元數(shù)據(jù)管理中語義綁定服務(wù)的功能及其實(shí)現(xiàn)形式

作者簡(jiǎn)介：謝劍敏（１９８６－），女，助理館員，碩士研究生。研究方向：信息資源管理與利用，發(fā)表論文４篇?！ば畔⒆稍兣c服務(wù)·

〔摘要〕語義綁定服務(wù)（SBS）是一個(gè)管理語義綁定集合的穩(wěn)定服務(wù)，這種綁定代表了數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)與知識(shí)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)。了解語義綁定服務(wù)的功能及其實(shí)現(xiàn)形式將有助于更好地進(jìn)行元數(shù)據(jù)管理、開展信息組織工作。

〔關(guān)鍵詞〕元數(shù)據(jù)；元數(shù)據(jù)管理；語義綁定

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１４．０４．０１７

〔中圖分類號(hào)〕ＴＰ３１１１３〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕Ａ〔文章編號(hào)〕１００８－０８２１（２０１４）０４－００７８－０４

Semantic Binding Service Metadata Management Function and its Realization FormXie Jianmin

（Library，Guangdong University of Finance，Guangzhou 510521，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Semantic binding service（SBS）is a management service semantic binding set,this binding represents the association between data and metadata,metadata and knowledge entities.To understand the semantic binding service function and its realization form,will help us to better development of metadata management,information organization.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕metadata;metadata management;semantic binding

在一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)及服務(wù)提供者都日漸將他們的資源提供給社會(huì)群體以作復(fù)雜工作流程中的公共性二次使用。然而，為了讓那些資源在實(shí)際應(yīng)用中能發(fā)揮實(shí)際效用，供應(yīng)商也必須提供能描述數(shù)據(jù)和服務(wù)特性及功能的詮釋，這就是電子科學(xué)時(shí)代的例子。詮釋的目的是使用基于計(jì)算機(jī)信息庫及計(jì)算分析工具來驗(yàn)證假設(shè)進(jìn)行總結(jié)、搜索模式或者說明一個(gè)已經(jīng)廣為人知的事實(shí)。在電子科學(xué)領(lǐng)域中，一個(gè)很常見的現(xiàn)象就是供應(yīng)商和消費(fèi)者分別對(duì)資源添加注釋來使他們的發(fā)現(xiàn)更加簡(jiǎn)便或可用來記錄，即將它們看作一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的使用細(xì)節(jié)。因此，當(dāng)按比例放大至成千上萬的資源及這些資源的使用者時(shí)，注釋本身就會(huì)形成一個(gè)新的、龐大的、由分布在很多組織中的異類數(shù)據(jù)構(gòu)成的匯編，沒有一個(gè)中心來控制它們的維護(hù)。新的信息環(huán)境下，知識(shí)性的應(yīng)用對(duì)元數(shù)據(jù)管理提出了新挑戰(zhàn)，包括分配、權(quán)限控制、訪問的統(tǒng)一格式及適時(shí)的升級(jí)。作為一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)資源類型，元數(shù)據(jù)需要一些形式的管理來發(fā)揮它的實(shí)際作用。語義綁定服務(wù)可以說是一種有效的元數(shù)據(jù)管理方法。

１語義綁定與語義綁定服務(wù)的概念

１１元數(shù)據(jù)的語義結(jié)構(gòu)

元數(shù)據(jù)的語義結(jié)構(gòu)是元數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一個(gè)層面，對(duì)元數(shù)據(jù)元素進(jìn)行定義。它定義元數(shù)據(jù)元素以及描述其內(nèi)容。它可以描述內(nèi)容形成的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容的表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和可允許的內(nèi)容含量值。所以元數(shù)據(jù)的語義結(jié)構(gòu)包含兩層意思：定義層和標(biāo)準(zhǔn)層。定義層指的是對(duì)元數(shù)據(jù)元素的一套定義，賦予其基本的語義特征和使其與其他元素進(jìn)行區(qū)分。因此定義層需滿足兩個(gè)主要功能性要求：描述和區(qū)分。標(biāo)準(zhǔn)層指的是元數(shù)據(jù)元素的一套模式，它包括支配元數(shù)據(jù)元素分配含量值的原則，條件和指導(dǎo)準(zhǔn)則。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了信息的來源，內(nèi)容的形成，表現(xiàn)以及范圍。所以標(biāo)準(zhǔn)層包含了3種任務(wù)規(guī)則：形成規(guī)則，表現(xiàn)規(guī)則，可允許規(guī)則。一些元數(shù)據(jù)模式是采用獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，無須遵循特定的標(biāo)準(zhǔn)，但有些要依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)來選取，例如MARC記錄所依據(jù)的AACRII。

總的來說，元數(shù)據(jù)模式的定義需用自然語言來表達(dá)。為了更好閱讀和理解定義和解釋元數(shù)據(jù)的元素需用人類可理解的語言來操作。但是，元數(shù)據(jù)是基于機(jī)讀的數(shù)據(jù)，所以這些定義的語義不僅可以為人類而且也能被機(jī)器所識(shí)別。因此元數(shù)據(jù)模式的定義需涵蓋兩個(gè)語義層：暗示層，利于人類理解；正規(guī)層，可供機(jī)器識(shí)別。標(biāo)準(zhǔn)層通常通過命名空間制度來定義，這些制度決定和維持了標(biāo)準(zhǔn)的存在。命名空間通過URI進(jìn)行定義，是一種可以解決命名沖突的機(jī)制。元數(shù)據(jù)元素的語義層是通過命名空間來體現(xiàn)它的標(biāo)準(zhǔn)層［１］。

１２現(xiàn)行的元數(shù)據(jù)管理技術(shù)與方法

元數(shù)據(jù)的概念并不新鮮，其在數(shù)據(jù)倉庫環(huán)境中的作用和重要性是不言而喻的。元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)倉庫中的一個(gè)重要組成部分，元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)則是構(gòu)建、管理、維護(hù)和使用數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的核心部件。如果一個(gè)數(shù)據(jù)倉庫中沒有元數(shù)據(jù)，那么用戶就不知道如何進(jìn)行分析［２］。在資源描述框架架構(gòu)數(shù)據(jù)方面，存儲(chǔ)和查詢技術(shù)的發(fā)展支配著元數(shù)據(jù)在管理中的地位。Jena與Sesame是兩個(gè)最出名并被廣泛使用的例子：這些系統(tǒng)由傳統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力支撐，這一能力是指能提供豐富的、細(xì)粒狀的APIS用來操作和訪問RDF數(shù)據(jù)，同時(shí)能用不同的語言對(duì)它進(jìn)行查詢，包括W3CS、Sparql。甲骨文10gRDF是近期新增的，它支持龐大的數(shù)據(jù)集并擁有與查詢語言強(qiáng)度有關(guān)的深層查詢能力，而這一語言與本地查詢有關(guān)。除了基本功能外，RDF在語境化、分配、可擴(kuò)展性等領(lǐng)域的增強(qiáng)也受到了廣泛關(guān)注。元數(shù)據(jù)操作在文件操作系統(tǒng)中所占的比例高達(dá)50%以上，高效的元數(shù)據(jù)管理大致可分為基于子樹和基于Hash2類。由于位于同一目錄中的文件具有較大的訪問相關(guān)性，因此，一般認(rèn)為基于子樹的劃分機(jī)制具有較高的性能。傳統(tǒng)的元數(shù)據(jù)分布管理大多采用靜態(tài)子樹管理機(jī)制，該機(jī)制性能較好，但缺乏動(dòng)態(tài)的調(diào)整策略。而文件系統(tǒng)訪問模式具有動(dòng)態(tài)性，也容易引發(fā)元數(shù)據(jù)集群負(fù)載不平衡，從而影響元數(shù)據(jù)集群的整體吞吐率［３］。因此，元數(shù)據(jù)管理方法對(duì)提升大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。當(dāng)前存在一些維持明晰元數(shù)據(jù)與它所描述資源之間關(guān)聯(lián)的模型。然而，它們依賴于特設(shè)機(jī)制，在html或xhtml文件中包含元數(shù)據(jù)最常見的一種方法就是在文件中將元素應(yīng)用于任何地方。這一元素可以用屬性值對(duì)文件特性進(jìn)行描述。雖然能使用其他用戶定義的特性，但規(guī)范的特性包括作者、過期時(shí)間、關(guān)鍵詞列表等等。這也廣泛應(yīng)用于語義網(wǎng)中，例如知識(shí)獲取團(tuán)體及簡(jiǎn)單的html實(shí)體擴(kuò)展。Xhtml20倡導(dǎo)一種二中擇一的方式去連接實(shí)體和對(duì)它們的描述，那么元數(shù)據(jù)就不會(huì)與文件內(nèi)容相混淆，它會(huì)被包含于一個(gè)獨(dú)立的文件或文件本身隔開的部分中。包含元數(shù)據(jù)的文件可以通過使用前端的連接元素而附屬于html文件。這一特性允許對(duì)文件內(nèi)外的資源進(jìn)行參照［４］。

１３語義綁定

“語義綁定”（Semantic Binding），也稱為“語義約束”、“語義連接”，從句子結(jié)構(gòu)的角度，它旨在分析出文本中某個(gè)部分對(duì)另一部分的約束作用信息。語義綁定多種多樣，從語義的角度分類，有動(dòng)作的方式約束、整體局部約束、時(shí)間關(guān)系約束、因果關(guān)系約束等。每一種語義關(guān)系綁定都有若干不同的文本表達(dá)方法，一些工作旨在通過大規(guī)模文檔分析，找出具有一定代表性的表達(dá)方法，即通常所說的模板；然后以此去匹配判定新的文本，這種模板通常帶有各種特征，或是詞性的約束，或是有必然出現(xiàn)的信號(hào)詞，或是有特殊的語法結(jié)構(gòu)。但是可以令人信服的大規(guī)模文檔的收集不是一件容易的事情［５］。語義網(wǎng)代表著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。雖然計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)發(fā)展迅速，但是從目前的互聯(lián)網(wǎng)向語義網(wǎng)的轉(zhuǎn)變卻是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。在當(dāng)前對(duì)語義技術(shù)的應(yīng)用狀況下，并非語義越多、表達(dá)越豐富就越好，知識(shí)表達(dá)語言的深度和廣度是由用戶對(duì)自動(dòng)化的需求決定的，即用戶對(duì)自動(dòng)化的需求要與語義技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r相匹配。

endprint

１４語義綁定服務(wù)

英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的信息組織專家Paolo Missier及其合作者在一篇有關(guān)元數(shù)據(jù)管理需求的論文中提出了一個(gè)中間件來用于元數(shù)據(jù)管理。這個(gè)中間件的設(shè)計(jì)是基于這樣一種實(shí)體：即忽略它們?cè)诟袷缴吓c內(nèi)容上的差異，對(duì)所有的元數(shù)據(jù)來說，有兩種簡(jiǎn)單的特性是相同的。在定義上，它們始終和一些基礎(chǔ)資源有關(guān)聯(lián)并且在解釋元數(shù)據(jù)時(shí)有一些單獨(dú)的數(shù)據(jù)信息是可供選擇的。例如，可以用注釋。把這樣的數(shù)據(jù)信息作為實(shí)體來參考，目的就是強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)事實(shí)：它是用來解釋元數(shù)據(jù)的。這就是一個(gè)語義網(wǎng)典型而并非特有的設(shè)置。按這種定義，一個(gè)相關(guān)的架構(gòu)或XML數(shù)據(jù)同樣也是一個(gè)知識(shí)實(shí)體。把資源與元數(shù)據(jù)注釋之間的聯(lián)系稱為語義綁定，把管理服務(wù)稱為語義綁定服務(wù)（Semantic Binding Service）。語義綁定服務(wù)的目標(biāo)是為元數(shù)據(jù)資源的管理提供一個(gè)統(tǒng)一的原始集，也就是說，其在生命周期內(nèi)都在創(chuàng)造、訪問、追蹤及摧毀那些資源。然而，很顯著的一點(diǎn)是它無法在異質(zhì)元數(shù)據(jù)中提供互通性，這在其自己的權(quán)限中也是個(gè)難題。因?yàn)椴煌腞DF詮釋會(huì)涉及不同的實(shí)體，因而使得第三方應(yīng)用在整合它們時(shí)會(huì)變得比較困難。一般而言，SBS會(huì)提供一種統(tǒng)一的方法來維持資源、數(shù)據(jù)和知識(shí)實(shí)體間的正確聯(lián)系，無論它們何時(shí)改變，元數(shù)據(jù)元素中格式和內(nèi)容的差異都會(huì)被忽略。

２語義綁定服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式

２１多重語義綁定

圖１反映的是一個(gè)簡(jiǎn)易科學(xué)工作流程的多重語義綁定。工作流程提供者和使用者也許會(huì)為相同的工作流程提供多重解釋，而這些工作流程服務(wù)于不同目的且可能會(huì)采納不同的注釋類型和格式。圖表中的KEGG是京都基因與基因組百科全書，它是基因組破譯方面的數(shù)據(jù)庫。Abbr最初是在HTML40中引入的，表示它所含的文本是一個(gè)更長(zhǎng)的單詞或短語。Ids是英文“Intrusion Detection Systems”的縮寫，中文意思是“入侵檢測(cè)系統(tǒng)”。Sawsdl則是基于Web服務(wù)語義標(biāo)注語言。該圖表由3部分構(gòu)成，左列說明的是工作流程的輸入至輸出，當(dāng)中會(huì)涉及訪問途徑與圖片獲取并且應(yīng)將KEGG基本地址納入其中。右列是當(dāng)前存在的參考本體，而中間列則是元數(shù)據(jù)內(nèi)容的語義綁定。3部分結(jié)合要說明的是：一個(gè)工作流程中，不同的工作人員對(duì)同一概念會(huì)做出不同的注釋，而網(wǎng)絡(luò)對(duì)此概念又有新的解釋，因此需要對(duì)這些不同的注釋進(jìn)行語義綁定，指定參考本體，使各工作單位更好地相互理解。Sawsdl為wsdl和XMLSchema提供了一種增加語義注釋的機(jī)制，使得wsdl和XMLSchema中的組件可以與外部的語義概念模型聯(lián)系起來，它大大簡(jiǎn)化了為Web服務(wù)增加語義信息的工作，有利于推動(dòng)語義Web服務(wù)的發(fā)展［２］。圖１多重語義綁定

２２語義綁定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

元數(shù)據(jù)自出現(xiàn)之日起就是動(dòng)態(tài)的：一個(gè)文件的注釋經(jīng)常會(huì)更新或接替其它的注釋。然而，雖然一些有關(guān)語義繁殖數(shù)據(jù)的升級(jí)至相關(guān)元數(shù)據(jù)的工作已經(jīng)完成了，但現(xiàn)行的技術(shù)還是難以支持元數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性。成功的元數(shù)據(jù)管理在它變得無效時(shí)就應(yīng)該被察覺，并告知用戶狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。這些工作要完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是不太可能的，因此需要進(jìn)行人工管理。

筆者把圖２中作為整個(gè)關(guān)聯(lián)一部分的數(shù)據(jù)與只是數(shù)據(jù)資源分別稱為Ressb與KEsb，語義綁定是有效狀態(tài)中的產(chǎn)物，這個(gè)圖闡明了引起數(shù)據(jù)資源、知識(shí)資源及元數(shù)據(jù)內(nèi)容變化的事件，其常常會(huì)引出一個(gè)新的有效的語義綁定。兩個(gè)臨時(shí)生效狀態(tài)的語義綁定會(huì)要求當(dāng)中一個(gè)產(chǎn)生生效過程，它會(huì)更新一部分或所有的Ressb、KEsb或costentsb，從而引起從有效狀態(tài)到無效狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。對(duì)于一個(gè)生效的Ressb，這樣的過程會(huì)決定新資源的現(xiàn)存元數(shù)據(jù)是否仍然有效并且會(huì)提供一個(gè)從語義綁定參考至Ressb的更新。例如，用元數(shù)據(jù)來對(duì)工作流程中的變化進(jìn)行注釋，這一過程會(huì)決定相同的元數(shù)據(jù)能否與新的工作流程相連。對(duì)于一個(gè)生效的KEsb而言，問題就在于要決定能否用新的本體論去解釋舊的元數(shù)據(jù)。評(píng)價(jià)本體論演變對(duì)現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)的影響問題已經(jīng)在很多地方被提了出來。存檔狀態(tài)為不再有效的老化語義綁定提供了一種保留方式，這個(gè)狀態(tài)只能被使用于某些描述機(jī)制的工作所支撐。當(dāng)中一個(gè)已存檔的語義綁定會(huì)變回活躍狀態(tài)?？梢酝ㄟ^引入子系統(tǒng)來擴(kuò)展這個(gè)基礎(chǔ)模型，產(chǎn)生的結(jié)果就能對(duì)元數(shù)據(jù)的作用做出合理的定義。圖２通用的語義綁定狀態(tài)連接圖

２３語義綁定服務(wù)模型

SBS與OGSA—DAIS模型類似。關(guān)于后者，OGSA數(shù)據(jù)權(quán)限及整合方案是由open Grid論壇的DAIS工作組管理的，他們提出了一個(gè)類似的但是限制更大的方法。當(dāng)中只有一個(gè)定義了文摘操作或一個(gè)Grid計(jì)算環(huán)境中數(shù)據(jù)資源標(biāo)準(zhǔn)化使用的單一界面，而忽視架構(gòu)或數(shù)據(jù)模型。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)數(shù)據(jù)提供具體的、明確模型訪問的幾種關(guān)系，如對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)訪問的OGSA—DAIR。它對(duì)異質(zhì)數(shù)據(jù)資源提供了統(tǒng)一的途徑。當(dāng)數(shù)據(jù)模型和內(nèi)容不可知時(shí)，它能在服務(wù)范圍內(nèi)封裝請(qǐng)求。SBS附帶提供了具體的元數(shù)據(jù)管理原函數(shù)?，F(xiàn)有的元數(shù)據(jù)知識(shí)庫、文件管理服務(wù)器、RDF倉庫管理器或文件系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)作用未知的情況下提供了低等級(jí)的數(shù)據(jù)管理。SBS通過提供統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)管理層來利用這個(gè)功能。這個(gè)管理層能感知到資源、注釋、注釋生命周期及參考知識(shí)實(shí)體之間的關(guān)系。SBS對(duì)于應(yīng)用而言是有利的，存儲(chǔ)和訪問元數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了雙重作用：它把語義綁定看作一個(gè)簡(jiǎn)單的、統(tǒng)一的模型而去維系資源和注釋之間的固定關(guān)系，為管理提供一個(gè)單一的服務(wù)界面，在Grid計(jì)算環(huán)境下可以以分配的方式進(jìn)行調(diào)配。

３語義綁定服務(wù)的功能

３１語義綁定服務(wù)的功能圖３SBS的功能

圖３展示的是語義綁定服務(wù)的功能，右邊部分是一個(gè)語義綁定組，由語義綁定工廠來進(jìn)行多重語義綁定的制造，這些SB與元數(shù)據(jù)查詢都同資源描述框架（RDF）有關(guān)。而左邊的用戶組則通過遠(yuǎn)程門戶網(wǎng)站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源生命周期、參考內(nèi)容更新等方式與SB組發(fā)生關(guān)系。SBS對(duì)一個(gè)語義綁定的元數(shù)據(jù)相關(guān)應(yīng)用而言是

一個(gè)單一的聯(lián)系點(diǎn)，對(duì)SBS及其相關(guān)元數(shù)據(jù)內(nèi)容的檢索而言亦是如此。圖３所闡述的SBS的功能包括創(chuàng)造與摧毀SBS及與元數(shù)據(jù)生命周期有關(guān)的維持它們的邏輯狀況。當(dāng)中，WSRP規(guī)范定義了訪問及查詢資源動(dòng)態(tài)狀況信息的協(xié)議。WSRL規(guī)范定義了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源銷毀的最基本界面。SBS也對(duì)元數(shù)據(jù)內(nèi)容提供基于服務(wù)的訪問。通過推進(jìn)詳細(xì)應(yīng)用的查詢，作為服務(wù)尋求的指定部分至不加以解釋的元數(shù)據(jù)倉庫。當(dāng)前已有數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的專家提出增加一種簡(jiǎn)單的反饋擴(kuò)展至SBS界面中來讓用戶發(fā)現(xiàn)具體元數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，例如存儲(chǔ)語言及框架，將SBs與SBS相結(jié)合能使元數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫分配且會(huì)提供一個(gè)常見的訪問界面，它提供對(duì)元數(shù)據(jù)的大范圍訪問而忽略各獨(dú)立后臺(tái)元數(shù)據(jù)知識(shí)庫的限制。SBS在執(zhí)行時(shí)會(huì)被看作一個(gè)狀態(tài)穩(wěn)定的S—OGSA服務(wù)，它與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)框架標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，并已在GT4平臺(tái)上開展。

４結(jié)語

隨著語義萬維網(wǎng)（有人稱之為Web30）的發(fā)展，元數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)資源語義化快速發(fā)展的浪潮中扮演著越來越重要的角色。作為數(shù)字資源揭示和利用的一項(xiàng)重要技術(shù)，元數(shù)據(jù)正向?qū)崿F(xiàn)機(jī)器自動(dòng)處理的方向發(fā)展，而語義綁定服務(wù)是一種有效的元數(shù)據(jù)管理方法，如何更好地運(yùn)用語義綁定服務(wù)，使機(jī)器能夠理解資源信息所代表的語義，并能通過語義分析來進(jìn)行知識(shí)的推理分析，也是網(wǎng)絡(luò)信息組織研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文從元數(shù)據(jù)的語義和語義綁定的概念入手，說明語義綁定服務(wù)在元數(shù)據(jù)管理上的有效性，并提出了基于元數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)搜索語義表達(dá)，希望能夠進(jìn)一步提高用戶對(duì)數(shù)據(jù)的查詢和檢索，滿足用戶對(duì)海量數(shù)據(jù)資源的快速獲取和定位需求，從而更好地進(jìn)行元數(shù)據(jù)管理、開展信息組織工作。

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（本文責(zé)任編輯：馬卓）

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