現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展使它的缺陷逐漸暴露了出來，如網(wǎng)頁功能單調(diào)、搜索引擎智能化程度低等，這是因?yàn)榇蟛糠諻eb上的內(nèi)容是設(shè)計(jì)給人閱讀的，而不是讓計(jì)算機(jī)程序按其意義進(jìn)行操作的。計(jì)算機(jī)能熟練地解析網(wǎng)頁的版面，知道哪里是標(biāo)題，哪里有與其他頁面的鏈接。但是，它分辨不出個(gè)人主頁和天氣預(yù)報(bào)的區(qū)別，因?yàn)闆]有可靠的方法來處理其中的語義，沒有辦法智能地理解網(wǎng)頁內(nèi)容和進(jìn)行操作。
語義Web就是想彌補(bǔ)這方面的不足,為網(wǎng)頁擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)可處理的語義信息。語義Web中，各種資源被人為地賦予了各種明確的語義信息，計(jì)算機(jī)可以分辨和識(shí)別這些語義信息，并對(duì)其自動(dòng)進(jìn)行解釋、交換和處理。但是語義Web與人工智能中的語義網(wǎng)絡(luò)是兩個(gè)不同的概念，它的研究對(duì)象和所采用的方法與傳統(tǒng)自然語言處理也是不同的，它對(duì)現(xiàn)有的Web進(jìn)行了語義擴(kuò)展，從而使其能被計(jì)算機(jī)做一定的理解和處理，從功能上看它將是一個(gè)能夠“理解”人類信息的智能網(wǎng)絡(luò)。將語義Web融入現(xiàn)在Web結(jié)構(gòu)的初步努力已經(jīng)在進(jìn)行中了。不久的將來，當(dāng)機(jī)器有更強(qiáng)的能力去處理和“理解”數(shù)據(jù)時(shí)，我們將看到很多重要的新功能。例如，某人想報(bào)名參加一個(gè)研討會(huì)，計(jì)算機(jī)就可自動(dòng)地為其制定最佳日程和路線以及預(yù)定酒店等。
互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)始人Tim Berners-Lee在2000年提出了語義Web的概念和體系結(jié)構(gòu)。
在其體系結(jié)構(gòu)中,第一層是Unicode和URI，它是整個(gè)語義Web的基礎(chǔ)，Unicode（統(tǒng)一編碼）處理資源的編碼，URI（統(tǒng)一資源定位器）負(fù)責(zé)標(biāo)識(shí)資源；第二層是XML＋名空間＋XML模式，用于表示數(shù)據(jù)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)；第三層是RDF＋RDF模式，用于描述資源及其類型；第四層是本體詞匯，用于描述各種資源之間的聯(lián)系；第五層是邏輯，在下面四層的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯推理操作；第六層是驗(yàn)證，根據(jù)邏輯陳述進(jìn)行驗(yàn)證以得出結(jié)論；第七層是信任，在用戶間建立信任關(guān)系。
第二、三、四層是語義Web的關(guān)鍵層，用于表示W(wǎng)eb信息的語義，也是現(xiàn)在語義Web研究的熱點(diǎn)所在?？蓴U(kuò)展標(biāo)記語言XML (eXtensible Markup Language)讓每個(gè)人都能創(chuàng)建自己的標(biāo)簽，來對(duì)網(wǎng)頁或頁面的部分文字進(jìn)行注釋。 腳本，或者說是程序，可以將這些標(biāo)簽運(yùn)用到復(fù)雜的應(yīng)用中，不過程序編寫者必須知道網(wǎng)頁作者是如何使用每一個(gè)標(biāo)簽的。簡而言之，XML允許用戶在文檔中加入任意的結(jié)構(gòu)。資源描述框架RDF （Resource Description Framework ）的基本結(jié)構(gòu)是對(duì)象-屬性-值三元組，也就相當(dāng)于句子中的主語、動(dòng)詞和賓語。這些三元組可以用XML語法來表示。用這種結(jié)構(gòu)描述由機(jī)器處理的大量數(shù)據(jù)，是非常自然的方法。RDF模式是一個(gè)描述RDF資源的屬性（Property）和類（Class）的詞匯表，提供了關(guān)于這些屬性和類的層次結(jié)構(gòu)的語義。
因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)可能采用不同的標(biāo)識(shí)符表示同一概念，也可能用一個(gè)標(biāo)識(shí)符表示不同的含義，程序若要在兩個(gè)數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行信息的比較和合并，就必須了解某些標(biāo)識(shí)符表示的是否是同一事物。對(duì)該問題的一個(gè)解決方法就是本體論(Ontology)。本體是概念化的顯式說明，包括分類和一套推理規(guī)則。分類定義對(duì)象的類別及其之間的關(guān)系，使我們能夠表達(dá)實(shí)體之間的大量關(guān)系，而根據(jù)推理規(guī)則，程序可以進(jìn)行自動(dòng)推理。簡單地說，就是在不同的系統(tǒng)間定義一本字典或者度量表，使它們對(duì)實(shí)體及其之間的關(guān)系達(dá)成共識(shí)，以便交流和共享。
語義Web需要能夠?qū)eb文檔中的術(shù)語含義進(jìn)行形式化描述。DAML+OIL（即DARPA代理標(biāo)記語言+本體推論語言），OWL（Web本體語言），它們是W3C規(guī)范的重要擴(kuò)充和改進(jìn)，都是建立在人工智能知識(shí)表示基礎(chǔ)之上的本體語言，提供了一種自然方式來描述在Web詞間的類與子類之間的關(guān)系，以及在類與類之間（或子類與子類之間）關(guān)系上的限制。它們比RDF模式添加了更多的用于描述屬性和類的詞匯，例如類之間的不相交性（Disjointness）、等價(jià)性、更豐富的屬性類型、屬性特征等。
當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)語義Web是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更主要的技術(shù)難題還在于要讓電腦可以進(jìn)行更多的“思考”和“推斷”。為使語義Web工作，計(jì)算機(jī)必須能訪問結(jié)構(gòu)化的信息集合以及一套推理規(guī)則，據(jù)此進(jìn)行自動(dòng)推理。增加邏輯性——使用規(guī)則去推理，選擇行動(dòng)的方式以及回答問題的方法——是語義Web組織面臨的一個(gè)任務(wù)。
有了大量富含語義信息的網(wǎng)頁，就好像有了一個(gè)巨大的全球互聯(lián)的數(shù)據(jù)庫。有了語義信息的幫助，人們開發(fā)出的軟件代理Agent程序的智能和自動(dòng)化將大大提高，它們從不同的資源中收集網(wǎng)頁內(nèi)容，搜索和處理信息并和其他程序交換信息，真正發(fā)揮語義Web的力量。當(dāng)出現(xiàn)更多的機(jī)器可處理的網(wǎng)頁內(nèi)容和服務(wù)（包括更多的代理）時(shí)，通過代理之間的信息交換和協(xié)同工作，信息處理的效率將呈指數(shù)級(jí)增長，能更好地滿足用戶的需求。
網(wǎng) 格
網(wǎng)格是一種新興的技術(shù)，正處在不斷發(fā)展和變化當(dāng)中。簡單地說，網(wǎng)格是一種信息社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置上的多個(gè)資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識(shí)資源等全面連通和統(tǒng)一分配、管理及協(xié)調(diào)起來，通過邏輯關(guān)系組成一臺(tái)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”。這臺(tái)機(jī)器把每一臺(tái)參與其中的、包括個(gè)人電腦在內(nèi)的計(jì)算機(jī)都作為自己的一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，成千上萬個(gè)這樣的“節(jié)點(diǎn)”并聯(lián)起來，就組成了“一張有超級(jí)計(jì)算能力的網(wǎng)格”。而每一位將自己的計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)格上的用戶，也就“擁有了”這架超級(jí)計(jì)算機(jī)，可以隨時(shí)隨地調(diào)用其中的計(jì)算和信息資源，在獲得一體化信息服務(wù)的同時(shí)，最大程度地實(shí)現(xiàn)資源共享。網(wǎng)格計(jì)算模式首先把要計(jì)算的數(shù)據(jù)分割，然后不同節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)可以根據(jù)自己的處理能力下載一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)片斷。只要位于某個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)的用戶不使用計(jì)算機(jī)時(shí)，就會(huì)調(diào)動(dòng)閑置的計(jì)算能力。網(wǎng)格的優(yōu)勢(shì)在于不但數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)，而且能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力來節(jié)約計(jì)算成本，實(shí)現(xiàn)資源的共享，消除資源孤島。
網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)首先出現(xiàn)在科研領(lǐng)域的大型科學(xué)計(jì)算和項(xiàng)目研究中，醫(yī)藥、制造、氣象、勘探等需要大型計(jì)算機(jī)功能的行業(yè)將首批成為這一技術(shù)的受益者，隨著連接到網(wǎng)格系統(tǒng)上的計(jì)算資源的增加，網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)也會(huì)造福于小企業(yè)和消費(fèi)者，家庭PC用戶也將能夠用上公、私機(jī)構(gòu)提供的更快、更廉價(jià)的服務(wù)，到那時(shí)任何設(shè)備可以在任何地方接入以享用某種層次的資源，而不必關(guān)心這些資源是從那里來的, 就像用現(xiàn)在的電網(wǎng)一樣。
美國自然科學(xué)基金于1997年啟動(dòng)了高級(jí)計(jì)算框架計(jì)劃（PACI），歐盟于2000年和2001年分別啟動(dòng)了EuroGrid和DataGrid。2001年全球網(wǎng)格論壇（Global Grid Forum）成立, 這是一個(gè)規(guī)范網(wǎng)格研究，制定網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)的國際組織。就像TCP/IP協(xié)議是Internet的核心一樣，構(gòu)建網(wǎng)格也需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和服務(wù)進(jìn)行定義。迄今為止，網(wǎng)格還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)，但在核心技術(shù)上，相關(guān)機(jī)構(gòu)與企業(yè)已達(dá)成一致：由美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院(ISI)合作開發(fā)的Globus Toolkit已成為網(wǎng)格計(jì)算事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)界的網(wǎng)格相關(guān)研究開發(fā)工作中，最重要的就是Web服務(wù)。目前，一些業(yè)界巨頭已經(jīng)就幾個(gè)底層標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議達(dá)成了共識(shí)，包括XML、SOAP、WSDL、UDDI等。
語義網(wǎng)格
結(jié)合語義Web、網(wǎng)格和Web服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)和彌補(bǔ)各自的不足，研究人員提出了語義網(wǎng)格的概念。附圖表明了Web、網(wǎng)格、語義Web和語義網(wǎng)格的關(guān)系，網(wǎng)格是Web在計(jì)算能力上的提升，而語義網(wǎng)格是網(wǎng)格在語義能力上的擴(kuò)展；從另一個(gè)角度說，語義Web是在現(xiàn)有Web上增強(qiáng)了語義能力，而語義網(wǎng)格是語義Web對(duì)計(jì)算能力的擴(kuò)展。
在英國的e-Science計(jì)劃研究中，人們發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格的現(xiàn)有努力和e-Science設(shè)想之間存在差距，要達(dá)到e-Science的易用性和無縫自動(dòng)化要求，必須實(shí)現(xiàn)盡量多的機(jī)器可處理性和盡量少的人類介入，這卻和語義Web的目標(biāo)有一些相似，于是在2001年最先提出了語義網(wǎng)格的構(gòu)想，并且于2002年在全球網(wǎng)格論壇GGF成立了語義網(wǎng)格研究組SEM-GRD。他們的語義網(wǎng)格構(gòu)想的關(guān)鍵之處就是把所有的資源，包括服務(wù)，都用一種機(jī)器可處理的方式來描述，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)語義的互操作性。達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的一種實(shí)現(xiàn)方法是把語義Web的技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)格計(jì)算的開發(fā)中，下至基礎(chǔ)設(shè)施上至網(wǎng)格應(yīng)用。值得注意的是“語義”是從下到上彌漫在整個(gè)網(wǎng)格中而不是僅僅在其上增加了一個(gè)語義（知識(shí)）層。
中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所知識(shí)網(wǎng)格研究組在諸葛海研究員的帶領(lǐng)下正在開展語義網(wǎng)格方面的研究，通過采用新的計(jì)算模式和新的資源組織和管理的模型，可有效地輔助用戶進(jìn)行資源獲取、共享、管理、協(xié)同工作和決策等，為人們提供更深層、更全面、更智能的服務(wù)。重點(diǎn)解決三個(gè)科學(xué)問題：資源的規(guī)范組織、語義互聯(lián)和智能聚合。
·規(guī)范組織。提出資源空間模型和資源的規(guī)范化組織和管理的理論、方法、技術(shù)和工具，使各種無序資源（信息、知識(shí)和服務(wù)）規(guī)范組織，使用戶和服務(wù)能夠有效、正確地根據(jù)語義操作各種資源，以提高資源的使用效率。
·語義互聯(lián)。通過多層語義互聯(lián)和單一語義映像，使分布在全球的各種網(wǎng)絡(luò)資源在語義層上互聯(lián)，消除資源孤島，主要通過類型化的語義鏈網(wǎng)絡(luò)來使資源的語義能被機(jī)器所理解。
·智能聚合。解決如何使資源能夠互相理解，根據(jù)用戶的需求有效、動(dòng)態(tài)、智能地聚合各種資源，這主要通過軟設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
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