Serviços Web Semânticos

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1 Serviços Web Semânticos Paulo Vitor Antonini Orlandin Resumo O grande crescimento na utilização de Serviços Web torna imprescindível o desenvolvimento de uma forma de melhoria no sistema de armazenamento e disponibilização de informações para que se torne mais eficiente a maneira de recuperar e transmitir dados. A motivação deste trabalho está em investigar e explorar como associar informação semântica utilizando as tecnologias da Web Semântica durante a disponibilização e recuperação de Serviços Web pelas entidades provedoras e requisitantes em uma entidade registradora. Palavras chave: Web Semântica. Serviços Web. WSMO. SWSF. OWL-S. WSDL-S. 1. Introdução É inegável que a utilização de Serviços Web traz benefícios concretos a usuários e principalmente a empresas que aderem a esta tecnologia. Atualmente a maioria das empresas vem adotando Serviços Web em busca de interoperabilidade para suas aplicações. Além disso, mais vantagens são proporcionadas por esta tecnologia, como integração de sistemas legados, agilidade no desenvolvimento, diminuição de custos e integração de parceiros comerciais. Apesar de todas estas vantagens, a utilização de Serviços Web possui algumas limitações, como falta de segurança, possíveis links quebrados e falta de semântica. A falta de semântica ocorre devido a limitação da linguagem de descrição de serviços (WSDL) e na entidade registradora, responsável pelo registro e pesquisa de serviços (UDDI) (BREITMAN, 2005). A tecnologia atual de Serviços Web opera em nível sintático da informação, exigindo assim a necessidade de intervenção humana para tomada de decisões. Com esta tecnologia apenas descrevemos superficialmente as funcionalidades de um serviço. Este modo de descrição ajuda um desenvolvedor na utilização do 1

2 serviço, mas significa muito pouco para interpretação de uma máquina (AKKIRAJU et al., 2005). Ao analisarmos a descrição WSDL de um serviço não podemos dizer inequivocamente o que o serviço faz, podemos observar seus parâmetros de entrada e saída, mas não sabemos seus significados. Pode ocorrer de dois serviços terem definições sintáticas diferentes e executarem a mesma função. Também pode ocorrer de dois serviços possuírem mesma definição sintática e desempenharem funções completamente diferentes. Por exemplo, dois serviços recebem um parâmetro xsd:string e retornam um xsd:int. O primeiro serviço poderia ser um getcodigo(), recebendo o nome do funcionário e retornando o código do mesmo. Já o segundo poderia ser um serviço checarproduto(), onde passaríamos o nome do produto e receberíamos como resposta sua quantidade (AKKIRAJU et al., 2005). A adoção de ontologias é atualmente a alternativa mais utilizada para atribuição de semântica a descrições de serviços. A utilização de ontologias enriquece a descrição dos serviços proporcionando uma automação maior no uso de Serviços Web, melhorando assim tarefas de descoberta, seleção, composição e execução de serviços (AKKIRAJU et al., 2005). Com o intuito de fornecer semântica a Serviços Web foram criadas algumas linguagens para descrição de serviços como WSDL-S, WSMO, OWL-S e SWSF, como ilustrado na figura 1. Figura 1. Integração entre Serviços Web e Web Semântica. Adaptado de Breitman (2005) 2

3 2. Web Ontology Language for Services (OWL-S) OWL-S é uma ontologia escrita na linguagem OWL-S cujo objetivo é atribuir semântica a Serviços Web. OWL-S nada mais é do que a junção da descrição de serviços WSDL com a descrição semântica provida pelo OWL (BREITMAN, 2005). O OWL-S é composto por três módulos: perfil de serviço, modelo de serviço e base de serviço, como mostra a Figura 2. O perfil de serviço tem como objetivo auxiliar o requisitante na tarefa de descoberta (BREITMAN, 2005). Descreve as funcionalidades e características do serviço como entradas, resultados da execução, saídas retornadas; basicamente expressa o que o serviço faz (MARTIN et al., 2004). O modelo de serviço descreve como o serviço funciona. Indica ao requisitante qual informação deve enviar ou receber em um determinado tempo do provedor de serviços. Neste módulo cada serviço pode ser representado de duas formas: como um processo atômico e compostos (composição de diversos processos) (MARTIN et al., 2004). A base de serviço informa como acessar o serviço (protocolos de comunicação). Descreve como processos se transformam em formatos concretos de mensagem (BREITMAN, 2005). Figura 2. Representação dos três módulos que compõem a ontologia OWL-S. Adaptado de Breitman (2005) O trecho de código a seguir demonstra um serviço sendo associado a três documentos diferentes. Cada documento é referenciado por uma propriedade: 3

4 presents, responsável por definir o perfil; describedby, responsável por modelar a forma do serviço; e supports, responsável por definir a base do serviço. 1. <service:service 2. rdf:id="ddsont_secondopiniondiagnosis"> 3. <service:presents 4. rdf:resource=" 5. <service:describedby 6. rdf:resource="http:// /ddsont/ddsprocesso.owl#processo_ddsont_dds"/> 7. <service:supports 8. rdf:resource= 9. "http:// /ddsont/ddsfundamento.owl#fundamento_ddsont DDS "/> 10.</service:Service> Trecho de código 2.1. Utilização das propriedades presents, describedby e supports Como dito anteriormente, as descrições funcionais devem conter os dados de entrada, saída, pré-condições e pós-condiçoes. O exemplo a seguir descreve um serviço que a partir das informações fornecidas, como pêlo, peso e altura, obteria como resposta uma raça de cachorro e como efeito o percentual de confiabilidade da resposta. 1. <profile:hasinput 2. rdf:resource=" #pelo"/> 3. <profile:hasinput 4. rdf:resource=" #peso"/> 5. <profile:hasinput 6. rdf:resource=" #altura"/> 7. <profile:hasoutput 8. rdf:resource=" #raça"/> 9. <profile:haseffect 10. rdf:resource=" #confiabilidade"/> Trecho de código 2.2. Descrições funcionais de um serviço Também podemos definir informações sobre provedor, serviço, descrição do serviço e contato de um administrador do serviço utilizando algumas propriedades: servicename, textdescription e contactinformation, como exemplificado no trecho de código abaixo. 4

5 1. <profile:servicename> 2. Retorna a raça de um cachorro 3. </profile:servicename> 4. <profile:textdescription> 5. Este serviço recebe um conjunto de valores de um cachorro e responde uma possível raça 6. </profile:textdescription> 7. <profile:contactinformation> 8. <actor:phone> </actor:phone> 9. <actor:fax> </actor:fax> </profile:contactinformation> Trecho de código 2.3. Definição de informações sobre provedor, serviço e administrador 3. Web Service Semantics (WSDL-S) WSDL-S é um mecanismo utilizado para enriquecimento de descrições de Serviços Web. Sua proposta é adicionar descrições semânticas em interfaces WSDL tradicionais. Devido a extensibilidade proporcionada pelos elementos de WSDL, WSDL-S é capaz de descrever características do serviço, como por exemplo,entradas, saídas, precondições e resultados apos a execução de um serviço. A capacidade de descrever características do serviço permite a automatização do processo de descoberta do serviço sem que haja ambigüidade (AKKIRAJU et al., 2005). WSDL-S deve obedecer alguns princípios básicos como: A utilização de padrões existentes para Serviços Web, pois o serviço deve ser compatível a documentos WSDL comuns, facilitando assim a integração entre serviços descritos semanticamente e serviços descritos sem semântica (AKKIRAJU et al., 2005). Independência de linguagem de representação. Deve ser de escolha do desenvolvedor qual linguagem de representação semântica utilizar (AKKIRAJU et al., 2005). Anotações semânticas cujos tipos de dados são descritos em XML Schema. 5

6 4. Web Services Modeling Ontology (WSMO) WSMO é uma ontologia que visa representar formalmente a descrição dos serviços objetivando a automatização (parcial ou total) das tarefas de descoberta, invocação, composição e inter-operação. Possui quatro elementos principais: ontologias, serviços, objetivos e mediadores. Os elementos de um WSMO são definidos pela linguagem MOF (Meta Object Facility), utilizada para especificar metamodelos. MOF define uma linguagem abstrata e um framework para construção e administração de meta-modelos neutros em relação a aspectos de implementação. A arquitetura MOF é composta por quatro camadas: informação, modelo, metamodelo e meta-meta-modelo. A WSMO em si corresponde a camada meta-modelo, a linguagem que define a WSMO corresponde a camada meta-meta-modelo, todos os elementos pertencentes ao WSMO pertencem a camada de modelo e os dados descritos por ontologias pertencem a camada de informação, como representado na figura 3 (BRUIJN et al., 2005). Figura 3. Camadas da arquitetura MOF. Adaptado de Bruijn (2005) O elemento ontologia em WSMO pode possuir propriedades não funcionais, importar ontologias, mediadores, conceitos, relações, funções, instancias e axiomas. Propriedades não funcionais descrevem algumas características sobre a ontologia, como por exemplo, linguagem de descrição, autor, etc. Importando uma ontologia modularíamos o projeto, diminuindo assim a complexidade de alguma tarefa. Caso haja algum conflito entre as partes importadas torna-se necessário o uso de mediadores. Já os conceitos constituem os elementos básicos de uma terminologia acordada para algum domínio de problema (BRUIJN et al., 2005). Relações são utilizadas para criação de um modelo que relacione os vários conceitos. Função é 6

7 uma relação com um intervalo unária e um domínio n-ário. Instancias podem ser definidas explicitamente ou fazendo uma ligação a uma base de dados externa, ou seja, armazenando suas instancias e seus valores externamente. Axiomas são expressões lógicas em conjunto com seus valores não funcionais (BRUIJN et al., 2005). O elemento serviço é composto por ontologias importadas, propriedades não funcionais e mediadores. Fornece também a descrição do serviço, contendo informações sobre sua funcionalidade e interfaces (BRUIJN et al., 2005). Objetivos descrevem os resultados obtidos após a execução do serviço, auxiliando assim, na escolha de qual serviço satisfaz a necessidade do usuário (BRUIJN et al., 2005). Mediadores são utilizados para prover integração entre recursos heterogêneos. Existem quatro tipos de mediadores. Mediadores OO resolvem possíveis desequilíbrios entre ontologias importadas; mediadores GG ligam objetivos, permitindo-se que a partir de objetivos pré existentes sejam criado um novo objetivo; mediador WG, que liga um objetivo a um serviço, significando que o serviço cumpre (totalmente ou parcialmente) o objetivo com o qual está ligado; mediador WW estabelece ligações entre Serviços Web (BRUIJN et al., 2005). Abaixo um exemplo da descrição de um serviço utilizando WSMO. Este serviço executa a mesma função vista anteriormente, onde se recebe três informações (pêlo, peso e altura) obtendo como resposta uma raça e o percentual de confiabilidade da resposta. 1. precondition 2. axiom #pelo 3. precondition 4. axiom #peso 5. precondition 6. axiom #altura 7. postcondition 8. axiom #raça 9. effect 10. axiom #confiabilidade Trecho de código 4.1. Definição dos valores de entrada, saída e efeito Os valores de entrada, saída e efeito são representados pelas propriedades preconditio, postcondition e effect respectivamente. Já as propriedades title, 7

8 description e creator podem fornecer informações sobre provedor, serviço e criador como poder ser observado no trecho de código abaixo. 1. dc:title 2. hasvalue "Retorna a raça de um cachorro" 3. dc:description 4. hasvalue "Recebe um conjunto de valores de um cachorro e responde uma possível raça." 5. dc:creator 6. hasvalue Paulo Vitor Trecho de código 4.2. Definição de informações sobre provedor, serviço e administrador 5. Semantic Web Services Framework (SWSF) SWSF (Semantic Web Services Framework) é uma iniciativa recente proposta pelo Semantic Web Services Language Committee com o intuito de prover semântica a Serviços Web. Seus principais componentes são: SWSO (Semantic Web Services Ontology) e SWSL (Semantic Web Services Language) (BATTLE et al., 2005). SWSL é uma linguagem utilizada para descrever formalmente um Serviço Web. É uma linguagem de propósito geral, portanto não é focada para serviços, porém, suporta atribuição de semântica a descrição de Serviços Web. É composto por duas sub-linguagens: SWSL-FOL "baseia-se em lógica de primeira ordem e é utilizada para expressar a caracterização formal (ontologia) dos conceitos de Serviços Web" (BATTLE et al., 2005). SWSL-Rules baseia-se no paradigma de programação lógica (regras). SWSO é uma ontologia e um modelo conceitual que permite a descrição de Serviços Web permitindo ainda caracterizar formalmente este modelo. O modelo conceitual SWSO é composto por dois componentes: SWSL-FOL baseada em lógica de primeira ordem, e ROWS, baseada na programação lógica. Um axioma completo é obtido utilizando-se SWS-FOL com uma semântica que especifique o significado preciso dos conceitos, resultando assim em uma ontologia denominada FLOWS (First-Order Logic Ontology for Web Services). Com a tradução dos axiomas de FLOWS para a linguagem SWSL-Rules resultou-se em uma nova ontologia, chamada ROWS (Rules Ontology for Web Services) (BATTLE et al., 2005). 8

9 FLOWS possui três módulos: perfil de serviço, modelo de serviço e base de serviço. Perfil de serviço fornece descrições sobre um serviço. Modelo de serviço descreve as funcionalidades, características e como opera um determinado serviço. Base de serviço é usada para ligação, informa como acessar o serviço. Com a definição destes módulos observamos a grande influencia da abordagem OWL-S. Podemos dizer que FLOWS é um aperfeiçoamento da abordagem OWL-S, enfatizando a interoperabilidade com padrões existentes. Também herdou do PSL (Process Specification Language), algumas características que permitem um rico modelo para descrição de aspectos comportamentais de Serviços Web. 6. Conclusão Um dos principais problemas em se utilizar uma entidade registradora em um Serviço Web é a forma como os serviços são descritos. Uma entidade registradora comum descreve os serviços apenas sintaticamente, resultando assim em um grande número de resultados indesejados. Esse problema pode ser resolvido por meio da tecnologia da Web Semântica, resultando em uma melhor eficiência no serviço de descoberta, permitindo assim, que uma entidade registradora retorne com melhor eficiência serviços desejados por uma entidade requisitante, reduzindo o número de resultados incorretos retornados ao cliente. Referências Bibliográficas AKKIRAJU, R. et al. Web Service Semantics WSDL-S, Novembro Disponível em BATTLE, S. et al. Semantic Web Services Framework (SWSF), Setembro Disponível em BERNERS-LEE, T.; HENDLER, J.; LASSILA, O. The semantic web, Maio Disponível em BREITMAN, K. Web Semântica a Internet do futuro. RJ: LTC,

10 BRUIJN, J. et al. Web Service Modeling Ontology (WSMO), Junho Disponível em BOOTH, D. et al. Web Services Architecture, Fevereiro Disponível em MARTIN, D. et al. OWL-S: Semantic Markup for Web Services, Novembro Disponível em SMITH, M.; WELTY, C.; MCGUINNESS, D. OWL Web Ontology Language Guide, Fevereiro Disponível em /. 10

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