Aplicatii Web bazate pe semantica, agenti si servicii

1

• Aplicatii Web bazate pe semantica, agenti si
  servicii

http//turing.cs.pub.ro/webs_07
Universitatea Politehnica BucurestiAnul
universitar 2007-2008, MasterAdina Magda Florea
2
Servicii Web Semantice

• Web Semantic si Servicii Web Semantice
• Infrastructura SWS
• Ontologii pentru SWS OWL-S acest curs
• si WSMO curs 12
• Selectia serviciilor prezentare Filis Cadar

3
Standarde pentru servicii Web
Sematic Web Services
4
1. Evolutie

• Probleme legate de
• regasirea informatiei,
• extragerea informatiei,
• reprezentarea informatiei,
• interpretarea informatiei
• actualizarea informatiei

WWW URI, HTML, HTTP
Semantic Web RDF, RDF(S), OWL
Static
5
Evolutie
Web Services UDDI, WSDL, SOAP
Dinamic
WWW URI, HTML, HTTP
Semantic Web RDF, RDF(S), OWL
Static
6
Evolutie

• Intregul potential al web-ului

Semantic Web Services
Web Services UDDI, WSDL, SOAP
Dynamic
WWW URI, HTML, HTTP
Semantic Web RDF, RDF(S), OWL
Static
7
Limitari ale WS curente

• Tehnologiile curente (WSDL, SOAP, UDDI) permit
  utilizarea WS
• dar
• descrieri ale informatiei la nivel sintactic
• suport exclusiv sintactic pentru descoperire,
  compunere si executie
• gt utilizarea si integrarea WS trebuie sa fie
  realizata manual
• nu exista marcare semantica a continutului
  serviciilor
• nu exista suport pentru Web Semantic

8
Servicii Web Semantice

• Tehnologia Web Semantic
• Tehnologia WS

• permite interpretarea semantica automata a
  datelor
• folosirea ontologiilor ca model al datelor

permite descoperire, selectie, compunere si
executie a WS
? Servicii Web Semantice ca solutie integrata
pentru realizarea noii generatii a Web
9
2. Infrastructura SWS

• Suport executie
• Monitoring
• Compensation
• Replacement
• Auditing

Activitati/utilizare
Composition
Execution
Publication
Discovery
Selection
Mediation
Nivel Business
Arhitectura
Matchmaker
Register
Decomposer
Reasoner
Invoker
Nivel fizic
Ontologia serviciului
Post-condition
Nivel conceptual
10
Infrastructura SWS

• Activitatile/utilizarea definesc cerintele
  functionale pe care trebuie sa le posede un
  framework pentru SWS
• Arhitectura SWS defineste componentele necesare
  pentru realizarea acestor activitati
• Ontologia serviciului combina modelele
  conceptuale legate de descrierea unui SWS si
  reprezinta modelul de cunostinte al informatiei
  ce descrie serviciul si indica modul de folosire
  a serviciului.

11
2.1 Activitati

• SWS este vazut ca un obiect dintr-un scenariu a
  unei aplicatii de business
• Publication Permite accesul la descrierea unui
  serviciu
• Discovery Localizeaza diferite servicii pentru
  un anumit task
• Selection Alege cel mai potrivit serviciu dintre
  mai multe disponibile
• Composition Combina mai multe servicii pentru
  satisfacerea unui scop
• Mediation Rezolva nepotriviri (date, protocol,
  procese) intre servicii compuse
• Invocation / Execution Invoca serviciile
  folosind conventii specifice

12
Activitati

• Publication SWS
• Publicarea unui SWS permite descoperirea
  serviciilor pe baza scopului sau a capacitatilor
  serviciului
• Ontologia serviciului este inregistrata intr-un
  registru semantic (semantic registry)
• Ontologia serviciului separa informatia utilizata
  pentru matching in timpul descoperirii de cea
  utilizata de serviciu la invocare.
• Ontologia serviciului trebuie legata si de o
  ontologie a domeniului.
• Discovery SWS
• Matchmaking semantic intre descrierea serviciului
  cerut si descrierea publicata a serviciului
• Registrul semantic se inspecteaza ca urmare a
  cererilor cererile pot contine nume, input,
  output, preconditii dar si alte atribute.
• Matching-ul poate fi facut si la nivelul
  task-urilor sau scopurilor care se doresc.
• Matching-ul poate fi bazat pe anumite criterii
  cum ar fi mostenirea relatiilor in taxonomia
  ontologica

13
Activitati

• Categorii de "Matching semantic"
• Exact iesirile cerute sunt la fel cu cele ale
  SWS
• Plug-in iesirile cerute sunt subsumate de cele
  ale SWS
• Ex un serviciu care ofera toate tipurile de
  vehicule este un "plug-in match" pentru o cerere
  de tipuri de masini
• Subsumeaza iesirile cerute subsumeaza cele ale
  SWS
• Ex un serviciu care ofera informatii despre
  masini este un "subsuming match" pentru o cerere
  care se refera la tipuri de vehicule

14
Activitati

• Selection SWS
• Necesara daca exista mai multe servicii potrivite
  cererii.
• Se pot folosi atribute ne-functionale cost,
  calitate
• In mediu agenti negociere
• Composition SWS
• Compunere (coreografie) SWS compus definit in
  terenii unor servicii mai simple.
• Workflow poate fi definit folosind structuri de
  control
• Aceasta descriere poate fi ancorata intr-o
  descriere sintactica, de ex WSBPEL
• Compunere dinamica la cerere

15
Activitati

• Invocation / Execution SWS
• Invocarea unui SWS implica un numar de pasi,
  odata ce s-au obtinut intrarile necesare.
• Ontologia serviciului si ontologia domeniului
  asociate serviciului sunt instantiate
• Intrarile sunt validate fata de tipurile din
  ontologie
• Sercviciul este invocat workflow-ul este
  executat prin grounding-ul specificat

16
Suportul executiei

• Monitoring Controlul procesului de executie
• Compensation Ofera suport pentru tranzactii si
  anularea efectelor nedorite in caz de esec
• Replacement Faciliteaza substitutia serviciilor
  cu servicii echivalente
• Auditing Verifica ca executia serviciului a avut
  loc conform specificatiilor

17
2.2 Arhitectura

• Reasoner utilizat in timpul tuturor
  activitatilor ofera suport pentru interpretarea
  descrierilor semantice si a cererilor semantice.
• Register ofera mecanismele de publicare si
  localizare a serviciilor crearea si editarea de
  servicii
• Matchmaker mediaza intre cererea de serviciu si
  registrul semantic in timpul descoperirii si
  selectiei
• Decomposer executa modelul compozitional
• Invoker mediaza intre cerere si ofertanat sau
  cerere si decomposer

Arhitectura
Matchmaker
Register
Decomposer
Reasoner
Invoker
18
2.3 Ontologia serviciului

• Ontologia serviciului reprezinta capacitatile
  serviciului si restrictiile care se aplica
  utilizarii acestuia.
• Ontologia serviciului integreaza cunostintele
  definite prin informatii la nivelul standardelor
  de servicii (WSDL, UDDI) cu cunostinte specifice
  domeniului
• caracteristici functionale inputs, output,
  pre-conditions, post-conditions
• caracteristici nefunctionale category, cost,
  quality of service
• informatii legate de ofertantul de serviciu
  company name, address
• informatii legate de taskul de executat sau de
  scopul dorit
• cunostinte ale domeniului, de ex tipul intrarilor

19
3. Ontologii pentru SWS

• OWL-S - USA
• WSMO Europa
• European Semantic Systems Initiative
• http//www.essi-cluster.org/about-essi/essi-home/
• WSMX (Web Service Modelling eXecution
  environment) implementarea de referinta a WSMO
  (Web Service Modelling Ontology)
• Un mediu de executie pentru integrarea
  aplicatiilor de business
• WSML (Web Service Modelling Language) limbajul
  intern al WSMX
• Specificatiile WSMO si WSML mediul WSMX - ESSI
  cluster.

20
3.1 OWL-S

• Upper Ontology
• Service Profile
• Process Model
• Service Grounding

21
OWL-S Upper Ontology

• Specificarea capabilitatilor SWS
• Caracteristici generale ale SWS
• Calitatea serviciului
• Clasificare in taxonomii
• de servicii

• Maparea la WSDL
• protocolul de comunicare (RPC, HTTP, )
• serializare
• transformare din/in XSD in/din OWL

• Fluxul de control al serviciului
• Black/Grey/Glass Box view
• Specificarea protocolului
• Mesaje abstracte

22
OWL-S Upper Ontology

• Upper Ontology for Services
• http//www.daml.org/services/owl-s/1.0/
• Service.owl
• Profile.owl
• Process.owl
• Grounding.owl

23
Service Profile

• Service Profile
• Prezentat de serviciu
• Reprezinta
• ce ofera serviciul
• Doua utilizari principale
• Reclama capabilitatilor serviciului
• Cerere de servicii cu anumite capabilitati

24
OWL-S Profile

• Descrie serviciul Web
• Ce capabilitati ofera
• Ce transformari realizeaza serviciul
• Tipul serviciului
• Caracteristici generale cum ar fi
• Cine ofera serviciul
• Cerinte de securitate
• Calitatea serviciului
• Rolul de baza sa asiste descoperirea
• Permite cautarea pe baza de capabilitati
• Permite selectia pe baza cerintelor
  utilizatorului
• Profilul nu specifica utilizarea/invocarea

25
OWL-S Service ProfileCapabilitati serviciu

• Preconditions
• Conditiile care trebuie indeplinite inainte de
  invocarea serviciului
• Inputs
• Multimea de intrari pe care utilizatorul trebuie
  sa le furnizeze pentru a invoca serviciul
• Outputs
• Rezultatele pe care utilizatorul se asteapta sa
  le obtina dupa ce se finalizeaza interactiunea cu
  ofertantul de serviciu
• Effects
• Multimea de asertiuni care sunt adevarate daca
  serviciul este invocat cu succes
• IOPE (Inputs, Outputs, Preconditions, Effects)
  specifica functionalitatea procesului
• Service type
• Ce tip de serviciu se ofera (eg vanzare,
  distributie)
• Product
• Produsul asociat serviciului (eg calatorii,
  carti, piese auto)

26
OWL-S Service ProfileProprietati suplimentare

• Security Parameters
• Capabilitatile de securitate ale serviciului (eg
  suporta X509 Encryption)
• Specifica cerintele de securitate ale serviciului
  (eg clientul trebuie sa fie capabil sa ofere X509
  Encryption)
• Nivelul de calitate
• Ce nivel de calitate ofera serviciul?
• Descrierea cu ajutorul taxonomiilor standard de
  business
• Cum se clasifica serviciul in taxonomii standard
  cum ar fi
• UNSPSC (The United Nations Standard Products and
  Services Code classification of products and
  services)
• NAICS (North American Industry Classification
  System - definitions for each industry)
• Aceste proprietati nu sunt exhaustive se pot
  adauga noi proprietati folosind ontologii
  existente

27
Profile.owl
28
Profile.owl
29
Profile.owl
30
Process Model

• Process Model
• Descrie modul in care lucreaza serviciul
  procesele interne ale serviciului
• Specifica protocolul de interactiune al
  serviciului
• Specifica mesaje abstracte tipul ontologic al
  informatiei transmise
• Permite
• Invocarea serviciului
• Compunerea serviciilor
• Monitorizarea interactiunilor

31
Perspective asupra Process Model

• Trei perspective asupra unui WS
• Glass Box
• Serviciul Web expune intreaga structura interna
• Care parti sunt executate de catre ofertant, care
  sunt subcontractate, etc
• Black Box
• Modelul WS nu expune nimic despre modul intern in
  care functioneaza serviciul
• Specifica numai ce date primeste si ce date ofera
• Grey Box
• WS expune selectiv parti ale Process Model, unele
  parti fiind ascunse

32
Definirea proceselor

• Procesul este caracterizat de urmatorii
  parametrii
• Inputs intrarile necesare procesului
• Preconditions conditiile necesare procesului
  pentru a functiona corect
• Outputs informatia care rezulta prin (si este
  intoarsa de) executia procesului
• Results un proces poate avea rezultate diferite
  in functie de diverse conditii
• Condition in ce conditii se obtin anumite
  rezultate
• Constraints asupra iesirilor
• Effects schimbari asupra mediului ce rezulta ca
  efect al executiei procesului

33
Motivatia pentru Results

• Un proces se poate termina in stari exceptionale
• Compania de carti de credit nu face debitarea
  cardului
• Cartea nu mai este in stoc
• Expedierea bunurilor este impiedicata
• Rezultatele permit modelarea efectelor
  nedeterministe a unui serviciu Web
• Conditiile specifice in care se produce un anumit
  efect
• Fiecare rezultat este caracterizat de
• o multime de restrictii asupra iesirilor
• o multime de efecte

34
Exemplu de proces

• ltprocessAtomicProcess rdfID"LogIn"gt
• ltprocesshasInput rdfresource"AcctName"/gt
• ltprocesshasInput rdfresource"Password"/gt
• ltprocesshasOutput rdfresource"Ack"/gt
• ltprocesshasPrecondition isMember(AccName)/gt
• ltprocesshasResultgt
• ltprocessResultgt
• ltprocessinConditiongt
• ltexprSWRL-Conditiongt
• correctLoginInfo(AccName,Password)
• lt/exprSWRL-Conditiongt
• lt/processinConditiongt
• ltprocesswithOutput rdfresourceAckgt
  ltvalueType rdrresourceLoginAcceptMsggt
  lt/processwithOutputgt ltprocesshasEffectgt
• ltexprSWRL-Conditiongt
• loggedIn(AccName,Password)
• lt/exprSWRL-Conditiongt
• lt/processhasEffectgt
• lt/processResultgt
• lt/processhasResultgt

Inputs / Outputs
Precondition
Condition
Result
OutputConstraints
Effect
35
Ontologia proceselor
Proces
Atomic
Simplu
Poate fi invocat prin grounding
Ofera abstractizare, incapsulare etc.
Compus
Defineste workflow al unui proces complex
36
Organizarea modelului de proces

• Process Model este descris ca o structura
  arborescenta
• Procesele compuse sunt noduri interne
• Procesele simple si atomice sunt frunze
• Procesele simple reprezinta o abstractizare
• a proceselor care nu sunt specificate
• a proceselor care pot fi exprimate in diferite
  moduri
• Procesele atomice corespund actiunilor de baza pe
  care le executa serviciul Web
• Ascund detaliile despre cum se implementeaza
  procesul
• Corespund operatiilor WSDL

37
Procese compuse

• Procesele compuse specifica modul in care mai
  multe procese lucreaza impreuna pentru realizarea
  unei functii complexe
• Procesele compuse definesc
• Fluxul de control
• Specifica relatiile temporale intre executia
  diverselor sub-procese
• Fluxul de date
• Specifica modul in care datele produse de un
  proces sunt transferate unui alt proces

38
Exemplu de proces compus
Legaturi flux de control Specifica ordinea
executiei
Sequence BookFlight
Airline
Flight
Legaturi flux de date Specifica transferul de
date
Perform
Perform
Airline
Select Flight
Get Flights
Flights
Flight
Flights
Depart
Arrive
Perform Specifica executia unui proces
39
Perform

• Perform ofera un mecanism de invocare
• specifica contextul executiei procesului
• fluxul de date de intrare
• fluxul de date de iesire
• Separarea intre definirea si invocarea unui
  proces
• Definitia specifica procesul I/P/R
• Perform specifica cand se invoca procesul si cu
  ce parametrii

40
Fluxul de control

• Procesele pot fi inlantuite pentru a forma un
  workflow
• OWL-S ofera urmatoarele structuri de control
• Sequence/Any-Order reprezinta o lista de procese
  care sunt executate in secventa sau in ordine
  arbitrara
• Conditionals instructiuni if-then-else
• Loops instructiuni while si repeat-until
• Multithreading and synchronization divizeaza
  (split) procesul in mai multe fire de executie si
  creaza puncte de rendezvous (joint)
• Non-deterministic choices selecteaza arbitrar
  un proces dintr-o multime de procese

41
Fluxul de date

• Fluxul de date permite transferul informatiei de
  la un proces la altul.
• Output?Input
• Informatia produsa de un proces este transferata
  altui proces in aceeasi structura de control
• Input ?Input
• Informata primita de un proces compus este
  transferata sub-proceselor
• Output?Output
• Informatia produsa de un sub-proces este
  transferata unui super-proces

42
Process Model rezumat

• Modelul serviciului descrie
• Multimea de procese care definesc operatiile
  executate de un serviciu
• Fluxul de control care descrie inlantuirea
  temporala a proceselor
• Fluxul de date care descrie transferul
  informatiei intre sub-procese

43
Process.owl
44
Service Grounding

• Service Grounding
• Ofera o specificare a informatiei de acces la un
  serviciu
• Service Model Grounding ofera tot ceea ce este
  necesar pentru utilizarea serviciului
• Utilizeaza WSDL pentru a defini structura
  mesajelor si nivelul de legare fizica
• Specifica
• protocoalele de comunicare, mecanismele de
  transport, limbajele de comunicare, etc.

45
Motivatia pentru Service Grounding

• Ofera o specificare a informatiei prin care se
  poate accesa serviciul
• Service Model Grounding ofera tot ceea ce este
  necesar pentru a utiliza un serviciu
• Descrierea serviciului este destinat in special
  pentru a efectua rationamente asupra serviciului
• Decide ce informatii sa se trimita si ce
  informatii se vor primi
• Service Grounding este destinat in specail
  schimbului de mesaje
• Genereaza mesaje de iesire si primeste mesaje de
  intrare
• Mapeaza XML Schema la concepte OWL
• Utilizeaza WSDL pentru definirea structurii
  mesajelor si a nivelului de legare fizica

46
Mapare OWL-S / WSDL 1.1

• Operatiile corespund la Atomic Processes
• Mesajele de Input/Output corespund la
  Inputs/Outputs a proceselor

47
Exemplu de Grounding
Sequence BookFlight
Airline
Flight
Perform
Perform
Airline
Select Flight
Get Flights
Flights
Flight
Flights
Depart
Arrive
Arrive
Get Flights Op
Select Flight op
Depart
Flights
Flight
Flights
Airline
WSDL
48
Rezultatul utilizarii Grounding

• Mecanismul de invocare pentru OWL-S
• Invocare bazata pe WSDL
• Diversele tipuri invocare din WSDL pot fi
  folosite in OWL-S
• Separare clara intre descrierea serviciului si
  invocare / implementare
• Descrierea serviciului este necesara pentru a
  rationa despre serviciu
• a decide cum este utilizat
• decide ce informatie si cum se transmite si se
  primeste
• Implementarea serviciului poate fi bazata pe SOAP
  si tipuri XML Schema Definition (XSD)
• Esential informatia care se schima si informatia
  din ontologii este aceeasi
• Permite reprezentarea oricarui serviciu web in
  OWL-S

49
Exemple

• http//www.daml.org/services/owl-s/1.0/examples.ht
  ml
• Profile Hierarchy
• A Profile-based class hierarchy of service
  categories ProfileHierarchy.owl
• Profile-based Class Hierarchies (HTML) -
  explanatory remarks for ProfileHierarchy.owl.
• Congo.com (fictitious B2C site)
• CongoService.owl - Service instance
• CongoProfile.owl Profile
• CongoProcess.owl - Process model (main file)
• CongoProcessDataFlow.owl - Process model data
  flow (argument bindings)
• CongoGrounding.owl - Grounding instances
• CongoGrounding.wsdl - WSDL definitions for
  grounding