摘　要：公共仓库元模型CWM是一个开放的业界标准，用于在数据仓库及业务分析领域的元数据" title="元数据">元数据交换，并为元数据定义公共元模型和基于XML的交换格式。为了达到基于CWM的无缝、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" 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">互操作性的元数据交换，提出了基于模式的交换方法。重点介绍了CWM元数据的交换模式及其开发方法，并通过建立一个具体的模式进行了说明。
    关键词： 元数据 公共仓储元模型（CWM）  元数据交换模式（MIP）  模式

    近年来，有关元数据管理的研究已成为当前数据仓库和决策支持系统" title="决策支持系统">决策支持系统的一个热点，元数据是数据仓库中的核心部分，它贯穿于数据仓库设计、开发、运行和维护的全过程。所有实现信息供应链ISC（Information Supply Chain）各阶段的不同的软件工具" title="软件工具">软件工具和产品，都要依赖元数据来描述它们需要处理和转换的数据。要使一个特定的产品能够正确处理它的数据，就必须对数据的结构和语义有一个全面的理解。这个理解通常是由元数据提供的。为了使一系列给定的软件产品能够有效地参与ISC，并在数据层上进行互操作，就必须对描述那个数据的元数据有一个共同的理解，也就是说，构成ISC的每个软件产品和工具能够在数据层进行有效的集成的前提是，它在元数据层就必须有效地集成^[1-3]。
    公共仓储元模型CWM提供了基于模型的元数据集成体系结构所需的用于描述问题域的语义完整的公共元模型。这些体系结构是数据仓库和业务分析所需要的，只要构建ISC用到的各种软件产品、工具和数据库产品就能与CWM元模型达成一致，它们就能理解CWM元模型的实例，因而可以很容易在组成ISC的软件组件之间交换元数据。然而，依靠CWM语法本身并不能真正地确保可互操作的元数据的完整性，还需要提供两种手段来弥补CWM的不足，一是为模型解释说明一个语义环境的方法，另一个是管理CWM实例大小的方法。这正是元数据交换模式所要解决的问题。
1 基本概念介绍
1.1 元数据
    元数据是指来自企业内外的所有物理数据（软件和其他介质中含有的)和知识(员工和各种媒介中含有的），包括物理数据的格式、技术和业务过程、数据的规则和约束以及企业所使用数据的结构^[1]。数据仓库元数据分为技术元数据（Technical Metadata）和业务元数据（Business Metadata）两种。技术元数据是为企业技术用户和IT员工提供支持的元数据，当开发人员和技术用户对决策支持系统和操作型系统进行维护和扩展时，技术元数据为他们提供所需要的信息。业务元数据是为企业业务用户提供支持的元数据，它为决策支持分析人员提供了访问决策支持系统底层的数据仓库和数据集市中信息的线路图。
1.2 公共仓储元模型(CWM)
    CWM是一个完整地描述数据仓库和业务分析领域的元模型，是OMG组织采纳的一个使用共享元数据的开放式行业标准。从技术的角度看，CWM扩展了OMG组织建立的元建模体系结构，使其包含数据仓库和业务分析的领域。CWM支持用模型驱动的方法进行元数据交换，其中表示共享数据的形式模型是依据CWM元模型规范构造的。这些模型以XML文档的形式进行存储和交换^[2]。它基于以下三个工业标准：统一建模语言UML（Unified Modeling Language）、元对象工具MOF（Meta Object Facility）和元数据交换XMI（XML Metadata Interchange）^[2-3]。
    CWM总共包含21个包，分布在五个抽象程度不同的功能层中，每个包负责都解决数据仓库和业务分析领域的某个特定建模问题。对象模型层包含定义基本元模型的概念、关系和约束的包，它是UML的一个子集；基础层包含为有驻留在更高层次的其他包提供CWM特定服务的包；资源层中包含的CWM包主要描述在以CWM为中介的交换中即可作为源又可作为目标的数据资源的结构；分析层的包描述的是作用于资源层中的包所描述的数据源和数据目标上的服务；管理层的包提供的服务支持数据仓库的日常操作和管理。一个完整的CWM方案是把一个或多个CWM包中的建模元素实例拼装在一起而形成的。
2 元数据交换模式
2.1 问题的提出
    由于CWM的设计者不可能进一步参与所有的CWM使用者所解决的整合问题中，所以CWM被设计得相当灵活、易于表达，并且完全独立于平台和环境因素。然而，它不能提前预知其将会如何被使用，这和MOF、UML无法预知其是如何被用来为面向对象的软件系统建模是一样的。因此，这些形式化的建模语言都必须具有高度的灵活性和表达能力，这同时也就意味着用户可以不考虑具体的用途而任意地进行建模。但是，对于使用者来说，真正做到天衣无缝的、高互操作性的模式交换CWM模型是一件非常困难的事情。具体表现在以下两个方面：
    (1)虽然CWM定义了形式化的语法来定义元数据，但是对于CWM模型的内容和结构来说，什么是有用的直接取决于CWM元数据的产生者和使用者合理的期望。这种期望的集合被非形式化地定义为元数据交换的环境，但是对于描述一个理解和解释给定CWM模型所需要的特定环境则已经超出了CWM本身的范畴。
    (2)任何CWM模型都潜在地包含了无数合法的模型元素的组合，在没有正式的标准限定一个特定的CWM模型的物理扩展时，使用模型的进程或者必须准备接受大小不确定而又复杂的各种模型，或者必须判断进程中需要处理模型的哪些部分而忽略哪些部分。这就大大降低了元数据交换过程的可靠性。
    基于模式的元数据交换方法的基本概念就是描述在元数据交换过程中，所有参与者所认同的公共交换环境和对模型的物理外延的大小进行限定或设置界限并在过程中确立。
2.2 CWM MIP定义
    CWM元数据交换模式(CWM MIP)元模型是在CWM标准的基础上的扩展，并没有修改CWM元模型本身。这就允许CWM MIP用户能够使用任何符合CWM规范的数据仓库模型，并且可以增加一个描述怎样构建元数据交换单元的语义环境。
    定义：CWM元数据交换模式是CWM元模型的一个确定的子集（Subset），是在元模型子集的实例中加上相应的约束^[4]。
    其中,子集（Subset）包含了一个或多个CWM元模型，并且限定了元模型的解空间。约束（如果有）则是建立在解空间的边界上，注意：这些约束是模式本身的组成部分，不能跟CWM元模型固有的约束相混淆。这样定义的主要优点在于：它能够通过使软件工具商把注意力放在那些对给定工具所期望导入元数据有意义的元数据模型上，从而能够极大地增强它们之间的可交换性和可互操作性。
2.3 元数据交换模式的标准模板
    为了解决以上提出的所有问题，给出的每一元数据交换模式必须定义一个公共的交换环境，从而使得参与交换的所有工具能够清晰地理解所交换的元数据的含义；模式还必须在任何需要的地方约束特定模型元素的数量以减少模型中可能存在的元素的数量，以及避免因为某类模型元素的多重性而造成的解释不清晰的问题。因此为了保证模式的使用者可以很容易地理解这个模式，发布的模式说明也应该符合相同的语言和规格标准。根据参考文献[2]、[4]可知，元数据交换模式的标准模板中的元素一般包括：
    (1)模式名称：该名称能够或多或少地说明这个模式的意图。
    (2)模式版本：即该模式的一个版本号，这样才可以支持这个模式的进一步开发。
    (3)统一资源定位符URL：唯一的识别并为一个特定的元数据交换模式的说明提供了地址。
    (4)开发者：定义、发布这个模式到模式目录或模式团体的人或组织的名称。
    (5)结构分类：主要包括宏模式、领域模式、微模式。
    (6)使用分类：主要包括交换、映射、类型划分、扩展、解释、生成、结构或构造。
    (7)意图：模式的整个意图的一句话描述。
    (8)别名：模式的同义词列表。
    (9)动机：模式所解决的元数据交换问题的详细说明。
    (10)实用性：对一个模式被典型地应用的现实场景的描述。
    (11)方案：用于为元数据交换建立一个公共环境M2层的方案的描述。
    (12)约束：M2层的约束的描述用于约束或者限定方案实例的范围，通常用自然语言或形式化语言来描述这些约束，例如对象约束语言(OCL)。
    (13)用法：描述了模式实例的通常的用法，包括给对象属性赋值和子类替换。
    (14)参数：描述了一组用于实现模式的实例的参数，参数最好用一张表来描述。
    (15)注释：任何能够有助于描述如何使用这些模式的、非形式化的附加说明。
    (16)结果：在模式应用中所产生的各种有利或不利结果的描述。
    (17)已知的用例：对任何实际使用了这个模式的软件系统的一个引用。
    (18)相关的模式：与此模式相关的、与之合作的或是由其组成的任何其他的元数据交换模式列表。
    (19)解决方案案例：一个如何使用这个模式来解决其相关的元数据交换模式的详细例子。
3 构造模式StarSchema及实现
    前面详细介绍了元数据交换模式的基本原理和表达方式。根据参考文献[2]所述的开发交换模式的步骤，可逐步构造一个具体的模式：StarSchema。
    (1)要识别需要解决的交换问题并提出解决问题的模式。星型模型是广泛应用于数据仓库和商业智能系统中将数据组织成维表模式的一种方式。它是由“事实表”（大表）以及多个“维表”（小表）所组成。因此，需要一个标准的模式来描述所有可能的星型模式数据库的通用格式。
    (2)确定几个所提出的模式可以应用的场景和与其他相关联的模式。大多数数据仓库都采用星型模型。所有星型模型的数据结构，都可以看成是该模式的一个实例，它是“维表——事实表”结构数据交换的基础。StarSchema有时也用其他一些模式名称替代，包括Relational Star Schema、Star join等。与StarSchema相关联的典型模式是Surrogate Key pattern。一个StarSchema模式的实现可能包括了Surrogate Key模式的实现^[5]。
    (3)确定所提出的模式的结构分类和使用类别。该模式只是描述数据仓库中一种数据组织方式的中型粒度模式即属于领域模式；并且该模式是为了消除模型解释歧义，便于交换，因此是属于解释类别。
    (4)定义元模型方案。StarSchema模式主要包括核心包、基础层的键和索引包、资源层的关系型包以及相应的关联。具体所包含的CWM类和关联如下：
    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
    星型模式方案如图1所示。