ISOIEC 19763-102023 信息技术.互操作性的元模型框架（MFI）.第10部分核心模型和基本映射标准立项发展报告

信息技术互操作性的元模型框架（MFI）第10部分：核心模型和基本映射标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology—MetamodelFrameworkforInteroperability(MFI)—Part10:CoreModelandBasicMapping摘要随着信息技术的迅猛发展，异构系统间的数据交换与互操作已成为各行业信息化建设的核心挑战。为解决语义层面和结构层面的互操作障碍，国际标准化组织（ISO/IEC）制定了互操作性元模型框架（MetamodelFrameworkforInteroperability,MFI）系列标准，其中ISO/IEC19763-10:2023《信息技术互操作性的元模型框架（MFI）第10部分：核心模型和基本映射》是该系列标准体系中的重要基础性组成部分。本报告围绕该标准的立项背景、技术内容、研制历程、应用价值及未来发展方向展开系统论述。报告首先梳理了MFI系列标准的整体架构及其在互操作技术标准体系中的定位，继而详细阐述了第10部分所定义的核心模型结构、基本映射机制及其与系列内其他部分之间的协调关系。报告指出，该标准通过建立统一的核心建模基元与映射描述机制，为注册元模型、本体注册、模型映射等后续各部分的实施提供了公共语义基础，对于促进跨领域、跨系统的模型互操作具有重要意义。本报告亦介绍了主要起草单位在国际标准研制中的技术贡献，并对标准在政务大数据、工业互联网、科研数据管理等领域的应用前景进行了展望。关键词：互操作性；元模型框架；核心模型；基本映射；ISO/IEC19763；标准化Keywords:Interoperability;MetamodelFramework;CoreModel;BasicMapping;ISO/IEC19763;Standardization一、引言1.1研究背景随着数字化转型战略在经济社会各领域的深入推进，各类信息系统、数据平台和业务应用之间的互联互通需求日益迫切。据国际数据公司（IDC）预测，到2025年全球数据圈规模将达到175ZB，而其中有超过80%的数据位于异构系统环境中，面临格式不兼容、语义不一致等互操作障碍。在此背景下，如何实现跨系统、跨领域、跨组织的信息资源有效共享与业务协同，已成为信息科学领域亟需解决的关键问题。互操作性（Interoperability）通常被界定为两个及以上系统或组件之间交换信息并利用所交换信息的能力。依据互操作实现的层次差异，可以划分为技术互操作、语法互操作、语义互操作和组织互操作等多个层级。其中，语义互操作是最为复杂且最具挑战性的层级，它要求参与互操作的系统不仅能够理解数据的结构形式，还需准确把握数据所代表的业务含义和语义背景。1.2MFI系列标准的提出与演进为应对上述挑战，ISO/IECJTC1/SC32（数据管理与交换分技术委员会）于2003年前后启动了互操作性元模型框架（MFI）系列标准的研制工作，旨在为注册异构元模型提供一套统一的规范框架。该系列标准的编号为ISO/IEC19763，其总体目标是通过元模型层的标准化，实现对各类信息模型、本体、业务流程模型等的统一注册、发现和映射，从而支撑更为高效的语义互操作。MFI系列标准历经二十余年的持续研制与修订，目前已形成了较为完整的分部分标准体系。其中，第10部分聚焦于整个框架最为基础性的内容——核心模型和基本映射，为其他各部分的实施提供公共的元建模基元与映射描述方法。1.3标准修订的必要性ISO/IEC19763-10最初发布于2014年（第一版），随着语义网技术、知识图谱、大数据治理等新兴领域的快速发展，原有标准在应对新型建模需求时逐渐显现出一定的局限性。在此背景下，ISO/IECJTC1/SC32启动了该标准的修订工作，最终于2023年7月25日正式发布了新版标准ISO/IEC19763-10:2023，取代旧版标准。新版标准在核心模型体系的完整性、映射机制的灵活性以及与其他部分标准的一致性方面均有显著提升。二、标准范围与定位2.1标准适用范围ISO/IEC19763-10:2023规定了MFI框架的核心模型和基本映射，具体适用范围包括：-核心模型（CoreModel）：定义一组用于描述和注册各类元模型的基本建模构造（ModelingConstructs），包括模型元素、模型间关系、模型属性等核心概念的统一表达规范；-基本映射（BasicMapping）：规定在不同模型之间建立映射关系的基本机制，包括映射类型的分类、映射属性的定义以及映射约束的描述方法；-注册信息交换：支持在注册中心（Registry）与注册用户之间交换核心模型信息和基本映射信息的交换格式要求。该标准适用于任何需要进行元模型注册和模型映射的场景，包括但不限于：数据管理系统中的元数据注册、本体注册与管理、Web服务描述与发现、业务流程模型管理等。2.2标准在MFI系列中的定位MFI系列标准围绕互操作元模型框架这一主题，采用了多部分（Multi-part）结构进行分部分研制。截至2023年底，ISO/IEC19763系列已发布的主要部分包括：-第1部分：框架（Framework）-第3部分：注册元模型（Registrymetamodel）-第5部分：流程模型注册的元模型（Metamodelforprocessmodelregistration）-第6部分：服务注册的元模型（Metamodelforserviceregistration）-第7部分：本体注册的元模型（Metamodelforontologyregistration）-第8部分：信息产品本体注册的元模型（Metamodelforinformationproductontologyregistration）-第9部分：按需服务选择与交互的元模型（Ondemandmodelselection）-第10部分：核心模型和基本映射（Coremodelandbasicmapping）-第13部分：基于表单与查询的互操作元模型（Metamodelforformandquery-basedinteroperability）在这一体系中，第10部分处于基础性和统领性的地位。它所定义的核心模型是所有其他部分注册元模型所共享的公共基础，各专门领域的注册元模型（如流程模型注册、服务注册、本体注册等）均需遵循第10部分所规定的核心建模构造进行描述和扩展。同时，基本映射机制为不同注册元模型之间的关联和转换提供了统一的描述框架。2.3标准的主要技术内容ISO/IEC19763-10:2023的技术内容涵盖以下几个方面：2.3.1核心模型的组成要素该标准定义的核心模型由以下基本要素构成：（1）模型（Model）：对某一关注领域的抽象描述，是核心模型中最顶层的概念；（2）模型元素（ModelElement）：构成模型的基本单元，可以是类（Class）、属性（Attribute）、关联（Association）、操作（Operation）等；（3）模型类型（ModelType）：对模型进行分类的描述信息，用于标识模型所采用的建模语言或建模范式；（4）模型元素类型（ModelElementType）：描述模型元素所属的类型，如"类"、"属性"、"关系"等。2.3.2基本映射机制基本映射部分定义了以下核心内容：（1）映射（Mapping）：描述不同模型或模型元素之间的对应关系；（2）映射类型：包括等价映射（EquivalenceMapping）、包含映射（SubsumptionMapping）、关联映射（AssociationMapping）等基本类型；（3）映射规则：描述建立映射关系时需要遵循的约束条件和转换规则；（4）映射上下文：说明映射关系适用的场景和条件限制。2.3.3核心模型与基本映射的关系标准明确规定，基本映射以核心模型为基础，映射关系的两端均须指向核心模型中定义的模型或模型元素。这种设计确保了映射机制的通用性和规范性，避免因各注册模型表达方式不同而导致的映射歧义问题。三、标准修订的核心技术变化与2014年发布的第一版ISO/IEC19763-10相比，2023版标准在以下几个方面进行了重要的技术修订和内容扩展：3.1核心模型的扩展与完善新版标准对核心模型的建模构造进行了系统性的扩展，新增了若干建模构造以适应当前信息技术发展的需要。具体而言，新版核心模型增强了对以下方面的描述能力：-大数据模型：新增了对大数据场景下非结构化、半结构化数据模型的描述支持；-知识图谱模型：增强了对知识图谱中实体—关系—属性三元组的建模表达能力；-机器学习模型：引入对机器学习模型元信息的描述要素，支持模型训练数据、特征工程、评估指标等元信息的规范化描述。3.2映射机制的强化新版标准对基本映射机制进行了实质性增强：（1）映射粒度的细化：旧版标准主要支持模型层面和模型元素层面的映射，新版进一步细化为支持属性级别和关联级别的映射，极大提高了映射描述的精确性；（2）映射类型的丰富：在原有等价映射、包含映射的基础上，新增了组合映射、派生映射等复杂映射类型，以满足实际场景中多样化的映射需求；（3）映射约束的形式化：引入形式化的映射约束描述机制，支持对映射关系有效性条件的严格表达。3.3与语义网标准的对齐新版标准充分考虑到了与W3C发布的语义网标准体系的兼容性，明确规定了与RDF（资源描述框架）、OWL（Web本体语言）等语义网标准之间的对应关系，为基于语义网的互操作应用场景提供了直接支持。这一调整使得MFI-10能够与当前主流的语义技术栈实现无缝衔接。3.4互操作级别的明确界定新版标准在术语定义和模型描述中更加明确地区分了语法互操作、结构互操作和语义互操作三个层次，并界定了核心模型和基本映射在支撑各层次互操作中的作用范围。这种层次化的界定有助于用户根据实际需求选择适当的互操作实现方案。四、标准研制过程中涉及的主要企事业单位介绍4.1ISO/IECJTC1/SC32概述ISO/IECJTC1/SC32是国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合设立的第一联合技术委员会（JTC1）下属的第32分技术委员会，全称为"数据管理与交换"（DataManagementandInterchange）分技术委员会。该分委会的秘书处设在中国（由国家标准化管理委员会承担），是数据管理与交换领域国际标准研制的核心机构。SC32的职责范围涵盖以下领域：-数据管理框架与参考模型；-元数据注册与管理；-数据质量评估与改进；-互操作性与数据交换技术；-数据隐私保护与治理。SC32下设若干工作组（WorkingGroup），其中与MFI系列标准相关的主要是WG2（元数据工作组），该工作组专门负责元数据注册、元模型框架等相关标准的研制与维护工作。ISO/IEC19763系列标准即由WG2负责组织研制。4.2主要起草单位——中国电子技术标准化研究院在ISO/IEC19763-10:2023的研制过程中，大量技术工作由中国电子技术标准化研究院承担。作为工业和信息化部直属的标准化专业机构，中国电子技术标准化研究院（英文简称CESI）是中国电子信息技术领域国家级标准化核心机构，也是ISO/IECJTC1/SC32的国内技术对口单位。在ISO/IEC19763-10:2023的具体研制工作中，中国电子技术标准化研究院的主要贡献包括：（1）核心模型体系的设计与论证研究院的专家团队基于长期的元数据管理标准化研究积累，深度参与了新版标准中核心模型体系的总体架构设计，提出了以模型、模型元素、模型类型为核心的三层建模构造体系，并成功将其纳入最终标准文本。（2）基本映射机制的方案贡献针对映射机制的强化需求，研究院专家团队研制并提交了映射类型分类体系建议方案，提出了组合映射和派生映射的形式化描述方法，该方案在多次SC32工作组会议讨论后获得采纳。（3）标准文本的编辑与完善研究院承担了标准草案的编辑工作，组织起草了标准的大部分技术附录和示例内容，确保了标准文本的技术严谨性和可读性。（4）国际协调与联络研究院通过组织国际工作组会议、开展联合研究等方式，加强了与各成员国专家的沟通与协调，推动各方就该标准的技术内容达成共识。此外，在标准研制过程中，武汉大学信息资源研究中心作为国内长期从事元数据与语义互操作研究的学术机构，也深度参与了该标准前期的理论研究工作，在核心模型的理论框架构建和映射机制的形式化表达方面提供了重要的学术支撑。五、标准的技术内容详析5.1核心模型的体系架构ISO/IEC19763-10:2023所定义的核心模型采用了分层架构，其顶层构造为模型注册信息，包含以下核心要素：|要素名称|说明|数据类型||---------|------|---------||Model（模型）|需要注册的信息模型或元模型的抽象描述|类||ModelElement（模型元素）|构成模型的基本组成单元|类||ModelType（模型类型）|模型所属的类型标识|枚举/引用||ModelElementType（模型元素类型）|模型元素的类型标识|枚举/引用||ModelRelationship（模型关系）|模型之间的关联关系描述|类||Mapping（映射）|模型或模型元素之间的映射描述|类|核心模型采用UML（统一建模语言）进行可视化描述，标准中给出了完整的UML类图，规定了各类之间的继承关系、关联关系和约束条件。这种基于UML的标准描述方式使得不同技术背景的使用者能够准确理解和实施该标准。5.2基本映射的描述框架基本映射部分规定，一个完整的映射描述应包含以下信息：-映射标识：映射的唯一标识符；-源端实体：映射的起始模型或模型元素；-目标端实体：映射的目标模型或模型元素；-映射类型：指明映射关系的性质（等价、包含、组合、派生等）；-映射规则：描述源端与目标端之间转换逻辑的规则文本或形式化表达；-映射约束：映射成立所要求的先决条件或限制条件；-映射属性：附加的元数据信息，如映射创建时间、创建者、版本等。5.3标准的一致性要求为确保标准的可实施性，ISO/IEC19763-10:2023在附录中明确了两种一致性声称级别：这一分级一致性设计为不同实施需求的组织提供了灵活的选择空间，既保证了标准的严肃性，也兼顾了实际应用的多样性。5.4标准间的协调关系ISO/IEC19763-10:2023在制定过程中充分考虑了与以下相关标准的协调一致：-ISO/IEC11179（元数据注册系统）系列标准：MFI-10核心模型中关于模型注册信息的管理要求与ISO/IEC11179中的元数据注册流程保持一致；-ISO/IEC19505（OMGUML）标准：核心模型中的建模构造采用了UML的语义和表示约定；-ISO25964（叙词表互操作）标准：在映射类型的定义上参考了该标准中关于概念映射的分类方式；-W3CRDF/OWL推荐标准：标准的资料性附录中给出了核心模型到RDF/OWL的映射指南。六、标准的应用价值与推广前景6.1应用场景分析ISO/IEC19763-10:2023作为MFI框架的基础性标准，其应用价值主要体现在以下方面：6.1.1政务大数据互操作在政务信息化领域，各级政府机构和职能部门建立了大量的业务信息系统，这些系统在数据模型、语义表达上存在显著差异，严重制约了政务数据的共享与业务协同。依据MFI-10建立统一的核心模型描述框架，可为各系统间的模型映射和语义对齐提供权威的