以用戶為中心的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成方法

高 明，陳正鳴，呂 嘉

（河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，常州213022）

以用戶為中心的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成方法

高 明，陳正鳴，呂 嘉

（河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，常州213022）

為了實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)在不同用戶應(yīng)用程序間的共享，將同一用戶分布在不同應(yīng)用程序上的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型組織，并存放在統(tǒng)一的平臺上，用異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)處理用戶數(shù)據(jù)模型和統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型間的異構(gòu)問題，使得不同應(yīng)用平臺之間能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

以用戶為中心；異構(gòu)數(shù)據(jù)集成；擴展機制

1 引 言

現(xiàn)今，用戶使用的應(yīng)用程序類型呈現(xiàn)多樣化。按應(yīng)用程序功能可以分為微博類、郵件類、即時通信類等等，用戶使用同一類型的應(yīng)用程序也有很多種，微博應(yīng)用程序中有新浪微博、騰訊微博、網(wǎng)易微博等等。各個應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)之間彼此隔離，互不共享，分散的應(yīng)用程序各自存儲和管理用戶數(shù)據(jù)的方式給用戶帶來了不便。另外數(shù)據(jù)分散還會出現(xiàn)垃圾數(shù)據(jù)，與用戶相關(guān)的新業(yè)務(wù)難以快速有效的開展，用戶數(shù)據(jù)管理問題日益明顯。

各個應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)存在著存儲方式、數(shù)據(jù)格式、訪問控制、用戶視圖、數(shù)據(jù)模型方面的不同，導(dǎo)致用戶的信息像一個個信息孤島，很難達(dá)到互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的共享，解決用戶信息間的異構(gòu)問題是實現(xiàn)用戶信息集成的關(guān)鍵。

這里提出的服務(wù)平臺（即中央平臺）發(fā)布統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型給各個用戶應(yīng)用程序，通過異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)解決數(shù)據(jù)模型之間的異構(gòu)問題，使得用戶應(yīng)用程序中使用的各類數(shù)據(jù)能統(tǒng)一成中央平臺規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，用戶的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存在中央平臺，中央平臺為各用戶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)之間的共享提供服務(wù)。

2 基本思路

中央平臺的數(shù)據(jù)模型從用戶角度出發(fā)設(shè)計，將各個用戶應(yīng)用程序中涉及的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再將分析后的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系進(jìn)行邏輯組織，生成中央數(shù)據(jù)模型。中央平臺制定異構(gòu)規(guī)則，并發(fā)布中央數(shù)據(jù)模型給各個用戶應(yīng)用程序。用戶應(yīng)用程序在中央平臺上進(jìn)行注冊，將中央數(shù)據(jù)模型對應(yīng)部分作為用戶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)模型的基本框架，通過中央平臺給出的異構(gòu)規(guī)則設(shè)計出用戶應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)模型，即用戶數(shù)據(jù)模型。

中央數(shù)據(jù)模型與用戶數(shù)據(jù)模型之間存在著差異。用戶在用戶應(yīng)用程序中上傳的數(shù)據(jù)通過JSON格式的數(shù)據(jù)接口上傳到中央平臺后，經(jīng)過異構(gòu)規(guī)則對應(yīng)的異構(gòu)函數(shù)處理，以中央數(shù)據(jù)模型的格式保存到中央平臺上。用戶應(yīng)用程序可以通過異構(gòu)逆函數(shù)，將中央平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶應(yīng)用程序能處理的格式。系統(tǒng)基本思路如圖1所示。

圖1 基本思路示意圖

3 以用戶為中心的數(shù)據(jù)模型

中央平臺設(shè)計式的中央數(shù)據(jù)模型，從用戶角度出發(fā)，設(shè)計出的中央數(shù)據(jù)模型要能滿足用戶需求，能實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理，體現(xiàn)以用戶為中心的理念，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)在不同應(yīng)用程序上的重用。

3.1 中央數(shù)據(jù)模型的設(shè)計思路

現(xiàn)在多數(shù)用戶數(shù)據(jù)模型為關(guān)系數(shù)據(jù)模型，由于用戶應(yīng)用程序和中央平臺之間需要進(jìn)行模型比較和匹配，中央數(shù)據(jù)模型使用關(guān)系數(shù)據(jù)模型。同時，關(guān)系數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)簡單、清晰，具有更高的獨立性，也能簡化中央數(shù)據(jù)模型的建立和維護(hù)。

設(shè)計中央數(shù)據(jù)模型前首先要了解現(xiàn)有用戶使用的應(yīng)用程序，本研究以微博類、郵箱類和即時通訊類應(yīng)用程序為重點，將這些社區(qū)類應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)模型中涉及到的實體和屬性進(jìn)行分析，依據(jù)這些實體和屬性與用戶的密切程度和重用價值進(jìn)行篩選，再將選出的實體和屬性從用戶角度出發(fā)，統(tǒng)一進(jìn)行分類，最后設(shè)計出中央數(shù)據(jù)模型。

3.2 中央數(shù)據(jù)模型實體分類

將用戶數(shù)據(jù)模型中的信息進(jìn)行分類，并將相關(guān)信息抽象成中央數(shù)據(jù)模型的實體。一些用戶數(shù)據(jù)模型中的信息在不同類應(yīng)用程序里，但從用戶角度分析，有著類似的作用，同樣可以抽象成中央數(shù)據(jù)模型中的實體。通信錄包括用戶在各應(yīng)用程序平臺中所包括的通信聯(lián)系人，微博和社交類應(yīng)用中可私信的對象，QQ、MSN等即時通信工具里的通信對象，郵箱中的通信錄信息，從而使得通訊錄中擁有所有建立了通信關(guān)系的對象信息。

用戶同一類型的不同應(yīng)用程序可能有很多種，而同一類型應(yīng)用程序的實體相似度很大，可以將各個用戶應(yīng)用程序中描述同一實體的部分進(jìn)行集成。例如，新浪微博、騰訊微博和網(wǎng)易微博里都有微博這一實體，這些可以統(tǒng)一成用戶的微博這一實體。

多個實體合并為統(tǒng)一的實體，合并后實體中的屬性可能會出現(xiàn)冗余重復(fù)，應(yīng)首先消去多余的屬性。有些屬性之中存在單屬性對應(yīng)多屬性、名稱不同但指代事物相同等等的異構(gòu)現(xiàn)象，應(yīng)仔細(xì)分析后刪除冗余的屬性，再和其它屬性統(tǒng)一整合到對應(yīng)的實體。多數(shù)用戶應(yīng)用程序涉及的實體或者屬性應(yīng)保留到中央數(shù)據(jù)模型，少數(shù)用戶應(yīng)用程序涉及的實體或者屬性依據(jù)其重用價值選擇是否保留到中央數(shù)據(jù)模型。

中央數(shù)據(jù)模型的實體分為用戶基本信息、用戶社交信息、用戶上傳資料、用戶博文、用戶通信信息五大類，每個分類包含相關(guān)的實體，如圖2所示。

圖2 中央數(shù)據(jù)模型中實體的分類

3.3 中央數(shù)據(jù)模型的核心部分與非核心部分

按中央數(shù)據(jù)模型中內(nèi)容的必要性分為核心部分和非核心部分。中央數(shù)據(jù)模型的核心部分是定義用戶數(shù)據(jù)模型時不可缺少的部分，所有用戶數(shù)據(jù)模型必須定義這部分，缺少核心部分會導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)在一些情況下無法實現(xiàn)重用。非核心部分豐富了中央數(shù)據(jù)模型的業(yè)務(wù)功能，用戶數(shù)據(jù)模型可以選擇是否包含中央平臺的非核心部分。在中央平臺的建模過程中，分析各個實體和屬性的必要性，并標(biāo)注上“核心部分”或者“非核心部分”。

圖3為中央數(shù)據(jù)模型中用戶個人資料部分的簡圖。個人資料中的ID是中央平臺唯一標(biāo)示用戶的信息，用戶的賬號信息和密碼是用戶登錄各個平臺的憑證，姓名，性別，生日，職業(yè)信息中的單位名稱，教育經(jīng)歷中的學(xué)校名稱和類型都是關(guān)于用戶的重要信息。血型，家庭地址，標(biāo)簽信息對于多數(shù)用戶應(yīng)用程序而言，不是必要信息，這些信息是中央數(shù)據(jù)模型的非核心部分，圖3中核心部分用灰色背景標(biāo)注，非核心部分用白色背景標(biāo)注。

圖3 中央數(shù)據(jù)模型中用戶的個人資料部分簡圖

3.4 數(shù)據(jù)模型的擴展機制

為了豐富中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型的內(nèi)容，增強中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型的適應(yīng)性和擴展性，系統(tǒng)提出了數(shù)據(jù)模型的擴展機制。中央數(shù)據(jù)模型能擴展自身模型，以適應(yīng)用戶應(yīng)用程序變化的需求，用戶數(shù)據(jù)模型也能通過擴展機制增加中央數(shù)據(jù)模型沒有的屬性和實體。

3.4.1 中央數(shù)據(jù)模型的擴展

中央數(shù)據(jù)模型可以進(jìn)行擴展。各個應(yīng)用程序不斷更新，出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)功能，中央數(shù)據(jù)模型必須要擴展大多數(shù)用戶數(shù)據(jù)模型中擴展的實體或者屬性，以適應(yīng)用戶應(yīng)用程序的變化。中央平臺及時發(fā)布更新后的數(shù)據(jù)模型給所有用戶應(yīng)用程序，同時說明最新擴展的內(nèi)容。

3.4.2 用戶數(shù)據(jù)模型的擴展

用戶數(shù)據(jù)模型也可以在自身數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展，擴展屬性到對應(yīng)的實體中，也可以擴展中央數(shù)據(jù)模型中沒有的實體，但要保證實體之間的聯(lián)系，并在中央平臺上保存擴展后的用戶數(shù)據(jù)模型。例如，中央數(shù)據(jù)模型用戶的微博實體中沒有“標(biāo)記”這一屬性，某個用戶應(yīng)用程序希望用戶數(shù)據(jù)模型中出現(xiàn)“標(biāo)記”這一屬性，用戶數(shù)據(jù)模型可以通過擴展機制實現(xiàn)。

4 數(shù)據(jù)異構(gòu)規(guī)則

用戶應(yīng)用程序利用用戶數(shù)據(jù)模型的擴展機制，擴展中央數(shù)據(jù)模型中沒有的屬性或者實體，而對于模型之間對應(yīng)屬性間存在異構(gòu)的現(xiàn)象，則要通過異構(gòu)處理技術(shù)來統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。這里提出的用戶異構(gòu)數(shù)據(jù)集成方法是基于異構(gòu)規(guī)則的，用戶應(yīng)用程序通過使用中央平臺制定的異構(gòu)規(guī)則來建立用戶數(shù)據(jù)模型。

不同數(shù)據(jù)模型之間存在著各種語義沖突，中央平臺針對用戶數(shù)據(jù)特點進(jìn)行分析，歸納用戶異構(gòu)數(shù)據(jù)的沖突類型，制定異構(gòu)規(guī)則。異構(gòu)規(guī)則的主要任務(wù)是分類中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型中語義相關(guān)屬性存在的異構(gòu)情況。

在實際的匹配過程中按照發(fā)生異構(gòu)情況中的屬性數(shù)量分為多屬性沖突和單屬性沖突，單屬性沖突針對單一屬性中類型、格式、精度方面的差異，而多屬性沖突針對屬性的組合方式不同。對應(yīng)規(guī)則如下（其中A，B表示屬性值，E表示實體，D1表示用戶數(shù)據(jù)模型，D2表示中央數(shù)據(jù)模型，＃表示實體主鍵）。

4.1 單屬性異構(gòu)

單屬性異構(gòu)主要有格式?jīng)_突和分配沖突：

（1）格式?jīng)_突：指中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型描述同一個屬性的描述方式不同。

如：D1：User（id＃，name，birthday（YYYY-MM）……）；

D2：User（id＃，name，birthday（YYYY-MM-DD）……）；

用戶數(shù)據(jù)模型中的日期類型有很多種，YYYYMM，YYYY／MM，YYYY／MM／DD，YY-MM-DD，YYMM。

假設(shè)：｛A1，A2，A3……An……Am｝＝E1∈D1，｛A1，A2，A3……An-1，Bn……Am｝＝E2∈D2，An和Bn存在格式?jīng)_突。

規(guī)則：中央平臺枚舉出所有可選的格式，用戶選擇對應(yīng)的格式。

（2）分配沖突：指中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型為同一屬性的相同數(shù)據(jù)類型但分配空間大小不同。

如：D1：Fans（id＃，name，amount（varchar（8））……）；

D2：Fans（id＃，name，amount（varchar（16））……）；

假設(shè)：｛A1，A2，A3……An……Am｝＝E1∈D1，｛A1，A2，A3……An-1，Bn……Am｝＝E2∈D2，An和Bn數(shù)據(jù)類型一致，且存在分配沖突。用戶應(yīng)用程序中An的數(shù)據(jù)可以直接賦值給中央平臺的Bn，Bn映射到An則需要根據(jù)An的數(shù)據(jù)類型不同，使用對應(yīng)的異構(gòu)規(guī)則，分配沖突中各種情況下的規(guī)則如表1所示。

4.2 多屬性異構(gòu)

多屬性異構(gòu)主要為組合沖突，復(fù)雜組合沖突。

（1）組合沖突：指同一語義的屬性在中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型中用不同的屬性組合方式表示，組合方式規(guī)律可循。

如：D1：Message（id＃，sendtime，content，sendplace，userid）；

D2：Message（id＃，sendtime，content，province，city，userid）（D2中sendplace中數(shù)據(jù)對應(yīng)D1中provice中的數(shù)據(jù)和city中的數(shù)據(jù)組合）

假設(shè)：｛A1，A2，A3……An-1，An，An＋1……Ak-1，Ak，Ak＋1……Am｝＝E1∈D1，｛A1，A2，A3……An-1，Bn，Ak＋1……Bm｝＝E2∈D2；且E1中屬性An……Ak與E2中的Bn表示同樣語義。

規(guī)則：An，An＋1……Ak→Bn＝An［＾＼n＼r＼t＼v］An＋1……Ak-1［＾＼n＼r＼t＼v］Ak

表1 分配沖突Bn映射到An各種情況下的規(guī)則

（2）復(fù)雜組合沖突：指同一語義的屬性存在組合沖突，且組合方式無規(guī)律可循。

如：屬性name對應(yīng)屬性given-name和family-name的組合，但name的拆分方式?jīng)]有規(guī)律，中文名字中的姓存在單復(fù)姓現(xiàn)象。

復(fù)雜組合沖突的規(guī)則：根據(jù)每個屬性出現(xiàn)的概率去拆分語義復(fù)雜的屬性，拆分方案和屬性數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率由中央平臺給出，用戶應(yīng)用程序選擇用戶數(shù)據(jù)模型需要的拆分方案。例如name屬性的拆分，中央數(shù)據(jù)模型提供name拆分為famliy-name和givenname的方案。對于family-name有專門的一張表列出不同數(shù)據(jù)成為family-name的概率，屬性數(shù)據(jù)按照表中famliy-name概率最大的方案進(jìn)行拆分。復(fù)雜組合的逆規(guī)則為拆分后的屬性按照原順序組合。

5 用戶異構(gòu)數(shù)據(jù)集成流程

用戶使用應(yīng)用程序前，首先要在中央平臺上進(jìn)行注冊，并錄入自己的個人資料，注冊后平臺分配給用戶一個用戶ID作為標(biāo)識。用戶在注冊時，中央平臺的個人資料數(shù)據(jù)可以被重用到用戶應(yīng)用程序。對于每條上傳的數(shù)據(jù)，中央平臺統(tǒng)一分配一個用戶數(shù)據(jù)ID對該條數(shù)據(jù)進(jìn)行唯一標(biāo)識，并標(biāo)示數(shù)據(jù)上傳的平臺名稱和用戶ID。用戶可以在任意用戶應(yīng)用程序上使用在中央平臺上保存的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過用戶ID實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢。

5.1 異構(gòu)函數(shù)

中央數(shù)據(jù)模型和用戶數(shù)據(jù)模型之間的映射關(guān)系是基于異構(gòu)規(guī)則建立的，實際的映射關(guān)系持久化成文件，保存在中央平臺上。異構(gòu)函數(shù)處理用戶數(shù)據(jù)是在中央平臺上實現(xiàn)的，異構(gòu)函數(shù)將用戶應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)和中央平臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的互通。

異構(gòu)函數(shù)首部中的函數(shù)名、存儲方式以及函數(shù)體由中央平臺給出，而異構(gòu)函數(shù)中的函數(shù)類型、參數(shù)則由用戶平臺設(shè)計時對應(yīng)的映射關(guān)系所決定。

異構(gòu)函數(shù)是異構(gòu)規(guī)則的具體實現(xiàn)，函數(shù)的更新由中央平臺決定，用戶平臺通過修改映射關(guān)系來實現(xiàn)對異構(gòu)函數(shù)的修改。

5.2 整體流程

用戶數(shù)據(jù)通過JSON格式的數(shù)據(jù)接口上傳到中央平臺，中央平臺讀取相應(yīng)的持久化文件，使用對應(yīng)的異構(gòu)函數(shù)對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行異構(gòu)處理，處理后的數(shù)據(jù)以中央平臺的格式保存在中央平臺上。用戶應(yīng)用程序使用用戶數(shù)據(jù)時，首先用戶應(yīng)用程序?qū)χ醒肫脚_發(fā)出數(shù)據(jù)請求，中央平臺判斷用戶數(shù)據(jù)模型與中央數(shù)據(jù)模型之間是否存在異構(gòu)，如果存在，則利用對應(yīng)的異構(gòu)逆函數(shù)處理用戶數(shù)據(jù)后再返回給用戶應(yīng)用程序。用戶數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的整體流程如圖4所示。

圖4 平臺更新用戶數(shù)據(jù)（左）和查詢用戶數(shù)據(jù)（右）流程圖

6 實例

以建立微博平臺B數(shù)據(jù)模型和該平臺的一條用戶微博信息給微博平臺B重用為實例，來說明用戶數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的處理流程。

用戶平臺首先了解中央數(shù)據(jù)模型，以下是應(yīng)用中央數(shù)據(jù)模型中的微博實體設(shè)計出用戶平臺數(shù)據(jù)模型對應(yīng)部分的設(shè)計過程。利用格式異構(gòu)規(guī)則將屬性Created_at和sendtime實現(xiàn)映射關(guān)系，利用表示異構(gòu)規(guī)則實現(xiàn)兩者格式的映射，并將映射關(guān)系用可持久化文件保存在中央平臺上，同時生成了微博平臺B 的數(shù)據(jù)模型（見圖5）。

圖5 微博平臺B建模實例圖

微博平臺A利用用戶數(shù)據(jù)模型的擴展機制擴展中央平臺中沒有的favorite字段。用戶在微博平臺A中的一條微博信息，通過JSON格式的數(shù)據(jù)接口提交給中央平臺，其數(shù)據(jù)接口具體內(nèi)容和微博平臺A上顯示的微博內(nèi)容如下：

｛＂uid＂：1773020834，

＂created_at＂：＂2010／11／11 23：20：31＂，

＂content＂：＂明天會很美好＂，

＂favourite＂：false，

＂id＂：4545632｝

中央平臺對該條微博數(shù)據(jù)進(jìn)行異構(gòu)處理后保存。當(dāng)微博平臺B需要使用這條微博信息時，中央平臺通過用戶ID找到所要查詢的微博數(shù)據(jù)，sendtime和created-at之間存在格式異構(gòu)，通過對應(yīng)的異構(gòu)逆函數(shù)，將該微博數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成微博平臺B能處理的格式，從而實現(xiàn)了該條微博數(shù)據(jù)在微博平臺B上的重用。實例中各平臺數(shù)據(jù)格式如圖6所示。

圖6 用戶數(shù)據(jù)重用實例圖

微博平臺B使用此條微博，接口數(shù)據(jù)用的JSON格式和微博平臺B上顯示的微博內(nèi)容如下：

｛＂uid＂：132457865，

＂content＂：＂明天會很美好＂，

＂sendtime＂：＂2010-11-11 23：20：31＂，

＂id＂：4545632｝

7 結(jié)束語

提出了一種將用戶異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的方法。中央平臺設(shè)計以用戶為中心的數(shù)據(jù)模型，用戶應(yīng)用程序基于中央數(shù)據(jù)模型和異構(gòu)規(guī)則設(shè)計用戶數(shù)據(jù)模型，用戶數(shù)據(jù)通過對應(yīng)的異構(gòu)函數(shù)處理后以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式保存到中央平臺，中央數(shù)據(jù)模型能夠很好地支持用戶個性化需求，數(shù)據(jù)管理更加統(tǒng)一集中，并保證用戶數(shù)據(jù)的一致性。原型系統(tǒng)采用JAVA語言進(jìn)行開發(fā)，具有良好的擴展性。

該系統(tǒng)平臺仍存在一些不足，分析的異構(gòu)沖突情況較少，以致用戶應(yīng)用程序建立用戶數(shù)據(jù)模型時存在一定的局限性。在后續(xù)開發(fā)中要進(jìn)一步完善用戶數(shù)據(jù)異構(gòu)處理的方法。

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［7］朱凡微.基于本體的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2008.

［8］鄭婭峰.異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的研究和實現(xiàn)［D］.西安：西北大學(xué)，2005.

A Method of User-centered Heterogeneous Data Integration

GAO Ming，CHEN Zheng-ming，LV Jia
（College of Internet of Things Engineering，Hohai University，Changzhou 213022，China）

In order to achieve the data share between the differentuser platforms，the same user data distributing on different application platforms are organized according to the unified data model in a unified platform.The heterogeneous data integration technology is used to process user data model and unify them between the heterogeneous problems for data sharing between different application platforms.

User-centered；Heterogeneous data integration；Extension mechanism

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.03.008

TP311

：A

：1002-2279（2014）03-0025-05

高明（1988-），男，江蘇常州人，碩士研究生在讀，主研方向：信息系統(tǒng)與工程應(yīng)用。

2013-12-04