CN100428152C

CN100428152C - 一种基于领域本体的软构件分类注册方法

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Publication number: CN100428152C
Application number: CNB2006101250512A
Authority: CN
Inventors: 何克清; 马于涛; 何扬帆; 王翀; 刘玮; 田精白
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: CN101013363A

Abstract

本发明涉及一种基于领域本体的软构件分类注册方法，包括以下步骤：构造一个软构件属性公共本体；建立一个具体领域的领域模型，在领域模型的支持下，对软构件属性公共本体进行细化，得到一个具体领域软构件属性本体；使用本体工具描述具体领域软构件属性本体，以标准格式输出本体文件；构造具体领域软构件注册元模型，制定软构件库映射元模型；构造面向具体领域的软构件注册模型，建立面向具体领域的软构件注册模型与其它注册模型间的映射关系；使用开源工具解析本体文件，生成软构件注册模版，使用软构件注册模板进行构件注册。本发明设计的软构件分类机制灵活、易扩展，能够自动实现注册模版的生成，基于国际标准(ISO/IEC 19763)构造的软构件库开放性、通用性和互操作性强，便于软构件资源的共享与复用。

Description

一种基于领域本体的软构件分类注册方法

技术领域

本发明涉及信息资源集成应用的语义互操作性管理与服务领域，特别涉及一种基于领域本体的软构件分类注册方法。

背景技术

软构件(software component)是在软件生命周期各阶段可以被复用的软件实体，它可以是被封装的类(class)、功能模块(module)、软件框架(framework)、软件构架(architecture)、文档和设计模式(pattern)等^[1][2]。通过构件的组装和集成来构造相应的应用软件，可以提高开发者的开发效率、降低项目开发成本，并使得构造的软件系统更易扩充和维护。因此，软构件技术作为实现软件复用技术的重要手段，为软件产品的工业化和自动化生产提供技术保障和支持，引起了业界的普遍关注^[a]。目前，基于构件的软件开发(component-based software development)已成为软件开发的主流技术，并将深刻地影响软件生产方式的变革和软件产业结构的分工调整，因而被认为是促进软件产业发展的关键因素。因此，软构件库(component repository)作为影响整个软件产业发展的关键共性软件基础设施应优先、着重发展。

现在，国外许多大的软件公司都建立并拥有了属于自己的软构件库系统。如Geosoft公司建立了地理信息系统方面的软构件资源管理平台，软构件的种类已扩展到桌面地理制图系统、交通导航、GPS信号分析、地图转换及相关的应用程序，而且这些软构件的编程语言、开发工具和应用环境也各不相同。与此同时，国内的一些高校和研究机构也在积极开展软构件库相关技术的研究，并取得了一定的成果。如北京大学开发了基于异构平台、具有多信息源接口的应用系统集成(组装)环境一青鸟系列(JB2^[4]和JB3^[5])构件集成系统，同时提出了一套青鸟构件标准规范^[6]和相关的开发方法^[7]。但是，这些软构件库及其支撑技术都存在如下一些缺点：1)软构件的分类机制不灵活，导致构件查询不方便、构件库扩展性不强^[a]；2)注册的构件基于不同的标准，导致构件库互操作性(interoperability)不强，使得不同组织之间难以共享和复用软构件资源^[a][b]；3)没有解决构件库相关标准与国际标准的兼容性问题，这将直接影响到构件库的开放性和通用性^[11]。

随着COM、CORBA和EJB等技术的广泛应用，软构件资源开发的方法与技术日趋标准化，使得互联网上各领域的软构件资源越来越丰富。尤其随着信息网络时代的到来，电子商务、供应链管理、电子政务等应用兴起，信息化发展对网络应用服务的需求日益迫切，高度依赖信息资源集成应用和与之相关的构件库的互操作性管理与服务。然而目前的现状是，虽然软构件注册机制及其实现方法对软构件库的构造、使用和维护影响重大，但相应的软构件(含中间件)资源管理的研究却进展缓慢，仍然使用传统的数据资源建设与管理的方法，已有的软构件分类、注册技术(主要技术对比如表1所示)已不能有效适应目前软构件资源的复杂信息结构(属性、接口)及其构造、流通、管理与复用的要求^[12]，这成为阻碍软构件资源开发的方法与技术进一步发展的瓶颈。

软构件的属性是非常复杂的，不仅涉及业务应用领域的特征，还涉及到软件领域的诸多方面，如模式、体系结构、开发工具等。在这种情况下，建立一个大一统的分类注册标准，不仅工作量大，而且难度极高；即使建立后能满足软构件分类注册的基本需要，也会因为标准过于复杂导致难以更新和维护，而不能满足构件库快速发展的要求。另一方面，已有的分类注册体系(标准)很多，但是彼此孤立，互操作性与可集成性较低，造成了管理上的无序性，严重影响了互联网上软构件资源(库)的有效管理和高效使用。因此，提供一种高效的软构件分类注册方法，对于本领域技术人员来说是高难度的挑战。

表1 当前软构件库采用的主要分类、注册技术比较

文中涉及的参考文献如下：

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[4]杨芙清，邵维忠，梅宏.面向对象的CASE环境JBII型系统的设计和实现[J].中国科学(A辑)，1995，25(5)：533-542.

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[6]青鸟软件生产线技术的引进、开发、应用和示范工程.计算机软件构件复用属性规范(QB-CAKL010516)[S].北京：北京大学出版社，19％.

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发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种基于领域本体(domain ontology)的软构件分类注册方法。

为实现本发明所述目的，包括以下步骤，

(1)构造一个软构件属性公共本体，即各具体领域通用的软构件分类机制；

(2)建立一个具体领域的领域模型，在领域模型的支持下，对软构件属性公共本体进行细化，得到一个具体领域软构件属性本体；

(3)使用本体工具描述具体领域软构件属性本体，并以标准格式输出本体文件；

(4)构造具体领域软构件注册元模型(meta-model)，为获得与异构软构件库的互操作性，制定软构件库映射元模型；

(5)在具体领域软构件注册元模型和具体领域软构件属性本体的基础上，构造面向具体领域的软构件注册模型，在软构件库映射元模型的基础上，建立面向具体领域的软构件注册模型与其它注册模型间的映射关系；

(6)使用开源工具解析本体文件，自动生成软构件注册模板，使用软构件注册模板进行构件注册，

所述使用软构件注册模板进行构件注册的步骤为，

(6.1)输入要注册构件的ID(构件唯一标识符)，如果构件库中存在相同的ID，提醒用户更改构件ID号；

(6.2)根据注册模板中的各种属性项(attribute item)填写或选择相应的注册信息；

(6.3)根据注册模型，使用Jena持久化构件信息，将它保存到构件库中。

而且，采用ISO/IEC 19763标准构造软构件属性公共本体。

而且，所述对软构件属性公共本体进行细化，是在ISO/IEC 19763-3本体注册元模型的指导下，使用迭代式开发方法，对构造的软构件属性公共本体不断细化。

而且，所述制定软构件库映射元模型，是在ISO/IEC 19763-2映射元模型的指导下，采用建立词汇映射表的方式制定的。

而且，所述本体工具采用Protégé，所述标准格式采用OWL格式。

而且，所述开源工具采用Jena。

而且，所述其它注册模型包括ebXML注册模型和WSDL/UDDI注册模型。

本发明使用领域本体作为软构件注册的分类机制，分类灵活、易扩展，在相关本体工具的支持下，能够自动实现注册模板的生成，操作简单；使用本体作为构件库逻辑上的存储机制，整个构件库以及注册的构件会形成一个关于具体领域构件信息的知识库，能够实现基于语义的构件查询与推理。而且本发明构造的领域本体基于国际标准，与其他标准的兼容性好，因此，建立的软构件库开放性和通用性更强；并在较高层次建立与其他分类、注册标准的映射关系，构造的软构件库因而具有更好的互操作性，便于软构件资源的共享与复用，也有利于跨地域、跨领域的集成应用开发。

附图说明

图1本发明实施例的软构件注册模型解决方案；

图2本发明实施例的软构件属性公共本体；

图3本发明实施例的具体领域(制造业信息化)软构件属性本体；

图4本发明实施例的软构件注册元模型；

图5本发明实施例的软构件库映射元模型；

图6本发明实施例的具体领域(制造业信息化)软构件注册模型。

具体实施方式

参见附图1，本发明包括以下步骤，

(4)构造具体领域软构件注册元模型，为获得与异构软构件库的互操作性，制定软构件库映射元模型；

(6)使用开源工具解析本体文件，自动生成软构件注册模板，使用软构件注册模板进行构件注册。

本发明的关键改进是应用领域本体进行软构件分类注册，构造了软构件属性公共本体、具体领域软构件注册元模型以及软构件库映射元模型。本发明实施例的具体领域为制造业信息化领域，即通过对制造业信息化领域知识的深入研究，借鉴已有分类注册标准的优点，采用ISO/IEC 19763标准，在相关本体工具(如Protégé)的帮助下，首先构造一个制造业信息化领域软构件属性本体；然后，将该本体作为软构件注册的元数据(模板)来管理具体的构件注册信息；最后，为了实现与制造业信息化领域其它软构件库的互操作，在构件库映射元模型的基础上，建立与基于其它分类标准或软构件属性本体的注册模型间的语义映射关系，并开发相应的支撑系统。其他具体领域的软构件分类注册方法相同。

本发明提供技术方案的理论基础以便理解：描述应用系统中运行时实体及其关系的信息组成了系统的模型，而定义和表示这些模型的模型称之为元模型。元模型定义了系统建模时用到的元信息，是对某一特定领域建模环境和内容的规范定义，能够表示该领域内的所有或全部系统实例。现在，随着UML(UnifiedModeling Language)这样的通用可视化建模语言的普及以及OMG(ObjectManagement Group)组织MOF(Meta-Object Facility)规范的发布，元模型在系统建模、异构系统(模型)集成与互操作方面的应用日益广泛。元建模(meta-modeling)是一种更为抽象和系统化的建模技术，用于创建和构造元模型，便于模型、数据的格式和表现形式规范与统一。

随着元建模技术的推广和应用，不同的领域(甚至同一领域)开始出现多种元模型格式，元模型的互操作成为信息资源共享、交换和复用要解决的关键问题。究其原因，主要是由于目前特定领域知识缺乏明确统一的表示和形式化的定义，造成领域内的不同主体难以进行交流而达成共识。本体概念源于哲学中的本体论，用于表示概念内涵的显式表达和语义约定。本体能为不同范围、不同层次的研究领域统一认识，从而消除由于应用背景不同而造成的理解上的冲突和混乱，促进人-机、机-机之间的通信、资源共享和协同工作。因此，使用本体能很好地解决元建模存在的互操作问题，为两者的有机融合提供了基础。另一方面，本体中的基本组成元素是概念，从分析和组织一个领域知识的角度来看，传统本体的树型概念图是半结构化的，缺乏模型的描述和构造能力。如果将本体中的概念视为对象，将对象作为本体建模的基本元素，那么概念就可以具有对象的结构，从而可以充分利用元模型框架的建模能力。因此，使用本体元建模理论与方法既能保证建模时模型应用的本体或者建模概念间的互操作性，又能充分利用元建模技术的建模能力，便于实现基于模型的可复用软构件应用开发。

为了能够方便的进行软构件注册，本发明提供了供用户使用的软构件注册模板。使用软构件注册模板进行构件注册的步骤为，

注册新的软构件只需重复由步骤(6.1)开始即可。具体实施时可根据用户的角色(如普通用户、开发人员和管理员)分配使用权限，对注册的软构件信息和具体领域软构件属性本体进行修改和维护。

基于国际标准实现本发明，由于与其他标准的兼容性好，建立的软构件库开放性、通用性和互操作性更强。本发明采用ISO/IEC 19763标准构造软构件属性公共本体。本发明所述对软构件属性公共本体进行细化，是在ISO/IEC19763-3本体注册元模型的指导下，使用迭代式开发方法，对构造的软构件属性公共本体不断细化。软件工程国家重点实验室(武汉大学)主持制订了ISO/IEC19763-3标准：Metamodel for ontology registration，简称MFI。本发明所述制定软构件库映射元模型，是在ISO/IEC 19763-2映射元模型的指导下，采用建立词汇映射表的方式制定的。ISO/IEC 19763标准(全称Informationtechnology-Framework for metamodel interoperability，中文为信息技术-元模型互操作框架)是信息技术领域一个重要的前置性标准，其理论基础是本体元建模理论与方法，它为复杂信息资源的分类注册、建库管理、查询以及互操作奠定了基础，因此受到了ISO官方的高度评价和推荐。ISO/IEC 19763标准目前包含三部分，分别是核心模型(19763-1)、本体注册元模型(19763-3)和映射元模型(19763-2)。核心模型由MOF和ISO/IEC 11179融合构成；本体注册元模型继承了核心模型，用来为本体注册提供一个公共的元模型框架，从而统一各种元模型中使用的本体(特别是分类体系)的定义；映射元模型也继承了核心模型，用来实现不同元模型描述和格式之间的转换。这样，MFI(作为最上层的核心基础，用来为软构件属性公共本体的构造、软构件库的互操作、软构件注册模型映射提供理论与实现基础。因此，本发明具体实施时可直接采用ISO/IEC 19763标准，而且采用这种已被官方认定的国际标准有利于在全球范围内推广使用本发明提供的技术方案。当然，本方法并不限制于采用ISO/IEC19763标准，随着国际标准不断更新发展，出现更完善更科学的标准是可以预见的。

参见图1，本发明实施例面向的具体领域为制造业信息化领域，基于ISO/IEC19763标准的制造业信息化软构件注册模型解决方案包括三个层次：MFI层，包括核心模型、本体注册元模型、映射元模型及MFI其它部分；本体及元模型层，包括软构件属性公共本体、具体领域(制造业信息化)软构件属性本体、软构件注册元模型、软构件库映射元模型及ebXML注册元模型和WSDL/UDDI注册元模型；注册模型层，包括具体领域(制造业信息化)软构件注册模型(可以由不同的用户1～N注册视图组成)、ebXML注册模型和WSDL/UDDI注册模型。

本发明具体实施例的实施过程可以是：

首先，进行步骤(1)～(3)，制作出具体领域(制造业信息化)软构件属性本体的文件。

综合考虑现有软构件分类标准和应用范围，同时抽取和分析与软构件注册相关的知识，采用ISo/IEC 19763标准构造一个软构件属性公共本体，即各领域通用的软构件分类机制。该本体不仅定义和标识了各个软构件属性涉及的概念及意义，还定义了概念之间的联系和约束，使其成为一个有机的、一致的知识表示。本发明实施例的软构件属性公共本体内容和结构如图2所示，定义了软构件的各种属性，包括功能属性、管理属性、注册属性等，还可根据具体领域知识添加其他子类关系的对象属性。本发明具体实施例的功能属性包括领域信息和功能信息；管理属性包括厂商信息及相应联系信息(一般包括地址、联系人、电子邮件、电话号码、传真号码和主页)和产品信息(一般包括附加信息、许可证、价格和版本)；注册属性包括包(一般包括构件的实体文件)和注册对象(一般包括构件在库中的生命周期状态)；技术属性包括开发属性(一般包括构件的描述模型和运行时所依赖的构件)、构件公共属性(一般包括编程语言、构件容器、操作系统和计算机架构)和构件技术属性(一般包括构件标准)。

获取制造业信息化领域的基本知识(通常需要在该领域专家协商下进行)，建立相应的领域模型(主要对概念和概念间的关系进行建模)；同时，以本体树的方式描述(表示)该领域模型。

以软构件属性公共本体为基础，构造制造业信息化领域软构件属性本体，即将软构件作为领域模型中的一个概念与软构件属性公共本体进行关联。这是一个较为粗略的本体，还应在领域模型的支持下，按照ISO/IEC 19763-3的规范进行细化，得到一个更为精细的领域本体，同时使用Protégé进行描述，其类的层次关系如图3所示。本发明具体实施例的制造业信息化软构件属性本体包括联系信息、联系信息类型、可识别对象、命名类和软构件属性，与图2所示的软构件属性公共本体相比，细化出了更多概念，主要是命名类，包括构件容器、计算机架构、开发工具、文件、文件包、许可证、操作系统(如Unixlike和Windows系列，例如Win32)、编程语言、软构件和构件标准(包括构件规约)。软构件属性有所补充，如技术属性，包括构件公共属性和构件技术属性，构件技术属性在本发明具体实施例中有三个子类Component_COM、Component_CORBA和Component_I2EE，分别表示现在流行的三种构件规范COM(Component ObjectModel)、CORBA(Common Object Request Broker Architecture)和J2EE(Java2 Platform，Enterprise Edition，目前更名为Java EE)。

然后进行步骤(4)、(5)。考虑软构件注册作为信息分类领域的一种广泛应用，必须建立起完善的元模型才能保障不同领域内软构件注册机制的一致性。通过遵从ISO/IEC 19763标准，软构件注册元模型不仅在概念上能够继承该标准的规定，使不同应用类型软构件的注册可以相互理解，方便构件检索与查找，更重要的是能够获得与其它领域的注册元模型的互操作性。

具体实现如下：在MFI核心模型的基础上，增加注册属性、注册类和注册模型三个类。其中，注册模型表示一个特定领域的注册模型，每个注册模型由多个注册类组成；注册类表示可以注册的对象，所有需要保存在资源库中的可注册对象都是其子类，一个注册类可包含多个注册属性；注册属性表示可注册对象的属性，若干个注册属性组合在一起可以用来描述一个注册类的信息。软构件注册元模型如图4所示。所有的模型元素(Model Element)都是元素(Element)的子类，并且每个模型元素都有相应的约束，而特征(Feature)、可泛化元素(Generalizable Element)、命名空间(Namespace)、参数(Parameter)和约束(Constraint)都是模型元素的子类。特征分为两种：结构特征(StructureFeature)和行为特征(Behavioral Feature)，注册属性继承于属性(attribute)，是结构特征的子类。模型元素的集合构成了命名空间，注册模型继承于包(Package)，是命名空间的子类。分类器(Classifier)继承于命名空间和可泛化元素，是所有特征的集合。注册类继承于类(Class)，是分类器的子类。这样，在MFI核心模型的基础上构造出了软构件注册元模型。

由于不同的构件库使用的注册模型不同，要实现与其它构件库之间的映射，必须在MFI映射元模型的指导下规范模型间的映射。为此，需要定义软构件库的映射元模型，主要针对注册属性、注册类和注册模型三个类进行转换。具体实现如下：变换映射类表示注册模型之间的映射；分类器映射类表示模型中各注册类之间的映射；特征类表示各注册属性之间的映射。其中，变换映射和分类器映射之间有一对多的组合关系(即一个变换映射会包含一到多个分类器映射)，分类器映射和特征映射之间也存在着一对多的组合关系。软构件库映射元模型如图5所示。每个变换映射会有一(1)到多个(*)注册模型作为其源模型(关联端)，标记+表示公共、外部可见的，同时也会有一到多个注册模型作为其目标模型(target)，从而完成变换过程。相同地，每个分类器映射和特征映射也会分别对应一到多个源、目标注册类和注册属性，而且它们的公共的操作(过程表达式标)在初始状态时可以为空。

在软构件注册元模型和制造业信息化软构件属性本体的基础上，构造面向制造业信息化的软构件注册模型，如图6所示。在该注册模型中，注册对象(继承于注册类)是所有类的父类，表示一切可注册的实体，包含标识符(id)、名称(name)和描述(description)三个属性，标记-表示私有、外部不可见的；注册对象之间有关联关系，关联包含源和目标两个属性；用户(user)表示用户信息；外部对象(Extrinsic Object)表示与软构件相关的外部文件；软构件(继承于本体中的软构件概念)用来记录软构件注册信息，每个软构件可以含有数目不同的属性，这些属性由槽(slot，继承于注册属性)类来记录，每个槽含有名称和值(value)两个属性；每个注册对象可以指向或属于相应的分类(classification)，包含模式和概念(concept)两个属性，分类又指向某个分类模式(classification scheme)中的分类节点(classification node)；分类节点之间存在着聚合关系，以形成树形结构，非常好地与本体结构相对应。附图6中标记1和*与附图5中的含义相同。

注册模型间的映射主要解决各注册模型之间的转换问题，一般通过建立映射表的方式解决。在构件库映射元模型的基础上，可以建立制造业信息化软构件注册模型与ebXML注册模型和WSDL/UDDI注册模型间的映射关系，如表2所示。

表2 三种注册模型间的映射关系

最后进行步骤(6)，生成构件注册模板，提供面向用户的软构件分类注册方案。

使用开源工具Jena解析制造业信息化软构件属性本体，自动生成构件注册模板，即提供注册人机交互界面，在计算机屏幕上显示以下内容：构造的制造业信息化领域模型；软构件(领域概念)的实例，包含注册构件的名字和ID，即注册模型中软构件类的对象；根据本体文件自动生成的制造业信息化软构件属性本体；该软构件属性本体中具体的属性项(即注册模型中的槽类)，某些属性项会组成一个属性分类，即注册模型中的分类模式类，在用户界面以树形控件的节点显示(对应注册模型中的分类节点类)；以及注册构件的详细信息。

用户根据提示输入要注册构件的ID，如果构件库中存在相同的ID，提醒用户更改构件ID号；根据构件注册模板中展示的软构件属性项，填写(如主要功能介绍)或选择(如何种编程语言)具体的注册信息。用户选择保存后，将详细的构件信息(注册模型的实例)通过Jena接口持久化，存储到后台构件库中。

根据用户的角色(如普通用户、开发人员和管理员)分配使用权限，用于对注册的软构件信息和制造业信息化软构件本体进行修改和维护。

Claims

1.一种基于领域本体的软构件分类注册方法，其特征是：包括以下步骤，

(6)使用开源工具解析本体文件，自动生成软构件注册模板，使用软构件注册模板进行构件注册，所述使用软构件注册模板进行构件注册的步骤为，

(6.1)输入要注册构件的ID，如果构件库中存在相同的ID，提醒用户更改构件ID号；

(6.2)根据注册模板中的各种属性项填写或选择相应的注册信息；

2.如权利要求1所述的软构件分类注册方法，其特征在于：采用ISO/IEC 19763标准构造软构件属性公共本体。

3.如权利要求1所述的软构件分类注册方法，其特征在于：所述对软构件属性公共本体进行细化，是在ISO/IEC 19763-3本体注册元模型的指导下，使用迭代式开发方法，对构造的软构件属性公共本体不断细化。

4.如权利要求1所述的软构件分类注册方法，其特征在于：所述制定软构件库映射元模型，是在ISO/IEC 19763-2映射元模型的指导下，采用建立词汇映射表的方式制定的。

5.如权利要求1所述的软构件分类注册方法，其特征在于：所述本体工具采用Protégé，所述标准格式采用OWL格式。

6.如权利要求1所述的软构件分类注册方法，其特征在于：所述开源工具采用Jena。

7.如权利要求1所述的软构件分类注册方法，其特征在于：所述其它注册模型包括ebXML注册模型和WSDL/UDDI注册模型。