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基于自适应本体的异构数据语义集成框架研究

作　者: 谢诚
导　师: 蔡鸿明
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 异构集成语义集成自适应本体本体进化数据源语义映射
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在当前企业异构数据集成应用过程中,语义集成技术得到了深入的发展。越来越多的企业利用本体作为语义模型进行异构数据集成。但是,随着集成数据源数量的增加及集成环境的变化,各企业都不得不对集成中间件进行调整或重构以适应新的数据环境。由于数据环境的频繁变更和数据源中已积累的数据量巨大,手工的调整或重构集成中间件在效率和质量上都将难以满足需要,严重制约了异构数据集成在企业中的实施步伐。因此,构建一个兼容各类数据源并能够随需应变的语义集成系统将为企业异构数据集成提供良好的支持。基于自适应本体的语义集成技术为企业异构数据集成提供了新的思路。本体对概念的形式化描述能够很好的实现集成系统对数据源的兼容性;本体自身的进化机制能够为集成中间件的自适应提供支持。本文利用本体的及本体进化,提出了基于自适应本体的异构数据语义集成框架。通过解析数据源中的元数据并抽取其中数据实例,建立起数据源与本体中间件的映射关系;利用数据实例驱动本体进化的发生,使得本体随着当前数据环境的变化而自行调整,实现集成中间件的自适应功能。本文的主要研究工作有以下几点:(1)提出了一套基于自适应本体的异构数据语义集成框架。框架分为三个层次,数据源语义连接层负责解析各类型数据源中的元数据,建立数据源与本体中间件的语义联系;自适应本体中间层检测并分析从数据源中获取的实例,找出本体中间件的变更需求后执行本体进化操作;资源交互层负责将本体资源以REST资源服务的形式发布到网络环境中供外界使用。(2)关系型数据源和Web数据源到本体中间件的映射机制分析关系数据库中的元数据,找出数据库中的表关系、主外键关系、数据列的类型、数据列约束等,设计了一套数据库元数据至本体中间件的映射方法;基于对Web元数据的解析,获取数据对象与对象之间的关联,设计了一套Web数据映射规则,将解析后得到的Web数据对象映射至本体。(3)实例驱动的本体进化机制在异构数据源语义映射机制的基础之上,本文提出了由实例驱动的本体进化机制,构建了一种能够自动发现进化需求,自动执行进化的方法。在本体进化过程中,为了保证本体的一致性,本文设计了由本体推理发现并自动解决冲突的方法。最终,通过本体中间件的自动进化与冲突恢复,实现了自适应功能。最后,根据本文所提方法,设计并实现了一个基于自适应本体中间件的异构数据语义集成原型系统。使用原型系统对两个不同类型的医疗数据源进行了语义集成验证。初步结果证明,系统可以有效的对关系型数据源和Web数据源进行语义集成,并且能够根据集成的数据源的不同而改变集成中间件结构,以随数据环境的变化而自适应调整。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究背景和意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 异构数据语义集成  10-12
    1.2.2 本体自适应和本体进化  12-14
  1.3 主要研究内容  14-15
  1.4 论文结构安排  15-16
第二章系统框架分析  16-24
  2.1 总体框架  16-19
    2.1.1 框架结构  16-17
    2.1.2 应用模式分析  17-19
  2.2 层次分析  19-22
    2.2.1 数据源语义连接层分析  19-20
    2.2.2 自适应本体中间层分析  20-21
    2.2.3 资源交互层分析  21-22
  2.3 本章小结  22-24
第三章数据源语义模型  24-37
  3.1 模型结构分析  24-25
  3.2 局部领域本体设计  25-26
  3.3 数据库元数据模型  26-31
    3.3.1 关联配置文件  26-28
    3.3.2 语义映射规则  28-31
  3.4 Web 元数据模型  31-35
    3.4.1 Web 元数据模型结构分析  31-32
    3.4.2 元数据解析器  32-33
    3.4.3 元数据命名库与分类缓存文件  33-34
    3.4.4 语义映射规则  34-35
  3.5 本体实例访问接口  35-36
  3.6 本章小结  36-37
第四章实例驱动的本体自适应模型  37-51
  4.1 自适应模型定义  37-38
  4.2 本体操作集合  38-41
    4.2.1 原子操作集合  38-39
    4.2.2 复合操作集合  39-41
  4.3 实例驱动的本体进化规则与驱动  41-50
    4.3.1 本体概念融合规则与驱动算法  41-44
    4.3.2 本体概念特化规则与驱动算法  44-48
    4.3.3 本体概念泛化规则与驱动算法  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章原型系统设计与实现  51-65
  5.1 原型系统软件架构  51-52
  5.2 数据源语义连接器设计实现  52-57
    5.2.1 Web 数据源语义连接器  52-54
    5.2.2 关系数据库语义连接器  54-55
    5.2.3 内部资源访问接口实现类设计  55-57
  5.3 自适应本体中间件设计实现  57-62
    5.3.1 OWL 本体、推理、进化接口设计  57-58
    5.3.2 本体自适应引擎设计与实现  58-61
    5.3.3 外部资源访问接口实现类设计  61-62
  5.4 基于REST 的本体资源服务  62-64
    5.4.1 资源注册  62-63
    5.4.2 请求拦截器  63
    5.4.3 资源服务端  63-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章系统应用验证与分析  65-76
  6.1 应用场景  65
  6.2 原型系统验证及界面展示  65-73
    6.2.1 关系型数据源语义抽取  65-69
    6.2.2 Web 数据源语义抽取  69-70
    6.2.3 本体中间件自适应  70-73
    6.2.4 本体资源服务发布  73
  6.3 系统分析与讨论  73-75
  6.4 本章小结  75-76
第七章全文总结与展望  76-78
  7.1 全文总结  76-77
  7.2 展望  77-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读学位论文期间发表的学术论文  83-85

基于自适应本体的异构数据语义集成框架研究

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