基于本体的网格元数据模型及其相关技术研究

论文摘要

网格的发展和应用对网格资源的发现和管理提出了新的要求,网格资源管理的目标是要把通过网络连接起来的各种自治资源和系统进行集成并统一管理,提供可扩展的、安全的、一致的、普及的、高效的大规模资源共享和计算服务。因此,网格资源管理也就成为了网格研究中的核心问题,但是网格资源所具有的动态性和异构性特点对资源的发现和调度提出了很高的挑战。要求网格资源管理的方式更加具有智能性,以适应网格资源动态性变化、资源异构、资源管理规模和范围巨大的需求。网格资源本身的异构性、应用的差异和地域的差异等也带来了资源描述元数据的异构性,这对网格资源的发现和互操作都带来很大的影响。本论文对相关技术进行了全面综述,总结了这些领域的研究现状和发展趋势,同时指出了现有工作的不足。结合相关领域的最新成果,针对其不足之处,提出了基于本体的网格资源元数据语义模型,研究了元数据抽取和语义化算法,以及基于语义元数据的网格资源注册和管理技术,并探索了资源语义匹配算法和资源发现系统框架。并且将研究成果应用于政务网格中,解决电子政务领域的资源共享和业务协同问题。首先,本文对网格资源进行抽象分析、对网格资源元数据进行模型化分析,提出了网格资源抽象模型和元数据抽象模型,并采用本体建模技术设计了元数据本体。结合领域本体实现了机器可读的网格资源语义元数据,为基于元数据的语义资源发现奠定了基础。其次,本文对网格资源的元数据管理进行了论述,提出了网格资源元数据的方案,对元数据的获取、语义化处理和元数据注册,以及元数据的互操作进行了系统的研究。结合本体和语义标注技术设计了网格元数据语义化处理算法,使网格资源元数据的语义可以通过本体中的概念准确的表述,实现了对网格资源语义元数据的采集和管理。再次,网格中语义元数据的建立为网格资源发现奠定了基础,为了实现网格内资源的语义发现和管理,本文还研究了网格资源的语义匹配策略和发现算法。论文分别对概念的语义相关性和语义距离进行研究,设计了本体中概念语义相似度计算的算法。通过本体概念语义相似度的分析和语义辨析的研究,提出了基于语义的网格资源相似度算法。在此基础上,实现了网格资源和用户需求的语义匹配,并对算法的扩展进行了探讨。然后,对网格资源发现的机制、发现方式、发现服务的设计要素和操作进行了论述。提出了基于元数据和本体的网格资源发现模型,研究了多本体的协作技术,设计了网格资源语义发现系统的框架,并对框架结合个人资源代理的扩展方面进行了探讨。最后,分析了电子政务建设中资源共享和业务协同的需求,提出了政务网格体系,通过网格技术实现政府部门之间软硬件资源的共享。结合上海市电子政务建设的情况,在几个政府部门之间搭建了政务网格的实验环境,初步建立了电子政务网格资源元数据和其语义化,开发了政务网格资源的编目和注册系统,并且开发了基于本体对资源元数据进行了统一的语义化处理和转换的系统。实现了网格资源的目录服务和资源的语义发现,同时对政务网格资源的调用和交换做了部分实现。本论文对于网格资源的元数据模型和网格中基于元数据和本体实现资源的语义发现进行了系统的研究,分别建立了网格资源抽象模型,元数据抽象模型、元数据本体模型和元数据语义模型;研究了网格资源语义元数据的管理技术,设计了网格资源元数据方案、元数据抽取和元数据语义化算法,并对元数据注册的机制和元数据的互操作进行了系统研究;并研究了基于元数据和本体的网格资源匹配策略和发现算法,实现了基于语义相似度进行网格资源匹配和发现;研究了网格资源发现模型,设计了网格资源语义发现的系统框架;最后,把课题的研究成果应用于电子政务建设中,设计了政务网格体系,搭建了政务网格实验环境,对元数据的管理、资源发现和调度进行了应用实验研究,并且已经在一些实际项目建设中应用了本文的部分研究成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究项目的由来
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 论文研究的内容与创新点
• 1.4 论文的结构
• 1.5 参考文献引用说明
• 第二章 相关技术及研究现状
• 2.1 引言
• 2.2 本体论的研究与应用
• 2.2.1 本体的概念
• 2.2.2 Ontology的建模元语
• 2.2.3 Ontology的描述语言
• 2.2.4 Ontology分类
• 2.2.5 本体构造的方法论
• 2.3 元数据的应用研究
• 2.3.1 元数据的定义
• 2.3.2 元数据的应用
• 2.3.3 元数据标准
• 2.4 网格研究与应用
• 2.4.1 网格的由来
• 2.4.2 网格的特征
• 2.4.3 网格的发展历程
• 2.4.4 元数据在网格中的应用研究
• 2.4.5 国内网格研究
• 2.4.6 网格资源发现研究
• 2.5 语义web
• 2.6 网格在电子政务的应用现状
• 2.6.1 电子政务的含义
• 2.6.2 我国电子政务现状
• 2.6.3 我国电子政务发展存在的问题
• 2.6.4 我国电子政务的发展趋势
• 2.6.5 网格技术在电子政务中的应用
• 2.7 小结
• 第三章 网格资源元数据模型
• 3.1 引言
• 3.2 元数据抽象模型
• 3.2.1 网格资源
• 3.2.2 网格资源抽象模型
• 3.2.3 网格资源语义模型
• 3.2.4 网格资源元数据抽象模型
• 3.3 元数据本体化模型
• 3.4 语义元数据模型
• 3.5 小结
• 第四章 网格资源语义元数据管理
• 4.1 引言
• 4.2 网格资源元数据
• 4.3 网格资源描述元数据语言
• 4.3.1 RDF
• 4.3.2 RSL
• 4.3.3 WSDL
• 4.3.4 WSRF
• 4.4 网格资源元数据方案
• 4.5 网格资源元数据获取
• 4.6 网格资源元数据语义化
• 4.6.1 基于本体的语义标注
• 4.6.2 元数据语义化算法
• 4.7 网格资源元数据注册
• 4.7.1 元数据注册中心
• 4.7.2 多元数据方案
• 4.7.3 元数据动态更新机制
• 4.7.4 元数据收获与目录复制
• 4.8 网格资源元数据互操作
• 4.8.1 网格元数据的异构性
• 4.8.2 网格元数据本体
• 4.8.3 网格元数据映射
• 4.8.4 元数据语义化
• 4.8.5 支持元数据互操作的注册中心设计
• 4.9 小结
• 第五章 网格资源语义匹配
• 5.1 引言
• 5.2 语义相似度研究
• 5.2.1 资源检索语义相关性
• 5.2.2 相关性与相似性辨析
• 5.2.3 语义距离与相似性
• 5.2.4 语义距离计算
• 5.2.5 本体中概念的语义距离
• 5.2.6 本体中概念相似度算法
• 5.2.7 语义相似度的阈值
• 5.3 基于本体的概念辨析
• 5.3.1 本体概念扩展
• 5.3.2 本体概念歧义辨析
• 5.3.3 语义辨析算法
• 5.4 网格资源匹配
• 5.4.1 网格资源匹配策略
• 5.4.2 网格资源相似度算法
• 5.4.3 算法扩展
• 5.5 小结
• 第六章 基于元数据和本体的网格资源语义发现系统
• 6.1 引言
• 6.2 网格资源发现概述
• 6.2.1 网格资源发现机制
• 6.2.2 网格资源的发现方式
• 6.2.3 网格资源发现服务要素
• 6.2.4 资源发现服务操作
• 6.3 网格资源语义发现系统
• 6.3.1 网格资源发现系统设计目标
• 6.3.2 网格资源发现体系
• 6.3.3 本体间的协作与计算
• 6.3.4 网格资源语义发现系统框架
• 6.3.5 网格资源语义发现系统扩展框架
• 6.4 小结
• 第七章 基于元数据和本体的政务网格资源管理应用探索
• 7.1 引言
• 7.2 电子政务资源管理的需求分析
• 7.3 政务网格体系
• 7.4 政务网格层次框架
• 7.5 政务网格资源发现和管理应用探索
• 7.5.1 政务网格资源元数据
• 7.5.2 电子政务领域本体
• 7.5.3 政务网格资源编目
• 7.5.4 政务网格资源元数据注册
• 7.5.5 政务网格资源语义化描述
• 7.5.6 政务网格资源目录服务
• 7.5.7 基于元数据和本体的政务网格资源发现
• 7.5.8 网格资源元数据复制
• 7.5.9 政务网格资源的调用与交换
• 7.5.10 应用案例
• 7.6 小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间负责、参加的项目