超文本超媒体技术及其发展

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电子展望与决策1997年第4期

摘要:超文本超媒体是一种新型的信息管理技术。本文系统地描述了超文本、超媒体系统的概念原理。综述了超文本、超媒体系统的研究中所涉及到的关键技术及其发展现状。在此基础上讨论了超文本、超媒体系统的发展方向及有待于解决的问题。

关键词:超文本超媒体超媒体网络计算

A b s t r a c t :H yp ertext /H yp ermedia is a new t yp e of information mana g ement tech 2ni q ue.This p a p er makes a s y stematic descri p tion of t he conce p t and p rinci p le of t he h yp ertext /h yp ermedia s y stems ,and makes a summar y of t he research sit uation of t he ke y techni q ues of t he h yp ertext /h yp ermedia.Furt her discussion on t he develo p in g direction and t he existin g p roblems durin g t he h p ertext /h yp ermedia research will be g iven based on t he descri p tion and t he summar y made before.

K e y W o r d s :H yp ertext ,H yp ermedia ,Co m p utin g in h yp ermedia net work.

超文本超媒体技术及其发展

中国科学院网络信息中心

杨雅群

张建中

刘

兵

一、引言

超文本(H yp ertext )这个概念最早是由美国

的Ted Nelson 在60年代提出的,超文本是对信息进行表示和管理的一种方法。超文本系统类似于人的联想记忆结构,采用一种非线性网状结构组织信息。它在本质上是由结点和链组成语义网络加上浏览机制构成。这种组织信息的结构早期用于存储、管理文本信息,所以称之为超文本。但是随着多媒体应用的出现和发展,超文本这种组织管理信息的方式自然被引入到对多媒体信息的管理中。这种系统就被称为超媒体(H yp ermedia )系统。

在Ted Nelson 提出超文本概念之后的十几年中,超文本属于概念研究阶段。此时超文本以研究为目的,并未投入市场。进入八十年代后期,超文本研究迅速发展。出现了许多商业化、实用化的超文本系统,例如:H yp ercard 、Guide 、Intermedia 等。1987年～19年几次超文本国际会议最终确定了超文本领域的形成,标志着超文本进入了成熟期。九十年代后,随着多媒体技术和计算机网络的进展,超文本技术得到了进一步的发展。出现了许多超媒体系统,其应用也从集中式的超媒体系统向分

布式超媒体系统发展。尤其是随着Internet 应用的发展,出现了全球最大的分布式超媒体系统———WWW 系统(全球范围信息系统)。这样超媒体系统的应用得以空前的普及和发展。本文首先介绍超文本超媒体系统模型的研究概况及存在的问题。之后对超文本、超媒体系统中所涉及到的关键技术及研究现状进行探讨。最后对超文本超媒体系统的发展方向及有待于进一步研究和解决的问题进行了讨论。

二、超文本超媒体系统模型

Cambell 和G oodman 提出了一个比较标准的超文本、超

媒体信息系统结构模型,但由于国际标准尚未形成,所以实际

上现有超文本超媒体系统大都没有完全遵循这个模型。目前正在从事超文本标准化研究的Dexter 小组也提出了一种Dexter 参考模型。与上述模型比较,Dexter 模型除术语不同并且更加明确了层次之间的接口之外,两个模型基本相似。下图给出了两个模型的层次图。

在Cambell 和G oodman 模型中,划分三个层次:数据库层、超文本抽象机层和表现层。数据库层处理所有信息存储中的传统问题,保证信息的存储对高层是透明的。例如,信息的正确存取、并发访问、版本维护、响应速度、对结点和链建立索引等。抽象机层决定了结点和链的基本特征,记录了结点和链的关系,并保存了结点的结构信息。表现层处理抽象机层中信息的表现,是人机交互的窗口。

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Cambell 和G oo dman 模型

Dext er 模型

Dexter 模型中包括了三层模型:内部组件层、存储层和运行层,分别与前述模型相对应。模型中组件是存储层提供的基本对象,它由内容表现规范和锚接口集合组成。存储层是用于

标准化的主要层次,它描述了组件和链的网络。内部组件层描述了超文本组件的内容。运行层是支持超文本交互作用的机制。Dexter 模型还引入了两个接口。存储层是通过锚定点机制中的锚接口点来引用内部组件。而运行层则是通过各组件的表现规范来进行表现的。

超文本模型是对现实世界的简化,并不能恰当表示信息的结构。表现在结点和其内容被不恰当地分开;一个结点是一个信息集合,没有任何结构化的信息。因此在多数应用中不能按要求捕捉它的语义,导致用户难于观察应用的概念模型,造成额外的认识负担。因此许多人提出了对模型的改进方法。例如,Gra y 提出对象数据模型,在该模型中,信息被一组预先定义的“域”对象集合所描述,而实际超文本内容应该被一组信息对象的集合所表示,每个信息对象是域对象的一个实例,缺省继承所有域对象的属性。Hull 和Kin g 提出了语义数据模型。语义模型企图能对指定的数据库模式提供更强大的抽象和结构化机制,以便能克服传统数据库系统的有限的模型能力。D.L uarella 和A.Zanzi 提出了一种高语义表达能力的基于图形的面向对象的超媒体模型,并且使用它作为概念模型和对象直接操作的统一框架。

三、超媒体系统中的关键技术

1.超媒体系统的浏览和导航机制

浏览是沿链在超媒体信息空间中航行,是超媒体信息访问

的基本方法。浏览访问在一些诸如小的、熟悉的超媒体系统中及面向显示的表现任务中是非常合适的。但在多灵敏应用中仅有浏览机制是不够的,尤其在大信息空间中浏览会造成信息空间迷路或找不到所需要的信息。

导航是在信息空间中指导航行以避免迷路的机制。导航机制有如下几种实现方法:

(1)导游方法(Guided Tours ):它是最简单的航行方法,去掉了用户的航行需求,一个“导游”可认为是连接一串结点的“超链”。只要用户停留在一“导游”线路上,他们就可以发出“下一结点”的命令去看更相关的信息。

(2)回溯方法(Back Track ):是最重要的航行设施,它保证

无论用户走到哪里,都能回到熟悉的区域。

(3)历史列表(Historial List ):是指记录所有前面访问过的结点,用户可以直接返回到前面任意一结点。

(4)书签(boo kmark ):在某些结点上定义书签,以便于返回。利用它还可提供特殊用途,例如附加信息以防止迷路。

(5)概况图(Overview dia g ram ):它显示了信息空间的信息结构及它们之间的相互关系,指明“我在哪里”及如何到达目的地。有元导航(meta -navi g ation )、鱼眼(fishe y e )、地界(landmark )及结构化概况图等方法。

2.超文本系统搜索和查询机制

基于查询的访问机制是对浏览和导航机制的补充。它可直接快速得到所要访问的信息。在超媒体信息系统中,它应作为与导航平行的基本访问机制。包括内容查询和结构查询。

(1)内容查询:它是用于超媒体信息库的标准信息检索。它将给定的查询条件与整个信息网络中的信息实体(结点、链、媒体等)进行相似性匹配,以寻找出所要检索的内容。但是,按内容查询忽略了超媒体网络的结构,与浏览体系相脱节,自成系统。按内容查询的方法有:a.全文检索:它是文本信息检索的有效方法,是指以文本信息中的字或词为入口点进行检索。b.图像、声音等的检索。c.基于规则的检索机制。d.简单的统计技术。

(2)结构查询:专门查询超媒体结构中哪些子结构匹配于给定的模式,以确定结点和链通过这种结构而构造出的语义信息。例如查询被一支持链连接的两个结点的子网,其中目的结点包含“超文本”。当然,有些复杂的查询条件,涉及到不确定的链序列,例如环型结构。研究结构化查询机制涉及到两个相互关联的子任务。要设计一种查询语言,适合于可描述的超文本网络结构。这种模式语言需要包括标准规范表达算子。例如:联合操作、串操作、轮流隔离和否定操作等。要提供超媒体用户可访问的简单接口,使用户易于使用这一查询语言。一些超文本系统采用图形查询语言,例如I.F.Gruz 和A.O.Mendelzon 设计了一种支持递归的图形查询语言。在这种查询语言中,搜索引擎是不可能执行前面所讨论的全部模式匹配能力的。所以,关键问题是定义一的模式匹配能力,使之能够易于执行,同时又能满足一般超媒体模式匹配要求的一个重要子集。

运行层表现描述存储层锚定点机制内部组件层

表现层抽象机层数据库层

超媒体网络计算是指超媒体网络主动指导、创建和修改超媒体网络所包含的信息。现有超媒体系统一般是被动存储和检索信息,它们为用户提供定义、存储和操纵超媒体网络的工具。系统只对网络和它们所包含的信息作一定的处理,例如,计算链类型的集合,然而它们不具有计算能力,例如,它们没有主动获取信息并加入超媒体网络的“推理引擎”。

实现计算引擎的方法有两种:外部引擎和内部计算组件。外部引擎是指系统与计算引擎是分离的,它是的外部实体,通过标准的程序接口创建、访问、修改信息。内部计算组件是系统的一部分,它能自动处理存储于超媒体网络中的信息。这种系统更象基于知识的A I系统,具有存储和主动处理信息的能力。这种系统更灵活、较少约束、也更有效。

4.版本化

版本化是超媒体网络的重要特征,允许用户维护和操作它们网络变动的历史;也允许用户为单一网络同时开发几种配置。在现有超文本系统中有几种版本化机制。

(1)基于时间的线性版本化机制。每个结点和链都是由一系列随时间而变动的不同版本组成,这样结点或链的不同版本可组成非循环的线性有向图。如Ne p t une系统就是采用这种版本化机制。

(2)分支化版本机制,是指从某一版本可同时发展多个版本。这种机制会引起复杂的问题,例如选定哪一个链将直接影响到整个超文本系统。在设计组合结点时尤为重要。

(3)网状版本。例如Itermdia系统,在这种结构中,每个结点只有单一版本,但是它有一“信息版本”的概念,即有一将所有文档集合互连起来的集合。每个应用在这一公共文档集合之上都有自己的网状结构。

(4)扩展版本机制。是指将整个超文本网络中的一定数量的实体集合作为一个整体进行版本化。例如PIE系统中层的机制。

5.超文本系统中的虚结构

大部分超文本系统在快速改变信息方面是有困难的。原因是其超媒体模型的静态和分片属性。尤其是网络不能自动重配置以反映它所包含的信息的改变,即缺乏动态机制。虚结构即动态结构,是指通过组件的描述定义一组件的虚结构,这样,当系统访问该组件时,它的结构和内容根据它的“描述”动态生成。

虚结构可用于组合结点和链。组合结点允许用户在访问时间由其它结点、链和组合结点动态构造组合特点。通过改变组合结点的描述来动态改变组合特点。还可利用虚链实现“悬链”和“航行链”。

虚结构的实现依赖于搜索、查询机制,利用查询语言来描述组件,利用查询过程来计算并生成组件的内容。虚结构并不能完全取代静态结构,因为并不是每个关系都可以用查询语言来描述的。

6.分布式超媒体系统

超媒体是支持合作的自然媒介。分布式超媒体的主要问题是合作支持。主要有两方面的技术———共享访问和交互作用。共享访问支持通过一公共网络同时对多用户的访问。它是对共享数据库技术的扩充。而交互作用是指合作地使用一共享网络所涉及到的交互作用。例如Tri gg、Suchman和Halasz所描述的三种合作活动———活动,注释活动和过程化活动。活动是指合作的用户地完成同一合作任务的不同部分,例如合作书写一本书的不同章节。注释活动是指使用批评、评论、提问等形式对写的文章进行注释。过程化活动则涉及到讨论、决策和其它集中于网络应用和合作过程的活动。现有超文本、超媒体系统在这方面的支持比较少。

四、超文本超媒体的未来发展趋势及有待解决的问题

从Ned Nelson在60年代提出超文本这个概念起,超文本技术已有近30年的历史,现在它已成为90年代多媒体信息管理的主要技术之一。无论是在大型机,工作站,微机,还是在网络上都可以看到超文本和超媒体的影子。本文分析了超文本、超媒体未来发展方向,并对在发展过程中需要解决的问题及解决方法进行了分析和探讨。

1.从超文本向超媒体发展

随着多媒体技术的发展和多媒体应用需求的增加。超文本技术自然被引入到对多媒体信息的管理中。从超文本到超媒体是技术发展的进步,也是技术发展的必然。超文本向超媒体的转变不仅仅是将文本媒体扩展到其它媒体,而且还要能使系统自动判别媒体类型,并执行对应的操作。

引入多媒体数据后还会带来许多其它问题。例如多媒体数据表现问题:多媒体数据如何组织,各种媒体间如何协调和同步。时基媒体的影响问题:声、像、视频、动画这一类与时间有密切关系的媒体一旦引入到超文本中,会对系统的体系结构和用户使用带来影响。因此为适应时基类媒体,必须对链和结点进行扩充,并确定与其它媒体的同步关系。

2.从超媒体向智能超媒体的发展

智能超媒体是超媒体与人工智能技术相结合的产物。随着超媒体技术的发展和应用需求的扩展,要求超媒体具有计算能力,而不仅仅在静态网中迁移和运动。即在超媒体系统中增加

40电子展望与决策1997年第4期著名的综合网络布线系统增值供应商美国艾利斯特(Anixter)公司与美国FOR E S y stems公司达成协议,成为其中国区的增值代理商。按照协议,艾利斯特公司将在我国国内销售FOR E公司的局域和广域A TM及L AN(局域网)存取产品。这使得艾利斯特公司作为一家全球性系统增值供应商,在进行A TM网络建设方面的技术和产品实力上都得到了进一步增强。

异步传输模式A TM作为当前网络技术发展的必然趋势,已经在全球范围内得到了广泛的应用。艾利斯特公司大中国区总裁钟雨柏先生表示:“FOR E公司是业界A TM科技的先驱。艾利斯特公司将利用FOR E在A TM领域的先进技术,结合艾利斯特公司在国内深厚的技术和销售力量,为用户提供完善的系统解决方案”。他指出,“与FOR E公司的合作,将使得艾利斯特公司在客户的企业网络向A TM的发展中起到良好而积极的作用。”

具有750多个成员的A TM论坛是一个致力于领导A TM技术发展的世界性协会组织,艾利斯特公司1994年成为A TM论坛的成员,而且是论坛中唯一的一家非厂商的成员。许多业界领导厂商,如3Co m、IBM、Ba y Net works、Fore S y s2 tems、Di g ital和L ucent Technolo gy等A TM开发先锋,都是A TM论坛的重要成员,也是艾利斯特公司的战略合作伙伴。与这些制造商一道工作有助于艾利斯特公司为用户提供具互操作性多厂商解决方案。

美国艾利斯特公司1957年创立于美国,现资产达25亿美元,总部设在芝加哥,是一家网络集成及布线解决方案的增值供应商,为客户提供支持商业信息和网络基础设施要求的集成化联网和布线解决方案。(瑛)□

“推理引擎”使得它能够主动获取信息并将它加入超媒体网络。智能超媒体打破了常规超媒体结点之间链的,在超媒体的链和结点中嵌入知识或规则,允许链进行计算和推理,使得多媒体信息的表现具有智能性。

另外,还可考虑将推理引入导航,实现智能导航。即用户并不知道确切的目的结点,由系统通过与用户交互逐步引导浏览路径。这需要将推理规则纳入到结点和链中。在导航过程中引入推理机制。

可以说,超媒体与A I技术的结合是一个有益的探索方向,可支持相当大的应用领域。

3.从超媒体向分布式超媒体的发展

随着计算机网络技术的发展和应用,超媒体被引入网络应用中。使得应用领域进一步扩大。超媒体技术与分布式处理技术相结合形成了分布式超媒体。它使得网络用户能够共同创建和使用超媒体信息。尤其是在协同工作领域,分布式超媒体技术很适于组织多个用户间的协同工作。例如,创建注释,维护一组信息的多种组织形式,在不同用户间传递信息等。协同工作可以使得多个用户在同一组超媒体数据之上共同进行操作。

分布式超媒体系统的关键问题是协同性工作。包括多用户如何联合写作与共享,如何减少并发控制中的冲突,以及在各用户间进行协调等。

4.开放性的大的超媒体信息空间

随着超媒体应用的发展,不同超媒体系统共享与合作的需求进一步增加。要求超媒体系统具有开放性,即,不同超媒体系统间能够互相连接,交换和共享信息,从而在一定范围内形成开放性的超媒体信息空间,甚至实现全球化超媒体。这种开放性不仅要求超媒体系统与平台的无关性,更要求不同超媒体系统间的数据具有相容性(Co m p atibilit y)。使得一个超媒体系统能够访问其它超媒体系统中的文档。

现有超文本、超媒体系统大都是封闭的、相互隔离的,“可相互改变数据格式”的研究只是部分解决了这一问题,这是由于每个超媒体系统都有其特殊属性,致使它不能与其它文档进行高度互连。即便WWW上的文档也存在着文档隔离的现象,这主要是由于WWW系统的局限性(结点的交叉链接可导致参考的不完整性)实现开放性关键的解决方法是标准化。标准化工作将研究解决用户需求模式、系统体系结构、标准用户接口、数据交换格式与协议等。Dexter小组正致力于数据模型标准化方面的工作。另外,Internet上分布式超媒体系统WWW所采用的超文本标记语言H TML即是超媒体数据模型标准化的一种成功的探讨。

在开放性的大的超媒体信息空间中,任何人都可以随意创建文档和链。这会引起“垃圾”文档的大量存在,造成信息管理的无序状态。可能的解决方法是建立类似于“书籍出版系统”的超文本、超媒体管理系统。设定一组“编辑结点”,对发布的超文本、超媒体信息进行编辑、管理,以确定哪些信息不能发表,哪些信息能发表,以什么级别进行发表。从而实现开放性的大的超媒体信息空间中信息管理的有序化。□

综合网络布线厂商Anixt er涉足ATM领域

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