--语义网格case study（上）

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whale 发表于 2005/1/12 17:53:17

Semantic Grid CaseStudy 1.语义网格及其研究背景 2001年WWW的发明人Berner-lee描述了在现有的Web基础上建设下一代Web的蓝图---语义Web(Semantic Web).并从当前Web技术的现状出发，提出了类似于网络模型的语义Web分层体系结构，为语义Web的发展奠定了基础。语义网格是语义Web和网格相结合产生的新的研究领域，最初语义网格提出是为了加速e-Science的发展，e-Science需要跨越不同机构、国家和学科来进行联合的实验、使用远程昂贵的科学设备、交换信息和思想，大体上就是知识共享。网格本身致力于共享信息资源，然而现有网格上存在信息格式异构，信息语义的多重性以及信息关系的匮乏和非统一等问题，无法满足e-Science设想的网格应具有高度的简单实用和无缝自动化的需求，这是网格发展现状和应用需求之间目前存在的主要差距，它在其他应用中也同样存在，因此需要在传统的网格中引入语义来改变这种局面，语义网格通过将网格上的信息进行更好的形式化描述来解决以上问题，以使计算机尽可能取代人进行网格上信息处理，通俗讲就是让传统网格更智能化，从而让电子科研和其他的深层次应用，如电子商务，电子政务，数字图书馆等智能化服务在网格上开展成为可能。 2.语义网格国内外研究进展语义网格的研究在国外已经开展起来，特别是英国投入巨资于e-Science计划，在这个领域目前英国走在世界前列，美国，中国等也陆续开始语义网格研究。本节对目前国际上几个最著名的语义网格项目进行调研. CoAKTinG项目 CoAKTinG的全称是Collaborative Advanced Knowledge Technologies in the Grid。它受英国e-Science网格研究计划资助，目标是集成和采用AKT项目中关于知识汇聚的概念和技术，使目前英国的网格研究向语义网格研究过渡和发展。AKT（Advanced Knowledge Technologies）是英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）资助的一个多学科协作研究项目。2000年10月AKT项目正式启动，研究期限为六年，项目总经费750万英镑。AKT曾获2003年Semantic Web Challenge 竞赛第一名，在全世界范围内的语义网和知识工程领域中产生了巨大的影响，被认为是语义网应用系统研究和开发的一个典范。AKT研究中，课题组先后发表了数百篇科研论文，部分发表在应用人工智能领域的权威期刊IEEE Intelligent System上。至2004年为止，AKT已经开发了与知识工程相关的一系列工具软件，如：知识获取、知识建模、知识管理、知识维护等。 CoAKTinG期望提供多种工具去辅助科学协作，如： 1. 智能会议空间 2. 本体标注媒体流 3. 决策支持 4. 问题处理及规划等。该课题由英国南安普敦大学、爱丁堡大学等联合开发，自身开发组织的分布性使得CoAKTinG从一开始就处于分布式协作状态，显然这对项目开发的实际需求和软件工具测试有极大帮助。 CoAKTinG项目研究成果的主要应用场景是多方参加讨论的视频会议。它允许会议的组织者在会议组织前预先公布本次会议的主题和讨论纲要，让会议的参与者能通过多种不同的计算机外部设备参加会议。由于每个会议参与者对会议中所讨论内容有不同的侧重点，CoAKTinG项目通过给音频和视频数据添加基于本体的文本数据标注和索引，从而允许用户能按各自的需求，随意重复播放音频或视频数据中的某一个片断。会议进行过程中，会议的非主持者可能在异地期望进行发言，参与会议主场的讨论。CoAKTinG系统提供以文本为主的通信工具，实现远程交互，改变或调整主会场的会议进程，实现真正的远程、实时、交互讨论。广泛应用本体技术是该项目中的一个特征。通过本体技术，实现全领域的概念一致性，可以改进、提高多模式、多媒体的组讨论和问题解决。基于知识的规划和任务安排，可以提高问题的处理速度。会议中学者们的讨论和争辩能改善远程协作会议的结构。实际上，CoAKTinG是通过集成和显示来自三个不同的研究结构开发的软件工具，支持e-Science计划中的科学协作。目前，CoAKTinG项目研究开发的工具软件已经开发和改进了多个不同的远程科学协作的应用场景，如：e-Response, Combechem,和火星探测。 CoAKTinG实现上述功能的主要方法如下。 1) CoAKTinG通过智能空间组件，支持可移动设备通过宽带或窄带连接到其它人和智能设备，来组合Access Grid节点空间。这样保证科学家在不同的场合中都能保持与其它同事远程通信，如：科学家可以在实验室、会议室、数据分析设备旁，甚至在旅行过程中与合作者保持联系。 2) 通过插入描述性的元数据到音频和视频流中，实现在智能空间中，参与者可以识别会议中的有意义的事件。CoAKTinG项目中，研究者致力于用本体的方法来标注音频或视频流数据的索引，这种索引比过去的索引对科学协作和决策支撑有更大帮助。例如，视频流数据中的文本索引能为那些没有足够的时间从头到尾观看一个视频会议的研究者提供方便。 3) 问题处理、任务调度、规划和协调。CoAKTinG的研究者们采用基于约束的本体技术，设计了一个I-X智能处理面板，开展多个应用。该处理面板提供一个简单接口，却可以智能的完成任务的开展进程，即使在多个约束的条件下也能正常执行。 4) CoAKTinG还支持组记忆获取、改进的出席管理和可视化等功能。 SCEC/IT项目 SCEC/IT项目是由美国国家科学基金（NSF，National Science Foundation）资助的，目的是运用多种信息处理技术，包括知识表达和推理、知识获取、网格计算和数字库等，为地震伤害模拟提供一个新型的信息处理基础平台。该项目是由南加州大学的信息科学学院（ISI）、南加利福尼亚地震中心（SCEC）、圣地亚哥超级计算中心、卡内基梅隆大学和美国地震勘测局协作开发的，项目时间从2001年9月起，为期5年，至2006年9月终止。目前地质学的进展使得人们可以为地壳断层和板块运动进行三维模拟。这种模拟对于了解地震的产生是非常关键的。它为地震预测和减轻地震伤害提供了极大的帮助。作为地震模拟的基础平台，SCEC/IT系统应用网格技术和语义网技术，能综合多种地震模拟模型，提供各种模拟算法，使得分散的数据和计算资源可以协同操作。 SCEC/IT项目的主要研究内容包括： 1. 知识表达和推理：用来管理各种不同的模拟模型，并且获得物理进程和模型算法之间、算法与模拟程序之间以及模拟程序与数据集之间的联系。知识的表达可以运用在路径构造、约束检查、执行计划和信息访问等方面，并可以进行相应的知识推理。 2. 网格技术：用来为用户定义的模拟场景的执行提供访问分布式模拟程序和资源的能力，特别为某些模拟提供所需的高性能计算资源。通过网格技术，可以实现资源发现、访问和分布式计算和存储资源的有效管理，解决了开发者、资源和用户环境的物理位置分布的问题。 3. 数字库：用来管理数据和模拟程序库的协同操作。在协同操作中，运用了语义网的相关技术，开发了一套基于知识的数据管理工具。这些工具为数据访问和模拟产生的新数据的合成提供基础。 4. 交互式的知识获取：使用户可以自己建立合适的模拟模型并执行模拟程序。知识获取工具通过选择合适的模拟软件和来自程序和信息仓库中的数据文件，支持与用户的交互。这些工具隐藏了实现的细节，并且引导用户提供一些必要的信息，用来建立用户自定义的模型。该项目的特点有： 1. 使用交互式工具可以使不是地质专家的用户也可以轻松的构造并运行模拟。 2. 运用语义表达管理地震相关信息 3. 动态管理和执行技术使用户可以在计算网格上运行模拟程序 MIAKT项目 MIAKT的全称为Medical Imaging & Advanced Knowledge Technologies，医药成像与高级知识技术。相关项目“基于网格的知识服务：医药信息协作问题解决环境”是AKT IRC和MIAS IRC的一个联合项目。在这个联合项目中，前者专门关注适当信息和知识内容的管理与合成技术；后者主要研究医药数据的智能分析与处理。该联合项目的主要目标是综合AKT和MIAS项目的能力，借助e-Science网格基础设施来解决协同医药问题。项目工作的重心集中在图像和信号解释，以及决策支持系统的复杂数据的使用方面。项目的最初重点放在对症状性集中的胸部(乳房癌症)疾病的三方评估上面。选择该领域作为目标，是因为这个领域具备众多特性，非常适合应用知识技术和图像分析技术。以下是该项目的一些基本信息主要研究内容: 1. 本体服务 2. 注释和增强服务 3. MIAS服务 4. 网格推理服务参与的合作单位包括： 1. IAM Group,University of Southampton 2. CISG,King’s College London 3. KMi,Open University 4. Oxford University 5. University of Sheffield 目前已经取得的成果包括： 1. MIAKT演示器（可以用于公共访问） 2. MIAKT系统演示器录像 3. MR图象重建 MIAS-Grid项目该项目也是英国e-Science计划下的一个子项目，全称A Medical Image and Singal Research Grid，医药图像和信号研究网格。目前，医药图像和信号解释面临诸多困难，经常需要涉及大量的数据，伴随着复杂的结构。通常，相关的私人和临床信息很重要，但哪些信息可以使用？用于什么目的，往往有关于伦理、法律和临床管制方面的问题；还要面临好的临床实践和审计条件的制约，何时图像和信号分析方法可以用在医药发现和试验方面也依然是问号。在所有这些使用手段中，数据很难管理。数据经常独立的存储，存储形式只对知晓的人有用，对于数据是什么，如何获取，来在何处，数据内容都是孤立的。因此采用基于网格的方法来管理和共享数据、图像和相关数据。该方法的关键因素是使用元数据或者本体来描述数据结构，数据和相关临床信息的获取方法，共享信息的安全方法，支持协作的信息管理工具。工作的重心放在已有的网格架构上，重新开发分布式的图像和信号数据库，以及e-Science测试工具。研究成果将直接运用于医药图像和信号的交叉学科研究协作(MIAS IRC)，以提高科学协作能力，并提供一个针对健康和生物医药学大规模研究的试验床。以下是该项目的一些基本信息 1. 成熟度：创新研究 2. 区域：英国 3. 类型：跨学科研究协作（IRC） 4. 资助资金：£475,000.00 5. 开始日期：01/01/2002 6. 截至日期：Not specified 参与的合作单位包括： 1. King's College London (MIAS) 2. University College London (MIAS) 3. University of Manchester (MIAS) 4. University of Oxford (MIAS) 研究内容包括： 1. 应用服务（Application Services） 2. 领域或者任务本体和元数据（Domain/ Task Ontologies and Metadata） 3. 协作工具（Collaboration Toolkits） 4. 数据管理服务（Data Management Services） 5. 挖掘与分析服务（Data Mining and Analysis Services） MIAS Devices项目该项目是以日常健康为主要目的，是和MIAS IRC项目联合的一个项目，目前，正在开发新型的医疗设备以便通过网格对病人实施监控。该项目将移动设备和可佩戴功能的发展结合在一起，将MIAS IRC的智能信号处理功能应用到医药领域内。该项目使用网格技术，允许病人在家里通过使用低廉的可佩戴设备，持续的监控和分析病人的健康情况。这些低造价的设备监控穿戴者的健康状况，并通过无线技术发送一系列医学信号到网格上。这些医疗信息经由无线设备传送，被收集和处理成可用的形式，供专家通过网格访问和分析之用。项目已经构建可供病人穿着的医疗设备，并开发了用于收集医疗信息和表达信息给专家的底层技术设施。这些可穿着设备允许一个范围内的医疗信号通过附着在病人身上的传感器完成收集。可穿戴设备同样可以感知病人的呼吸、步行、爬楼梯等状态信息和其所处的位置信息等。这些信息结合在一起，提供一个穿戴者活动情况和健康的侧面情况，该侧面情况周期性的发送到基站，然后由基站把信息传给全局网格基础设施。系统采用最新的网格技术，基础设施可以自动地更新由病人穿戴的设备实时转发收集到的记录，专家可以访问这些记录，并使用这些资源来监控病人的发展，检查警戒信号或者比较大量病人的治疗效果。基础设施同样可以自动发现和激活特种情况，以便提醒医学专家和告诫病人注意服用特殊的药物。该项研究将对全世界的病人护理产生深远的影响，健康专家将拥有全新的用于决策支持的e-Science工具，而病人将会得到改善的长期护理和良好的家庭环境生活。主要技术： 1. Easy Plug and Play of Sensors（即插即用的传感器） 2. Wireless connection using 802.11（采用无线局域网技术进行互联） 3. Positioning information from GPS（通过GPS获取位置信息） 4. Mobile medical technologies on distributed Grid（位于分布式网格上的移动医疗技术）

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