??? 摘　要：公共倉庫元模型CWM是一個開放的業(yè)界標準，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" 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">互操作性的元數(shù)據(jù)交換，提出了基于模式的交換方法。重點介紹了CWM元數(shù)據(jù)的交換模式及其開發(fā)方法，并通過建立一個具體的模式進行了說明。
??? 關(guān)鍵詞： 元數(shù)據(jù) 公共倉儲元模型（CWM）? 元數(shù)據(jù)交換模式（MIP）? 模式

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??? 近年來，有關(guān)元數(shù)據(jù)管理的研究已成為當前數(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)的一個熱點，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、開發(fā)、運行和維護的全過程。所有實現(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)。要使一個特定的產(chǎn)品能夠正確處理它的數(shù)據(jù)，就必須對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和語義有一個全面的理解。這個理解通常是由元數(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)層上進行互操作，就必須對描述那個數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)有一個共同的理解，也就是說，構(gòu)成ISC的每個軟件產(chǎn)品和工具能夠在數(shù)據(jù)層進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元模型達成一致，它們就能理解CWM元模型的實例，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CWM的不足，一是為模型解釋說明一個語義環(huán)境的方法，另一個是管理CWM實例大小的方法。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(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)，當開發(fā)人員和技術(shù)用戶對決策支持系統(tǒng)和操作型系統(tǒng)進行維護和擴展時，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 公共倉儲元模型(CWM)
??? CWM是一個完整地描述數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)分析領(lǐng)域的元模型，是OMG組織采納的一個使用共享元數(shù)據(jù)的開放式行業(yè)標準。從技術(shù)的角度看，CWM擴展了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)動的方法進行元數(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文檔的形式進行存儲和交換^[2]。它基于以下三個工業(yè)標準：統(tǒng)一建模語言UML（Unified Modeling Language）、元對象工具MOF（Meta Object Facility）和元數(shù)據(jù)交換XMI（XML Metadata Interchange）^[2-3]。
??? CWM總共包含21個包，分布在五個抽象程度不同的功能層中，每個包負責(zé)都解決數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)分析領(lǐng)域的某個特定建模問題。對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)目標上的服務(wù)；管理層的包提供的服務(wù)支持數(shù)據(jù)倉庫的日常操作和管理。一個完整的CWM方案是把一個或多個CWM包中的建模元素實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)計者不可能進一步參與所有的CWM使用者所解決的整合問題中，所以CWM被設(shè)計得相當靈活、易于表達，并且完全獨立于平臺和環(huán)境因素。然而，它不能提前預(yù)知其將會如何被使用，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能力，這同時也就意味著用戶可以不考慮具體的用途而任意地進行建模。但是，對于使用者來說，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，但是對于描述一個理解和解釋給定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，在沒有正式的標準限定一個特定的CWM模型的物理擴展時，使用模型的進程或者必須準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，所有參與者所認同的公共交換環(huán)境和對模型的物理外延的大小進行限定或設(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標準的基礎(chǔ)上的擴展，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元模型的一個確定的子集（Subset），是在元模型子集的實例中加上相應(yīng)的約束^[4]。
??? 其中,子集（Subset）包含了一個或多個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)點在于：它能夠通過使軟件工具商把注意力放在那些對給定工具所期望導(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)交換模式的標準模板
??? 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，以及避免因為某類模型元素的多重性而造成的解釋不清晰的問題。因此為了保證模式的使用者可以很容易地理解這個模式，發(fā)布的模式說明也應(yīng)該符合相同的語言和規(guī)格標準。根據(jù)參考文獻[2]、[4]可知，元數(shù)據(jù)交換模式的標準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模式的意圖。
??? (2)模式版本：即該模式的一個版本號，這樣才可以支持這個模式的進一步開發(fā)。
??? (3)統(tǒng)一資源定位符URL：唯一的識別并為一個特定的元數(shù)據(jù)交換模式的說明提供了地址。
??? (4)開發(fā)者：定義、發(fā)布這個模式到模式目錄或模式團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、擴展、解釋、生成、結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。
??? (7)意圖：模式的整個意圖的一句話描述。
??? (8)別名：模式的同義詞列表。
??? (9)動機：模式所解決的元數(shù)據(jù)交換問題的詳細說明。
??? (10)實用性：對一個模式被典型地應(yīng)用的現(xiàn)實場景的描述。
??? (11)方案：用于為元數(shù)據(jù)交換建立一個公共環(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，例如對象約束語言(OCL)。
??? (13)用法：描述了模式實例的通常的用法，包括給對象屬性賦值和子類替換。
??? (14)參數(shù)：描述了一組用于實現(xiàn)模式的實例的參數(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：對任何實際使用了這個模式的軟件系統(tǒng)的一個引用。
??? (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：一個如何使用這個模式來解決其相關(guān)的元數(shù)據(jù)交換模式的詳細例子。
3 構(gòu)造模式StarSchema及實現(xiàn)
??? 前面詳細介紹了元數(shù)據(jù)交換模式的基本原理和表達方式。根據(jù)參考文獻[2]所述的開發(fā)交換模式的步驟，可逐步構(gòu)造一個具體的模式：StarSchema。
??? (1)要識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“事實表”（大表）以及多個“維表”（小表）所組成。因此，需要一個標準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實例，它是“維表——事實表”結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。StarSchema有時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StarSchema模式的實現(xiàn)可能包括了Surrogate Key模式的實現(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
??? org.omg.cwm.resource.relational.Schema
??? org.omg.cwm.resource.relational.Table
??? org.omg.cwm.resource.relational.Column
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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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