面向开放环境的语义协同模型研究

论文摘要

传统的信息系统正演化为具有开放性和动态性的分布式系统,对于其中的多agent系统和普适计算而言,协同起着关键性的作用,而且Web服务的交互模式与Web的REST体系结构模型也不相兼容。因此,这些系统需要某种中间件以支持协同,尤其为了实现Web服务与Web之间的真正兼容,以便服务之间能够基于信息的持久发布,在目标、空间和时间解耦的情况下进行异步通信。元组空间协同模型因其可持久发布信息的逻辑共享存储、时空解耦以及独立于任何计算语言和体系结构的本质属性,使其完全有能力作为开放动态的分布式系统中的协同中间件。然而,随着分布式系统变得更加普适、自治和复杂,将其绑定在共同数据模型的需要也越发强烈。Agent必须确保在有共同语义的基础上,才能够交换信息、查询以及请求。一种可能的解决方法就是利用语义Web技术建模和推理信息。而且,将语义Web和Web服务相结合,允许基于智能推理的机制实现Web服务的自动发现、选择、组合、互操作以及执行。因此,将传统的元组空间协同模型与语义Web技术URI、名字空间、RDF、RDF Schema、OWL DL以及SWRL相融合,提出一种具有语义感知能力的协同中间件Semantic Web Tuplespaces(简称SWTs)。在开放动态的分布式系统中,SWTs不仅能够作为语义信息的仓库,而且异构的协同实体能够通过SWTs,在目标、空间以及时间解耦的情况下,通过发送和检索语义信息达到通信和协同的目的。除此之外,SWTs还能够满足开放动态的分布式系统对安全、隐私以及可扩展性诸多方面的要求。本文描述了SWTs的概念模型,并讨论了对传统元组空间协同模型在语义上的扩展,具体工作主要包括以下几个方面:⑴定义了新的元组空间类型和元组类型,从而可以在元组空间中基于元组的形式表示语言RDF,RDF Schema,OWL DL以及SWRL描述的语义Web知识。⑵决定适合的基于元组形式的声明表示时,必须考虑空节点和集合这两种特殊情况,解决元组空间中RDF(S)和OWL DL语义不兼容的问题。⑶定义新的协同原语,并修改部分类Linda模型中的操作原语,使得协同实体能够在相应的操作视图中,发送和检索基于元组形式的语义和规则信息,达到通信和协同的目的。⑷对应于不同的协同原语,提供相应不同的匹配机制:①面向语义信息的传统匹配;②基于语法的匹配;③基于语义的匹配。⑸提供一种基于本体的访问控制机制,从而满足开放动态的分布式系统对安全和隐私方面的要求。具体工作包括:①构建用于定义策略规则的访问策略本体APO;②设计用于APO本体推理的访问控制策略推理算法;③提供面向访问策略规则的元组空间、元组、协同原语以及匹配机制。⑹基于本体的方式描述SWTs的体系结构,从而能够更加灵活、有效地管理元组空间中的内容以及协同实体与元组空间之间的交互,满足开放动态的分布式系统对元组空间可扩展性的要求。⑺设计并实现了SWTs原型系统,具体包括三个独立的组件:①语义元组空间;②规则元组空间;③访问策略元组空间。通过实验的性能评估验证了SWTs概念模型的可行性以及SWTs原型系统的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和意义
• 1.4 论文结构
• 2 背景知识
• 2.1 语义Web 技术
• 2.1.1 RDF
• 2.1.2 RDF Schema
• 2.1.3 OWL
• 2.1.3.1 本体
• 2.1.3.2 描述逻辑
• 2.1.3.3 本体描述语言
• 2.1.4 SWRL
• 2.2 协同模型和语言
• 2.2.1 Linda
• 3 SWTs 概念模型
• 3.1 SWTs 体系结构
• 3.2 SWTs 元本体
• 3.3 数据模型
• 3.3.1 语义元组空间和语义元组
• 3.3.2 元组空间中的语义不兼容
• 3.3.2.1 空节点
• 3.3.2.2 集合
• 3.3.3 规则元组空间和规则元组
• 3.4 协同原语
• 3.4.1 语义协同原语
• 3.4.2 应用实例
• 3.4.2.1 实例场景
• 3.4.2.2 实例分析
• 3.4.3 访问策略协同原语
• 3.4.4 规则协同原语
• 3.5 匹配机制
• 3.5.1 传统匹配
• 3.5.2 基于语法的匹配
• 3.5.3 基于语义的匹配
• 4 访问控制机制
• 4.1 访问控制策略本体
• 4.2 访问控制策略推理算法
• 4.3 访问控制策略应用
• 5 SWTs 原型系统设计与实现
• 5.1 语义元组空间
• 5.2 规则元组空间
• 5.3 性能分析
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文及参加科研项目