??? 摘　要：公共倉庫元模型CWM是一個開放的業界標準，用于在數據倉庫及業務分析領域的元數據" title="元數據">元數據交換，并為元數據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" 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">互操作性的元數據交換，提出了基于模式的交換方法。重點介紹了CWM元數據的交換模式及其開發方法，并通過建立一個具體的模式進行了說明。
??? 關鍵詞： 元數據 公共倉儲元模型（CWM）? 元數據交換模式（MIP）? 模式

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??? 近年來，有關元數據管理的研究已成為當前數據倉庫和決策支持系統" title="決策支持系統">決策支持系統的一個熱點，元數據是數據倉庫中的核心部分，它貫穿于數據倉庫設計、開發、運行和維護的全過程。所有實現信息供應鏈ISC（Information Supply Chain）各階段的不同的軟件工具" title="軟件工具">軟件工具和產品，都要依賴元數據來描述它們需要處理和轉換的數據。要使一個特定的產品能夠正確處理它的數據，就必須對數據的結構和語義有一個全面的理解。這個理解通常是由元數據提供的。為了使一系列給定的軟件產品能夠有效地參與ISC，并在數據層上進行互操作，就必須對描述那個數據的元數據有一個共同的理解，也就是說，構成ISC的每個軟件產品和工具能夠在數據層進行有效的集成的前提是，它在元數據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據集成體系結構所需的用于描述問題域的語義完整的公共元模型。這些體系結構是數據倉庫和業務分析所需要的，只要構建ISC用到的各種軟件產品、工具和數據庫產品就能與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據。然而，依靠CWM語法本身并不能真正地確保可互操作的元數據的完整性，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境的方法，另一個是管理CWM實例大小的方法。這正是元數據交換模式所要解決的問題。
1 基本概念介紹
1.1 元數據
??? 元數據是指來自企業內外的所有物理數據（軟件和其他介質中含有的)和知識(員工和各種媒介中含有的），包括物理數據的格式、技術和業務過程、數據的規則和約束以及企業所使用數據的結構^[1]。數據倉庫元數據分為技術元數據（Technical Metadata）和業務元數據（Business Metadata）兩種。技術元數據是為企業技術用戶和IT員工提供支持的元數據，當開發人員和技術用戶對決策支持系統和操作型系統進行維護和擴展時，技術元數據為他們提供所需要的信息。業務元數據是為企業業務用戶提供支持的元數據，它為決策支持分析人員提供了訪問決策支持系統底層的數據倉庫和數據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據倉庫和業務分析領域的元模型，是OMG組織采納的一個使用共享元數據的開放式行業標準。從技術的角度看，CWM擴展了OMG組織建立的元建模體系結構，使其包含數據倉庫和業務分析的領域。CWM支持用模型驅動的方法進行元數據交換，其中表示共享數據的形式模型是依據CWM元模型規范構造的。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標準：統一建模語言UML（Unified Modeling Language）、元對象工具MOF（Meta Object Facility）和元數據交換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，每個包負責都解決數據倉庫和業務分析領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、關系和約束的包，它是UML的一個子集；基礎層包含為有駐留在更高層次的其他包提供CWM特定服務的包；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據資源的結構；分析層的包描述的是作用于資源層中的包所描述的數據源和數據目標上的服務；管理層的包提供的服務支持數據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 元數據交換模式
2.1 問題的提出
??? 由于CWM的設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被設計得相當靈活、易于表達，并且完全獨立于平臺和環境因素。然而，它不能提前預知其將會如何被使用，這和MOF、UML無法預知其是如何被用來為面向對象的軟件系統建模是一樣的。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據，但是對于CWM模型的內容和結構來說，什么是有用的直接取決于CWM元數據的產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據交換的環境，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境則已經超出了CWM本身的范疇。
??? (2)任何CWM模型都潛在地包含了無數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據交換過程的可靠性。
??? 基于模式的元數據交換方法的基本概念就是描述在元數據交換過程中，所有參與者所認同的公共交換環境和對模型的物理外延的大小進行限定或設置界限并在過程中確立。
2.2 CWM MIP定義
??? CWM元數據交換模式(CWM MIP)元模型是在CWM標準的基礎上的擴展，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規范的數據倉庫模型，并且可以增加一個描述怎樣構建元數據交換單元的語義環境。
??? 定義：CWM元數據交換模式是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入元數據有意義的元數據模型上，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 元數據交換模式的標準模板
??? 為了解決以上提出的所有問題，給出的每一元數據交換模式必須定義一個公共的交換環境，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據的含義；模式還必須在任何需要的地方約束特定模型元素的數量以減少模型中可能存在的元素的數量，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，發布的模式說明也應該符合相同的語言和規格標準。根據參考文獻[2]、[4]可知，元數據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。
??? (3)統一資源定位符URL：唯一的識別并為一個特定的元數據交換模式的說明提供了地址。
??? (4)開發者：定義、發布這個模式到模式目錄或模式團體的人或組織的名稱。
??? (5)結構分類：主要包括宏模式、領域模式、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、結構或構造。
??? (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：模式所解決的元數據交換問題的詳細說明。
??? (10)實用性：對一個模式被典型地應用的現實場景的描述。
??? (11)方案：用于為元數據交換建立一個公共環境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：描述了一組用于實現模式的實例的參數，參數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)結果：在模式應用中所產生的各種有利或不利結果的描述。
??? (17)已知的用例：對任何實際使用了這個模式的軟件系統的一個引用。
??? (18)相關的模式：與此模式相關的、與之合作的或是由其組成的任何其他的元數據交換模式列表。
??? (19)解決方案案例：一個如何使用這個模式來解決其相關的元數據交換模式的詳細例子。
3 構造模式StarSchema及實現
??? 前面詳細介紹了元數據交換模式的基本原理和表達方式。根據參考文獻[2]所述的開發交換模式的步驟，可逐步構造一個具體的模式：StarSchema。
??? (1)要識別需要解決的交換問題并提出解決問題的模式。星型模型是廣泛應用于數據倉庫和商業智能系統中將數據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據庫的通用格式。
??? (2)確定幾個所提出的模式可以應用的場景和與其他相關聯的模式。大多數數據倉庫都采用星型模型。所有星型模型的數據結構，都可以看成是該模式的一個實例，它是“維表——事實表”結構數據交換的基礎。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相關聯的典型模式是Surrogate Key pattern。一個StarSchema模式的實現可能包括了Surrogate Key模式的實現^[5]。
??? (3)確定所提出的模式的結構分類和使用類別。該模式只是描述數據倉庫中一種數據組織方式的中型粒度模式即屬于領域模式；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、基礎層的鍵和索引包、資源層的關系型包以及相應的關聯。具體所包含的CWM類和關聯如下：
??? org.omg.cwm.resource.relational.Catalog
??? org.omg.cwm.resource.relational.Schema
??? org.omg.cwm.resource.relational.Table
??? org.omg.cwm.resource.relational.Column
??? org.omg.cwm.resource.relational.PrimaryKey
??? org.omg.cwm.resource.relational.ForeignKey
??? org.omg.cwm.objectmodel.core.TaggedValue
??? org.omg.cwm.objectmodel.core.ElementOwnership
??? org.omg.cwm.objectmodel.core.ClassifierFeature
??? org.omg.cwm.objectmodel.core.TaggedElement
??? org.omg.cwm.objectmodel.core.UniqueFeature
??? 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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