蔡寅

摘 要：為了解決P2P定義域抽象與概念上表達的二義性和不兼容性，構建了語義P2P系統(tǒng)參考模型語義映射，包括映射表達、映射實現、映射正確性、映射執(zhí)行者以及映射維護等各種問題的決策，從通用的、高層抽象的角度對涌現出來的分布式計算模式進行建模，為該領域建立了一個通用的技術框架，使得研究成員相互間能更好地理解與交流，為各語義P2P系統(tǒng)間的比較提供了共同準則。

關鍵詞關鍵詞：語義網絡；P2P；SP2P參考模型；分布式計算

DOIDOI：10.11907/rjdk.161489

中圖分類號：TP303

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0001-03

0 引言

目前，針對P2P的研究已經產生了各種各樣的實現與體系結構。各類研究者在知識管理、數據庫、信息檢索、P2P等方面的背景不同，導致了這些各種各樣的實現與體系結構在定義域抽象與概念上表達的二義性和不兼容性。P2P仍然是一個不斷演化的領域。GUO Fangfang等[1]構建了一種層次P2P模型，用于網絡安全數據融合告警系統(tǒng)；劉衍珩等[2]構建了P2P流媒體中動態(tài)分級傳輸模型，用于流媒體的傳輸；吳鵬[3]針對文件共享只能按照文件標識符查找的問題，構建了異構模式間的語義映射模型，將查詢請求中所有別名轉化成真實的數據表信息。目前存在不同的SP2P系統(tǒng)及其類型，如Piazza、Chatty Web、KEx、Somewhere、Hyperion、PeerDB、coDb、Esteem、Observer以及Edutella，這些系統(tǒng)互不兼容，具有不同的體系結構，是由具有不同知識背景的專家開發(fā)的。

參考模型創(chuàng)建有兩種不同的方法，Volker與Katarina[4]闡述了創(chuàng)建參考模型的兩種主要方法，即：①當某個領域有大量系統(tǒng)可用時，可以通過抽取現有系統(tǒng)的通用組件來開發(fā)參考模型；②對于一個領域，沒有較多系統(tǒng)可用時，通過對現有與本領域相近的領域參考模型進行提升得到。本文采用第一種方法，即從現有系統(tǒng)及其相關工作中抽取共同組件，以構建SP2P系統(tǒng)參考模型，該SP2P系統(tǒng)參考模型捕獲了許多SP2P系統(tǒng)及其相關工作的共同特征，并對這些系統(tǒng)與相關工作的關鍵概念提供了標準化的描述。為了獲取參考模型的主要結構，本文著重對現有SP2P系統(tǒng)的顯著特征進行識別，這些特征是有代表性的SP2P系統(tǒng)及其相關工作的用戶可視的各個方面，包括SP2P系統(tǒng)的共同方面與不同方面，這種方法就是面向特征的領域分析法（FODA）。對與SP2P系統(tǒng)相近領域的參考模型進行研究，包括網格計算參考模型[5]與Web服務參考模型[6]，這些參考模型代表了各個經典領域，并采用第一種參考模型創(chuàng)建方法來加以創(chuàng)建。選取多個SP2P系統(tǒng)及其有代表性的相關研究工作來抽取SP2P系統(tǒng)的顯著特征，包括Chatty Web、KEx、P2PSLN及Piazza 4種系統(tǒng)及其相應的組件、組件屬性以及組件之間的關系。

1 SP2P參考模型語義映射構建

由于研究者的知識背景不同，并且SP2P領域仍然在不斷演化，目前存在許多各式各樣的SP2P實現與體系結構。本文提出的SP2P參考模型滿足通用體系結構的本質需要，是對現有系統(tǒng)的主要方面進行建模。一個特殊的SP2P系統(tǒng)，例如Chatty Web、Piazza等，可以看成是參考體系結構的一個實例。本模型是一個高層次的抽象，隱藏了開發(fā)者的實現細節(jié)，然而，它使得導出具體的系統(tǒng)成為可能。基于本參考模型所創(chuàng)建的系統(tǒng)應該容易修改。SP2P參考模型由7個主要結構組成：

SP2P=

其中p表示結點；r表示資源；qf表示查詢生成器；sn表示語義鄰居；rt表示路由；m表示映射；qa表示查詢結果。這7個結構組成了任何SP2P系統(tǒng)所需要的最小組件，并能用于SP2P系統(tǒng)評估。

語義映射m=，是指來自獨立信息資源（本體）的概念之間的語義關系。對于任何SP2P系統(tǒng)而言，語義映射是基礎設計創(chuàng)建塊，也是深度研究中的一個課題。由于結點信息的表示是異構的，因而映射是SP2P系統(tǒng)的基礎組件。結點的局部本體被獨立開發(fā)出來以反映結點的知識、興趣及文化。因此，在參考模型中需用映射組件來描述本體之間與概念轉換相關的設計方面。SP2P系統(tǒng)使用的語義映射涉及映射表達（me）、映射實現（mi）、映射正確性（mc）、映射執(zhí)行者（mw）以及映射維護（mm）等各種問題的決策。此外，SP2P系統(tǒng)可以支持查詢的改寫，也即分解查詢或以一個等價但完全不同的方式對查詢重新排序，在這種情況下，映射組件需要一個額外的評估過程來支持查詢的評估與更改。

1.1 映射表達

從以最簡單形式進行語義映射適合不同本體中發(fā)現查詢概念的同義詞。在具有更好表現力的映射中，邏輯關系用于發(fā)現概念間的關系、概念屬性和性質。

邏輯關系集通常用于定義結點本體概念間的關系，包括{≡，＼[，＼]，*，┷}。關系C1≡C2意味著兩個概念等價，換言之，C1與C2是兩個相似的或同等意義的并可相互交換的兩個不同的概念，例如，“notebook”與“l(fā)aptop”是兩個等同的概念。關系C1＼]C2表示C1超過C2，即C1比C2更具有一般性或更寬廣，例如，“system software”的概念比“operating system”的概念更具有一般性，更寬泛。關系C1＼[C2表示C1低于C2，即C2比C1更具有一般性或更寬廣，例如，“book”比“publication”更不具有一般性，因為出版物不僅僅是書。關系┷表示兩個概念之間沒有語義關系，例如，“bank”作為財政機構與“bank”作為河岸之間沒有語義關系。不能用以上關符號描述的其它兩個概念之間的關系用*來描述。

映射的表達對查詢結果的可擴展程度有影響?；谟成湓试S的邏輯表達式，可以增加或減小查詢結果的可擴展程度。需要精確映射的系統(tǒng)可能放松系統(tǒng)的約束條件，以增加查詢的召回率。例如，假定一個本體中的“大學”概念與第二個本體中的“教育學院”的概念是等價的，即：

大學≡教育學院

相應地，映射操作返回值為1：

map（大學，教育學院）=1.0

由于這兩個概念能同時被映射到一個共同的概念“學院”，因此，這個假定是有效的。

此外，假定“大學”或“教育學院”與“研究院”之間已確定具有相關的語義關系，即：

map（研究院，教育學院）=0.25

現提出如下查詢：

Query：列出該地區(qū)所有研究院的名字

嚴格的查詢結果為空，因為在“研究院”與“大學”或“教育學院”之間沒有設置完全等價的關系。然而，如果放寬查詢的約束條件，即不是查找“研究院”與“教育學院”概念間的確切關系，而且考慮先前的查詢結果，將會有相應的大學名字被檢索出來，因為“研究院”與“教育學院”之間的關系都會被確定為“學院”。

1.2 映射實現

如何進行映射是一個非常重要的設計問題。結點使用例如WordNet的本地的同義詞辭典的副本，創(chuàng)建其自己的字典，構建映射表，交換本體以翻譯本體間的概念。執(zhí)行映射方法的選擇受應用范圍的影響，對于小范圍、特定領域的應用，結點可能交換其局部本體或創(chuàng)建其局部字典以供翻譯；對于較大規(guī)模的應用，可能需要局部同義詞字典，能夠完成一些推理，而不僅僅是處理與本地字典與表相關的簡單的概念到概念的映射。映射可以被自動地、半自動地或手動地進行。

1.3 映射正確性測量

正確的語義映射是SP2P系統(tǒng)的基礎。很多研究者致力于對可能錯誤的分類、對映射質量的測量以及對查詢翻譯期間信息丟失的評估。映射正確性的測量有兩種方式，即數值測量與邏輯測量。數值測量適合于通過映射工具返回數值，例如，一個映射操作得出概念間的語義關系，“Laptop”概念C1與“Notebook”概念C2的映射關系為：map（C1，C2）=1.0；“Operation system”概念C3與“Software”概念C4的映射關系為：map（C3，C4）=0.5或一些其它值。假如一個映射操作返回的數值≥δ（閾值），則認為該映射是正確的。與本體概念間語義關系相關的數值由系統(tǒng)的設計者決定。例如，一個SP2P系統(tǒng)對于映射使用一致性表，賦給表中兩概念之間關系的值將被申明，并用于以后的映射過程。

邏輯測量是在映射操作期間得出邏輯關系，也即兩個概念間的關系是否滿足其邏輯操作{≡，＼[，＼]，*，┷}中的一個。例如，“publication”與“book”間的邏輯關系為＼]。

以上兩種方法可以改變，因此，邏輯關系可以轉換為數值關系，反之亦然。

1.4 映射執(zhí)行者

P2P系統(tǒng)設計者必須決定誰來實施映射，是發(fā)送結點，還是接收結點？也即查詢轉換發(fā)生在發(fā)送查詢之前，還是發(fā)生在接收查詢之后？這是非常重要的決定，它影響到查詢路由。在某種程度上，查詢結點先執(zhí)行映射，再提交給語義相關的結點（如果映射的輸出結果高于某一給定閾值），這種約束可以用作一種結束查詢轉發(fā)策略。若一個接收結點接收一個查詢后再執(zhí)行映射，也即對查詢轉發(fā)沒有約束，任何一個查詢將會發(fā)給任何其它結點，查詢接收結點回答各種查詢，或將它們轉發(fā)到其它結點。

1.5 映射維護

不同本體之間的映射需要維護。這是因為映射隨著本體的改變而過時。過時的映射會給整個系統(tǒng)帶來失敗的危險。因此，有必要進行以下處理：①語義映射維護；②映射失敗檢測；③容忍映射失敗。映射維護用于阻止映射失敗，需要進行失敗檢測以至于修復。容忍映射失敗是必要的，目的在于降低因映射失敗給系統(tǒng)帶來的毀壞程度。

1.6 映射維護

在SP2P系統(tǒng)中，查詢結果的正確性需要評估，當一個查詢得到多個查詢結果時，需要選擇合適的查詢結果。因此，在SP2P參考模型中，需要查詢結果組件（qa）。換句話說，參考模型的查詢結果組件qa=用于處理查詢結果的兩個重要方面，即：①查詢答案評估（ae）；②查詢結果選擇（as）。查詢結果評估策略是語義覆蓋網絡中適應性查詢路由的重要方面，對需要連接的SP2P網絡，需要采用正確結果評估函數。不正確的評估函數會阻礙語義相關的結點群集，基于有效應用，能夠很好地在系統(tǒng)的性能與可靠性上取得一致。

查詢結果評估的確定（qd）方式在SP2P系統(tǒng)中是一個重要的設計問題。結果確定可以手動或自動獲得，在手動查詢結果確定方式中，查詢結果組件將結果呈現給用戶，由系統(tǒng)用戶決定其查詢結果的正確與否；在自動查詢結果確定方式中，系統(tǒng)結點有確定查詢結果正確與否的能力。對于后者，系統(tǒng)設計者需要設計一系列的準則來增強對SP2P系統(tǒng)的控制，以有能力決定查詢結果的正確與否。這種測量實例包括計算查詢結果概念與查詢概念間的語義關系。

結果選擇as=，當一個查詢從正確的轉換序列中得到多個正確結果時，可定義一系列準則來選擇其一。這包括答案的精確性（ap）、映射路徑的長度（lp）以及結點的權重（w）。結點的權重指查詢結點在參與產生結果的結點中的信任級別，用w表示。查詢路徑長度與精確性可直接由查詢結果計算得到，結點的權重可通過對以前結點遇到的情形收集得到，或從結點的推薦信息中得到。

查詢結果處理的另一個重要元素是結點對部分結果集成的能力。一些查詢結果可能是部分結果，因此，需要結點具有對多個部分結果集成的能力，也即結點必須能合成所有部分結果并為用戶和其它結點提供一個全都相同的結果。

查詢結果可能直接或間接地傳送到查詢結點。直接的應答結果是哪些響應結點不經由中間結點而直接發(fā)給查詢結點的查詢應答結果；間接的應答結果是哪些經由查詢映射路徑而到達查詢結點的查詢應答結果。

查詢結果的到達依賴于路由行為，也即查詢結果路由返回到提出查詢的結點，因此，查詢結果的到達是路由組件的一部分。

2 模型適應性確認

為了表明模型的適應性，KEx、P2PSLN、Piazza以及Chaty Web系統(tǒng)體系結構被映射到此參考模型。表1說明，所描述的最新系統(tǒng)擁有模型的核心組件，然而，它們在組件屬性與組件關系的實現上互不相同。

3 結語

本文構建了語義網絡P2P參考模型的語義映射，解決了P2P定義域抽象與概念上表達的二義性與不兼容性。采取結點本體概念間的映射表達，用以發(fā)現概念間的關系、概念屬性和性質，其結點使用同義詞辭典創(chuàng)建其字典，構建映射表，實現映射，交換本體以翻譯本體間的概念；采用數值測量與邏輯測量的方式實現了映射正確性測量，查詢結點先執(zhí)行映射，然后提交給語義相關的結點，用于結束查詢轉發(fā)的策略。最后，本文給出了P2PSLN系統(tǒng)所呈現的概念與關系，建立了一個通用技術框架，為各語義P2P系統(tǒng)間的比較提供了共同準則。

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（責任編輯：孫 娟）