c l a s s 的返回结果只有“s i m p l e 和“f u l l 两种形式， 它们的r d f 格式与查询模式为“c o n d i t i o n ”的对应的返回结果相似，只要 在其基础上去掉属性“c o r r e s p o n d v a r i a b l e 即可，因为在“c l a s s 查询模 式中是没有查询变量的。 2 4 3a d d 操作定义 增加操作是一个输入输出消息交换模式，输入消息为“s t ：a d d ，输出 消息为“s t ：a d d r e s p o n s e ”，并且为响应配置了两个故障消息。增加操作用 来向系统中添加新的记录，完整的结构图如2 8 所示。 图2 8a d d 操作的结构图 由图2 - 8 可以看出，增加操作中的输入消息叫做s t ：a d d ，它的类型为一 个复杂类型，包含了两个参数。其中“a d d s t r i n g 的类型为x s ：s t r i n g ，它 的内容为一个r d f 文件。该数据包含了要增加的记录的详细信息； “r e m o t e a d d ”的参数为b o o l e a n 类型，判断是否能给远端的数据库增加数 据。有些记录类是远端或部分远端的，即它们的记录全部或部分存放在远 端的数据库中，只有“r e m o t e a d d 参数为“t r u e 刀时才能对其进行修改， 武汉理工大学硕士学位论文 反之不能。下面的r d f 片段是一个增加操作的输入消息的例子的部分内 容，它表示要向服务器端增加两个p e r s o n 类的实例。 z h a n g s a n 2 0 l i s i 2 0 增加操