语义网格在气象资源共享和服务中的应用研究进展汇报

1. 国家重点基础研究发展计划（973计划）------语义网格的基础理论、模型与方法研究国家重点基础研究发展计划（973计划）------语义网格的基础理论、模型与方法研究 语义网格在气象资源共享和服务中的应用研究进展汇报 肖 侬 宋君强 徐志伟 曹存根 国防科技大学计算机学院并行与分布处理国家重点实验室 中国科学院计算技术研究所 Xiao-n@vip.sina.com 2005－10－10

2. 主要内容 • 项目目标 • 整体研究思路与工作进展 • 下一步工作

3. 一、项目目标 • 语义气象应用网格逻辑和系统结构 • 建立规范化、可扩展的气象应用领域的本体 • 海量分布气象数据共享与管理 • 基于服务的气象资源协同和交互机制 • 发表高水平论文20篇和其他论文。 • 培养博士生和硕士生15名以上。 • 专利或者注册软件2项以上。

4. 二、整体研究思路与工作进展 集中： • 语义网格在气象应用领域如何应用和集成中的关键技术 • 气象应用网格方法和技术 • 基于语义的气象网格应用支撑理论、方法 • 网络计算系统技术和语义知识理论方法结合 • 如何在传统的网络计算技术上结合语义，以更好地支撑应用 • 应用需求关注 • 现实和未来

5. 四个方面 • 体系结构 • 气象本体定义与描述语言 • 语义计算服务 • 气象语义数据网格 • 协同工作与开发环境 • 协同开发管理 • 语义工作流 • 预报智能辅助 • 原型系统

6. 1、体系结构 • 语义气象网格体系结构框架 • 基于服务 • 融入语义环境 • 气象本体定义 • 本体论和语言 • 语义计算服务

8. 语义气象应用网格体系结构框图

9. 气象本体定义和描述语言 • 定义了气象本体中的八个顶层类别 • 基于Frame Ontology的气象本体语言 • 每个顶层类别中定义了数目不等的类(Classes) • Inter-Classes公理

10. 气象本体中的八个顶层类别 • 大气与大气科学 • 大气 • 大气科学 • 气象与气象影响 • 气象要素与大气现象观测 • 气象要素 • 大气观探测 • 大气物理、大气化学与动力气象 • 大气物理 • 大气化学与大气污染 • 大气热力性质 • 大气动力性质 • 大气环流 • 天气与天气系统 • 天气 • 天气系统 • 人工影响天气 • 天气分析与天气预报 • 天气图与天气分析 • 天气预报 • 气候与气象资料 • 气候要素与气候变化 • 应用气候与气象资料 • 气象保障与气象业务管理 • 气象保障 • 气象业务管理 • 气象装备与器材 • 气象设备 • 气象仪器 • 气象器材

11. 每个顶层类别中定义了数目不等的类(Classes) defclass 气象要素 { 所属类别：气象要素与大气现象观测 非形式定义：大气状况的基本特征量以及主要大气现象的统称 有实例：气温, 气压, 湿度, 风, 云, 能见度, 降水, 蒸发, 辐射, 日照 等 } defclass 气温 { 非形式定义：大气的温度，表示大气冷热程度的物理量。 是实例：物理量 有实例：平均气温, 最高气温, 最低气温 等 单位：℃, K }

12. 基于Frame Ontology的气象本体语言

13. 定义Inter-Classes公理 • CCAT LLC [has-all-disjoint-subcategories(C; L) C1C2elements(L) [dom(C1)dom(C2)=C3elements(L) dom(C3)=dom(C)]] • CCAT LLC [has-disjoint-subcategories(C; L) C1C2elements(L) [dom(C1)dom(C2)=C3elements(L) dom(C3) dom(C)] •  CCAT LLC [has-all-subcategories(C; L)  C1, C2elements(L) [dom(C1)dom(C2) C3elements(L) dom(C3) = dom(C)]] •  CCAT, LLC [has-subcategories(C; L)  C1, C2elements(L) [dom(C1)dom(C2) C3elements(L) dom(C3) dom(C)]] •  C1, C2CAT [subcategory-of(C1; C2)  dom(C1)  dom(C2)] • CCAT LLC [has-all-instances(C; L)  elements(L) = dom(C)] • CCAT LLC [has-instances(C; L)  elements(L)  dom(C)] • CCAT IINS [instance-of(I; C)  Idom(C)] •  C, C1, C2CAT [subcategory-of(C1, C)  include(C, C2)  include(C1, C2)] • Etc.

14. 语义计算服务 • 计算的深度信息模型 • 计算基础资源的信息模型及其 • 计算过程与服务 • 基于环境语义的自适应计算 • 环境语义描述 • 自适应计算框架

15. 语义计算服务基本框图

16. 体系结构相关论文 • A Knowledge Fusion Model for Web Information. To appear in Proceedings of The 2005 IEEE/WIC/ACM International Conference on Web Intelligence (WI'05) • The Research of A Semantic Architecture in Meteorology Grid Computing,MEGA 2006 • Evaluating Resource Backup Policies for Computational Grid，IEEE International Conference on Services Computing, IEEE Computer Society Press2004.9 • A Novel Checkpoint Mechanism Based on Job Progress Description for Computational Grid ，International Symposium on Parallel and distributed processing and applications2004.12 • Predicting the Reliability of Resources in Computational Grid，International conference on Grid and Cooperative Computing, In China, LNCS Press2004.10 • An Ontology of the Meridian-Collateral System. To appear in Proceedings of SGAI 2005 • 基于本体的文本知识获取研究。《计算机学报》（已录用），2005

17. 2、气象语义数据网格 • 资源虚拟化 • 域中的异构海量数据存储资源管理全局统一视图和访问：屏蔽分布、异构和多域 • 分布数据的统一操作和管理空间 • 逻辑上统一，分布操作、共享和管理 • 自治系统联邦协同 • 支持局部自治性的独立服务和管理，以及多系统的协同 • 多级别授权 • 全局系统授权和本地用户访问控制 • 基于语义本体的检索 • 基于气象语义本体

18. 客 户 资源和数据代理 统一操作接口和全局操作视图 计算资源聚合器 数据服务 元数据服务 安全服务 系统管理 资源信息服务 联合调度分配 资源描述接入 访问分发 远程数据访问 数据传输与操作 数据缓冲复制 数据元信息访问与管 理 数据注册发布 管理 系统信息访问与管理 副本管理 与 选择 认证授权 用户映射 计费 用户管理 系统配置管理 系统监控 资源访问接口 元信息访问接口 文档系统 访问接口 文件系统 访问接口 数据库 访问接口 存储资源 DB2, Oracle, Sybase, SQLServer HPSS,Tivoli, UniTree, DMF DB2, Oracle, Postgres Unix, NT SkyHawk网格系统－数据网格引擎GridDaEn

19. 语义数据集成与访问

20. GridDaenFS: A Virtual Distributed File System for Uniform Access across Multi-domains. International conference on Grid and Cooperative Computing, In China, LNCS Press2004.10 • A Distributed Data Server in Grid Environment，International Workshop on Visualization and Visual Steering, In China, LNCS Press 2004.10 • Grid File Sharing Components and Architecture，The 2005 International Conference on GridComputing and Applications，June 20-23，2005 Las Vegas, USA2005 • An Asynchronous Replica Consistency Model in Data Grid，International workshop on service grid computing and applications2005 • Efficient Data Retrieving in Distributed Data-streaming Environments，IEEE ICCCN 2005, 14th International Conference on Computer Communications and Networks, San Diego, California, USA, October, 2005 • Skyhawk Grid System， APWeb 2005

21. 3、协同工作与开发环境研究 • 气象是一个复杂、多学科领域，不同领域的科学家需要携手合作共同解决一些挑战性的问题 • 气象网格的不同用户对程序进行浏览、修改和版本管理，不同领域的科学家能交互，建立协同开发管理 • 适合于数值预报系统开发的协同工作环境，实现对预报模式和分析系统的进行自动控制的工作流管理 • 方便预报员、科学家进行历史数据分析与比较的预报智能辅助

22. 协同开发管理 • 代码协作开发与共享 • 开发、共享和版本管理 • 基本的说明 • 语义标注和解释 • 程序验证与算法环境语义支撑 • 算法的适用性和特点 • 参数选择 • 精度等等

24. 语义工作流 • 基于语义的流程服务组合和协同 • 工作流执行的分布异构性 • 实体工作流生成的动态性 • 工作流执行引擎的交互性 • 工作流事务性

25. 预报智能辅助 • 为预报员或科学家提供历史数据分析与对比 • 智能辅助决策 • 充分利用语义计算服务与数据访问服务的功能进行推理计算

26. 预报智能辅助结构研究框图

27. 统计论文发表 • 论文发表共17篇，SCI 索引6篇 • A Knowledge Fusion Model for Web Information. Proceedings of The 2005 IEEE/WIC/ACM International Conference on Web Intelligence (WI'05) • GridDaenFS: A Virtual Distributed File System for Uniform Access across Multi-domains. International conference on Grid and Cooperative Computing, LNCS Press2004.10 • An Ontology of the Meridian-Collateral System. Proceedings of SGAI 2005 • Evaluating Resource Backup Policies for Computational Grid，IEEE International Conference on Services Computing • A Distributed Data Server in Grid Environment，International Workshop on Visualization and Visual Steering, LNCS Press 2004.10 • The Research of A Semantic Architecture in Meteorology Grid Computing, accepted,MEGA 2006

28. 论文发表（续） • An Asynchronous Replica Consistency Model in Data Grid，International workshop on service grid computing and applications2005 • Efficient Data Retrieving in Distributed Data-streaming Environments，IEEE ICCCN 2005, 14th International Conference on Computer Communications and Networks, San Diego, California, USA, October, 2005 • Grid File Sharing Components and Architecture，The 2005 International Conference on GridComputing and Applications，June 20-23，2005 Las Vegas, USA2005 • Skyhawk Grid System， APWeb 2005

29. 论文发表（续） • A Novel Checkpoint Mechanism Based on Job Progress Description for Computational Grid ，International Symposium on Parallel and distributed processing and applications2004.12 • Predicting the Reliability of Resources in Computational Grid，International conference on Grid and Cooperative Computing, LNCS Press2004.10 • Interaction Complexity - A Computational Complexity Measure for Service Oriented Computing. Accepted by SKG2005. 2005 • 基于本体的文本知识获取研究。《计算机学报》（已录用），2005 • Griddaen－EDS数据库网格系统的设计和实现，中国计算机大会2005 • 基于XML的数据网格视图，第22届全国数据库学术会议2005 • 数值天气预报系统中网格工作流的portlet实现，中国计算机大会2005

30. 总结 • 气象应用网格的体系框架已建立 • 语义气象网格本体初步建立 • 气象数据网格支撑系统 • 气象应用语义的关键点 • 本体 • 语义计算 • 协同开发和语义工作流 • 等等

32. 三、下一步工作 • 紧密结合应用领域，强调在应用领域中的创新 • 工作重点： • 语义气象本体和语义计算 • 基于语义的气象网格数据共享和查询 • 算法环境语义标注 • 基于服务的语义工作流协同机制 • 辅助决策方法 • 高水平的论文发表

33. 谢谢！欢迎批评指正！

34. 谢谢，欢迎批评指正！