基于本体的知识管理系统语义网服务框架

２０１０乍１１月　情报探索　第１１期（总１５７期）　基于本体的知识管理系统语义网服务框架　刘彦祖　（南京大学信息管理系　江苏　２１００９３）　摘　要：将语义网服务应用到知识管理系统中，并基于ＷＳＭＯ概念模型提出一个基于本体的知识管理系统语义网服务框　架，集中研究Ｗｅｂ服务提供层，并定义了知识管理器、ｗｅｂ服务管理器和本体管理器三个主要组件。　关键词：知识管理中圈分类号：ＴＰ３９１　语义网服务本体ＷＳＭＯ　文章编号：１００５—８０９５（２０１０）１１．ｏ０９８－０４　文献标识码：Ａ　１知识管理系统中的语义网服务　在经济密集型组织中，可获得的知识资源数量　增长越来越快，对查找使用相关知识的依赖也越来　越大。基于互联网的知识管理系统虽然提供了很好　的灵活性和开放性，但由于交流信息的异质性．当处　理来自不同的资源和系统的复杂性时。它仍然存在　许多缺点。而且，在网络上搜索非结构化数据是一项　沉闷而又费时的工作，查全率和查准率相对较低。因　此．有必要利用语义网进行知识管理．提高信息获取　效率。语义网服务（Ｓｅｍａｎｔｉｃ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ．ＳＷＳ）领　域的发展可以对现有框架增加更高的语义层。来改　进可用性和易用性。本文提｝｝｛了一种用于知识管理　系统的语义网服务框架，其中数字资源和服务可通　过ＳＷＳ获得，利用主体描述允许互操作创造适合于　用户的综合反应，使现有应用之间的连通性实现模　块快速整合并形成团队以用于新的项目。　２本体映射　、　２．１本体　管理和人丁智能等领域，主要是通过本体技术来解　决语义方面的问题。本体不是知识也不是信息，而是　元信息，是关于信息的信息。本体的目标是捕获相关　领域的共有知识。提供对该领域知识的共同理解．确　定该领域内公用认可的术语。并从不同层次的形式　化模型给出这些术语或术语间相互关系的明确定　义，实现对领域知识的推理。从知识共享的角度来　说，本体是通用意义上的概念意义集合，是在各种知　识系统间交换知识的共同语言。　２．２本体异构　本体（Ｏｎｔｏｌｏｇｙ）在哲学领域称为“存在论”，指研　究事物是否存在的学科，而在计算机科学和人Ｔ智　能领域则译为“本体”。美国Ｓｔａｎｆｏｒｄ大学的Ｇｒｕｂｅｒ　博士从功能方面对本体做如下定义：“本体是概念模　型的明确的规范说明”。Ｂｏｒｓｔ对此稍作修改，提　：　“本体是共享概念模型的形式化规范说明”。在知识　ＡｕｔｈＣｌｉｅｎｔ都在初始化时向ＡｕｔｈＳｅｒｖｅｒ发送一个登　录请求，并获得一个ｒｅｆｌｄ来用于后续的通讯。通讯　的内容包括：　（１）初始化ＡｕｔｈＣｌｉｅｎｔ注册；　本体能解决特定应用中的知识共享问题。但是，　事实上不可能构建　一个覆盖万事万物的统一本　体。实际中，不同的用户和团体根据不同的应用需求　和应用领域来构建或选择合适的本体，这样一来，即　使在同一个领域内也往往存在着大量的本体。这些　本体所描述的内容在语义上往往重叠或关联，但在　所使用的本体表示和表示模型上却具有差异，这便　造成了本体异构。在语义网中，为了获取其他应用所　拥有的信息，或者联合多个应用以实现更强大的功　能，不同应用系统之间的交互非常普遍和频繁。实际　的语义网应用中。本体异构造成了大量的信息交互　问题［１］．本体之间的不匹配是造成本体异构的直接　原因。　２．３解决本体异构的方法　存在访问流量网络瓶颈和配置复杂等缺点，也存在　功能单一、不能与其它系统对接实现统一认证管理　等问题。本系统采用跨域名Ｃｏｏｋｉｅ技术实现基于　Ｗｅｂ数字资源访问的统一身份认证和单点登录，利　用校园网公共数据平台信息库，实现流量控制、资源　管理、查询、统计分析等功能的实时、跨校区统一管　理，是对实现校园网外电子资源各种访问方式的良　好补充。　参考文献　（２）读取用户的ＳＤ缓存信息；　（３）更新Ｓｅｒｖｅｒ端ＳＤ缓存；　（４）流量报告；　（５）连接情况报告；　（６）取ＡｕｔｈＳｅｒｖｅｒ服务器时间；　（７）ＡｕｔｈＣｌｉｅｎｔ正常退ｆ｝｛。　５　结论　ｆ１１　王琼．校园网外罔书馆电子资源访问技术探讨［Ｊ］．　科技情报开发与经济，２００６（２３）：３３—３４　［２］　李书宁，徐文贤．非校园网用户访问图书馆电子资　源研究『Ｊ１．图书馆论坛，２００５（４）：１０２—１０４　单纯依靠代理服务器和ＶＰＮ的实现方法，不仅　２０１０年１１月　刘彦祖：基于本体的知识管理系统语义网服务框架　第１１期（总１５７期）　解决本体异构的通用方法是本体集成（Ｏｎｔｏｌｏｇｙ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）￣本体映射（Ｏｎｔｏｌｏｇｙ　Ｍａｐｐｉｎｇ）。本体集　成直接将多个本体合并成为大本体，本体映射则寻　找本体间的映射规则，其最终目的都是为了消除本　体异构．达到异构本体间的互操作。本体集成指的是　在本体的实体间建立映射，处理映射，以达到本体对　齐（Ｏｎｔ０ｌｏｇｙ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ，即本体的连接）或者是本体　合并（Ｏｎｔｏｌｏｇｙ　Ｍｅｒｇｉｎｇ，多个本体组合为一个一致的　本体）的过程　。在本体集成过程中，映射可以看成　其子过程。建立准确的本体映射是基础性的任务，达　到本体对齐或者本体合并是其目标。　本体映射是不同本体的两个实体之间语义关系　的形式化表示，是分布式环境下实现不同本体之间　共享和交流的基础性任务。其中，实体可以是本体的　任何构成对象，包括概念、属性、关系等；实体间的语　义关系可以是相似关系、父子关系、简单集合论关系　或者模糊关系等。可以看到，本体映射是达成信息在　异质本体间流动的工具。　本体对齐是描述两个不同本体中实体相应关系　映射的集合。需要注意的是，本体对齐并不是实体间　关系的集合，而是映射的集合。本体对齐将两个本体　正确地连接起来，可以用于多个本体的联合查询等　任务。　本体合并指的是在两个不同的本体Ａ和Ｂ中　发现共同处并且产生一个新的本体Ｃ以助于实现分　别基于Ａ本体和Ｂ本体的计算机系统之间的互操　作。Ｃ本体可以只作为两个计算机系统的中间本体，　也可以取代Ａ或者Ｂ。本体合并与本体对齐不同之　处在于：本体对齐不生成新的本体，只是在原有的需　要对齐的本体之间建立一个映射集合以达成本体的　互操作．而本体合并在原有本体的基础之上根据应　用的需要生成一个新的本体。　从语义知识管理的角度来看。解决本体异构是　非常重要的，可以实现异质知识库之间的数据共享，　并且允许应用来自不同知识库的数据。从语义Ｗｅｂ　服务的角度来看，解决本体异构也很重要，因为服务　请求者和服务提供者并不保证在通信中使用相同的　术语．因此需要使用本体中介器来实现异质商业模　式之间的交流。　３语义网服务　万维网上分布着各种各样的信息服务。网络服　务（Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）能够实现网络服务各个部分的无　缝连接。然而，网络服务技术仅仅能描述基于语法的　网络服务．不能提供一个能够在无人干预的情况下　自动地适应环境的网络服务。基于语义的网络服务　通过使用机器可以理解的语义以解决服务的自动发　现、整合和使用，使得网络服务中的人工干预下降到　最低。　斯坦福大学的Ｍｃｌｌｒａｉｔｈ等人提出了语义网服务　（Ｓｅｍａｎｔｉｃ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）的概念，指　如果用语义网　的知识标记手段来描述服务的语义，将使Ｗｅｂ服务　成为计算机可以理解的实体，从而支持服务的白动　发现、执行和组合等。目前在Ｗｅｂ服务建模领域最　有成效的研究成果是ＯＷＬ—Ｓ和ＷＳＭ０Ｉ３］。　（１）ＯＷＬ—Ｓ是基于ＯＷＬ语言的Ｗｅｂ服务本　体，其前身是ＤＡＭＬ—Ｓ，白２００１年５月以来经历多　次版本升级，目前最新版本是ＯＷＬ—Ｓ　１．１０。ＯＷＬ－Ｓ　支持Ｗｅｂ服务提供者构建计算机可以理解的Ｗｅｂ　服务，使代理Ａｇｅｎｔ能够自动发现、调用、组合及监　控Ｗｅｂ服务。０ＷＬ—Ｓ由三部分组成：Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｐｒｏｆｉｌｅ　用于广告和发现服务；Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｍｏｄｅｌ对服务操作给　出详细描述：Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ详细描述了如何通过　消息与另一个服务进行互操作。　（２）ＷＳＭＯ是由欧盟ＩＳＴ支持的ＳＷＷＳ项目组　制订的Ｗｅｂ服务建模规范，提供了一个框架　（ＷＳＭＦ）和一种语言（ＷＳＭＬ）来描述Ｗｅｂ服务的语　义信息。ＷＳＭＦ由Ｏｎｔｏｌｏｇｉｅｓ，Ｇｏａｌｓ，Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ和　Ｍｅｄｉａｔｏｒｓ共四个部分组成。　ＷＳＭＯ和ＯＷＬ～Ｓ概念模型的主要区别在于　ＷＳＭＯ区分了服务请求者和服务提供者，并且引入　了中介器的概念。这样服务请求者可以使用不同的　术语。本文的知识管理系统语义网服务框架是基于　ＷＳＭＯ模型提出来的。　４　ＷＳＭＯ模型　ＷＳＭ０（Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｏｎｔｏｌｏｇｙ．网络服　务建模本体）是描述语义网络服务的一个概念模型，　其目的是通过为语义网络服务的核心元素提供本体　化说明，从而更好地支持网络服务的发现、整合及交　互　ＷＳＭＯ中介器是语义网络服务领域的一个全新　概念．它是ＷＳＭＯ对语义网络服务的重要贡献之　一。其整体架构如图１＿４］。　（１）Ｗｅｂ　服　务：描述了网络服　务在［ｎｔｅｒｎｅｔ上　目标　的业务接口。　ＷＳＭＯ通过描述　　：：　Ｗ　；：　：　一系列“能力”（代　；服务　表网络服务所提　供的功能）以及　“接口”（说明能力　　：，手ｊ　器　：　是怎样实现的）进　而描述　每一个　网络服务的特性。　图１　ＷＳＭＯ结构　（２）中介器：提供了整合多个网络服务联合作业　中产生的误匹配问题的一般机制。中介器正是用来　解决强语义级别的网络服务所出现的问题的模块。　情报探索　第１１期（总１５７期）　中介器分为：　用户交　本体一本体中介器。　互层　它是ＷＳＭＯ中介器机制　的基本组件，关注于数据　层面的调解．用于解决本　体间的误匹配问题。它的　来源组件是本体或本体一　本体中介器，目标组件可　接口层　以是任何ＷＳＭＯ顶层元　素。其相关的调解技术是　数据层次调解。　中介器层　目标一目标中介器。　精确地描述目标之间的　关系并解决其间可能存　在的误匹配问题。来源组　件为一个或多个目标．而　目标组件是一个目标。其　本体层　相关的调解技术是数据　层次调解以及目的层次　调解。目的层次调解可以　图２基于本体的知识管理系统语义网服务框架　精确地描述来源目标和目标之间的关系。　分布式ＫＭＳ可以实现多个知识提供者（个体、　服务一目标中介器。精确地描述了网络服务与目　群体、组织）交换或共享以不同形式存储于组织内分　标之间的关系并解决二者之间存在的误匹配问题。　布式知识库的知识。文中的框架采用一个Ｗｅｂ服务　从而为服务发现提供辅助支持。来源组件可以是一　组件。并且予以扩展。以支持知识处理生命周期。除　个或多个网络服务，目标组件是一个目标．反之也可　了知识提供者．另一种类型的用户是知识服务请求　以。服务一目标中介器使用到的调解技术有数据层次　者，请求来自ＫＭＳ的服务。用户交互层描述了不同　调解技术、目的层次调解技术及过程层次调解技术。　ＫＭＳ用户的目标，每个目标都明确定义，并且传达到　服务一服务中介器。用来解决网络服务之间阻碍　其它层，以确保提供的或请求的每个服务。　其自动交互的误匹配问题。来源组件是整合了若干　５．２接口层　其他网络服务的网络服务，目标组件是整合的若干　接口层描述了Ｗｅｂ服务如何实现，通过交互作　网络服务其中之一。相关的调解技术有数据层次调　用提供Ｗｅｂ服务的操作能力，交互作用定义了与来　解技术、目的层次调解技术和过程层次调解技术。　自不同服务提供者的其他Ｗｅｂ服务的通信与合作。　（３）目标：描述了当客户请求服务时可能持有的　Ｗｅｂ服务接口主要是为Ｗｅｂ服务的操作描述目的　目的。目标中的主导元素是“需求能力”，它详述了客　设计的，并且以一种适合软件代理确定Ｗｅｂ服务并　户端对某个网络服务的功能要求。另外，通过描述　推理的方式呈现。它还能用于发现和选择目的，以及　“需求接口”，用户也可以描述其期望与网络服务的　与一些现存的Ｗｅｂ服务规范的联系。　交互方式。　５．３　中介器层　（４）本体：提供了对某一领域的正式描述和共享　中介器层参与处理异构问题，也就是处理资源　概念。其使用有两个目的：为网络服务的交互信息提　之间可能　现的误匹配。异质在开放的分布式环境　供正式语义。从而方便网络服务整合：定义为网络服　里经常出现．因此在语义Ｗｅｂ服务的应用领域，即　务认可的准确术语。从而方便网络服务中的人机交　ＷＳＭＯ。将中介器定义为一个顶层概念。　互。　在这层，定义了三个主要组件：知识管理器（Ｋ—　５基于本体的知识管理系统语义网服务框架　Ｍａｎａｇｅｒ）。语义Ｗｅｂ服务管理器（ＳＷＳ　Ｍａｎａｇｅｒ）和　框架由四层构成：用户交互层、接口层、中介器　本体映射管理器。Ｋ—Ｍａｎａｇｅｒ：负责管理知识提供者　’层和本体层。每层可以操作，各自具有明确的任　提供的知识，描述用户模型，该模型与用户本体描述　务和职责．并且相互间可以进行交流］５１。图２中的框　链接，用于之后参考。ＳＷＳ　Ｍａｎａｇｅｒ：用于管理ＫＭＳ　架各层与ＷＳＭ０模型框架相对应。　提供的服务。知识服务可以定义为一种通往知识目　５．】　用户交互层　标集合入口的方法，并且伴随着一组作用于这个资　１０Ｏ　２０１０年１１月　刘彦祖：基于本体的知识管理系统语义网服务框架　第１１期（总１５７期）　源的操作，包括知识发现，导航、检索和交互。　因为可能不只有一个知识库（由不同服务提供　者提供），因此，需要一个发现最佳知识服务的　方法。每当　现一个新服务时，都将从语义上　对其进行描述，并将其与ＷＳ本体中的已有语　义描述链接。假设一个目标发出请求．ＳＷＳ管　理器将完成以下几个流程：（１）发现一个Ｗｅｂ　服务的候选集；（２）选择最佳；（３）处理数据和　本体的误匹配；（４）调用选中的Ｗｅｂ服务，同时　包括数据、控制流和Ｗｅｂ服务调用要求。为了　实现过程，ＷＳ描述需要来自本体层的领域本　体的支持。本体映射管理器：当向现实应用引　入本体时，需要采取一些对齐、合并和映射引　图３知识管理系统语义网服务的本体流　入本体的步骤，以解决本体误匹配问题。因此，　在对引入本体进行对齐、合并和映射时使用本体映　（１）语义Ｗｅｂ服务概念模型允许用户发展跨语　射管理器是必要的。　言的语义Ｗｅｂ服务：　５．４本体层　（２）将语义Ｗｅｂ服务和Ｗｅｂ服务标准整合，使　本体层提供了中介器层三个组件所需的支持。　其可以使用现行的基础设施；　它提供了三个本体的语义描述：用户本体、领域本体　（３）标准化设计，通过由一组而又联系的模　和Ｗｅｂ服务本体（ＷＳ本体）。用户本体由面向用户　块组成的分层结构体系实现，其中包括关于ＳＷＳ开　的概念组成，并对不同用户实现个性化描述。领域本　发过程的不同观点的知识。　体专门描述知识对象的参数，它详细说明了知识对　语义网服务是提高企业内和企业之间应用集成　象的相关实体以及属性的子类和父类间的关系。类　的一个最有前景的研究方向。因此，需要提出一个成　似于领域本体，ＷＳ本体描述了ＫＭＳ提供的服务．它　熟的框架来整合所有的知识管理系统构件．以实现　描述了服务的层次。一个服务的子类继承了它父类　知识管理服务的自动化。本文提出的框架中，本体的　服务的属性和功能，并且发展了自己的特征。　解决方案有其自身的局限性，在具体实施的时候，本　总之，本体是实现ＳＷＳ技术潜力的关键，它在　体库的构建要考虑到方方面面的需要。因此还需要　支持知识管理任务中起着重要作用．尤其重要的是　进一步发展本体的构建、表示、评价以及映射等相关　实现异质知识库之间的知识共享，解决了跨应用的　理论，来完善语义网服务。　互操作问题。因此，需要构建一个基于本体在语义　参考文献　Ｗｅｂ服务平台上发展ＫＭＳ的框架。然后才能实现智　［１］陆建江，等．语义网原理与技术［Ｍ］．北京：科学　能知识管理系统，为用户提供快速有效的知识管理。　版社．２００７　［２］　于娟，党延忠．本体集成研究综述［Ｊ］．计算机科学，　图３展示了用于知识管理系统的ＳＷＳ中的本　２００８，３５（７）：９—１３，１８　体流。知识提供者和知识服务请求者通过向用户提　［３］徐宝祥，等．两种典型语义Ｗｅｂ服务方法的比较研　供语义知识管理服务的语义知识管理人口产生相互　究［Ｊ］．情报科学，２００６，２４（２）：２７０－２７４　影响。知识提供者是主要的知识来源。知识将被存储　［４］郭立帆，苏志军．语义Ｗｅｂ服务概念及主流架构研　于知识仓库，并以可实现有效存储和获取的方式组　究［Ｊ］．江西图书馆学刊，２００８，３８（１）：１０８—１１０　织。图中圈起来部分是我们目标框架的核心，也是实　［５］　Ｚａｉｈｉｓｍａ　Ｃｈｅ　Ｃｏｂ，Ｒｕｓｈ　Ａｂｄｕｌｈｈ．Ｏｎｔｏｌｏｇｙ－ｂａｓｅｄ　现知识管理系统语义网服务的核心。　Ｓｅｍａｎｔｉｃ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｆｏｒ　Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　这个框架的设计基于以下几个要求，确定了利　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８（２）：１－８　用一个开放可扩展的框架来发展语义网服务的条　件　收稿日期：２０１０—０５—２０　作者简介：刘彦祖（１９８６一），女，２００８级情报学硕士研究生。　１０１