Aplicatii Web bazate pe semantica, agenti si servicii

1. http://turing.cs.pub.ro/webs_07 Aplicatii Web bazate pe semantica, agenti si servicii Universitatea Politehnica BucurestiAnul universitar 2007-2008, MasterCurs prezentat de Stefan Paval

2. Servicii Web Semantice • OWL-S (3.1) – vezi curs 11 • WSMO • OWL-S si WSMO • Instrumente

3. 3.2 WSMO Plan • WSMO scopuri si obiective • Principii de proiectare • Notiuni generale • Ontologii • Servicii Web • Scopuri • Mediatori

4. 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)

5. Grupuri de Lucru WSMO Model Conceptual pentru SWS Limbaj Formal pentru WSMO Mediu de executie pentru WSMO Limbaj bazat pe reguli pentru SWS

6. Principii de proiectare WSMO • Conformitate Web • Bazat pe ontologie • Separare stricta • Centralizarea medierii • Separarea rolurilor ontologic • Descriere vs Implementare • Semantica executiei

7. Notiuni generale WSMO Obiective 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)

8. Proprietati non-functionale fiecare 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

9. Lista proprietatilor non-functionale Calitatea Serviciilor Acuratete NetworkRelatedQoS Performante Incredere Robustete Scalabilitate Securitate Tranzactional Dublin Core Metadata Contributor Acoperire Creator Descriere Format Identificator Limbaj Publicare Relatie Drepturi Sursa Subiect Titlu Tip Altele Cost Proprietar TypeOfMatch Versiune

10. Ontologii WSMO Obiective 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

11. Utilizarea ontologiei si principii • 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

12. Specificarea Ontologiei • 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 ontologiei Atribute set de atribute care apartin unui concept Relatii defineste relatiile dintre diverse concepte Functii tip special de relatie (unary range = return value) Instante set de instante care apartin ontologiei reprezentate Axiome expresii axiomatice in ontologie (logical statement)

13. Servicii Web WSMO Obiective 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

14. WS WS WS Descrierea Serviciilor Web WSMO • descrierea completa a elementului • aspecte de calitate • Web Service Management • Reclama pentru servicii Web • Suport pentru WS Discovery Capacitate descriere functionala Proprietati non-functionale DC + QoS + versiune + financiar • 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 Implementarea Serviciilor Web (nu intereseaza pt descrierea Serviciilor Web) Coregrafie --- Interfete Servicii --- Orchestrare

15. 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)

16. Cand serviciul este cerut Cand serviciul cere Serviciu Hotel Data, Ora Data VTA Service Hotel Ora Eroare Zbor, Hotel Data, Ora Eroare Serviciu transport aerian Zbor Confirmare Eroare 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

17. Coregrafie (aspecte) Interfata pentru folosirea Serviciului Web • 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

18. WS WS Starea in Orchestrare Flux de Control Fluxul Datelor Interactiunea Serviciului Orchestrare (aspecte) Structura de Control pentru agregarea altor Servicii Web 1 Web Service Business Logic 3 2 • Descompunerea functionalitatii serviciului • Taote serviciile interactioneaza prin coregrafie 4

19. 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: • reprezinta dinamica interschimbarii informatiilor in timpul folosirii serviciului si interactiunii • privesc ontologiile ca model de date de baza • tehnologia de comunicare corespunzatoare pentru schimbul de informatii • descrie modelul formal / semantica specificatiilor interfetei serviciului pentru a permite operatii asupra lor.

20. 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

21. 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

22. Exemplu Interfata Serviciu Comportamentul in comunicare al serviciuluiWeb Vocabulary: - Concept A in Ωin - Concept B in Ωout ΩouthasValues { concept B [ att1 ofType W att2 ofType Z] …} ΩinhasValues { concept A [ att1 ofType X att2 ofType Y] …} State ω1 Guarded Transition GT(ω1) State ω2 IF (a memberOf A [ att1 hasValue x ]) THEN (b memberOf B [ att2 hasValue m ]) a memberOf A [ att1 hasValue x att2 hasValue y] a memberOf A [ att1 hasValue x, att2 hasValue y] b memberOf B [ att2 hasValue m] received ontology instance a sent ontology instance b

23. Directii de viitor 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. Modele conceptuale Limbaj utilizator - bazat pe diagrame de activitate UML2 - graphical Tool for Editing & Browsing Service Interface Description 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) Decsrierea formala a interfetelor serviciului: - abordare bazata pe ASM - permite rationamentul si medierea Grounding: - sa faca executabila interfata serviciului - grounding WSDL Ontologile ca modele de date: - orice descriere de resurse se bazeaza pe ontologii - fiecare element de data transmis este instanta a ontologiei

24. Obiectivele WSMO Obiective 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

25. 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

26. 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

27. Mediatori WSMO Obiective 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

28. 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): • Nivelul Datelor: mediaza Data Sources eterogene • Nivel Protocol: mediaza Communication Patterns eterogene • Nivelul Proceselor: mediaza Business Processes eterogene

29. Mediatori WSMO

30. Structura Mediatorului Componenta Sursa WSMO Mediator foloseste Mediation Service via 1 Componenta Tinta 1 .. n Componenta Sursa • Scop • direct • optional incl. Medierea Servicii Mediere

31. OO Mediator - Exemplu Contopind 2 ontologii Train Connection Ontology (s1) OO Mediator Mediation Service Train Ticket Purchase Ontology Purchase Ontology (s2) Goal: “merge s1, s2 and s1.ticket subclassof s2.product” Discovery Mediation Services

32. 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 Mediator Serviciu de Mediere Scop Tinta “Cumpara un bilet de tren” Scopul Sursa “Cumpara bilet” post-conditie: “aTicket memberof trainticket”

33. 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

34. 3.3 OWL-S and WSMOElemente comune si diferente Plan • Perspective • Relatii ale Elementelor Ontologiei • Interoperabilitate si Mediere • Reprezentare Semantica

35. 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

36. 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

37. 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

38. 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

39. OWL-S si WSMO • 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

40. 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

41. 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

42. 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

43. OWL vs WSML • WSML incearca sa rezolve deficientile OWL • Relatia dintre WSML si OWL+SWRL trebuie finalizata OWL Full WSML Full full RDF(S) support First Order Logic WSML Rule OWL DL WSML DL WSML Flight Description Logics Description Logics OWL Lite Logic Programming WSML Core subset

44. 3.4 Instrumente OWL-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

45. OWL-S IDE (CMU)

46. Instrumente WSMO http://www.wsmo.org/ • WSML http://www.wsmo.org/wsml/ • WSMX = Web Service Execution Environment http://www.wsmx.org/

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