Aplicatii Web bazate pe semantica, agenti si servicii

Universitatea Politehnica BucurestiAnul universitar 2007-2008, MasterCurs prezentat de Stefan Paval

http://turing.cs.pub.ro/webs_07

Servicii Web Servicii Web SemanticeSemantice OWL-S (3.1) – vezi curs 11 WSMO OWL-S si WSMO Instrumente

3.2 WSMOPlan WSMO scopuri si obiective Principii de proiectare Notiuni generale

Ontologii Servicii Web Scopuri Mediatori

WSMO este .. un model conceptual pt Servicii Web

Semantice: ontologia elementelor principale pentru pentru

Servicii Web Semantice limbaj descriptiv formal (WSML) mediu de executie (WSMX)

… derivat din si bazat pe Web Service Modeling Framework WSMF

un grup de lucru SDK-Cluster (afiliat initiativei Europene de cercetare si dezvoltare)

Grupuri de Lucru WSMOModel Conceptual

pentru SWS

Limbaj Formal pentru WSMO

Limbaj bazat pe reguli pentru SWS

Mediu de executie pentru WSMO

Conformitate Web Bazat pe ontologie Separare stricta Centralizarea medierii Separarea rolurilor ontologic Descriere vs Implementare Semantica executiei

Principii de proiectare WSMO

Notiuni generale WSMOObiective pe care clientul doreste sa le obtina prin utilizarea Serviciilor Web

Asigura terminologia formala de specificare a informatiei folosite de toate celelalte componente

Descrierea semantica a Serviciilor Web: - Capacitate (functional)- Interfete (utilizare)

Conectori intre componente cu facilitati de mediere pentru gestionarea eterogenitatilor WSMO D2, version 1.2, 13 April 2005 (W3C submission)

Proprietati non-functionalefiecare element WSMO este descris prin

proprietatile care contin aspecte relevante, non-functionale

Dublin Core Metadata Set: descrierea completa a elementelor folosit pentru gestiunea resurselor

Informatii privind versiunile evolutia suportului

Calitatea Serviciilor disponibilitate, stabilitate

Altele Cine este detinatorul serviciului, aspecte de cost

Lista proprietatilor non-functionaleDublin Core Metadata

Contributor Acoperire Creator Descriere Format Identificator Limbaj Publicare Relatie Drepturi Sursa Subiect Titlu Tip

Calitatea Serviciilor Acuratete NetworkRelatedQoSPerformanteIncredere RobusteteScalabilitate Securitate Tranzactional

Altele CostProprietar TypeOfMatch Versiune

Ontologii WSMOObiective pe care clientul doreste sa le obtina prin utilizarea Serviciilor Web

Asigura terminologia formala de specificare a informatiei folosite de toate celelalte componente

Descrierea semantica a Serviciilor Web: - Capacitate (functional)- Interfete (utilizare)

Conectori intre componente cu facilitati de mediere pentru gestionarea eterogenitatilor

Ontologiile sunt utilizate ca ‘data model’ in WSMO toate descrierile de elemente WSMO se bazeaza pe ontologii toate schimburile de datele in utilizarea Serviciilor Web sunt

ontologii procesarea informatiilor semantice si rationamentul ontologiei

WSML - limbajul ontologic al WSMO sintaxa conceptuala pentru descrierea elementelor WSMO limbaj logic pentru expresii axiomatice (WSML Layering)

WSMO proiectarea ontologiei Modularizare: import / reutilizarea ontologiilor, abordare

modulara pentru proiectarea ontologiilor Separare: eterogenitatile gestionate de OO Mediators

Utilizarea ontologiei si principii

Proprietati non functionale (prezentate anterior) Ontologii importate importarea ontologiei existente acolo

unde nu apar eterogenitati Folosirea mediatorilor OO Mediators (importul ontologiei cu

gestionarea nepotrivirilor terminologice) Elementele ontologiei:

Concepte set de concepte care apartin ontologieiAtribute set de atribute care apartin unui conceptRelatii defineste relatiile dintre diverse concepteFunctii tip special de relatie (unary range = return value) Instante set de instante care apartin ontologiei reprezentateAxiome expresii axiomatice in ontologie (logical statement)

Specificarea Ontologiei

Servicii Web WSMOObiective pe care clientul doreste sa le obtina prin utilizarea Serviciilor Web

Asigura terminologia formala de specificare a informatiei folosite de toate celelalte componente

Descrierea semantica a Serviciilor Web: - Capacitate (functional)- Interfete (utilizare)

Conectori intre componente cu facilitati de mediere pentru gestionarea eterogenitatilor

Descrierea Serviciilor Web WSMO

ImplementareaServiciilor Web

(nu intereseaza pt descrierea Serviciilor

Web)

Coregrafie --- Interfete Servicii ---

Capacitate

descriere functionala

WS

WS

- Reclama pentru servicii Web- Suport pentru WS Discovery

Interfata de interactiune client-serviciu pentru folosirea WS - Comportament extern vizibil- Structura Comunicatiei- ‘Grounding’

Realizarea functionalitatii prin agregarea altor Servicii Web - descompunere functionala - compunere WS

Proprietati non-functionale

DC + QoS + versiune + financiar

- descrierea completa a elementului- aspecte de calitate - Web Service Management

WS

Orchestrare

Specificatia Capacitatii Proprietati non functionale Ontologii importate Folosirea mediatorilor

OO Mediator: importarea ontologiilor cu rezolvarea nepotrivirilor WG Mediator: legatura la un Scop acolo unde serviciul nu este folosibil

a priori Preconditii

Ce asteapta un Serviciu Web pentru a putea sa se execute. Definesc conditiile asupra intrarilor.

Presupuneri Conditii asupra mediului care trebuie sa fie indeplinite

inainte ca Serviciul Web sa fie executat Postconditii

Descriu rezultatul Serviciului Web in functie de intrari si de preconditiile asupra intrarii

Efecte Conditii asupra mediului dupa executia Servicului Web (ex. Schimbarile din mediu)

Coregrafie si Orchestrare Exemplu VTA:

Coregrafie = cum sa interactionezi cu serviciul pentru a-i folosi functionalitatea

Orchestrare = cum se obtine functionalitatea serviciului prin agregarea cu alte Servicii Web

VTAService

Data

Ora

Zbor, Hotel

Eroare

Confirmare

Serviciu Hotel

Serviciu transport aerian

Data, Ora

Hotel

Eroare

Data, Ora

Zbor

Eroare

Cand serviciul este cerut

Cand serviciul cere

Coregrafie (aspecte)

Comportament Extern Vizibil cuprinde aspectele fluxului Serviciului Web care solicita Interactiune descris prin constructori de flux: secventa, split, ciclu, paralel

Structura comunicatiei mesaje trimise si receptionate comanda lor (comporatmentul comunicativ pentru folosirea

serviciului) Grounding

tehnologie executabila de comunicare pentru interactiune erori legate de coregrafie (ex. intrare gresita, message timeout, etc.)

Model Formal Rationament asupra interfetelor Serviciului Web (interoperabilitatea

serviciului) Permite suportul medierii interfetelor Serviciului Web

Interfata pentru folosirea Serviciului Web

Orchestrare (aspecte)

- Descompunerea functionalitatii serviciului

- Taote serviciile interactioneaza prin coregrafie

Structura de Control pentru agregarea altor Servicii Web

WS

Web S

ervice Business Logic

1

2

3

4

WS

Starea in Orchestrare Flux de Control Fluxul Datelor Interactiunea Serviciului

Interfete Serviciu Web WSMO

interfetele serviciului sunt legate de folosirea serviciului si interactiune

Coregrafia si Orchestrarea ca sub-concepte ale Interfetei Serviciului

Cerinte comune pentru descrierea interfetei serviciului:

1. reprezinta dinamica interschimbarii informatiilor in timpul folosirii serviciului si interactiunii

2. privesc ontologiile ca model de date de baza 3. tehnologia de comunicare corespunzatoare pentru schimbul

de informatii4. descrie modelul formal / semantica specificatiilor interfetei

serviciului pentru a permite operatii asupra lor.

Descrierea Interfetei Serviciului

Ontologiile ca model de date: toate elementele datelor transmise sunt instante ale ontologiei interfata serviciului = ontologie in evolutie

Abstract State Machines (ASM) - cadru formal: reprezentarea dimanicii: expresivitate ridicata si implicarea

ontologica scazuta principii de baza: bazat pe stare, definirea starii prin algebra

formala, tranzitii verificate pentru schimbarile starii rezolvarea “Frame Problem”

Alte caracteristici: nu este restrictionat la nici o tehnologie de comunicare specifica Rationament ontologic pentru determinarea interoperabilitatii

serviciului baza pentru tehnica de mediere a interfetelor serviciilor

Model Descriptiv pt Interfata Serviciu

Vocabular Ω: scheme ale ontologiei folosite in descrierea interfetei

serviciului utilizarea pentru schimbul de informatii: in, out, shared,

controlled

Stari ω(Ω): stare stabila in spatiul informatiilor definita prin valorile atributelor instantelor ontologiei

Guarded Transition GT(ω): tranzitie a starii structura generala: if (conditie) then (actiune) diferit pentru Coregrafie si Orchestrare

Exemplu Interfata Serviciu

Ωin hasValues concept A [ att1 ofType X att2 ofType Y]…

a memberOf A [ att1 hasValue x att2 hasValue y]

a memberOf A [ att1 hasValue x, att2 hasValue y]

b memberOf B [ att2 hasValue m]

IF (a memberOf A [ att1 hasValue x ])THEN (b memberOf B [ att2 hasValue m ])

State ω1 Guarded Transition GT(ω1) State ω2

Ωout hasValues concept B [ att1 ofType W att2 ofType Z]…

Vocabulary: - Concept A in Ωin - Concept B in Ωout

received ontology instance a

Comportamentul in comunicare al serviciuluiWeb

sent ontology instance b

Directii de viitor

Ontologile ca modele de date: - orice descriere de resurse se bazeaza pe ontologii - fiecare element de data transmis este instanta a ontologiei

Decsrierea formala a interfetelor serviciului: - abordare bazata pe ASM - permite rationamentul si medierea

Constructori de fluxuri ca baza pentru descrierea interfetelor serviciului: - modele de procese bazate pe fluxuri pentru descrierea comportamentuilui - pe baza constructorilor de flux generici (ex. van der Aalst)

Coreografie: - interactiunea dintre servicii si client - „interfata coreografiei“ descrie comporatmentul Serviciului Web Service in interactiunea client-serviciu pentru folosirea serviciului

Orchestrare: - cum se obtine functionalitatea Serviciului Web prin agregarea altor Servicii Web - extinde descrerile Coreografiei constructia de control si flux de date dintre orchestrarea WS si WS-uri orchestrate.

Grounding: - sa faca executabila interfata serviciului - grounding WSDL

Modele conceptuale

Limbaj utilizator - bazat pe diagrame de activitate UML2 - graphical Tool for Editing & Browsing Service Interface Description

Obiectivele WSMOObiective pe care clientul doreste sa le obtina prin utilizarea Serviciilor Web

Asigura terminologia formala de specificare a informatiei folosite de toate celelalte componente

Descrierea semantica a Serviciilor Web: - Capacitate (functional)- Interfete (utilizare)

Conectori intre componente cu facilitati de mediere pentru gestionarea eterogenitatilor

Scopuri Decuplarea ontologica a Solicitantului de Furnizor

Abordare orientata pe scopuri, derivata din abordarea unui agent inteligent

- Solicitantul formuleaza independent obiective - Mecanismele ‘Inteligente’ detecteaza serviciile potrivite pentru

solutionarea Scopului- Permite reutilizarea Serviciilor pentru alte scopuri

Utilizarea Scopurilor in Servicii Web Semantice Solicitantul (uman sau masina) defineste un Scop pentru

rezolvare Web Service Discovery detecteaza automat Serviciile Web

potrivite pentru solutionarea Scopului Goal Resolution Management este realizat in implementari

Specificarea Scopului Proprietati non functionale Ontologii importate Folosirea mediatorilor

OO Mediators: importarea ontologiilor cu rezolvarea eterogenitatilor

GG Mediator: definirea Scopului prin reutilizarea unui scop existent permite definirea Ontologilor Scopului

Capacitatea ceruta descrie functionalitatea serviciului care se asteapta sa

rezolve obiectivul definit ca descrierea capacitatii din perspectiva solicitantului

Interfata ceruta descrie comporatmentul comunicativ al solicitantului pentru

a folosi un Serviciu Web (Coreografie) restrictii / preferinte in orchestratii pentru Servicii Web

acceptabile

Mediatori WSMOObiective pe care clientul doreste sa le obtina prin utilizarea Serviciilor Web

Asigura terminologia formala de specificare a informatiei folosite de toate celelalte componente

Descrierea semantica a Serviciilor Web: - Capacitate (functional)- Interfete (utilizare)

Conectori intre componente cu facilitati de mediere pentru gestionarea eterogenitatilor

Mediere Eterogenitate …

Nepotrivire la nivel structural / semantic / conceptual Apare intre diferite componente care trebuie sa colaboreze In special in medii distribuite si deschise, cum e Internet

Conceptul Medierii (Wiederhold, 94): Mediatori - componente care rezolva nepotrivirile Abordare Declarativa:

Descrierea semantica a resurselor Mecanisme ‘inteligente’ care rezolva nepotrivirile

independent de continut Medierea nu poate fi complet automatizata (integration

decision) Nivele ale Medierii in Servicii Web Semantice (WSMF):

(1) Nivelul Datelor: mediaza Data Sources eterogene (2) Nivel Protocol: mediaza Communication Patterns

eterogene(3) Nivelul Proceselor: mediaza Business Processes eterogene

Mediatori WSMO

Structura MediatoruluiWSMO Mediator

foloseste Mediation Service via

Componenta Sursa

ComponentaSursa

ComponentaTinta 1 .. n

1

Servicii Mediere

- Scop - direct- optional incl. Medierea

OO Mediator - Exemplu

OO MediatorMediation Service

Train ConnectionOntology (s1)

Purchase Ontology (s2)

Train Ticket Purchase Ontology

Mediation Services

Goal:“merge s1, s2 and s1.ticket subclassof s2.product”

Discovery

Contopind 2 ontologii

GG Mediators Scop:

Ajuta specificatia Scopurilor prin reutilizarea Scopurilor existente

Permite definirea Ontologiei Scopului (colectie de Scopuri predefinite)

Nepotrivirile terminologice sunt gestionate de OO Mediators

Exemplu: rafinarea Scopului

GG MediatorServiciu de Mediere

Scopul Sursa“Cumpara

bilet”

Scop Tinta “Cumpara un bilet

de tren”

post-conditie: “aTicket memberof trainticket”

Mediatori WG & WW Mediatori WG:

leaga Serviciul Web la Scop si rezolva aparitia nepotrivirilor potriveste Serviciul Web cu Scopurile care nu se potrivesc a priori gestioneaza nepotrivirile terminologice dintre Servicii Web si Scopuri mareste gama Scopurilor solutionabile cu un Serviciu Web

Mediatori WW: introduce interoperabilitatea Serviciilor Web eterogene permite colaborarea automata intre Servicii Web

OO Mediators pentru importului terminologiei cu mediarea nivelului datelor

Protocol de Mediere pentru stabilirea colaborarilor multi-partite valabile

Medierea proceselor pentru interoperabilitatea Business Processes

Plan Perspective

Relatii ale Elementelor Ontologiei

Interoperabilitate si Mediere

Reprezentare Semantica

3.3 OWL-S and WSMOElemente comune si diferente

Perspectiva OWL-S OWL-S este o ontologie si un limbaj de

descriere a serviciilor Web Linii directoare pentru dezvoltarea OWL-S

Relatie puternica cu standardele Serviciilor Web decat sa propuna un nou standard WS, OWL-S prefera

sa extinda standardele existente OWL-S poate fi descris in WSDL si a fost mapat in UDDI

Bazat pe Web Semantic Ontologiile furnizeaza cadrul conceptual pentru

descrierea domeniului serviciilor Web si interfata pentru rationament asupra domeniului

Ontologiile sunt elemente esentiale pentru interoperabilitatea dintre serviciile Web

Construit pe baza cercetarilor de IA in reprezentarea cunostintelor si planificare

Perspectiva WSMO WSMO este un model conceptual pentru

elementele de baza ale Serviciilor Web Semantice elemente de baza: Ontologii, Servicii Web, Scopuri,

Mediatori ontologia pentru descrierea servicioului este precisa, fara

ambiguitati limbaj pentru descrierea elementelor semantice (WSML) implementare de referinta (WSMX)

Orientat pe rezolvarea problemei integrarii Medierea ca element cheie Ontologiile ca modele de date

orice descriere de resursa este bazata pe ontologii fiecare element de date transmis este o instanta

ontologica Bazat pe cercetari in ingineria cunostintelor si B2B

Integration

OWL-S si WSMO

Cerere OWL-S foloseste Profiles pentru a exprima

capacitati existente (advertisements) si capacitati dorite (requests)

WSMO separa punctele de vedere ale furnizorului (capabilities) si solicitantului (goals)

Conceptual, profilul cerut OWL-S si scopul WSMO nu sunt chiar la fel

Requested service profile vs requester objectives

profilul OWL-S ≈ capacitatea WSMO + scop + proprietati non-functionale

OWL-S si WSMO

Perspective: OWL-S Process Model descrie operatii efectuate de Serviciu Web

Service, inclusiv folosirea si agregarea WSMO separa Coregrafia si Orchestrarea

Model Formal: semantica formala a OWL-S a fost descrisa prin diverse formalisme:

Description Logics, Situation Calculus, Petri Nets, Pi-calculus Modelul de descriere a interfetei serviciului in WSMO se face cu o

semantica formala bazata pe ASM OWL-S Process Model este extins cu SWRL / FLOWS

ambele abordari nu au fost inca finalizate

OWL-S Process Model WSMO Service Interfaces

OWL-S asigura mapping la WSDL separare clara intre descrierea WS si interfata de

implementare Pot fi folosite si alte forme de mapping

WSMO defineste mapping la WSDL, dar cu grounding bazat pe ontologii

elimina pierderea descrierilor ontologiei pe durata utilizarii procesului

‘Triple-Spaced Computing’ – tehnologie inovativa de comunicare

OWL-S Grounding current WSMO Grounding

OWL-S si WSMO

Mediere si Interoperabilitate

Interactia serviciilor Web pot produce multe forme de nepotriviri

Data mismatch: partile care interactioneaza nu se pun de acord cu formatul datelor utilizate

Ontology mismatch: partile care interactioneaza fac referire la ontologii diferite

Protocols mismatch: partile care interactioneaza asteapta informatii la momente de timp diferite

Goals Mismatch: partile care interactioneaza incearca sa atinga scopuri diferite

Interpretations Mismatch: partile care interactioneaza interpreteaza aceasi informatie in moduri diferite

Aceste nepotriviri trebuie reconciliate pentru ca interoperabilitatea sa functioneze.

Mediatorii sunt componente care reconciliaza aceste nepotriviri

Mediere in OWL-S si WSMO OWL-S nu are notiunea explicita de mediator

Medierea este un produs al procesului de orchestratie Ex. Nepotrivirile de protocol sunt rezolvate prin construirea

unui plan care coordoneaza activitatea serviciilor Web … sau rezulta din translatarea axiomelor disponibile

serviciilor Web Nu este misiunea OWL-S sa genereze axiomele

WSMO priveste mediatorii ca elemente conceptuale cheie

Diverse tipuri de mediatori: OO Mediators pentru interoperabilitate semantica Mediatori GG, WG pentru legatura dintre Scopuri si Servicii

Web WW Mediators sa stabileasca interoperabilitatea serviciului

Mediatori reutilizabili Tehnicile de mediere sunt in curs de dezvoltare

Reprezentare Semantica OWL-S si WSMO adopta o viziune similara

privind necesitatea ontologiilor si a semanticii explicite,dar se bazeaza pe logici diferite

OWL-S se bazeaza pe OWL/SWRL OWL reprezinta taxonomii SWRL asigura reguli de interferenta FLOWS ca model formal pentru procese

WSMO se bazeaza pe WSML, familie de limbaje cu o baza comuna pentru compatibilitate si extinderi in directia Description Logics si Logic Programming

OWL vs WSML

WSML incearca sa rezolve deficientile OWL Relatia dintre WSML si OWL+SWRL trebuie finalizata

OWL Lite

OWL DL

OWL Full

WSML Flight

WSML DL

WSML Core

WSML Rule

WSML Full

Description Logics

full RDF(S) support

subset

Description Logics

Logic Programming

First Order Logic

3.4 InstrumenteOWL-S

Plug-in OWL-S pentru Protégé

http://projects.semwebcentral.org/projects/owlseditor/http://owlseditor.semwebcentral.org/

OWL-S IDE (CMU)http://www.daml.ri.cmu.edu/tools/index.html

OWL-S IDE (CMU)

InstrumenteWSMO

http://www.wsmo.org/

WSMLhttp://www.wsmo.org/wsml/

WSMX = Web Service Execution Environment

http://www.wsmx.org/

Slide-urile includ o parte din cele prezentate la Sematic Web Service Tutorial, ESWC 2005, Heraklion, Grecia