1. Aplicatii Web bazate pe semantica, agenti si servicii
Universitatea Politehnica Bucuresti Anul universitar , Master Adina 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 WWW Semantic Web Static 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 WWW Semantic Web Dinamic Static UDDI, WSDL, SOAP
URI, HTML, HTTP
Semantic Web
RDF, RDF(S), OWL
Static

6. Evolutie Semantic Web Services Web Services WWW Semantic Web Dynamic
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
=> 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 Activitati/utilizare Arhitectura
Suport executie
Monitoring
Compensation
Replacement
Auditing
Activitati/utilizare
Composition
Execution
Publication
Discovery
Selection
Mediation
Nivel Business
Arhitectura
Activitatile utilizator 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 toate modelele conceptuale legate de descrierea unui SWS si reprezinta modelul de cunostinte al informatiei ce descrie si indica modul de folosire a serviciului.
Matchmaker
Register
Decomposer
Reasoner
Invoker
Nivel fizic
Ontologia serviciului
input
output
Pre-condition
Cost
Atomic service
Composite service
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 WSMO – Europa OWL-S - USA
European Semantic Systems Initiative
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. Upper Ontology for Services
OWL-S Upper Ontology
Upper Ontology for Services
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 Profile Capabilitati 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 Profile Proprietati 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 Permite
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 Inputs / Outputs Precondition Condition Result
<process:AtomicProcess rdf:ID="LogIn">
<process:hasInput rdf:resource="#AcctName"/>
<process:hasInput rdf:resource="#Password"/>
<process:hasOutput rdf:resource="#Ack"/>
<process:hasPrecondition isMember(AccName)/>
<process:hasResult>
<process:Result>
<process:inCondition>
<expr:SWRL-Condition>
correctLoginInfo(AccName,Password)
</expr:SWRL-Condition>
</process:inCondition>
<process:withOutput rdf:resource=“#Ack“> <valueType rdr:resource=“#LoginAcceptMsg”> </process:withOutput> <process:hasEffect>
loggedIn(AccName,Password)
</process:hasEffect>
</process:Result>
</process:hasResult>
</process:AtomicProcess>
Inputs / Outputs
Precondition
Condition
Result
Output Constraints
Effect

35. Ontologia proceselor Proces Atomic Simplu Compus 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
Flights
Flight
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 Perform Perform Select Flight
BookFlight
Airline
Flight
Perform
Perform
Airline
Select
Flight
Get Flights
Flights
Flights
Flight
Depart
Arrive
Arrive
Get Flights Op
Select
Flight op
Depart
Flights
Flights
Flight
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.html
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