语义发布订阅系统数据模型和匹配算法研究

摘要

随着计算机网络的快速发展，网络计算己进入大规模分布式计算时代。这种大规模分布式计算与传统的计算环境相比，具有大规模、分散控制、动态性、松散耦合等特点。发布/订阅系统能够使得参与者之间在时间、空间和控制流方面完全解耦，成为新一代分布式计算技术的基础平台。 现有的发布/订阅系统在基于内容的数据模型、匹配算法和路由算法上已经取得了很多的研究成果，但是仍然缺乏对语义的支持。论文针对面向语义的发布/订阅系统的关键技术数据模型和匹配算法进行研究，并实现了基于语义的发布/订阅原型系统--钱塘语义发布/订阅系统(JTang Semantic Public/SubscribeSystem，简称JTangPS)，为大规模网络计算环境提供可选的中间件平台支持。 论文首先提出了一种面向语义的发布/订阅系统的数据模型，发布/订阅系统的数据模型决定了系统的表达能力，语义发布/订阅系统的数据模型，包括概念模型、事件模型和订阅模型。概念模型规定了某一领域中的概念及其之间的关系，用OWL语言来表示；事件模型规定了事件的表达方式，事件利用RDF图来表示；订阅模型规定了订阅的表达方式和过滤条件，用RDF图模式来表示。这样就可以使得信息被系统无歧义的理解和处理，并在不同程序间交换。此外，提出了一种新的订阅语言JTangPS-SL，使得用户可以自定义订阅。 在上述语义数据模型的基础上，需要建立一种快速的匹配算法。我们的匹配算法的根本思想是将订阅图模式和事件图分解为一系列弧的集合，以弧为单位进行匹配。利用订阅之间的重叠性，将大量订阅合并为一个订阅，从而提高空间和事件效率。在将一个事件转换为特定的数据结构时，利用推理机判断事件的有效性并推理出额外的语义信息，'与订阅进行匹配。在匹配过程中，利用订阅约束的重复性，减少对变量约束的检查，提高时间效率。 最后，论文设计了一个发布/订阅系统JTangPS，实现了上述的数据模型和匹配算法。该系统基于Java技术开发，建立于已有覆盖网络之上，并提供丰富的访问形式，测试数据表明，JTangPS在表达能力和性能上有了很大的提升，能够适应大规模网络计算的需要。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2发布/订阅概念及应用

1.2.1发布/订阅相关通讯模型

1.2.2发布/订阅系统基本模型

1 2.3发布/订阅系统应用

1.3典型发布/订阅系统介绍

1.4发布/订阅系统关键技术体系

1.5发布/订阅系统关键技术及研究现状

1.5.1数据模型及研究现状

1.5.2匹配算法及研究现状

1.6论文研究内容及组织结构

1.7小结

第2章语义发布/订阅系统数据模型

2.1语义Web基本概念

2.1.1语义Web的体系结构

2.1.2 RDF

2.1.3本体

2.2 JTangPS的概念模型

2.2.1概念模型描述内容

2.2.2 JTangPS推理机制

2.3 JTangPS的事件模型

2.4 JTangPS的订阅模型

2.4.1订阅模型的定义与表示

2.4.2订阅语言

2.5相关工作比较

2.6小结

第3章语义发布/订阅系统匹配算法

3.1匹配算法的设计目标

3.2匹配算法的设计思路

3.3 JTangPS的匹配算法

3.3.1订阅的数据结构及转换算法

3.3.2合并订阅的索引结构及维护

3.3.3事件的索引结构及转换算法

3.3.4匹配

3.4实验

3.4.1实验设计

3.4.2结果分析

3.5小结

第4章JTangPS的原型系统实现

4.1系统体系结构

4.2系统功能结构

4.3系统主要包、类设计

4.3.1包jtang.application

4.3.2包jtang.core

4.3.3包jtang.message

4.4各模块类图

4.4.1 JTang应用层模块类图

4.4.2 JTang核心模块类图

4.4.3 JTang消息模块类图

4.5关键过程描述

4.5.1客户端连接

4.5.2订阅发布与处理

4.5.3事件发布与处理

4.6执行环境

4.7 小结

第五章结束语

5.1论文主要贡献

5.2未来工作展望

参考文献

作者简历

致谢