面向語義的信息集成系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、在圍繞信息集成系統(tǒng)的研究中,各自治數(shù)據(jù)源的異構(gòu)性可以被劃分為：平臺異構(gòu)、操作系統(tǒng)異構(gòu)、數(shù)據(jù)模型異構(gòu)、模式異構(gòu)和由此帶來的語義異構(gòu)等幾個不同的層次。其中,語義異構(gòu)是這些異構(gòu)問題中相對較難解決的一類異構(gòu),而且語義異構(gòu)的存在也影響著信息集成系統(tǒng)信息共享的程度。信息集成系統(tǒng)中語義沖突的解決是屏蔽語義異構(gòu)、實現(xiàn)語義互操作的基礎(chǔ)。 不論采用C/S還是B/S結(jié)構(gòu),目前的信息系統(tǒng)中仍有相當(dāng)部分的后臺數(shù)據(jù)是以結(jié)構(gòu)化的方式存儲的,因此異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成

2、時其語義沖突的解決是信息集成研究的一類重點問題。由于語義沖突廣泛存在于信息集成過程的不同層次,因此信息集成系統(tǒng)從實例集成、模式集成、概念集成到查詢處理的各個階段,都需要對語義沖突問題進(jìn)行處理。 本文對信息集成過程的不同階段會遇到的語義沖突問題,進(jìn)行了分析和探討,并圍繞面向語義的信息集成系統(tǒng)這一概念,對實例集成中數(shù)據(jù)的語義轉(zhuǎn)換、支持時態(tài)語義的本體模型、面向語義的查詢系統(tǒng)、以及查詢連接優(yōu)化等問題展開研究。 在簡要介紹了信息集

3、成技術(shù)的研究現(xiàn)狀后,首先對信息集成的3種典型方法做了分析和比較,介紹了基于SQL重現(xiàn)法的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)的混合式信息集成系統(tǒng)架構(gòu),在此基礎(chǔ)上提出了基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫復(fù)制的面向語義的混合式信息集成系統(tǒng)架構(gòu)(Semantic-Oriented based on Heterogeneous Database Replication Infrastructure for Hybrid Information Integration System,

4、簡稱SOHDR)。其次針對該架構(gòu),本文詳細(xì)闡述了該架構(gòu)中用于實現(xiàn)增量數(shù)據(jù)實時集中的自動語義轉(zhuǎn)換層。接下來針對概念集成時刻必然會遇到的概念間的時態(tài)語義差異,提出了有時態(tài)本體模型及其存儲管理。然后針對這種混合式架構(gòu)在查詢處理過程中會遇到的語義問題,給出了該架構(gòu)下面向語義的查詢處理方案,并且進(jìn)行了查詢連接優(yōu)化的探討。最后對研究工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。 論文在以下方面作了有益的探索和創(chuàng)新性工作。 (1)對信息集成系統(tǒng)中不同層次的語

5、義沖突進(jìn)行了分析,闡述了全階段語義異構(gòu)問題的存在,給出了面向語義的信息集成系統(tǒng)概念,提出了一種基于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫復(fù)制的面向語義的混合式信息集成系統(tǒng)架構(gòu)(下稱SOHDR)。SOHDR是后續(xù)研究內(nèi)容的基礎(chǔ)。 (2)針對SOHDR,本文闡述了增量數(shù)據(jù)集中時用于解決語義沖突的自動語義轉(zhuǎn)換層的必要性,并給出了基于規(guī)則的自動語義轉(zhuǎn)換方法AuSTR,詳細(xì)闡述了AuSTR方法中的元數(shù)據(jù)集和語義轉(zhuǎn)換規(guī)則集兩個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基于邏輯主鍵與全字段匹配的實

6、體辨識算法Location和觸發(fā)器自動生成器。最后詳細(xì)闡述了自動語義轉(zhuǎn)換層對各類語義沖突的解決策略。AuSTR方法在工程項目中的成功應(yīng)用,證明了該方法的有效性。 (3)本文提出了有時態(tài)本體模型和雙時態(tài)本體模型。通過給本體模型增加有效時間和版本時間維度的信息,能夠提高信息集成系統(tǒng)中全局概念模型對時態(tài)語義差異的表達(dá)能力。基于時間區(qū)間的13種相互關(guān)系,分別推導(dǎo)了對有時態(tài)本體求取指定時間點的本體快照和指定時間區(qū)間內(nèi)本體片段的定理。此外,

7、本文實現(xiàn)了有時態(tài)本體管理原型系統(tǒng)。原型系統(tǒng)上的實驗證明了上述2個定理的正確性,反映了在本體中保存時態(tài)信息的必要性和原型系統(tǒng)管理有時態(tài)本體的有效性。 (4)針對SOHDR在查詢過程中將會遇到的語義沖突,本文給出了適用于該架構(gòu)的查詢方案。此查詢方案不但能解決查詢過程中實例級的語義沖突,而且對個性化語義查詢進(jìn)行了專門的探討?；诒倔w這一有利的知識表示工具,定義了偏好本體用于表達(dá)用戶或角色所擁有的知識背景,該偏好本體可以視為全局本體的一

8、種投影。實驗表明,本文實現(xiàn)的基于偏好本體的個性化語義查詢系統(tǒng)能夠支持個性化查詢。 (5)針對信息集成系統(tǒng)中必然存在數(shù)據(jù)冗余特點,本文提出了一種基于遺傳算法的有副本查詢連接優(yōu)化算法。將副本的選擇與傳統(tǒng)的傳輸性能、服務(wù)器計算能力等因素一起反映到了遺傳法的算子設(shè)計和適應(yīng)度計算方式中。仿真實驗證明了該算法的必要性和有效性。 本文的研究對信息集成中不同階段的全方位的語義沖突處理問題有著重要的意義。除了對結(jié)構(gòu)化信息集成的貢獻(xiàn),本文的