Σημασιολογική ανακάλυψη υπηρεσιών ιστού και συλλογιστική οντολογιών με συμπερασματικούς κανόνες

Abstract

Web services have brought a communication revolution in heterogeneous environments, offering the necessary XML-based infrastructure for the efficient and fast communication among heterogeneous platforms. However, although XML guarantees syntactic interoperability, it is unable to describe services semantically, a necessary step towards the automation of several aspects related to Web services, such as discovery, composition and invocation. In order to overcome this limitation, the research community has been recently focused on the combination of the Web service technology and the Semantic Web. The idea is to provide ontology-based descriptions of Web services that could be processed by ontology reasoning tools. In that way, intelligent agents would be able to automatically understand what a Web service does and what it needs in order to perform a task. The present dissertation proposes a number of efficient and structural OWL ontology rule-based reasoning techniques, which are applied to the domain of semantic Web service discovery with OWL-S descriptions. More specifically, we propose a rule-based OWL ontology reasoning architecture that makes use of instantiated entailment rules. The goal of this approach is to increase the ABox reasoning performance in OWL DL ontologies with large number of instances and to incorporate a DL reasoning system for complete TBox reasoning. Furthermore, we propose a homogeneous and loosely-coupled combination of OWL ontologies and Object-Oriented rule systems in order to allow the development of structural knowledge-based applications for the Semantic Web. In the domain of semantic Web service discovery, two approaches are proposed that make use of abstract semantic descriptions. The first one follows a knowledge based approach and it is defined on top of the Object-Oriented homogeneous combination of ontologies and rules. The idea is to represent the semantic Web service descriptions as objects in the Object-Oriented rule environment and to apply object similarity techniques that are used in the domain of Structural Case-based Reasoning. The second approach extends the first one by utilizing a DL reasoning system for handing the domain ontologies and the semantic descriptions of Web services. In that way, the semantic Web service matchmaking algorithm is able to incorporate more complex ontological relationships among the structures that are used to describe the Web services. Moreover, the proposed approach introduces non-functional properties in the semantic Web service discovery algorithm and allows the ontology properties to be used as input/output annotation constructs in the OWL-S descriptions.

Οι υπηρεσίες ιστού έχουν φέρει επανάσταση στον τρόπο επικοινωνίας σε ετερογενή και κατανεμημένα περιβάλλοντα, προσφέροντας την απαραίτητη πρότυπη υποδομή βασισμένη στην XML για την εύκολη και γρήγορη επικοινωνία μεταξύ ανομοιογενών πλατφορμών. Ωστόσο, η χρήση της XML, αν και εγγυάται τη συντακτική διαλειτουργικότητα, αποτυγχάνει να προσδώσει την απαραίτητη σημασιολογική υπόσταση στις υπηρεσίες για την αυτοματοποίηση διαφόρων εργασιών, όπως ανακάλυψη, σύνθεση και εκτέλεση υπηρεσιών ιστού. Για την επίλυση τέτοιων σημασιολογικών αδυναμιών, τα τελευταία χρόνια η έρευνα έχει επικεντρωθεί στο συνδυασμό της τεχνολογίας των υπηρεσιών ιστού με τεχνολογίες του Σημασιολογικού Ιστού. Η βασική ιδέα πίσω από αυτήν την προσπάθεια είναι η σημασιολογική περιγραφή των υπηρεσιών ιστού με χρήση οντολογιών, έτσι ώστε να αποκτήσουν την απαραίτητη σημασιολογία για την επίτευξη της ζητούμενης αυτοματοποίησης με τη χρήση κατάλληλων εργαλείων, όπως για παράδειγμα, συστημάτων συλλογιστικής. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται ένα σύνολο αποδοτικών και δομημένων τεχνικών διαχείρισης και συλλογιστικής οντολογιών OWL σε συστήματα κανόνων, οι οποίες εφαρμόζονται σε μια δομημένη και βασισμένη στη γνώση προσέγγιση για τη σημασιολογική ανακάλυψη υπηρεσιών ιστού με βάση περιγραφές OWL-S. Πιο συγκεκριμένα, προτείνεται μια προσέγγιση για τη συλλογιστική σε οντολογίες OWL με τη χρήση συστημάτων κανόνων παραγωγής που βασίζεται σε προσαρμοσμένους συμπερασματικούς κανόνες. Ο σκοπός αυτής της μεθοδολογίας είναι η αύξηση της απόδοσης της συλλογιστικής σε οντολογίες με μεγάλο αριθμό αντικειμένων, επιτρέποντας επίσης τη χρήση αλγορίθμων των Περιγραφικών Λογικών (Description Logics - DL). Επίσης, προτείνονται μια ομοιογενής και μια χαλαρή υβριδική μεθοδολογία συνδυασμού οντολογιών OWL και αντικειμενοστρεφών συστημάτων κανόνων με σκοπό τη δυνατότητα ανάπτυξης δομημένων και βασισμένων στη γνώση εφαρμογών Σημασιολογικού Ιστού. Με βάση τις παραπάνω τεχνικές διαχείρισης οντολογιών OWL, προτείνονται δύο μεθοδολογίες σημασιολογικής ανακάλυψης υπηρεσιών ιστού με χρήση αφηρημένων περιγραφών OWL-S. Η πρώτη μεθοδολογία ακολουθεί μια βασισμένη στη γνώση προσέγγιση για τη σημασιολογική ανακάλυψη υπηρεσιών ιστού και βασίζεται στην προσαρμογή των συμπερασματικών κανόνων και στη δομημένη (αντικειμενοστρεφή) προσέγγιση χειρισμού των οντολογιών OWL, εφαρμόζοντας τεχνικές εύρεσης όμοιων αντικειμένων που χρησιμοποιούνται στο πεδίο της Δομημένης Συλλογιστικής με Περιπτώσεις. Η δεύτερη μεθοδολογία βασίζεται και επεκτείνει την προηγούμενη, παρουσιάζοντας αυξημένες δυνατότητες στο χειρισμό της σημασιολογίας και της εκφραστικότητας των περιγραφών OWL-S των υπηρεσιών ιστού με τη χρήση ενός συστήματος συλλογιστικής DL. Η νέα αυτή μεθοδολογία εισάγει μη λειτουργικές ιδιότητες στη διαδικασία της ανακάλυψης και επιτρέπει τη χρήση των ιδιοτήτων των οντολογιών για την περιγραφή των υπηρεσιών.