??? 摘　要：公共倉庫元模型CWM是一個(gè)開放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，用于在數(shù)據(jù)倉庫及業(yè)務(wù)分析領(lǐng)域的元數(shù)據(jù)" title="元數(shù)據(jù)">元數(shù)據(jù)交換，并為元數(shù)據(jù)定義公共元模型和基于XML的交換格式。為了達(dá)到基于CWM的無縫、高互操作" title="互操作">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" 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title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性" title="互操作性">互操作性的元數(shù)據(jù)交換，提出了基于模式的交換方法。重點(diǎn)介紹了CWM元數(shù)據(jù)的交換模式及其開發(fā)方法，并通過建立一個(gè)具體的模式進(jìn)行了說明。
??? 關(guān)鍵詞： 元數(shù)據(jù) 公共倉儲(chǔ)元模型（CWM）? 元數(shù)據(jù)交換模式（MIP）? 模式

?

??? 近年來，有關(guān)元數(shù)據(jù)管理的研究已成為當(dāng)前數(shù)據(jù)倉庫和決策支持系統(tǒng)" title="決策支持系統(tǒng)">決策支持系統(tǒng)的一個(gè)熱點(diǎn)，元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)倉庫中的核心部分，它貫穿于數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的全過程。所有實(shí)現(xiàn)信息供應(yīng)鏈ISC（Information Supply Chain）各階段的不同的軟件工具" title="軟件工具">軟件工具和產(chǎn)品，都要依賴元數(shù)據(jù)來描述它們需要處理和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。要使一個(gè)特定的產(chǎn)品能夠正確處理它的數(shù)據(jù)，就必須對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和語義有一個(gè)全面的理解。這個(gè)理解通常是由元數(shù)據(jù)提供的。為了使一系列給定的軟件產(chǎn)品能夠有效地參與ISC，并在數(shù)據(jù)層上進(jìn)行互操作，就必須對(duì)描述那個(gè)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)有一個(gè)共同的理解，也就是說，構(gòu)成ISC的每個(gè)軟件產(chǎn)品和工具能夠在數(shù)據(jù)層進(jìn)行有效的集成的前提是，它在元數(shù)據(jù)層就必須有效地集成^[1-3]。
??? 公共倉儲(chǔ)元模型CWM提供了基于模型的元數(shù)據(jù)集成體系結(jié)構(gòu)所需的用于描述問題域的語義完整的公共元模型。這些體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)分析所需要的，只要構(gòu)建ISC用到的各種軟件產(chǎn)品、工具和數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品就能與CWM元模型達(dá)成一致，它們就能理解CWM元模型的實(shí)例，因而可以很容易在組成ISC的軟件組件之間交換元數(shù)據(jù)。然而，依靠CWM語法本身并不能真正地確?？苫ゲ僮鞯脑獢?shù)據(jù)的完整性，還需要提供兩種手段來彌補(bǔ)CWM的不足，一是為模型解釋說明一個(gè)語義環(huán)境的方法，另一個(gè)是管理CWM實(shí)例大小的方法。這正是元數(shù)據(jù)交換模式所要解決的問題。
1 基本概念介紹
1.1 元數(shù)據(jù)
??? 元數(shù)據(jù)是指來自企業(yè)內(nèi)外的所有物理數(shù)據(jù)（軟件和其他介質(zhì)中含有的)和知識(shí)(員工和各種媒介中含有的），包括物理數(shù)據(jù)的格式、技術(shù)和業(yè)務(wù)過程、數(shù)據(jù)的規(guī)則和約束以及企業(yè)所使用數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)^[1]。數(shù)據(jù)倉庫元數(shù)據(jù)分為技術(shù)元數(shù)據(jù)（Technical Metadata）和業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)（Business Metadata）兩種。技術(shù)元數(shù)據(jù)是為企業(yè)技術(shù)用戶和IT員工提供支持的元數(shù)據(jù)，當(dāng)開發(fā)人員和技術(shù)用戶對(duì)決策支持系統(tǒng)和操作型系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展時(shí)，技術(shù)元數(shù)據(jù)為他們提供所需要的信息。業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)是為企業(yè)業(yè)務(wù)用戶提供支持的元數(shù)據(jù)，它為決策支持分析人員提供了訪問決策支持系統(tǒng)底層的數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市中信息的線路圖。
1.2 公共倉儲(chǔ)元模型(CWM)
??? CWM是一個(gè)完整地描述數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)分析領(lǐng)域的元模型，是OMG組織采納的一個(gè)使用共享元數(shù)據(jù)的開放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從技術(shù)的角度看，CWM擴(kuò)展了OMG組織建立的元建模體系結(jié)構(gòu)，使其包含數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)分析的領(lǐng)域。CWM支持用模型驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行元數(shù)據(jù)交換，其中表示共享數(shù)據(jù)的形式模型是依據(jù)CWM元模型規(guī)范構(gòu)造的。這些模型以XML文檔的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和交換^[2]。它基于以下三個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：統(tǒng)一建模語言UML（Unified Modeling Language）、元對(duì)象工具M(jìn)OF（Meta Object Facility）和元數(shù)據(jù)交換XMI（XML Metadata Interchange）^[2-3]。
??? CWM總共包含21個(gè)包，分布在五個(gè)抽象程度不同的功能層中，每個(gè)包負(fù)責(zé)都解決數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)分析領(lǐng)域的某個(gè)特定建模問題。對(duì)象模型層包含定義基本元模型的概念、關(guān)系和約束的包，它是UML的一個(gè)子集；基礎(chǔ)層包含為有駐留在更高層次的其他包提供CWM特定服務(wù)的包；資源層中包含的CWM包主要描述在以CWM為中介的交換中即可作為源又可作為目標(biāo)的數(shù)據(jù)資源的結(jié)構(gòu)；分析層的包描述的是作用于資源層中的包所描述的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目標(biāo)上的服務(wù)；管理層的包提供的服務(wù)支持?jǐn)?shù)據(jù)倉庫的日常操作和管理。一個(gè)完整的CWM方案是把一個(gè)或多個(gè)CWM包中的建模元素實(shí)例拼裝在一起而形成的。
2 元數(shù)據(jù)交換模式
2.1 問題的提出
??? 由于CWM的設(shè)計(jì)者不可能進(jìn)一步參與所有的CWM使用者所解決的整合問題中，所以CWM被設(shè)計(jì)得相當(dāng)靈活、易于表達(dá)，并且完全獨(dú)立于平臺(tái)和環(huán)境因素。然而，它不能提前預(yù)知其將會(huì)如何被使用，這和MOF、UML無法預(yù)知其是如何被用來為面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)建模是一樣的。因此，這些形式化的建模語言都必須具有高度的靈活性和表達(dá)能力，這同時(shí)也就意味著用戶可以不考慮具體的用途而任意地進(jìn)行建模。但是，對(duì)于使用者來說，真正做到天衣無縫的、高互操作性的模式交換CWM模型是一件非常困難的事情。具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
??? (1)雖然CWM定義了形式化的語法來定義元數(shù)據(jù)，但是對(duì)于CWM模型的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)來說，什么是有用的直接取決于CWM元數(shù)據(jù)的產(chǎn)生者和使用者合理的期望。這種期望的集合被非形式化地定義為元數(shù)據(jù)交換的環(huán)境，但是對(duì)于描述一個(gè)理解和解釋給定CWM模型所需要的特定環(huán)境則已經(jīng)超出了CWM本身的范疇。
??? (2)任何CWM模型都潛在地包含了無數(shù)合法的模型元素的組合，在沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)限定一個(gè)特定的CWM模型的物理擴(kuò)展時(shí)，使用模型的進(jìn)程或者必須準(zhǔn)備接受大小不確定而又復(fù)雜的各種模型，或者必須判斷進(jìn)程中需要處理模型的哪些部分而忽略哪些部分。這就大大降低了元數(shù)據(jù)交換過程的可靠性。
??? 基于模式的元數(shù)據(jù)交換方法的基本概念就是描述在元數(shù)據(jù)交換過程中，所有參與者所認(rèn)同的公共交換環(huán)境和對(duì)模型的物理外延的大小進(jìn)行限定或設(shè)置界限并在過程中確立。
2.2 CWM MIP定義
??? CWM元數(shù)據(jù)交換模式(CWM MIP)元模型是在CWM標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上的擴(kuò)展，并沒有修改CWM元模型本身。這就允許CWM MIP用戶能夠使用任何符合CWM規(guī)范的數(shù)據(jù)倉庫模型，并且可以增加一個(gè)描述怎樣構(gòu)建元數(shù)據(jù)交換單元的語義環(huán)境。
??? 定義：CWM元數(shù)據(jù)交換模式是CWM元模型的一個(gè)確定的子集（Subset），是在元模型子集的實(shí)例中加上相應(yīng)的約束^[4]。
??? 其中,子集（Subset）包含了一個(gè)或多個(gè)CWM元模型，并且限定了元模型的解空間。約束（如果有）則是建立在解空間的邊界上，注意：這些約束是模式本身的組成部分，不能跟CWM元模型固有的約束相混淆。這樣定義的主要優(yōu)點(diǎn)在于：它能夠通過使軟件工具商把注意力放在那些對(duì)給定工具所期望導(dǎo)入元數(shù)據(jù)有意義的元數(shù)據(jù)模型上，從而能夠極大地增強(qiáng)它們之間的可交換性和可互操作性。
2.3 元數(shù)據(jù)交換模式的標(biāo)準(zhǔn)模板
??? 為了解決以上提出的所有問題，給出的每一元數(shù)據(jù)交換模式必須定義一個(gè)公共的交換環(huán)境，從而使得參與交換的所有工具能夠清晰地理解所交換的元數(shù)據(jù)的含義；模式還必須在任何需要的地方約束特定模型元素的數(shù)量以減少模型中可能存在的元素的數(shù)量，以及避免因?yàn)槟愁惸Ｐ驮氐亩嘀匦远斐傻慕忉尣磺逦膯栴}。因此為了保證模式的使用者可以很容易地理解這個(gè)模式，發(fā)布的模式說明也應(yīng)該符合相同的語言和規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]、[4]可知，元數(shù)據(jù)交換模式的標(biāo)準(zhǔn)模板中的元素一般包括：
??? (1)模式名稱：該名稱能夠或多或少地說明這個(gè)模式的意圖。
??? (2)模式版本：即該模式的一個(gè)版本號(hào)，這樣才可以支持這個(gè)模式的進(jìn)一步開發(fā)。
??? (3)統(tǒng)一資源定位符URL：唯一的識(shí)別并為一個(gè)特定的元數(shù)據(jù)交換模式的說明提供了地址。
??? (4)開發(fā)者：定義、發(fā)布這個(gè)模式到模式目錄或模式團(tuán)體的人或組織的名稱。
??? (5)結(jié)構(gòu)分類：主要包括宏模式、領(lǐng)域模式、微模式。
??? (6)使用分類：主要包括交換、映射、類型劃分、擴(kuò)展、解釋、生成、結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。
??? (7)意圖：模式的整個(gè)意圖的一句話描述。
??? (8)別名：模式的同義詞列表。
??? (9)動(dòng)機(jī)：模式所解決的元數(shù)據(jù)交換問題的詳細(xì)說明。
??? (10)實(shí)用性：對(duì)一個(gè)模式被典型地應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)場景的描述。
??? (11)方案：用于為元數(shù)據(jù)交換建立一個(gè)公共環(huán)境M2層的方案的描述。
??? (12)約束：M2層的約束的描述用于約束或者限定方案實(shí)例的范圍，通常用自然語言或形式化語言來描述這些約束，例如對(duì)象約束語言(OCL)。
??? (13)用法：描述了模式實(shí)例的通常的用法，包括給對(duì)象屬性賦值和子類替換。
??? (14)參數(shù)：描述了一組用于實(shí)現(xiàn)模式的實(shí)例的參數(shù)，參數(shù)最好用一張表來描述。
??? (15)注釋：任何能夠有助于描述如何使用這些模式的、非形式化的附加說明。
??? (16)結(jié)果：在模式應(yīng)用中所產(chǎn)生的各種有利或不利結(jié)果的描述。
??? (17)已知的用例：對(duì)任何實(shí)際使用了這個(gè)模式的軟件系統(tǒng)的一個(gè)引用。
??? (18)相關(guān)的模式：與此模式相關(guān)的、與之合作的或是由其組成的任何其他的元數(shù)據(jù)交換模式列表。
??? (19)解決方案案例：一個(gè)如何使用這個(gè)模式來解決其相關(guān)的元數(shù)據(jù)交換模式的詳細(xì)例子。
3 構(gòu)造模式StarSchema及實(shí)現(xiàn)
??? 前面詳細(xì)介紹了元數(shù)據(jù)交換模式的基本原理和表達(dá)方式。根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]所述的開發(fā)交換模式的步驟，可逐步構(gòu)造一個(gè)具體的模式：StarSchema。
??? (1)要識(shí)別需要解決的交換問題并提出解決問題的模式。星型模型是廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)倉庫和商業(yè)智能系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)組織成維表模式的一種方式。它是由“事實(shí)表”（大表）以及多個(gè)“維表”（小表）所組成。因此，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模式來描述所有可能的星型模式數(shù)據(jù)庫的通用格式。
??? (2)確定幾個(gè)所提出的模式可以應(yīng)用的場景和與其他相關(guān)聯(lián)的模式。大多數(shù)數(shù)據(jù)倉庫都采用星型模型。所有星型模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都可以看成是該模式的一個(gè)實(shí)例，它是“維表——事實(shí)表”結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。StarSchema有時(shí)也用其他一些模式名稱替代，包括Relational Star Schema、Star join等。與StarSchema相關(guān)聯(lián)的典型模式是Surrogate Key pattern。一個(gè)StarSchema模式的實(shí)現(xiàn)可能包括了Surrogate Key模式的實(shí)現(xiàn)^[5]。
??? (3)確定所提出的模式的結(jié)構(gòu)分類和使用類別。該模式只是描述數(shù)據(jù)倉庫中一種數(shù)據(jù)組織方式的中型粒度模式即屬于領(lǐng)域模式；并且該模式是為了消除模型解釋歧義，便于交換，因此是屬于解釋類別。
??? (4)定義元模型方案。StarSchema模式主要包括核心包、基礎(chǔ)層的鍵和索引包、資源層的關(guān)系型包以及相應(yīng)的關(guān)聯(lián)。具體所包含的CWM類和關(guān)聯(lián)如下：
??? org.omg.cwm.resource.relational.Catalog
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??? org.omg.cwm.objectmodel.core.ClassifierFeature
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??? org.omg.cwm.objectmodel.core.KeyRelationshipFeatures
??? org.omg.cwm.objectmodel.core.UniqueKeyRelationship
??? 星型模式方案如圖1所示。

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