基于Web Services和本体信息集成框架

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第l9卷第3期计算机技术与发展V()I．19N)．32009年3月()MPU1ERTE(f1N(JI()【jYAi)lVEI．OPMb?NI、Mar．2009基于WebServiees和本体的信息集成框架张在东，盛步云(武汉理工大学计算机科学与技术学院，湖北武汉430070)摘要：针对信息集成应用的要求，利用信息集成协议栈的层次关系，提出了一个基于WebScrvic和本体的信息集成框架。详细阐述了框架的体系结构、模块功能，介绍了其特点和关键技术。该框架克服了传统跨平台技术及数据共享技术在信息集成中的局限，实现了信息的动态集成。关键词：WebServices；本体；信息集成中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1673⋯629X(2009)03—0134—03InformationIntegrationFrameworkBasedonWebServicesandOntologyZHANG2ai—dong．StⅡNGBu—yun(SchoolofComputerScienceandTechnology，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Accordingtherequirementsofapplicationinfonmtionintegration，usingthelayerrelationsofinfommtionintegration，giveoutaninformationintegrationframewhichkOnWebservicesandontology．Inthispaper．elaboratethearchitectureandfunctionmodulesoftheframeworkandintroduceitscharacteristicsandkeytectmologies．Thisframeworkovercomethelimitationsintraditionalcn)ss—plat—formtechnologyanddataal~ringtechnologyoftheinformationintegratkmandrealizethedynamicintegrationGfirfonnation．Keywords：Webservices；ontology：informationintegrationO引言为了满足信息集成系统对动态性和可扩展性的要信息集成的主要作用是在企业应用集成中处理和求，文中提出了一种基于webServices和本体的信息管理分布的信息资源，为上层应用提供一致接口和高集成框架。该框架完全屏蔽了平台和信息源的差异，质量的可用信息。它在企业应用集成中发挥着越来越可达到异质对象的透明访问，同时具有动态性和可扩重要的作用。展性，克服了传统分布式对象技术和异构信息源共享对于分布式异构信息集成的问题，目前有两种解方案中的局限。决方案：一种是利用数据仓库等将异构信息源上的数据实现物理集成，形成具有统一模式的信息源，用户直1信息集成的协议架构接对这个统一信息源进行操作。这种方法造成重复存从技术角度看，信息集成经历了两大阶段：第一阶储大量数据，且数据更新麻烦。另一种方法是保留数段以TCP／IP为标志，实现的是内容上的低成本协同。据的分布式存储，增加了一个虚拟的集成视图，用户可通过TCP／IP协议，各种计算机系统屏蔽了硬件，实现以通过视图与数据的映射关系直接从信息源获取数了不同操作系统的互联。第二阶段以XIVIL为标志，据。这种方法保证了共享信息的及时更新，但由于创实现的是应用上的低成本协同，通过XML，各种应用建和修改虚拟视图操作复杂，信息源的频繁变化会导系统可以实现在语法层次上的互联。不同的发展阶段致虚拟视图变得难以维护。显然以上两种方法都不能和应用，实现了不同层次上的信息集成。文献[1]给出满足虚拟企业信息系统对动态性和可扩展性的要求。了如图l所示的信息集成的层次。该层次图类似I)7层网络协议栈，称为信息集成议栈。收稿日期：2008～O7一(I2协’义栈的第七层是会话层，通过对话和互操怍协基金项目：湖北省自然科学基金资助项目(2007ABA218)作者简介：张在东(1979一)，男，山西忻州人，硕士研究生，研究方向，定义了系统之间的消息互操作的规范，它可以是简为计算机应用技术、信息管理；盛步云，博士，博士研究生导师，教单的请求向应模式，也可能是复杂的招投标方式；第授，研究方向为计算机集成制造。六层是通信活动层，定义了标准的、与应用无关的方 ·J36·计算机技术与发展第19卷然后使用某种选择策略选择合适的服务；在服务发布传递给其他系统。时，把包装器送来的服务参照局部本体的语义进行描2．2框架的查询处理过程述，然后把服务注册到服务注册中心。在上述体系结构中，用户查询的主要过程如下：服务调用模块根据选取的各个服务所需的查询输(1)对用户提交的查询条件由查询请求接口进行入要求进行查询重写即把用户的查询条件传递给服务预处理，得到合法的查询条件；的输入条件，并通过服务绑定进行服务调用，完成所需(2)首先，由查询处理模块对查询请求接口发来的信息的抽取工作。查询条件进行全局查询处理，根据全局本体生成全局由于一个查询可能涉及到多个信息源，各个信息的查询视图，分析查询条件包含的概念及其依赖关系，源之间的模式都不尽相同，所以抽取的结果也可能有得到相关本体的属性信息。其次，根据全局本体和局多种模式的XML文档，因此，查询处理器还需要结果部本体的映射关系，生成局部查询视图，把全局查询分处理模块对这些结果集数据文档进行处理，生成一个解为多个带语义信息的子查询，传递给服务发现与发完整的查询结果。布模块；(3)服务发现与发布模块把查询处理模块发来的，、带语义信息的子查询与注册中心中的所有注册i'ebJ结果处理Ir一l全局本体l注服务的语义信息进行语义匹配，根据语义匹配算法得册·．__-q查询处理一tJ’l出匹配结果集，然后使用某种选择策略选择合适的服由{}一局部本体H局部本体心·I-__．4服务发现与发布l··—务，把所选择的服务提交各服务调用模块；1服务调用I(4)服务调用模块通过包装器执行被选择了的服’，务，从异构信息源得到所需的数据，将结果返回给结果图3查询处理器结构与运行机制处理模块；③服务注册中心：根据包装器提交的服务描述对(5)结果处理模块对得到的结果进行合并，并将合服务进行注册；负责将查询处理器传递过来的查询请并后的结果以统一的模式作为查询结果返回给用户。求与具体服务对应。如果查询请求与注册的服务相匹2．3框架的关键技术配，则将提供有关服务细节的服务接口信息以WSDL实现基于webServices和本体的信息集成涉及多格式返回给查询处理器。如果没有相匹配的信息，则方面的技术规范，其中包括：返回无相关服务的说明。(1)XML_,它是基于webServices的信息集成的技服务注册中心在逻辑上起到了全局统一视图的作术基础，也是其他关键技术的基础，可以说是新一代用。服务注册中心将异构数据源上的数据组织起来，Intemet应用的基石；查询处理器根据服务注册中心提供的信息将针对多个(2)SQ协议：它以XML的形式提供了一个简异构信息源的查询分解映射到具体的数据源上。如果单、轻量级的用于分布式环境中交换结构化信息的机有对应的服务，就发送SOAP请求消息进行调用，如果制。采用XML进行编码，提供了跨越防火墙的能力；没有对应的消息，则返回请求无法执行的说明。但是(3)UDDI：它提供了通过程序可以注册、发现商业应该注意到，服务注册中心并没有创建和维护全局视实体及其Web服务的机制，是可以访问的Web服务注图，服务是由信息源提供，可以任意增添或删除，而不册中心；需要进行任何调整。(4)wSDL：它提供了用XML描述web服务实现④包装器：当服务发布时，负责将要发布的数据资细节的一套规范，使程序能自动识别web服务；源以局部本体标准进行统一并描述封装为服务；当服(5)本体构建：全局本体、局部本体及其映射的构务被调用时，首先会确定是哪一个服务被调用，然后从建是实现语义集成的基础[，它是计算机能够识别语服务调用请求中取出服务输入参数，并根据数据源内义信息，增强了不同系统之间的语义互操作能力；字段与本体的映射关系将输人参数转换为系统内部使(6)服务发现：本框架实现语义互操作的基础，解用的数据形式，然后执行服务中的具体操作，并将操作决信息集成中的“数据过剩”和“知识贫乏”的关键。结果传递给服务调用模块。2．4框架的特点(3)用户接口层是系统的最顶层，和信息集成协议本框架具有如下的特点：栈的会话层和通信层相对应。为外部用户或其他系统(1)整个框架基于本体技术，使用混和本体的方提供查询访问接El，向用户展现查询结果或者将结果(下转第140页) ·140·计算机技术与发展第l9卷降低系统性能。至于系统对通信质量的要求，可交由考虑其是否合理：是否提供易用的底层硬件API，即与应用层来完成。硬件平台的无关性；占用的系统资源是否在可接受范该远程控制系统同以太网接口共用一块控制芯围内；对于应用系统的支持程度；是否有裁减优化的空片，实现LED警示灯的远程控制。系统中，PC机为控间。制端，被控端为嵌入本以太网接入模块的应用系统。文中以上述要求为标准，结合系统的硬件特点，设本设计采用类似TFrP机制实现控制端与被控端的通计实现的嵌入式Intemet系统，成本低，易于应用。设信连接。建立一个通信连接时，被控端一直监听某一计实现的精简TCP／IP协议栈简单，适用于无操作系固定端口，当监听到来自该端口UDP连接请求时，主统支持的嵌入式设备，并且易于扩充。该系统经过测动打开连接，然后腾出其监听的端口供其它连接使用，试验证，设计正确，工作正常，为今后更进一步的应用这一过程同TF]的连接过程无异。在建立连接后，奠定了基础。开始用户认证过程，该过程采用私有的通信机制。认证通过后，控制端才能对被控制端进行控制和状态监参考文献：控。远程控制系统通信流程图如图5所示。[1]肖洪详，邵彭飞，才娟．基于CI】220o的嵌入式以太网接口设计[J]．微计算机信息，2007(17)：33—35．4查询用户1您袋[2]SiliconLaboratoriesInc．CP22o0／1CompleteDatasheet[M]．名和密码，{车辖份验证USA：SiliconLaboratoriesInc。2006．存储器5用户名和被控端馓证通堪控制端[3]王晓菊，潘琢金，杜睿．嵌入式网络接口模块设计及协议密码正确王拉制命令实现[j]．沈阳航空工业学院学报，2oo7(1)：49—52．涨态回星[4]刘伟，崔永锋，吴相林．TCP~P协议在远程单片机控制图5远程控制系统通信流程图系统的设计[J]．微tt；g机信息，2007(3)：93—95．[5]FomtmanBA，FeganSC．TCP／IP协议族[M]．谢希仁，等译．北京：清华大学出版社，2oo6．4结束语在单片机内实现TCP／IP协议时，应从四个方面(上接第136页)法，为分布式异构信息源的透明访问提供了统一标准，上的信息集成框架。文中结合信息集成协议栈分析了为信息的动态集成奠定了基础；框架的体系结构，详细阐述了框架的层次结构、模块功(2)整个框架基于XML技术，XML是文本形式而能。该框架解决了传统信息集成不能解决的语义异构非二进制形式，从而提供了跨应用平台的能力；问题，实现了信息的透明访问和原有系统上的信息集(3)消息传递通过SOAP实现，S~)AP是一种基于成，满足信息集成对动态性、平台无关性和可扩展性的XML的轻量级对象访问协议，它使用HTTP、SMTP要求，为进一步研究奠定了基础。等作为传输协议，从而可以跨越防火墙，使跨系统的信息集成为可能；参考文献：[1]BurgB．AgentsintheworldofactiveWeb—services[EB／(4)WebServices提供完整的封装性，可以保留遗OL]．2001—11．www．hpI．hp．tom／org／stl／maas／does／产系统，实现渐进式开发，从而降低实施跨企业信息集HPL一2001—295．pdf．成的风险和成本；[2]顾宁，刘家茂，柴晓路．webServices原理与研发实践(5)webServices提供统一的界面，可以在第三方[M]．北京：机械工业出版社，2006．机构注册，可以被潜在的商业伙伴发现[。在任何地[3]WacheH，OgeleV，VisserT，eta1．Ontology—basedintegm—点，使用任何设备，通过任何方式都可以访问web服tionofinformation——asurveyofexistingapproaches[C]／／IJ—务提供的服务，从而提高了跨企业集成的效用，实现CAI一01Workshop：OntologiesandInfomaationSharing．[s．，1．]：[S．n．]，2001：108—117．“即插即用”的要求。[4]HuangNing，DiaoShiHan．Ontology—basedenterpriseknow1edgeintegration【JJ．RoboticsandComputer—Integrated3结束语Manufacturing，2008，24(4)：562—571．文中在分析了标准的信息集成协议栈的基础上，[5]周航滨，夏安邦，张长吴．基于Web服务的跨企业信息集成结合本体技术和webServices技术提出了一个自底向框架[J]．计算机集成制造系统，2003，9(1)：1—5．