基于中間件的多源個性化系統間協同模型研究
2009-01-01 00:00:00張付志任志剛歐陽素珍
計算機應用研究 2009年3期
(燕山大學 信息科學與工程學院， 河北 秦皇島 066004)
摘 要：現存的個性化服務系統自成體系，獨立于其他系統，形成了個性化服務的“孤島”，使得用戶在訪問一個系統時不能利用在其他系統中生成的個性化信息，但是復雜的任務卻往往需要從多個系統、多個資源處獲取信息。針對這些問題，設計了個性化中間件來實現多源個性化服務系統的模型重用問題，詳細闡述了中間件的設計思想和模塊描述，并通過個性化中間件實現了多源個性化服務系統之間的協同操作，滿足了跨系統個性化服務的要求。
關鍵詞：個性化； 跨系統； 中間件
中圖分類號：TP249 文獻標志碼：A
文章編號：10013695(2009)03090404
Collaborative model research of
multisource personalized system based on middleware
ZHANG Fuzhi， REN Zhigang， OUYANG Suzhen
(College of Information Science Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao Hebei 066004， China)
Abstract:The existing personalized service systems are made by themselves， which are independent of the other systems， so that they form a “isolated island” of the personalized service and don’t allow users to use personalized information that forms in other systems when visiting a system， in fact complex tasks often requires to gain information from multiple systems and resources. According to present situations，this paper designed the personalized middleware to achieve the reuse model of multisource personalized system， and elaborated on the design of middleware and moduledescription Through the personalized middleware which achieved cooperation between multisource personalized service systems， it met the requirements of cross system personalization.
Key words：personalization; crosssystem; middleware
0 引言
在信息資源極端豐富的今天，Web已成為人們獲取信息的一個主要手段， 隨著Web信息的日益增長，人們不得不花費大量的時間在浩瀚的網絡資源中去搜索、瀏覽自己所需要的信息。雖然，目前的信息檢索技術滿足了人們一定的需求， 但由于其通用的性質， 仍不能滿足不同背景、不同目的和不同時期的查詢請求。例如，任何人只要輸入相同的檢索項，得到的都是相同的查詢結果。為了達到檢索結果因人而異，真正反映用戶需求，個性化服務系統應運而生。但目前的個性化服務系統自成體系，獨立于其他系統，形成了個性化服務系統的“孤島”，在應用時也出現了一系列問題：a）個性化信息難以重用。一個系統中的用戶個性化信息不能傳遞到其他系統中去，使得用戶要不斷重復注冊自己的基本信息。b）異構問題。現有的個性化服務系統分別擁有各自的用戶模型，并且都是以自己特有的格式存儲用戶信息，使得模型間的信息在共享和傳遞過程中產生異構問題，宏觀上制約了個性化服務應有效能的發揮。c）個性化系統透明度不高。除非知道系統的確切地址，否則在浩瀚的網絡資源中很難甚至找不到所需資源。d）冷啟動問題。個性化服務系統進行個性化服務時，需要調用用戶模型信息，但當用戶第一次訪問個性化系統時，由于在用戶模型中還沒形成個性化信息，導致其不能提供個性化服務。綜上所述，迫切需要一種個性化集成系統來共享用戶的模型信息，這種系統必須能夠為用戶提供統一的訪問入口，屏蔽個性化系統的位置信息和平臺差異，實現異構個性化系統的無縫連接。
跨系統個性化是以用戶為中心的方式在不同的系統中共享用戶個性化信息的個性化，本文通過設計個性化中間件來實現。個性化中間件負責存儲與調配各個性化系統中的個性化信息，實現多源個性化服務系統間的協同，進而實現用戶模型重用。通過跨系統個性化，用戶在不同地點、不同區域、不同系統所生成的個性化信息就可以通過一定的協調策略聚合到個性化中間件中，構成一個個性化信息的集成體。
1 跨系統個性化中間件的設計
1.1 設計思想
跨系統個性化中間件的設計思想是每個個性化服務提供方對應一個包裝器，由包裝器負責接收個性化中間件的用戶模型信息和服務請求進行格式轉換和封裝處理，返回個性化服務提供方的查詢結果；由語義映射組件負責進行異構服務提供方的同義轉換，屏蔽各個性化服務提供方的異構性；由模型獲取組件負責對個性化服務提供方模型的動態調用，完成個性化中間件模型信息的及時更新；由模型聚合組件負責對獲取的模型信息根據聚合算法進行聚合；個性化推薦組件根據用戶模型信息、服務描述對用戶請求作出最佳的推薦；由服務注冊組件負責管理服務描述及模型結構描述信息，增強個性化服務提供方的透明性；由用戶模型庫負責存儲模型聚合及用戶注冊的用戶模型信息。下面結合基于個性化中間件的多源個性化服務系統的協同模型(圖1)詳細說明其核心模塊設計。
個性化中間件的主要功能：個性化中間件對多源個性化服務提供方的用戶模型進行聚合；為個性化服務提供方提供聚合的模型信息；對個性化服務提供方進行個性化推薦，增強個性化服務提供方的透明性；進行異構數據的語義映射，屏蔽底層個性化服務提供方的異構性。
1.2 核心模塊描述
1）個性化門戶
個性化門戶采用相應的B/S模式，用JSP實現編程，向用戶提供三個接口，即注冊、查詢和結果顯示。根據用戶模型描述方案為用戶提供注冊界面；為用戶提供統一的查詢界面，查詢方式有SQL語句查詢以及界面構造查詢兩種；查詢結果保存為XML格式或TXT格式。
2）服務注冊
服務注冊中心為每一個注冊信息分配惟一標志。服務注冊中心負責存儲服務、用戶模型結構及服務—用戶模型結構映射關系，提供服務接口和模型接口。服務接口負責接收個性化服務提供方的服務注冊，包括服務地址、服務描述、服務類型；模型接口負責接收個性化服務提供方提供的模型描述信息，包括模型數據格式、模型數據類型、精度、數據范圍等。它們以XML格式存儲在服務注冊中心。
3）個性化推薦
服務資源采用XML格式存儲，跨系統個性化服務框架下對服務的推薦采用基于協作過濾的方法。個性化推薦組件主要負責為用戶推薦合適的服務，提取用戶模型信息。個性化推薦模塊根據用戶服務請求、用戶模型信息，在注冊的服務中進行服務匹配，把最能完成用戶需求的服務推薦給用戶。
4)模型信息獲取
模型信息獲取組件負責收集個性化服務提供方的模型信息及網絡狀況，周期性地對其數據模型進行提取、更新。通過語義映射把調用請求轉換為相應服務提供方能夠理解的格式；通過通信機制進行模型信息的交互。
5)包裝器
個性化中間件中一個個性化服務提供方對應一個包裝器。包裝器負責對服務請求和模型信息進行包裝，轉換成與服務提供方對應的數據查詢語言、能夠識別的格式，并將包裝信息通過通信機制發送到個性化服務提供方，同時接收處理結果。包裝器以插件的方式存在于個性化中間件中，這樣有利于個性化服務提供方的擴展和更新。
6)語義映射組件
語義映射組件負責個性化服務提供方與個性化中間件的用戶模型庫之間的語義轉換。個性化服務提供方與個性化中間件之間的異構問題是元數據間的異構和數據之間的隱含聯系。對于異構問題，本文通過同義詞典進行解決。同義詞典T=(CSynset，ASynset，S)。其中：CSynset集合表示概念的同義詞集，包含了服務注冊中可能出現的具有相同語義的概念；ASynset集合表示概念屬性的同義詞集，包含了服務注冊中所有具有相同語義的屬性；S集合表示同義詞集里的某個具體概念或屬性的來源，可以是一對一的關系，也可以是一對多的關系。同義詞典與個性化中間件中的用戶模型之間的映射叫做同義映射，映射將同義詞典中的同義詞集對應到用戶模型中的具體某個概念/屬性，如同義詞集（name、姓名、名字、mingzi）映射到用戶模型中的name。ASynset對應到某個屬性，把這種映射關系保存在映射文件中。
應用時只需找到XML中的概念或屬性在T中的同義詞集，再根據T與用戶模型中具體的概念和屬性的映射關系，就可以得到所有XML中概念和屬性的對應關系，最后只需要保存XML與同義詞典T的集成關系即可。
2 基于個性化中間件實現多源個性化服務系統的協同
跨系統個性化服務涉及多個個性化系統，這些多源的個性化服務系統之間的協同包括兩個方面，即用戶模型的聚合和用戶模型的重用。這是兩個相反的過程，利用個性化中間件可以很好地實現它們。用戶模型的重用主要完成把個性化中間件中集成的用戶模型信息分配到個性化服務提供方中去，使個性化中間件中聚合的模型信息可以在注冊的所有個性化系統進行重用；用戶模型聚合是重用階段的逆過程，其目的是實現個性化中間件的用戶模型與個性化服務提供方的用戶模型的同步與更新，即把各個個性化服務提供方中的用戶模型信息傳遞到個性化中間件中進行聚合。跨系統個性化所涉及的系統協同過程就是用戶模型信息在個性化中間件中與個性化服務提供方之間進行交互的過程。
2.1 跨系統個性化的用戶模型重用
跨系統個性化的用戶模型重用可以通過兩種方式來實現：a）個性化中間件進行推薦時實現用戶模型重用；b）個性化服務系統在個性化中間件申請用戶模型。
2.1.1 個性化中間件推薦時的用戶模型重用
用戶訪問個性化門戶而實現跨系統個性化時實現的用戶模型重用具體流程如圖2所示。
a）用戶通過個性化門戶的個性化接口向個性化中間件提交個性化需求Ni。
b）查找用戶所采用的隱私保護協議，從服務注冊中心中找出支持此保護協議的服務提供方提供的服務。
c）根據用戶模型在步驟b)選出的服務中為用戶推薦合適的服務。
d）用戶選擇進行操作的具體服務。
e）把大模型中提取的用戶模型信息傳遞到語義映射組件，語義映射組件把大模型中的模型信息映射為個性化服務提供方能夠識別的形式傳遞給包裝器。
f）包裝器把接收的服務請求和用戶模型信息進行包裝處理，并把Ni轉換成個性化服務提供方查詢所支持的格式Ni″。
g)通過通信機制把包裝結果傳遞給個性化服務提供方。
h)通過包裝器把查詢結果返回給個性化門戶。
2.1.2 個性化中間件推薦時的用戶模型重用算法
定義1 定義個性化中間件進行個性化推薦時所進行的用戶模型重用為五元組〈Tp，Tm，{W}，{Ts}，{O}〉。其中：Tp表示個性化門戶；Tm表示個性化中間件；{Ts}表示服務提供方集合；{O}表示三者之間進行的操作集合；{W}表示包裝器集合。
定義2 定義途經個性化門戶的個性化流程中Tp、Tm、W和Ts四者之間交互的消息集合用M表示。例如用戶需求信息用Mneed表示；個性化引擎信息的推薦服務信息用Mrec表示；用戶選擇的服務信息用Mchoice表示；個性化服務提供方的檢索結果用Mresult表示等。即
M={Mneed，Mrec，Mchoice，Mresult，…}
依據上述用戶模型重用過程中涉及的實體說明，系統個性化服務算法可定義如下：
算法：途經個性化門戶的模型重用算法。
輸入：Mneed和Mchoice
輸出：Mrec和Mresult
{ ……
Tp→Tm: Mneed; //個性化門戶向個性化中間件提供用戶需求
switch Sclient(Sclient∈{Sclient})
{
case Sp3p：//推薦支持P3P協議的個性化服務提供方
Tm→Tp:Mrec∈{Ts:Ss_p3p}；
case SAppel://推薦支持Appel協議的個性化服務提供方
Tm→Tp:Mrec∈{Ts:Ss_Appel}；
}//判斷用戶所支持的隱私保護協議
Tp→Tm:Mchoice；//獲取用戶選擇的服務
W:convert(Mum); //轉換用戶模型的格式
W:convert(Mneed); //轉換用戶需求的格式
W→Ts:Mum；//發送用戶模型
W→Ts: Mneed; //發送用戶需求
Ts→W:Mconf;//獲取提供方傳回的確認信息
Ts:recommend(Mneed);
Ts→W→Tm→Tp:Mresult;
break;
}
2.1.3 個性化服務提供方申請用戶模型
用戶直接訪問個性化服務提供方，由個性化服務提供方對用戶服務請求進行處理，如果處理結果令用戶滿意，訪問結束；如果處理結果不能讓用戶滿意，則個性化服務提供方建立與個性化中間件的鏈接，通過用戶模型提取機制從注冊的相應服務提供方進行用戶模型信息提取，對提取的用戶模型進行聚合，把聚合的用戶模型通過包裝器傳遞給個性化服務提供方，個性化服務提供方根據接收的個性化模型信息進行對用戶需求的相應操作。如果結果令用戶滿意，把結果返回給用戶；如果結果令用戶不滿意，表明本系統不能完成用戶需求，推薦由個性化中間件進行智能推薦來完成該服務請求。其流程如圖3所示。
2.1.4 個性化服務提供方申請用戶模型的算法
定義3 定義個性化服務提供方申請用戶模型為七元組〈 Tm，P，{W}，M，D，{Ts}，{O}〉。其中：Tm表示個性化中間件；P表示聚合組件；{W}表示包裝器集合；M表示用戶模型庫；D表示模型信息提取組件；{Ts}表示服務提供方集合；{O}表示三者之間進行的操作集合。
定義4 定義途經個性化服務提供方的個性化流程過程中交互的消息集合用M′表示。例如用戶需求信息用M′need表示；個性化服務提供方的檢索結果用M′result表示；用戶的模型信息用M′mod表示等。即
M′={M′need，M′result，M′mod，…}
依據上述對個性化服務提供方申請用戶模型的定義，實現用戶模型重用的算法如下：
算法：個性化服務提供方申請用戶模型實現算法
輸入：M′need
輸出：M′result
a)用戶訪問Ts，提出M′need。
b)Ts進行M′need的相應操作。
c)用戶對b)中的結果M′result進行判斷：如果用戶滿意，轉到j）；如果用戶不滿意，執行d）。
d)Ts進行與Tm的鏈接，在Tm中申請用戶的M′mod。
e)Tm在M′中進行該用戶的模型信息查詢:如果存在該用戶的模型信息M′mod，執行h）；如果不存在該用戶的模型信息M′mod，執行f)。
f)Tm調用D組件進行注冊的個性化服務提供方用戶模型的動態提取。
g)Tm調用P對f)中提取的M′mod進行模型聚合。
g)通過Tm中的W把聚合后的模型信息M′mod傳送給申請的Ts。
i)Ts根據Tm傳來的M′mod對M′need重新進行操作。
j)Ts把M′result返回給用戶，用戶退出系統。
2.2 跨系統個性化的用戶模型聚合
跨系統個性化用戶模型的聚合包括兩個階段：a)個性化中間件發送模型調取命令來強制進行模型的提取與聚合；b)當個性化服務提供方的模型進行更新時通過發送事件報文來動態更新用戶模型。
2.2.1 個性化中間件的模型聚合
個性化中間件的模型獲取組件可以向所有注冊的個性化服務提供方或是向某幾個個性化服務提供方發送模型調取指令，通過組播通信把模型調取指令傳遞到個性化服務提供方。個性化服務提供方收到模型調取指令后，提取出自己的模型信息，轉換為XML形式，通過通信底層把模型信息傳遞給個性化中間件；個性化中間件對獲取的模型信息根據聚合算法進行聚合，聚合結果存入用戶模型庫。其流程如圖4所示。
定義5 定義個性化中間件的模型聚合為六元組〈P，{W}，M，D，{Ts}，{O}〉，其中：P表示聚合組件；{W}表示包裝器集合；M表示用戶模型庫；D表示模型信息提取組件；{Ts}表示服務提供方集合；{O}表示三者之間進行的操作集合。
定義6 定義模型聚合過程中涉及交互的模型消息用Mmod表示；模型調取命令用Mtra表示。
依據上述對個性化流程中涉及的實體的定義，系統個性化服務算法可定義如下：
算法：模型聚合實現算法
輸入：Mtra
輸出：Mmod
a)D發出Mtra指令給{W}。
b){W}把Mtra指令傳遞到{Ts}。
c)各個Ts對各自的用戶模型Mmod進行格式轉換。
d)各Ts把Mmod傳遞給相應的W。
e)W返回確認信息給P。
f)W把Mmod傳遞給P。
g)P根據模型聚合算法對所提取的所有Mmod進行模型聚合。
h)P把聚合后的模型存入M。
2.2.2 個性化中間件與個性化服務提供方用戶模型的同步更新
個性化中間件與個性化服務提供方之間的用戶模型同步更新是通過發布預約機制實現的。發布預約機制是指當個性化服務系統更新模型數據后即生成一個事件報文發送給通信機制，通信機制負責將該事件報文發布給個性化中間件（圖5）。
數據模型的更新事件包括模型數據的添加、修改和刪除。當個性化服務系統更新了它的模型數據對象后，應通過事件報文將更新事件傳遞給通信機制。個性化中間件為了及時獲取個性化應用系統的模型數據更新情況，應向通信底層預約各個應用系統的模型數據對象的更新事件，預約通過向通信機制發送預約報文實現。通信機制轉發事件報文時不會通知個性化服務提供方，因此個性化服務系統在完成事件發布后，就無須關心更新事件是否已傳遞給個性化中間件。
在用戶模型的更新過程中，成敗的關鍵是關于報文的操作。本文所設計的報文格式如圖6所示。
報文頭是每個報文都固定的部分，使用固定長度的字節直接表示，主要包括目標地址、源地址、報文信息類型等。其中的地址又分為網絡地址和網內地址，即目標地址和源地址都是由網絡號+網內地址組成。信息類型用于區分報文是請求、響應、事件還是預約。報文體由報元組成，每個報元包括報元編號、報元實際長度和報元內容三個部分。
為了保證通信的可靠性，本文定義了確認報文。發送一條報文時，相應的確認報文總是與之對應。所以無論有無錯誤，報文的發送與確認報文的回送總是成對出現。確認報文的格式如圖7所示。
在確認報文的格式中，確認報文標志用來與其他報文進行區別；目的地址和源地址與上面的數據報文相同；判斷位用來判斷報文傳輸是否出錯，如用1表示報文校驗一切正確或開機自檢無錯誤，用0表示報文或節點有錯誤；確認信息用來具體說明錯誤類型。
3 結束語
本文建立了一種面向多源個性化服務系統的協同模型，使用個性化中間件這個傳輸中介，實現了個性化模型信息從一個系統到另一個系統中的傳遞。個性化中間件負責存儲和更新個性化信息，主要有三個作用：a）聚合個性化服務提供方的用戶模型；b)把集成的用戶模型分配到個性化服務提供方；c)智能個性化推薦。但其在實現上還存在著一些不足，主要體現在各個系統的異構上，這就使得個性化信息在傳遞上存在著一些困難。在以后的工作中，重點從本體角度解決異構問題。
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