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2023-08-30
分布式数据库技术：概念互操作分级模型
【摘要】：从数据库角度来看，概念分级是很重要的，因此，本节我们聚焦于概念层面，讨论概念互操作分级模型。表5.2信息系统互操作分级续表这里把互操作区分为企业级、领域级、功能级、连接级和隔离级。表5.3概念互操作级别在互操作与仿真上，上述面向语言学的分级可以从实施角度来进行分析，可以分成网络层、执行层、建模层、设计与搜索层、决策层、协同层等，如图5.4所示。
从数据库角度来看，概念分级是很重要的，因此，本节我们聚焦于概念层面，讨论概念互操作分级模型。学术界也对互操作进行了分析研究，参考文献［6］提出了一个概念互操作分级模型（levels of conceptual interoperability model，LCIM）。整个LCIM共分为以下5级。
Level 0（system specific data）：在这一级，两个系统间没有互操作，数据在每个系统内独立使用，不存在共享。
Level 1（documented data）：这一级中的数据通过使用共同的协议来文档化，这类协议使用HLA（high level architecture，高层体系结构）定义的对象模型，借助接口来存取，达到互操作各方之间的数据和接口文档化的目的。
Level 2（aligned static data）：这一级中的数据使用共同的参考模型来文档化，这种模型以一个共同的本体为基础，即数据以一种明确的形式来描述。使得互操作各方具有使用公共参考模型/公共本体的特点。
Level 3（aligned dynamic data）：这一级中的数据在同盟/成分内使用，使用标准的软件工程方法如UML来规范定义等。此时，互操作各方能共享公共系统方法/开源代码。
Level 4（harmonized data（融洽数据））：这一级中的数据在同盟/成分内使用，使用标准的软件工程方法如UML来规范定义等。数据间的与执行代码无关的语义连接使用基于成分的概念模型文档化展示出来。
这里，互操作各方具有公共概念模型，可达到语义一致性。
LCIM的结构如图5.3所示，可以分为第0级、第1级、第2级、第3级和第4级互操作。
图5.3 LCIM的结构
1.LCIM Level 0（第0级）系统特定数据（system specific data）
在这个级别，数据在系统内专用。数据只是系统内的资源，而不为其他用户共享。这里的数据样例很多，如按硬件编码的系统源代码。此时，数据与系统捆绑，很难文档化。
2.LCIM Level 1（第1级）文档化数据（documented data）
一旦把隐藏的数据显示出来，数据就能以一种确定的形态文档化，此时的状态称为LCIM的第1级。这样，具有文档化数据的系统至少可以原则上联邦化，因为数据的文档化是接口定义的必要需求。基于数据文档，系统创建者可以建立数据和外部源互联的映射层。
3.LCIM Level 2（第2级）结盟静态数据（aligned static data）
这个级别的互操作是目前大家最关注的。其主要思想是开发一个公共本体、公共或共享的参考模型和标准化的数据元素。本体将在后面章节里详细讨论。
LCIM Level 2保证，对每个人来说，讨论同一个事物时，含义是一样的。不过，以标准化的基准来讨论要交换的信息元素至少应解决如下四种冲突。
●语义冲突（semantic conflicts）：不同局部模式的概念往往互相不匹配。
●描述冲突（descriptive conflicts）：这类冲突如同一个概念的同形异义、同音同形异义、同义字和异名等。
●异构冲突（heterogeneous conflicts）：用于描述概念的方法论不同，例如有的用UML变数，有的用其他方法。
●结构冲突（structural conflicts）：用于描述相同概念的结构不同。
4.LCIM Level 3（第3级）结盟动态数据（aligned dynamic data）
这一级别也称动态视图级别。从系统科学视角看，观察一个系统可以从不同的视角着手，因此我们常称为视图。视图可以分为以下几种。
●静态视图：分解为子系统与成分。
●功能视图：聚焦于成分间的接口与数据流。
●动态视图：关注整个系统的状态变化，即时态属性。
LCIM Level 2考虑的是静态视图和功能视图，但不涉及动态视图。LCIM Level 3则要考虑动态视图。
5.LCIM Level 4（第4级）融洽数据（harmonized data）
这一级称为融洽数据级。第2级的特点是让数据具有良好定义的（well defined）信息交换定义。第3级考虑了动态视图，但这还不够。原因是在建模和仿真的基础上，仿真系统是模型的可执行形式，模型则可以看成是现实世界的映像。但是建模时，现实世界的某些东西会被忽略，若这些被忽略的东西在互操作时又是必要的，就会产生是否能互操作的问题。(www.chuimin.cn)
所以希望在第4级达到和谐层次，故称为融洽数据。
从另一个角度看，可以根据应用范围对信息系统互操作进行分级，如表5.2所示。
表5.2 信息系统互操作分级
续表
这里把互操作区分为企业级、领域级、功能级、连接级和隔离级。其互操作能力是逐步下降，到隔离级就不存在互操作了，所以在其特征和信息交换栏中为空白。
推广到技术层面，可以用表5.3来描述互操作。
表5.3 概念互操作级别
在互操作与仿真上，上述面向语言学的分级可以从实施角度来进行分析，可以分成网络层、执行层、建模层、设计与搜索层、决策层、协同层等，如图5.4所示。
图5.4 建模与仿真视图
图5.4中自下而上的分析如下。
●网络层（network layer）：包含实际的计算机（工作站和高性能系统）和连接的网络（LAN、WAN），支持建模与仿真。
●执行层（execution layer）：这是软件，在仿真期间和/或实施期间执行模型，行使自己的行为能力。这一层包含协议，提供分布式仿真的基础。这一层还包含数据库管理系统，支持仿真、生成行为可视化与控制动漫。
●建模层（modeling layer）：支持形式化的模型开发，独立于任何仿真层面的实现。
●设计与搜索层（design&search layer）：这一层支持系统设计，如DoDAF[8]。人工智能技术在这里广泛使用。
●决策层（decision layer）：实施对决策层下面的层提供的大型模型的搜索与仿真，以便做出解决实际问题的决策。
●协同层（collaboration layer）：将人或系统的部分知识的智能代理按学科、位置、任务或者响应进行说明，引入个别观点以实现整个目标。
将语言学观念和建模与仿真结合起来看，可以使用图5.5来描述。
图5.5 从语言学角度看建模与仿真视图
图5.5中自底向上可以分为三个层次：语法级（syntactic level）、语义级（semantic level）和语用级（pragmatic level），对应关系如图中箭头所示。
表5.4是从协同或服务角度看待的有效互操作。
表5.4 从协同或服务角度看待的有效互操作
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