Pedro Paulo Favato Barcelos. Uma Proposta de Modelo de Ontologia para Arquitetura de Redes Ópticas de Transporte

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1 Pedro Paulo Favato Barcelos Uma Proposta de Modelo de Ontologia para Arquitetura de Redes Ópticas de Transporte Vitória, ES 2009

2 Pedro Paulo Favato Barcelos Uma Proposta de Modelo de Ontologia para Arquitetura de Redes Ópticas de Transporte Monografia apresentada como Projeto de Graduação em Engenharia de Computação da Universidade Federal do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro de Computação. Orientador: Prof. Dr. Anilton Salles Garcia Co-Orientador: Prof. Maxwell Eduardo Monteiro UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA Vitória, ES 2009

3 Pedro Paulo Favato Barcelos Uma Proposta de Modelo de Ontologia para Arquitetura de Redes Ópticas de Transporte Banca Examinadora: Prof. Dr. Anilton Salles Garcia Orientador Prof. MSc. Maxwell Eduardo Monteiro Co-Orientador Prof. Dr. Davidson Cury Profa. Dra. Rosane Bodart Soares Vitória, de de.

4 DEDICATÓRIA A meu pai e à minha mãe.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por essa importante vitória em minha vida. Ao meu pai, à minha mãe, aos meus irmãos e a todos meus familiares pelo apoio, confiança e incentivo. Aos meus amigos pelo apoio e companheirismo. À minha namorada, Schwanny, que tanto me ajudou com este projeto, por todo o carinho, atenção e paciência. A meus companheiros de curso, por toda a ajuda e amizade nesses cinco anos de graduação. Ao professor Anilton, pela oportunidade e orientação, indispensáveis para a realização deste projeto. Ao professor Maxwell, aos meus amigos Fabbiano Ferrari e Rodrigo Stange e a todo grupo do projeto que participo, pela ajuda. Aos membros da banca, Davidson Cury e Rosane Bodart Soares, pelo tempo dedicado para correção deste projeto. À PADTEC S.A. pelo projeto no qual este trabalho se encontra inserido no contexto.

6 RESUMO Este projeto de graduação trata sobre a modelagem da arquitetura de redes ópticas de transporte, utilizando-se das recomendações ITU-T G.805 (Arquitetura Funcional Genérica das Redes de Transporte) e ITU-T G.872 (Arquitetura das Redes Ópticas de Transporte). Em um primeiro momento é realizado um estudo sobre ontologias, onde são discutidos tópicos como o que são ontologias, quais as vantagens de seu uso e quais suas principais aplicações, além de apresentar linguagens de representação e ferramentas de construção de ontologias. Em seguida é realizado um estudo sobre as recomendações modeladas. Um resumo delas é realizado, destacando-se principalmente os aspectos que são explorados no desenvolvimento deste projeto de graduação. Então é estabelecida a metodologia utilizada na construção da ontologia e sua adequação a este projeto. A modelagem das recomendações é apresentada, exibindo exemplos de classes e relacionamentos. Concluindo-se, é apresentado neste projeto o desenvolvimento de um modelo de ontologia, construído utilizando-se a ferramenta Protégé, para as recomendações ITU-T G.805 e ITU-T G.872.

7 LISTA DE SIGLAS/ACRÔNIMOS 3R - Reamplification, Reshaping and Retiming ATM - Asynchronous Transfer Mode DL - Description Logics DWDM - Dense Wavelength-Division Multiplexing HTML HyperText Markup Language IA Inteligência Artificial ITU-T - ITU Telecommunication Standardization Sector ITU - International Telecommunication Union KIF - Knowledge Interchange Format KR - Knowledge Representation OCDM - Optical Code Division Multiplexing OCh - Optical Channel ODU - Optical Channel Data Unit OMS - Optical Multiplex Section OMU-n - Unidade de Multiplexação Óptica de ordem n OSI - Open Systems Interconnection OTDM - Optical Time Division Multiplexing OTN Optical Transport Network

8 OTS - Optical Transmission Section OTU Optical Transport Unit OWL - Web Ontology Language PDH - Plesiochronous Digital Hierarchy RDF - Resource Description Framework SDH - Synchronous Digital Hierarchy SNC/I - Subnetwork connection protection with inherent monitoring SNC/N - Subnetwork connection protection with non-intrusive monitoring SNC/S - Subnetwork connection protection with sublayer monitoring TDM - Time Division Multiplexing W3C - World Wide Web Consortium WTSA - World Telecommunications Standardization Assembly WTSC - World Telecommunication Standardization Conference XML - extension Markup Language

9 LISTA DE FIGURAS Figura Categorização de Van Heijist et al. (1997)(Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004)...25 Figura Categorização de Lassila e McGuinness (2001)(Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004)...25 Figura OWL, composição em camadas e origens (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006)...32 Figura Interface do Protégé-OWL...35 Figura Visão Ortogonal do Particionamento e Divisão em Camadas (ITU-T, 2000)...40 Figura Monitoramento Inerente (ITU-T, 2000)...43 Figura Monitoramento Não-Intrusivo (ITU-T, 2000)...43 Figura Monitoramento Intrusivo (ITU-T, 2000)...44 Figura Monitoramento de Subcamada (ITU-T, 2000)...44 Figura 4-1 Processo Para Análise de Domínio Orientada a Ontologias (Guizzardi, 2000)...64 Figura Relacionamentos Utilizados na Ontologia...68 Figura Classe Thing e Suas Classes Filhas...70 Figura Taxonomia da Classe Componente Arquitetural...71 Figura Taxonomia da Classe Componente Topológico...72 Figura Relacionamentos da Classe Componente topológico...72 Figura Taxonomia da Classe Camada de Rede...74 Figura Relacionamentos da Classe Camada de Rede...75 Figura Taxonomia da Classe Técnica de Monitoramento de Conexão...76 Figura Relacionamentos da Classe Técnica de Monitoramento de Conexão...77 Figura Taxonomia da Classe Monitoramento Inerente...78 Figura Relacionamentos da Classe Monitoramento Inerente...78

10 LISTA DE TABELAS Tabela Requisitos de Gerência do Nível da Rede (ITU-T, 2001)...52 Tabela Técnicas de Proteção para Redes Ópticas de Transporte (ITU-T, 2001)...54 Tabela Modelagem da Classe Componente Topológico...72 Tabela Modelagem da Classe Camada de Rede...74 Tabela Modelagem da Classe Técnica de Monitoramento de Conexão...76 Tabela Modelagem da Classe Monitoramento Inerente...78

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO CONTEXTUALIZAÇÃO E MOTIVAÇÃO JUSTIFICATIVA, OBJETIVOS E RESULTADOS ESPERADOS CONTRIBUIÇÕES DO TRABALHO ESTRUTURA DA MONOGRAFIA ONTOLOGIAS INTRODUÇÃO O QUE É UMA ONTOLOGIA? Definições POR QUE ONTOLOGIAS? Vocabulário Taxonomia Teoria do Conteúdo Compartilhamento e Reuso de Conhecimento PRINCIPAIS ÁREAS DE UTILIZAÇÃO Colaboração Interoperação Educação Modelagem CLASSIFICAÇÃO DE ONTOLOGIAS Classificação Quanto ao Peso: Ontologias Leves ou Pesadas Classificação Quanto à Formalidade ENGENHARIA DE ONTOLOGIAS Linguagens de Ontologias Ferramentas para Ontologias... 32

12 3 RECOMENDAÇÕES MODELADAS INTRODUÇÃO RECOMENDAÇÃO ITU-T G.805: ARQUITETURA FUNCIONAL GENÉRICA DAS REDES DE TRANSPORTE Introdução Arquitetura Funcional das Redes de Transporte Aplicações dos Conceitos a Topologias e Estruturas de Redes Técnicas de Melhoramento de Disponibilidade da Rede de Transporte RECOMENDAÇÃO ITU-T G.872: ARQUITETURA DAS REDES ÓPTICAS DE TRANSPORTE Introdução Arquitetura Funcional de Transporte das Redes Ópticas Gerência da Rede Óptica Técnicas de Sobrevivência de Redes Ópticas Interconexão e Interoperação entre Diferentes Domínios Administrativos Aspectos da Implementação do Canal Óptico Subdivisão da Rede Óptica de Transporte MODELAGEM DA ONTOLOGIA DAS RECOMENDAÇÕES G.805 E G INTRODUÇÃO METODOLOGIAS PARA DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO DE ONTOLOGIAS METODOLOGIA UTILIZADA Atividades do Processo de Construção Ciclo de Desenvolvimento da Ontologia ADEQUAÇÃO DA METODOLOGIA AO PROJETO Não Existência da Etapa de Integração com Ontologias Existentes Simplificação das Etapas de Formalização e Avaliação Devido ao Uso do Protégé MODELAGEM E DESENVOLVIMENTO DA ONTOLOGIA Identificação de Propósito e Especificação de Requisitos... 66

13 4.5.2 Relacionamentos Modelados Classes Modeladas CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES Vinculação à Grade Curricular do Curso de Engenharia de Computação Esforços Adicionais RESULTADOS TRABALHOS FUTUROS BIBLIOGRAFIA... 82

14 13 1 INTRODUÇÃO 1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO E MOTIVAÇÃO Redes ópticas de transporte (OTN Optical Transport Networks) são compostas de um grupo de elementos de rede ópticos conectados por links de fibras ópticas, capazes de prover funcionalidades de transporte, multiplexação, roteamento, gerência, supervisão e técnicas de sobrevivência para canais ópticos transportando sinais clientes, de acordo com os requerimentos definidos na recomendação ITU-T G.872 (ITU-T, 2008). A recomendação ITU-T G.872 Arquitetura de Redes Ópticas de Transporte (ITU-T, 2001) descreve a arquitetura funcional de redes ópticas de transporte usando a metodologia de modelagem descrita na recomendação ITU-T G.805 (ITU-T, 2000) Arquitetura Funcional Genérica de Redes de Transporte. As redes OTN foram desenvolvidas como uma evolução das redes de transporte, suportando a transmissão de múltiplos comprimentos de onda por fibra, que caracteriza sistemas DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) e, ao mesmo tempo, satisfaz a necessidade de se transportar uma variedade de tipos heterogêneos de sinais diretamente sobre comprimentos de onda transmitidos no mesmo backbone óptico. As redes OTN satisfazem os requerimentos das redes de próxima geração que possuem uma meta de prover transporte eficiente para tráfego orientado a dados (Iniewski, McCrosky, & Minoli, 2008). À medida que cresce a utilização de redes OTN, surge a necessidade de se obter conhecimento sobre sua arquitetura, modelado de forma que possa ser utilizado computacionalmente, contendo um vocabulário sem ambigüidades e uma taxonomia de termos.

15 JUSTIFICATIVA, OBJETIVOS E RESULTADOS ESPERADOS Ontologias provêem um grande número de recursos para representação de conhecimento em geral e para processos de engenharia de conhecimento. Sua possibilidade de reuso e compartilhamento é uma grande vantagem de sua utilização, assim como o fornecimento de vocabulário, taxonomia e outras que são expostas no decorrer do texto. Conhecendo-se as vantagens de utilização da modelagem em ontologias, é proposta neste projeto sua utilização para a modelagem das recomendações que definem a arquitetura das redes de ópticas de transporte, utilizando-se de uma metodologia para construção de ontologias e uma ferramenta de auxílio. Tem-se, como objetivos específicos, a modelagem das recomendações ITU-T G.805 (Arquitetura Funcional Genérica das Redes de Transporte) e ITU-T G.872 (Arquitetura de Redes Ópticas de Transporte) utilizando-se a ferramenta Protégé como ferramenta de auxílio na construção. Essa ferramenta possui ampla aceitação e utilização na comunidade de desenvolvedores de ontologias. A metodologia utilizada na construção das ontologias foi a descrita por Guizzardi (2000) em Uma Abordagem Metodológica de Desenvolvimento para e com Reuso, Baseada em Ontologias Formais de Domínio. Foi escolhida essa metodologia por ela unir as principais características de algumas outras importantes metodologias de ontologias (como é descrito em Metodologia Utilizada) e por discutir as várias atividades do processo de construção de ontologias, apresentando algumas orientações de como proceder na sua realização. Espera-se como resultado deste projeto a obtenção de um arquivo com formato da linguagem OWL contendo a ontologia desenvolvida. Essa ontologia deve conter todos os principais termos e relacionamentos das recomendações ITU-T G.805 e ITU-T G.872.

16 CONTRIBUIÇÕES DO TRABALHO Pode-se citar como as principais contribuições do trabalho: Conhecimento do domínio modelado em linguagem de ontologia; Vocabulário de termos sem ambigüidades das recomendações; Taxonomia desses termos; Possibilidade de verificação da consistência das recomendações; Possibilidade de expansão, reutilização e compartilhamento da ontologia. 1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA O capítulo 2 apresenta um estudo sobre ontologias, onde são discutidos tópicos como o que são ontologias, quais as vantagens de seu uso e quais suas principais aplicações, além de apresentar linguagens de representação e ferramentas de construção de ontologias. O capítulo 3 corresponde a um estudo sobre as recomendações modeladas. Um resumo delas é realizado, destacando-se principalmente os aspectos que são explorados no desenvolvimento deste projeto de graduação. O capítulo 4 estabelece a metodologia utilizada na construção da ontologia e sua adequação a este projeto. Este capítulo também apresenta a modelagem das recomendações, exibindo exemplos de classes e relacionamentos. No capítulo 5 são realizadas algumas considerações finais, além de serem apresentados os resultados obtidos e sugeridos trabalhos futuros.

17 16 2 ONTOLOGIAS 2.1 INTRODUÇÃO Uma das etapas deste projeto de graduação consiste de um estudo sobre ontologias, que é apresentado neste capítulo. O estudo consiste dos seguintes tópicos que são aqui apresentados e discutidos: O que é uma Ontologia?; Por que Ontologias?; Principais Áreas de Utilização, Classificação de Ontologias e Engenharia de Ontologias, abordado os temas Linguagens de Ontologias e Ferramentas para Ontologias, onde são descritas a linguagem e a ferramenta utilizadas para a implementação deste projeto. 2.2 O QUE É UMA ONTOLOGIA? Como se pode encontrar em Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho (2004), a palavra ontologia veio da filosofia, onde tem o significado de uma explicação sistemática do ser. Há algum tempo atrás, a idéia de ontologias surgiu aplicada à Inteligência Artificial, como um meio de compartilhar conhecimento (Gruber T., 1993), e na última década essa palavra se tornou relevante para a comunidade de Engenharia de Conhecimento. Informalmente, a ontologia de certo domínio é sobre sua terminologia (domínio, vocabulário), todos os conceitos essenciais dentro deste domínio, sua classificação, sua taxonomia, suas relações (incluindo todas as hierarquias e restrições importantes) e os axiomas do domínio. Mais formalmente, para alguém que quer discutir tópicos no domínio D usando uma linguagem L, uma ontologia provê um catálogo dos tipos das coisas que se assume existirem em D; os tipos na ontologia são representados em termos dos conceitos, relações e predicados de L.

18 17 Tanto formalmente quanto informalmente, a ontologia é uma parte extremamente importante do conhecimento sobre qualquer domínio. Mais ainda, a ontologia é a parte fundamental do conhecimento, e todos os outros conhecimentos devem invocá-la ou referir-se a ela. Uma ontologia representa o conhecimento fundamental sobre um tópico de interesse. É possível para muitos dos outros conhecimentos sobre o mesmo tópico crescer em volta da ontologia (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Definições Uma das primeiras definições foi dada por Neches et al. (1991, p. 40): Uma ontologia define os termos e relações básicos compreendendo o vocabulário de um tópico assim como as regras para se combinar termos e relações para definir extensões ao vocabulário. Essa definição descritiva indica o que fazer para se construir uma ontologia e nos dá uma linha a seguir: ela identifica termos e relações básicas entre termos, identifica regras para se combinar termos e provê a definição destes termos e relações. Note que, de acordo com a definição de Neches, uma ontologia inclui não só os termos que são explicitamente definidos, mas também o conhecimento que é inferido a partir deles. Anos depois, Gruber (1993, p. 199) definiu uma ontologia da seguinte forma: Uma ontologia é uma especificação explícita de uma conceitualização. Essa definição se tornou a mais citada na literatura e por toda a comunidade de ontologias. Baseadas nela, muitas outras foram propostas, como a de Borst (1997, p. 12): Ontologias são definidas como uma especificação formal de uma conceitualização compartilhada. Struder et al. (1998, p. 185) explicaram a definição de Gruber combinada com a de Borst da seguinte forma:

19 18 Uma ontologia é uma especificação formal e explícita de uma conceitualização compartilhada. Conceitualização se refere a um modelo abstrato de algum fenômeno no mundo tendo-se identificado os conceitos relevantes desse fenômeno. Explícito significa que o tipo de conceitos usados e suas restrições a seu uso são explicitamente definidos. Formal refere-se ao fato que a ontologia deve ser legível por máquinas. Compartilhada reflete a noção que uma ontologia captura conhecimento consensual, isto é, que não é privado a um indivíduo, mas sim aceito em um grupo. Há outro grupo de definições baseadas no processo a ser seguido para se construir uma ontologia. Essas definições também incluem dicas sobre o relacionamento entre ontologias e bases de conhecimentos. Por exemplo, a definição dada por Bernaras, Laresgoiti, & Corera (1996, p. 298): Ela (uma ontologia) provê os meios para se descrever explicitamente a conceitualização por trás do conhecimento representado em uma base de conhecimentos. Note que essa definição propõe extrair a ontologia de uma base de conhecimento, que reflete a abordagem que o autor usa para construir ontologias. Nessa abordagem, a ontologia é construída seguindo-se uma estratégia bottom-up, baseada em uma base de conhecimento de aplicação por meios de um processo abstrato. Quanto mais aplicações são construídas, a ontologia se torna mais geral e, então, se afasta do que deveria ser uma base de conhecimento. Outra estratégia de se construir ontologias é a reutilização de grandes ontologias como o SENSUS (Swartout, P., Knight, & Russ, 1997, p. 138) (com mais de nós) para criar ontologias específicas de domínio e bases de conhecimento: Uma ontologia é um grupo de termos hierarquicamente estruturado para descrever um domínio que pode ser usado como esqueleto de uma base de conhecimentos. De acordo com essa definição, a mesma ontologia pode ser usada para construir várias bases de conhecimento que devem compartilhar o mesmo esqueleto ou taxonomia. Extensões desse esqueleto devem ser possíveis em um nível baixo adicionando-se sub-conceitos específicos do domínio, ou em um nível alto, adicionando-se conceitos intermediários ou de alto-nível que cobrem novas áreas. Se sistemas são construídos

20 19 com a mesma ontologia, eles compartilham uma mesma estrutura base, assim, mesclar e compartilhar suas bases de conhecimento e mecanismos de inferência torna-se mais fácil. Desde que ontologias começaram a ser amplamente utilizadas para diversos propósitos (processamento de linguagem natural, gerência de conhecimento, e-commerce, integração inteligente de informação, Web semântica, etc.), diferentes comunidades (por exemplo: engenharia de conhecimento, bancos de dados e engenharia de software (Uschold & Jasper, 1999, pp. 11-2)) proveram uma nova definição da palavra ontologia de modo a popularizá-la em outras disciplinas. Note que outras comunidades como a de banco de dados e de projetos orientados a objetos também constroem modelos de domínios usando conceitos, relações, propriedades, etc., mas a maioria das vezes ambas as comunidades impõem menos restrições semânticas do que as impostas pelas ontologias do tipo pesada. Uschold e Jasper (1999) definiram ontologia como: Uma ontologia pode ter uma variedade de formas, mas necessariamente deve incluir um vocabulário de termos e algumas especificações de seus significados. Isso inclui definições e uma indicação de como conceitos estão inter-relacionados que coletivamente impõe uma estrutura no domínio e restringe possíveis interpretações dos termos. Como conclusão desta seção, pode-se dizer que ontologias devem capturar conhecimento consensual de um modo genérico e que elas devem ser reusadas e compartilhadas por aplicações de software e por grupos de pessoas. Elas normalmente são construídas cooperativamente por diferentes grupos de pessoas em diferentes localidades. 2.3 POR QUE ONTOLOGIAS? Ontologias provêem um grande número de recursos para sistemas inteligentes, assim como para representação de conhecimento em geral e para processos de engenharia de conhecimento. Esta seção faz um resumo dos mais importantes recursos e é

21 20 baseada nos estudos de Chandrasekaran et al. (1999), Gruber (1993), Guarino (1995), McGuinness (2002); Schreiber et al. (1994) Vocabulário Uma ontologia provê um vocabulário (ou os nomes) para se referir aos termos de uma área. Na vida real, há um grande espectro de diferentes tipos de vocabulários. Ontologias são diferentes desses vocabulários orientados a humanos, de modo que elas provêem declarações lógicas que descrevem os significados dos termos, como estão interrelacionados e como podem ou não ser inter-relacionados. Elas também especificam regras para combinar os termos e suas relações para definir extensões ao vocabulário. Uma ontologia especifica termos com sentido não-ambíguo e semanticamente independente do leitor e contexto (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Taxonomia Uma taxonomia (ou hierarquia de conceitos) é uma categorização ou classificação hierárquica de entidades dentro de um domínio. É também um aglomerado de entidades baseados em características ontológicas comuns. A classificação/aglomerado é organizada de acordo com um sistema predeterminado. Uma boa taxonomia deve separar suas entidades correspondentes em grupos e subgrupos mutuamente exclusivos e não-ambíguos que, juntos, incluem todas as possibilidades. Ela deve também ser simples, fácil de lembrar e de usar. Toda ontologia provê uma taxonomia de forma legível por máquina (machine-readable) e processável por máquina (machine-processable). Porém, uma ontologia é mais que sua taxonomia correspondente é uma especificação completa de um domínio. O vocabulário e a taxonomia de uma ontologia juntos provêem um framework conceitual

22 21 para discussões, análises e recuperação de informações de um domínio (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Teoria do Conteúdo Como ontologias identificam classes de objetos, seus relacionamentos e hierarquias de conceitos que existem em um domínio, elas são essencialmente teorias do conteúdo (Chandrasekaran, Josephson, & Benjamins, 1999). Além de identificar, ela também as especifica de modo elaborado, usando linguagens de representação de ontologias. Ontologias bem definidas e estruturadas possibilitam verificação de consistência pelas aplicações, além de também permitir (ou melhorar) a interoperabilidade entre diferentes aplicações. Sendo teorias do conteúdo, ontologias tornam mais claras as estruturas do conhecimento de um domínio. Desenvolver uma ontologia requer uma análise de ontologia efetiva do domínio cujo conteúdo a ontologia deve representar. Análise ontológica representa os conceitos de um conhecimento de domínio, suas taxonomias e sua organização. Sem essa análise, nenhuma representação de conhecimento para o domínio pode ser bem fundado. Usando-se a análise ontológica, todo o processo de engenharia de conhecimento toma forma de modelagem. A base de conhecimento resultante não apenas transfere o conhecimento extraído de um especialista humano, mas também modela o domínio do problema na forma do comportamento observado de um agente inteligente embutido em seu ambiente [(Gaines, 1991), (Gruber T., 1993), (Guarino, 1995), (Schreiber, Wielinga, de Hoog, Akkermans, & van de Velde, 1994)] Compartilhamento e Reuso de Conhecimento O propósito maior das ontologias não é servir de vocabulário ou taxonomias, é seu reuso e compartilhamento de conhecimento por aplicações.

23 22 Toda ontologia provê uma descrição dos conceitos e relacionamentos que podem existir em um domínio e que pode ser compartilhado e reutilizado por agentes inteligentes e aplicações. Mais ainda, agentes e aplicações trabalhando devem ser capazes de se comunicar com o conhecimento ontológico. Ontologias compartilhadas nos permitem construir bases de conhecimento específicas que descrevem situações específicas, mas claramente utilizam as mesmas estruturas e organizações de conhecimentos. Como Neches et al. (1991) notou, há vários modos de se reutilizar e compartilhar uma ontologia criada, como por exemplo: pela inclusão de código fonte o conteúdo de um módulo é copiado em outro em tempo de projeto, pela invocação de módulos externos ou serviços em tempo de execução, pela comunicação entre agentes ou pela troca de técnicas onde são compartilhados e reutilizados não o conteúdo, mas sim a abordagem sobre ele. Ontologias compartilhadas amortecem os problemas da heterogeneidade da representação de bases de conhecimento de sistemas diferentes, dialetos dentro da mesma família de linguagens, variedades em convenções de comunicação e desencontros de modelos no nível do conhecimento. Porém, na prática, compartilhamento e reutilização de conhecimento não são tão simples, mesmo se já houver uma ontologia disponível para tal propósito. Algumas das razões para que isso aconteça são as muitas diferentes linguagens de representação e ferramentas de ontologias - que muitas vezes não são compatíveis, concorrência entre abordagens e grupos de desenvolvedores, diferentes tradições e culturas. Pode haver várias diferentes ontologias desenvolvidas para descrever um mesmo tópico ou domínio, selecionar uma delas pode não satisfazer todos os requisitos que o engenheiro de conhecimento deve satisfazer. Combiná-las não é algo trivial, porque algumas diferenças entre elas podem necessitar de um grande número de ajustes manuais, e o resultado final pode não ser adequado. Além disso, há o problema da manutenção do conhecimento, já que todas as partes do conhecimento do domínio evoluem com o passar do tempo (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006).

24 PRINCIPAIS ÁREAS DE UTILIZAÇÃO Até este momento um grande número de ontologias foi desenvolvido por diferentes grupos usando diferentes abordagens e com diferentes métodos e técnicas. Ontologias são amplamente usadas em Engenharia de Conhecimento, Inteligência Artificial e Ciências da Computação, em aplicações relacionadas com gerência de conhecimento, processamento de linguagem natural, e-commerce; integração, recuperação e extração inteligente de informações, design e integração de banco de dados, bioinformática, educação e em campos emergentes como Web-semântica (Gómez-Pérez, Fernéndez- Lopez, & Corcho, 2004). Há muitas aplicações em potencial para ontologias. Fikes (1998) dividiu as principais áreas de aplicação de ontologias em: colaboração, interoperação, educação (conhecimento sobre domínio específico) e modelagem Colaboração Pessoas podem ter diferentes visões do mesmo problema quando trabalhando em grupos. Isso é particularmente verdade para times interdisciplinares, onde especialistas de diferentes áreas têm focos de interesse diferentes. Para eles, ontologias provêem um esqueleto de conhecimento unificado que pode ser utilizado como uma referência comum e compartilhada para futuros desenvolvimentos e participações - eles podem conversar mais facilmente um com o outro quando possuem uma base de conhecimento consensual e estável para se utilizar (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Interoperação Ontologias permitem integração de informações de fontes diferentes. Aplicações distribuídas podem necessitar acessar várias diferentes fontes de conhecimento de modo a obter toda a informação disponível, e essas fontes podem fornecer informação

25 24 em formatos e níveis de detalhes diferentes. Porém, se todas as fontes reconhecem a mesma ontologia, torna-se mais fácil e natural a automação da conversão de dados e integração de informações (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Educação Ontologias são um bom meio de publicações e fonte de referência. Como é presumido que elas resultam de um consenso amplo sobre uma estrutura ou domínio que representa, ela pode prover informações confiáveis e objetivas para aqueles que querem aprender mais sobre o domínio. Além disso, especialistas em um dado domínio podem utilizar ontologias para compartilhar seu conhecimento da conceitualização e estrutura do seu campo de conhecimento (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Modelagem Ao se modelar aplicações inteligentes e baseadas em conhecimento, ontologias representam importantes blocos reutilizáveis, que muitas aplicações específicas podem incluir como módulos de conhecimento pré-desenvolvidos (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006). 2.5 CLASSIFICAÇÃO DE ONTOLOGIAS Van Heijst et al. (1997) classificou ontologias de acordo com duas dimensões ortogonais, como visto na Figura 2-1: a quantidade e o tipo da estrutura da conceitualização e o assunto de sua conceitualização. Na primeira dimensão eles distinguiram três categorias: ontologias terminológicas como as léxicas; ontologias de informação como as do tipo esquema de banco de dados; e ontologias de modelagem de conhecimento, que especificam conceitualizações do conhecimento. Na segunda

26 25 dimensão ele identifica quatro categorias: ontologias de representação, genéricas, de domínio e aplicação. Figura Categorização de Van Heijist et al. (1997)(Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004) Lassila & McGuinness (2001) classificaram ontologias de acordo com a informação que a ontologia precisa para expressar a riqueza de sua estrutura interna. Eles apontaram as seguintes categorias: vocabulários controlados, glossários, dicionário de sinônimos (thesauri), hierarquias informais do tipo é-um, hierarquias formais do tipo é-um, instâncias formais, frames, restrições de valores e restrições de lógica geral. A Figura 2-2 ilustra essa classificação. Figura Categorização de Lassila e McGuinness (2001)(Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004)

27 Classificação Quanto ao Peso: Ontologias Leves ou Pesadas Algumas vezes a noção de ontologia está diluída, no sentido de que taxonomias são consideradas ontologias completas (Struder, Benjamins, & Fensel, 1998). Sendo assim, as propostas de padronização do domínio do e-commerce UNSPSC 1, e-cl@ss 2 e RosettaNet 3, e o Yahoo! Directory, uma taxonomia para busca na Web, também são consideradas ontologias porque eles provêem uma conceitualização consensual de um dado domínio (Lassila & McGuinness, 2001). A comunidade de ontologias distingue ontologias que são meramente taxonomias das ontologias que modelam um domínio de um modo mais profundo e provêem mais restrições na semântica do domínio. A comunidade as chama, respectivamente, de leves (lightweight) e pesadas (heavyweight). De um lado, as ontologias leves incluem: conceitos, taxonomias de conceitos, relacionamentos entre conceitos e propriedades que descrevem conceitos. Por outro lado, as ontologias pesadas adicionam axiomas e restrições às ontologias leves. Axiomas e restrições tornam claro o sentido dado aos termos agregado à ontologia (Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004) Classificação Quanto à Formalidade Ontologias leves e pesadas podem ser modeladas com diferentes técnicas de modelagem de conhecimento e elas podem ser implementadas em vários tipos de linguagens (Uschold & Grüninger, 1996). Ontologias podem ser altamente informais, se elas são expressas em linguagem natural; semi-informal, se expressada em uma linguagem natural restrita e estruturada; semi-formal, se expressada em uma linguagem

28 27 artificial e formalmente definida (por exemplo: Ontolingua (Farquhar, Fikes, & Rice, 1997), OWL (Dean & Schreiber, 2003)); e rigorosamente formal, se ela provê termos meticulosamente definidos com semântica formal, teoremas e provas de propriedades (Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004). De acordo com a definição de Studer et al. (1998), uma ontologia altamente informal não deve ser considerada uma ontologia já que não é legível por máquinas. 2.6 ENGENHARIA DE ONTOLOGIAS Desenvolver uma ontologia realmente útil requer um grande esforço de engenharia, disciplina e rigor. Engenharia de Ontologia determina uma série de projetos, princípios, processos e atividades de desenvolvimento, tecnologias de suporte e metodologias sistemáticas que facilitam o desenvolvimento e uso por todo seu ciclo de vida projeto, implementação, avaliação, validação, manutenção, implantação, mapeamento, integração, compartilhamento e reutilização. Engenharia de Ontologias provê uma concepção lógica para o desenvolvimento de bases de conhecimento e permite a sistematização do conhecimento sobre o mundo de interesse e acumulação de conhecimento (Mizoguchi & Kitamura, 2001) Linguagens de Ontologias Há um grande número de linguagens de representação de ontologias. Algumas delas foram desenvolvidas no inicio dos anos 90, dentro da comunidade de IA. Outras apareceram no final da mesma década ou mais tarde, resultando do trabalho dos especialistas em IA e o World Wide Web Consortium (W3C). As linguagens mais antigas fazem parte da era pré-xml, enquanto as novas são baseadas em XML (extensible Markup Language). A maioria das linguagens mais novas foi desenvolvida para suportar a representação de ontologias na web semântica, ficando conhecidas

29 28 como Linguagens de Web Semântica, Linguagens de Ontologias Baseadas em Web ou ainda Linguagens de Ontologia de Marcação (Gómez-Pérez & Corcho, 2002) Seleção da Linguagem de Ontologia Uma das decisões fundamentais que se deve fazer no processo de desenvolvimento de uma ontologia, como se pode verificar em Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho (2004), é a seleção da linguagem (ou conjunto de linguagens) em que ela será implementada. Geralmente a seleção de uma linguagem de ontologia não é baseada em KR (Knowledge Representation) e em mecanismos de inferência necessários para a aplicação que usa a ontologia, mas pela preferência individual do desenvolvedor. A experiência diz que uma escolha da linguagem errada pode causar problemas uma vez que a ontologia está sendo usada por uma aplicação. Ainda em Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho (2004), tem-se que para se escolher a linguagem adequada, as seguintes perguntas devem ser pensadas: Que linguagem deve-se utilizar para implementar a ontologia? Qual expressividade tem a linguagem? Quais os mecanismos de inferência agregados à linguagem? Alguma ferramenta de desenvolvimento suporta esta linguagem? A linguagem é apropriada para exportar ontologias entre aplicações? Ela facilita a integração da ontologia à aplicação? Ela é integrada a outras linguagens usadas para representar conhecimento e informação na web, como HTML (HyperText Markup Language) e XML? Nem todas as linguagens existentes têm a mesma expressividade nem raciocinam do mesmo modo. São vários os métodos de implementação de linguagens de ontologias baseadas no paradigma KR: frames, lógica de descrição, lógica de primeira (e segunda) ordem, redes semânticas, etc. Esse fato torna ainda mais importante a seleção correta da linguagem em que a ontologia será implementada. Logo, antes de iniciar a implementação da ontologia, deve-se analisar sua necessidade em termos de expressividade e raciocínio e então escolher a linguagem que satisfaz

30 29 todos os requisitos. Algumas ferramentas, como o framework de análise desenvolvido por Corcho e Gómez-Pérez (2000), podem ser utilizadas como suporte a essa escolha Mecanismos de Raciocínio Linguagens de ontologias possuem mecanismos de raciocínio agregados à linguagem. Uma das questões principais do formalismo KR é o conflito entre poder de expressividade e mecanismos de raciocínio (Levesque & Brachman, 1985), isto é, quanto mais expressiva é uma linguagem, mais complexa é a criação de um mecanismo de inferência com os mecanismos de dedução correspondentes. Verifica-se que algumas linguagens não possuem esses mecanismos de inferência, outras, como as linguagens baseadas em DL (lógica de descrição), costumam apresentar um classificador automático disponível que computa automaticamente a taxonomia dos conceitos das definições destes presentes na ontologia. Uma das características que se deve observar atentamente é a gerência de herança simples ou múltipla dos atributos dos conceitos e relações pelas taxonomias. Uma vez existente a gerência de heranças, o tratamento de exceções também deve ser observado (um exemplo simples de exceção é pingüim não herdar da classe ave a característica voa ). Outro recurso que os mecanismos podem prover é a checagem de restrições, uma funcionalidade para detectar inconsistências na ontologia e descrever como as inferências na linguagem são realizadas (qual algoritmo utiliza, se o método de encadeamento das regras é do tipo backward ou forward, etc.) (Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004). O mecanismo de raciocínio utilizado neste projeto é o FaCT++ (FaCT++, 2009), um mecanismo de inferência para OWL-DL e já presente por padrão na versão utilizada do Protégé, ferramenta para construção de ontologias.

31 Linguagens de Ontologia Tradicionais Como exemplo de linguagens tradicionais pode-se citar: Ontolingua; KIF; LOOM; OKBC 4 ; OCML; FLogic Linguagens de Ontologia de Marcação Essas linguagens surgiram no contexto da web semântica, sua sintaxe é baseada nas linguagens de marcação (markup languages) existentes para web como HTML HyperText Markup Language (Raggett, Le Hors, & Jacobs, 1999) e XML extensible Markup Language (Bray, Paoli, Sperberg-McQueen, & Maler, 2000). Como exemplo desse tipo de linguagem de ontologia pode-se citar: SHOE; XOL; RDFs; OIL; DAML+OIL; OWL. 4 OKBC não é uma linguagem propriamente dita, é um protocolo baseado em frames que permite acesso a sistemas KR usando primitivas.

32 OWL - Web Ontology Language A OWL (Dean & Schreiber, 2003), linguagem de ontologia utilizada para a implementação da ontologia resultante deste projeto de graduação, é o resultado do trabalho do W3C Web Ontology (WebOnt) Working Group, que foi formado em Novembro de 2001, e é atualmente a linguagem de representação de ontologias mais utilizada. Como seus predecessores, seu vocabulário inclui um grupo de elementos XML e atributos com significados bem definidos. Estes são usados para descrever termos de domínio e seus relacionamentos em uma ontologia. De fato, o vocabulário da OWL é construído sobre vocabulário de RDFs. A linguagem tem como objetivo a publicação e compartilhamento de ontologias na web. Um importante recurso no vocabulário da OWL é sua grande riqueza para descrever relações entre classes, propriedades e indivíduos. Uma importante herança do DAML+OIL, de qual derivou (e substituiu), é sua estrutura em camadas, representada na Figura 2-3 a seguir, juntamente com suas origens. De fato, OWL não é uma linguagem fechada: ela é a combinação de três sub-linguagens com níveis de expressividades diferentes construídas uma sobre a outra, concebidas para satisfazer diferentes comunidades de implementadores e usuários. OWL Lite destina-se a apoiar a construção de classificações hierárquicas e restrições simples, sendo assim, sua expressividade é restrita. OWL DL provê a máxima expressividade, e, assim como OWL Lite, garante que todas as conclusões são computáveis e que vão terminar em tempo finito. OWL Full é utilizada por usuários que querem a máxima expressividade e liberdade sintática de RDF, mas ela não garante completude e decidibilidade computacionais (Smith, Welty, & McGuinness, 2004).

33 32 Figura OWL, composição em camadas e origens (Gašević, Djurić, & Devedžić, 2006) Ferramentas para Ontologias Construir ontologias é um trabalho complexo e que consome muito tempo, ainda mais se o desenvolvedor tiver que implementá-la diretamente em uma linguagem de ontologia, sem nenhum suporte de ferramentas. Para resolver essa questão, na metade da década passada foram criados os primeiros ambientes de construção de ontologias. Eles proviam interfaces que ajudavam os usuários em algumas das principais atividades do processo de desenvolvimento, como conceitualização, implementação, checagem de consistência e documentação (Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004). Nos últimos anos houve um grande crescimento no número de ferramentas para ontologias e elas têm se diversificado: além dos editores, há outras ferramentas que ajudam a gerenciar diferentes versões de ontologias, converter seus formatos e linguagens, mapeá-las e linkar ontologias de diferentes fontes, compará-las, validá-las e mesclá-las; enquanto outras ainda ajudam a adquirir, organizar e visualizar seu conhecimento de domínio antes e durante a construção da ontologia formal (Denny, 2002). Gómez-Pérez (2002) as distingue nos seguintes grupos: Ferramentas de desenvolvimento de ontologias;

34 33 Ferramentas de análise de ontologias; Ferramentas de mesclagem (merge) e alinhamento de ontologias; Ferramentas de anotação baseadas em ontologias; Ferramentas de consultas em ontologias e mecanismos de inferências; Ferramentas de aprendizagem de ontologias. Ambientes gráficos de desenvolvimento de ontologias integram um editor de ontologias com outras ferramentas e geralmente suportam múltiplas linguagens de representação de ontologias. Elas ajudam provendo o suporte para todo o processo de desenvolvimento de ontologias e para o uso subseqüente delas (Corcho, Fernández- López, & Gómez-Pérez, 2002) Seleção da Ferramenta de Ontologia Algumas suítes de ferramentas integram ferramentas de diversos grupos, e algumas outras ferramentas isoladas provêem apenas um conjunto limitado de funções. Segundo Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho (2004), normalmente as seguintes perguntas surgem quando se quer iniciar a construção de uma nova ontologia ou reusála com alguma ferramenta: Quais atividades do processo de desenvolvimento da ontologia são suportadas por cada ferramenta? Qual a expressividade do modelo de conhecimento agregado a ferramenta? Que tipo de interface a ferramenta provê para se modelar os termos de uma ontologia? Ela provê uma interface avançada para modelagem de axiomas formais ou expressões complexas? Ela deve ser instalada localmente ou não? Pode ser utilizada diretamente de um navegador? Onde ficam armazenadas as ontologias (em um banco de dados ou arquivos)? Ela possui um mecanismo de inferência ou ferramenta de consulta?

35 34 Quais formatos ou linguagens de ontologia ela gera? Ela consegue importar ontologias implementadas em linguagens de ontologia ou outros formatos? É possível migrar uma ontologia de uma ferramenta para outra sem perda de conhecimento? Como podem as aplicações baseadas em ontologia utilizar ontologias desenvolvidas com uma ferramenta? Que tipo de checagem de consistência e avaliação de conteúdo a ferramenta realiza? Protégé A ferramenta para o desenvolvimento da ontologia utilizada neste projeto de graduação foi o Protégé (Musen, 1989). Criada em 1987 pelo grupo Stanford Medical Informatics (SMI) da Universidade de Stanford, seu objetivo básico era simplificar o processo de aquisição de conhecimento para sistemas especialistas. Para conseguir seu objetivo, o Protégé evoluiu através de várias versões e se focou em diferentes aspectos da aquisição de conhecimento (bases de conhecimento, métodos para solução de problemas, ontologias, etc.). É uma plataforma de código aberto e gratuito, com arquitetura baseada em Java, que provê ferramentas a toda uma crescente comunidade para a construção de aplicações de modelo de domínio e de base de conhecimento utilizando-se ontologias, possuindo atualmente mais de usuários registrados. O Protégé-OWL é uma extensão do Protégé que suporta OWL e atualmente encontrase em sua versão 4 (beta), versão que foi utilizada neste projeto. Uma importante característica do Protégé é sua arquitetura expansível por plug-ins, permitindo assim integração com um grande número de aplicações, outras ferramentas, bases de conhecimento e formatos de armazenagem.

36 35 Uma captura de tela da interface do Protégé-OWL pode ser vista na Figura 2-4: Figura Interface do Protégé-OWL

37 36 3 RECOMENDAÇÕES MODELADAS 3.1 INTRODUÇÃO A ITU, União Internacional de Telecomunicações (International Telecommunication Union), é a agência da Organização das Nações Unidas especializada na área de telecomunicações e tecnologias de informação e comunicação. O Setor de Padronizações em Telecomunicação da ITU (ITU Telecommunication Standardization Sector), conhecido por ITU-T, é um órgão permanente da ITU, responsável por estudos de questões técnicas, de operação e de tarifas, liberando recomendações sobre elas com o intuito de padronizar, em nível global, as telecomunicações. Tratando-se da arquitetura de redes ópticas de transporte, duas recomendações do ITU-T sobressaem-se: as recomendações ITU-T G.805 (ITU-T, 2000) e ITU-T G.872 (ITU-T, 2001), respectivamente Arquitetura Funcional Genérica das Redes de Transporte e Arquitetura das Redes Ópticas de Transporte. Este capítulo apresenta uma síntese dessas duas recomendações, destacando-se principalmente os aspectos que são explorados no desenvolvimento deste projeto de graduação. 3.2 RECOMENDAÇÃO ITU-T G.805: ARQUITETURA FUNCIONAL GENÉRICA DAS REDES DE TRANSPORTE Introdução Uma rede de telecomunicações é uma rede complexa que pode ser descrita de maneiras diferentes dependendo do propósito. A recomendação ITU-T G.805 descreve

38 37 a arquitetura funcional genérica de uma rede de transporte do ponto de vista da capacidade de transferência da informação. Mais especificamente, a arquitetura funcional e estrutural das redes de transporte é descrita independente da tecnologia utilizada. Portanto, essa recomendação é usada como base para outras recomendações que descrevem a arquitetura funcional de redes ATM (Asynchronous Transfer Mode), SDH (Synchronous Digital Hierarchy), PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) e para outros grupos de recomendações para gerência, análise de desempenho e especificação de equipamentos. A recomendação ITU-T G.805 foi revisada pelo Grupo de Estudo 13 do ITU-T ( ) e aprovado pela Resolução 1 da WTSC (World Telecommunication Standardization Conference) no dia 10 de Março de Ela apresenta, em seu capítulo 5, os componentes arquiteturais da rede (seção 5.2), os conceitos de particionamento e divisão em camadas (seção 5.3), supervisão de conexão (seção 5.4) e a interoperação entre camadas de rede (seção 5.5). No capítulo 6 dessa recomendação são apresentadas aplicações dos conceitos a topologias e estruturas de redes. Por último, no capítulo 7 são apresentadas técnicas de melhoramento da disponibilidade de uma rede de transporte Arquitetura Funcional das Redes de Transporte As várias funções que constituem uma rede de telecomunicações podem ser classificadas em dois amplos grupos: o primeiro é o grupo funcional de transporte, que transfere qualquer informação de telecomunicações de um ponto a outro; o segundo é o grupo funcional de controle, que realiza vários serviços e operações auxiliares, além de funções de manutenção. A recomendação está relacionada no grupo funcional de transporte. Uma rede de transporte transfere informação do usuário de uma localização a outra bidirecionalmente ou unidirecionalmente. Ela também pode transferir vários tipos de

39 38 informações de controle de rede como sinalização, operações e informação de manutenção para o grupo de funcional de controle. Visto que as redes de transporte são grandes e complexas, com vários componentes, um modelo de rede apropriado com entidades funcionais bem definidas é essencial para seu projeto e gerência. Essas redes podem ser descritas pela definição das associações entre pontos dentro dela. De modo a simplificar essa descrição, um modelo baseado nos conceitos de divisão em camadas, e particionamento dentro de cada camada, é usado de maneira a permitir um grande nível de recursividade. É recomendado o uso desse modelo para se descrever redes de transporte Componentes Arquiteturais A rede de transporte tem sido analisada para que possam ser identificadas funcionalidades genéricas que são independentes da tecnologia de implementação. Isto provê meios de se descrever funcionalidades de rede de um modo abstrato em termos de um pequeno número de componentes arquiteturais. Esses são definidos pelas funções que eles realizam em termos de processamento de informação ou pelos relacionamentos que eles descrevem entre outros componentes arquiteturais. Em geral, as funções descritas nessa seção da recomendação atuam sobre informações apresentadas em um ou mais inputs e apresentam informações processadas em um ou mais outputs. Eles são definidos e caracterizados pela informação processada entre seus inputs e outputs. Os componentes arquiteturais são associados de formas particulares para se formar os elementos com os quais as redes reais são construídas. Os pontos de referência da arquitetura de redes de transporte são os resultados das ligações dos inputs e outputs das funções de processamento e entidades de transporte. Algumas convenções diagramáticas foram desenvolvidas para suportar as descrições contidas nessa recomendação.

40 Componentes Topológicos Componentes topológicos provêem a mais abstrata descrição de uma rede em termos de relacionamentos topológicos entre grupos de pontos de referência semelhantes. Quatro tipos de componentes topológicos foram distinguidos: a camada de rede, a subrede, o link e o grupo de acesso. Usando esses componentes é possível descrever completamente a topologia lógica de uma camada de rede Entidades de Transporte As entidades de transporte provêem transferência de informação transparente entre grupos de referência da camada de rede. Não há mudança de informações entre input e output que não seja a resultante da degradação do processo de transferência. Duas entidades básicas são distinguidas de acordo como a necessidade de monitoramento da informação transferida para verificação de sua integridade. São elas as conexões e as trilhas. Conexões são ainda distinguidas em conexões de rede, conexões de sub-rede e conexões de link, de acordo com o componente topológico a qual pertencem Funções de Processamento de Transporte Duas funções genéricas de processamento - de adaptação e de terminação de trilha - foram distinguidas e descritas na arquitetura de camadas de rede Pontos de Referência Pontos de referência são formados pela ligação entre inputs e outputs de funções de processamento de transporte e/ou entidades de transporte. As ligações permitidas e

41 40 seus tipos de pontos de referência resultantes são encontrados dentro dessa recomendação Particionamento e Divisão em Camadas Uma rede de transporte pode ser decomposta em um número de redes de transporte independentes com uma associação cliente/servidor entre camadas de rede adjacentes. Cada camada de rede pode ser particionada separadamente de um modo que reflita a estrutura interna da rede ou do modo que esta será gerenciada. Os conceitos de particionamento e divisão em camadas são ortogonais, como pode ser visualizado na Figura 3-1. Figura Visão Ortogonal do Particionamento e Divisão em Camadas (ITU-T, 2000).

42 O Conceito do Particionamento O conceito do particionamento é importante como framework por definir: a estrutura da rede dentro da camada de rede, fronteiras administrativas entre operadores de rede, fronteiras de domínio dentro da camada de rede com um operador único, fronteiras do domínio de roteamento dentro da camada de rede com um único operador e a parte da camada de rede ou sub-rede que está abaixo do controle de um terceiro para propósitos de roteamento. São identificados e descritos os seguintes particionamentos de componentes topológicos: particionamento de sub-redes e particionamento de link O Conceito da Divisão em Camadas O conceito da divisão em camadas, ou layering, permite: que cada rede seja descrita usando-se funções similares; o projeto e operações independentes para cada camada de rede; cada uma delas possuir suas próprias operações e capacidades de diagnóstico e recuperação automática de falhas; e torna mais simples a modelagem de redes que contenham múltiplas tecnologias de transporte. Uma rede de transporte descreve a geração, transporte e terminação de uma informação característica particular. As camadas de redes que foram identificadas no modelo funcional da rede de transporte não devem ser confundidas com as camadas de rede do modelo OSI (ITU-T X.200). Uma camada OSI oferece um serviço específico usando um protocolo específico dentre diferentes protocolos. Pelo contrário, cada camada de rede dessa recomendação oferece o mesmo serviço usando um protocolo específico (a informação característica). Relacionamentos Cliente/Servidor O relacionamento cliente/servidor entre camadas de rede adjacentes é aquele onde uma conexão de link, em uma camada de rede cliente, é suportada por uma trilha na camada de rede servidora.

43 42 O conceito de adaptação é introduzido para descrever como a informação característica da camada cliente é modificada para que possa ser transportada por uma trilha em uma camada de rede servidora. Relacionamento cliente/servidor pode ser do tipo um para um, um para muitos ou muitos para um. O relacionamento um para um representa o caso de uma única conexão de link da camada cliente que é suportada por uma única trilha da camada servidora. Multiplexação O relacionamento muitos para um representa o caso de várias conexões de link de camadas clientes que são suportadas por uma única trilha da camada servidora ao mesmo tempo. Técnicas de multiplexação são utilizadas para combinar os sinais da camada cliente. Os sinais do cliente podem ser do mesmo tipo ou de tipos diferentes. Multiplexação Inversa O relacionamento um para muitos representa o caso de uma conexão de link da camada cliente que é suportada por várias trilhas da camada servidora em paralelo. Técnicas de multiplexação inversa são usadas para distribuir o sinal da camada cliente. Os sinais do servidor podem ser do mesmo tipo ou de tipos diferentes Supervisão de Conexão Técnicas de Monitoramento de Conexão São definidos e descritos quatro tipos de técnicas de monitoramento de conexão. São eles os monitoramentos inerente, não-intrusivo, intrusivo e de subcamada. Monitoramento Inerente

44 43 Conexões podem ser monitoradas indiretamente usando-se os dados que estão inerentemente disponíveis da camada de rede servidora. Um exemplo pode ser visto na Figura 3-2 a seguir. Figura Monitoramento Inerente (ITU-T, 2000) Monitoramento Não-Intrusivo A conexão pode ser monitorada diretamente pelo uso de monitoramento de escuta (listen-only) da informação característica original. A informação derivada deste monitor reflete o status da conexão da terminação de trilha fonte original para a conectividade a qual o monitor está anexado (Figura 3-3). Figura Monitoramento Não-Intrusivo (ITU-T, 2000) Monitoramento Intrusivo Uma conexão pode ser diretamente monitorada quebrando-se sua trilha original e introduzindo-se uma trilha de teste que se estende pela parte de interesse da conexão pela duração do teste.

45 44 Desse modo, todos os parâmetros podem ser monitorados diretamente, porém a trilha do usuário é interrompida, logo, essa técnica só pode ser feita no início da configuração da trilha ou de modo intermitente (Figura 3-4). Figura Monitoramento Intrusivo (ITU-T, 2000) Monitoramento de Subcamada Algumas partes da capacidade da trilha original são sobrescritas de modo que a parte da conexão de interesse pode ser diretamente monitorada por uma trilha criada em uma subcamada. Com esta técnica todos os parâmetros podem ser testados diretamente (Figura 3-5). Figura Monitoramento de Subcamada (ITU-T, 2000)

46 Interoperação de Camadas de Rede O objetivo da interoperação entre camadas é prover uma trilha fim a fim entre tipos diferentes de terminações de trilhas destas camadas. Isto requer interoperação da informação característica, pois camadas diferentes têm, por definição, informações características diferentes. Em geral, a informação adaptada de diferentes camadas para a mesma camada cliente é também diferente, mesmo que isso não seja necessariamente o caso. Camadas podem também requerer interoperação de informação adaptada. O overhead da trilha de uma camada pode ser definido em termos de semântica e sintaxe. Sabendo-se que a mesma semântica existe em duas camadas, o overhead da trilha pode ser interoperado passando-se a semântica de uma camada para outra na sintaxe apropriada, como definida pela informação característica. Em outras palavras, interoperação de camadas devem ser transparentes para a semântica de um overhead de trilha. Se ambas as camadas possuem um grupo diferente de semânticas, a interoperação entre elas está restrita ao grupo de semânticas em comum Aplicações dos Conceitos a Topologias e Estruturas de Redes O estudo e modelagem desse capítulo da recomendação estão fora do escopo deste projeto Técnicas de Melhoramento de Disponibilidade da Rede de Transporte Esse capítulo descreve os recursos arquiteturais das principais estratégias que podem ser usadas para melhorar a disponibilidade de redes de transporte. Esse melhoramento é alcançado pela substituição de entidades de transportes degradadas ou com falhas. A substituição é normalmente iniciada pela detecção de um defeito, degradação de desempenho ou uma requisição externa (por exemplo, gerência de rede).

47 Proteção Proteção faz uso de capacidades pré-atribuídas entre nós. São identificados dois tipos de arquiteturas de proteção: proteção de trilha e de conexão de sub-rede Restauração Restauração faz uso da capacidade disponível entre os nós. Em geral, algoritmos que usam restauração envolvem re-roteamento. Quando restauração é utilizada, uma porcentagem da capacidade da rede de transporte deve ser reservada para o reroteamento do tráfego da rede. 3.3 RECOMENDAÇÃO ITU-T G.872: ARQUITETURA DAS REDES ÓPTICAS DE TRANSPORTE Introdução A recomendação ITU-T G.872 descreve a arquitetura funcional das redes ópticas de transporte usando a metodologia de modelagem descrita na recomendação ITU-T G.805. As funcionalidades das redes ópticas de transporte são descritas de um ponto de vista da rede, tendo como base uma rede óptica estruturada em camadas, informação característica do cliente, associação de camada cliente/servidor, topologia de rede e funcionalidade da camada provendo transmissão de sinal óptico, multiplexação, roteamento, supervisão, avaliação de desempenho e técnicas de sobrevivência da rede. Essa recomendação é restrita a descrição funcional de redes ópticas de transporte que suportam sinais digitais. O suporte a sinais analógicos ou mistos analógico-digitais está fora do escopo dessa recomendação. É reconhecido que o projeto de redes ópticas é

48 47 sujeito a limitações impostas pela acumulação de degradações introduzidas pelo número de elementos de rede e sua topologia de rede. Porém, muitas dessas degradações e a magnitude de seus efeitos são associadas com implementações de tecnologias particulares da arquitetura descrita nessa recomendação e são, portanto, sujeitas a mudanças à medida que a tecnologia progride. A descrição desses efeitos também está fora do escopo dessa recomendação. A recomendação ITU-T G.872 foi revisada pelo Grupo de Estudo 15 do ITU-T ( ) e foi aprovada pela resolução 1 da WTSA (World Telecommunications Standardization Assembly) no dia 29 de Novembro de Ela apresenta, no capítulo 5 da recomendação, a arquitetura funcional de transporte das redes ópticas; no capítulo 6, a gerência de redes ópticas; no capítulo 7, as técnicas de sobrevivência das redes ópticas; no capítulo 8 trata da interconexão e da interoperação entre diferentes domínios administrativos; no capítulo 9, trata dos aspectos da implementação do canal óptico; e no capítulo 10, trata da subdivisão da rede óptica de transporte Arquitetura Funcional de Transporte das Redes Ópticas Redes ópticas são compostas de funcionalidades provendo transporte, multiplexação, roteamento, supervisão e técnicas de sobrevivência de sinais clientes que são processados predominantemente no domínio fotônico. A tecnologia óptica atual possui limitações nas capacidades de supervisão e avaliação de desempenho, por isso há a necessidade de se utilizar processamento digital para superar essas limitações. Essa funcionalidade para redes ópticas é descrita de um ponto de vista da rede, usando os princípios genéricos, terminologia, arquitetura funcional e diagramas definidos na recomendação ITU-T G.805. De acordo com a recomendação ITU-T G.805, a rede de transporte óptica é decomposta em redes de transporte independentes, onde cada camada pode ser particionada separadamente de modo a refletir sua estrutura interna.

49 48 Na descrição funcional apresentada por essa recomendação, sinais ópticos são caracterizados por comprimento de onda (ou freqüência central). A descrição funcional de outras técnicas de multiplexação óptica (por exemplo: TDM (Time Division Multiplexing), OTDM (Optical Time Division Multiplexing) e OCDM (Optical Code Division Multiplexing)) em redes ópticas serão abordadas em estudos futuros Estrutura em Camadas da Rede Óptica de Transporte A estrutura em camadas da rede óptica de transporte é composta de três camadas. São elas: o canal óptico, a seção de multiplexação óptica e a seção de transmissão óptica. Há ainda a camada do meio físico, que, para uma rede óptica, consiste em um tipo de fibra óptica definido. Esta camada é a servidora para a camada da seção de transmissão óptica. A descrição detalhada desta camada está fora do escopo desta recomendação A Camada do Canal Óptico A camada do canal óptico provê o transporte de sinais digitais clientes por uma trilha de canal óptico entre pontos de acesso. São detalhadas nessa recomendação as funções de transporte (funções de terminação de trilha) e entidades de transporte (trila e conexão de rede, sub-rede e de link) contidas nessa camada A Camada da Seção de Multiplexação Óptica A camada da seção de multiplexação óptica provê transporte de canais ópticos por uma trilha de seção de multiplexação óptica entre pontos de acesso. A informação

50 49 característica desta camada é um OMU-n (Unidade de Multiplexação Óptica de ordem n). São detalhadas nessa recomendação as funções de transporte (funções de terminação de trilha) e entidades de transporte (trila e conexão de rede e de link) contidas nessa camada A Camada da Seção de Transmissão Óptica A camada da seção de transmissão óptica provê transporte para uma seção de multiplexação óptica por uma trilha de seção de transmissão óptica por pontos de acesso. Uma seção transmissão óptica de ordem n suporta apenas uma única instância de seção de multiplexação óptica de mesma ordem. Há um mapeamento um para um entre as duas camadas. A OTS (Camada da seção de transmissão óptica) define a interface física com parâmetros ópticos como freqüência, potência e taxa sinal/ruído. São detalhadas nesta recomendação as funções de transporte (funções de terminação de trilha) e entidades de transporte (trilha e conexão de rede, sub-rede e de link) contidas nesta camada Associações Cliente/Servidor O principal recurso das redes ópticas de transporte é a possibilidade de suportar uma grande variedade de camadas clientes. Restrições ou regras que limitam a capacidade de um canal óptico de transferir uma camada cliente em particular serão estudadas no futuro. Para o propósito de descrição das camadas ópticas, as adaptações entre camadas são nomeadas usando-se um relacionamento servidor/cliente. As seguintes adaptações

51 50 entre camadas ópticas são identificadas e definidas nessa recomendação: OCh/Cliente, OMS/OCh e OTS/OMS Gerência da Rede Óptica Esse capítulo da recomendação descreve gerência de rede para uma rede óptica de transporte. Em particular, ele descreve os requisitos genéricos para gerência de falhas, desempenho e configuração. Também são descritas nesse capítulo técnicas para supervisão de conexão Requisitos Genéricos A rede óptica de transporte deve prover suporte para gerência de falta, configuração e desempenho fim a fim e também dentro e entre domínios administrativos. Além disso, também deve prover suporte à comunicação e deve detectar e indicar quando um sinal não está presente em determinada camada cliente, dentro da Rede Óptica de Transporte, mesmo no caso em que a camada servidora está operando normalmente Requerimentos de Gerência das Camadas São identificados os seguintes requisitos para capacidades de gerência, com respeito às camadas do canal óptico, seção de multiplexação óptica e seção de transmissão óptica: supervisão de conexão (supervisão de continuidade, de conexão e informações de manutenção), supervisão de qualidade do sinal, gerenciamento de adaptação, controle de proteção e comunicações de gerência. Um resumo pode ser visto na Tabela 3-1.

52 51 Capacidade de Gerência Processo Função Camada de Rede OCh OMS OTS Supervisão de Continuidade Detecção de Perda de Continuidade TT R R R Supervisão de Conectividade Informação de Manutenção Supervisão de Qualidade do Sinal TTI (Trail Trace Identification) TT R - R FDI (Forward Defect Indication) TT R R R BDI (Backward Defect Indication) TT R R R BQI (Backward Quality Indication) TT R PEF PEF Monitoramento de Desempenho TT R PEF R Gerência de Adaptação Indicação de Tipo de Payload A R PEF - Controle de Proteção Protocolo APS (Automatic Protection Switching) A/TT R* R* - Monitoramento Inerente TT R* R* R* Supervisão de Conexão Monitoramento Não-intrusivo R* - - Monitoramento Intrusivo R* R* R* Monitoramento de Subrede R* - - Canal Baseado em Mensagem A - PEF R Comunicações de Gerência Canal Auxiliar A - - R* Operador Específico A - - R Uso Nacional A - - PEF Legenda: Símbolo A TT Significado Adaptação Função de terminação de trilha - Não aplicável PEF Para estudos futuros

53 52 R Requerido R* Requerido (se capacidade de gerência deve ser suportada) Tabela Requisitos de Gerência do Nível da Rede (ITU-T, 2001) Técnicas de Supervisão de Conexão Supervisão de conexão é o processo de monitoramento da integridade de uma dada conexão nas camadas da seção de transmissão óptica, seção de multiplexação óptica ou canal óptico. A integridade pode ser verificada por meio da detecção e reportagem de defeitos de conectividade e de desempenho de transmissão para uma dada conexão. A recomendação ITU-T G.805 define quatro tipos de técnicas de monitoramento para conexões: Monitoramento Inerente, Monitoramento Não-intrusivo, Monitoramento Intrusivo, Monitoramento de Subrede. O processo de supervisão de conexões pode ser aplicado a conexões de rede ou segmentos de conexões, onde a segunda é definida como uma série de conexões de sub-rede e conexões de link Técnicas de Sobrevivência de Redes Ópticas Esse capítulo descreve os recursos arquiteturais das estratégias da rede que podem ser aplicadas para aprimorar os mecanismos de sobrevivência de redes ópticas de transporte diante de imparidades em links e nós. As técnicas de sobrevivência consideradas para as redes ópticas de transporte englobam capacidades de proteção e restauração de redes.

54 Técnicas de Proteção Uma aplicação de proteção faz uso de capacidade pré-atribuída entre nós. A arquitetura mais simples possui 1 (uma) capacidade de trabalho e 1 (uma) capacidade de proteção (1+1), enquanto a arquitetura mais complexa possui n capacidades de trabalhos e m capacidades de proteção (m:n). Três tipos de arquiteturas de proteção são considerados: proteção de trilha, proteção de conexão de sub-rede e anéis de proteção compartilhados Proteção de Trilha Proteção de trilha é um mecanismo de proteção dedicado e fim a fim que pode ser utilizado em qualquer estrutura física (por exemplo: em malha, anel ou mista). Uma trilha em trabalho é substituída por uma trilha de proteção se ela falhar ou se seu desempenho cair abaixo do nível requerido. Dois tipos de proteção de trilha podem ser utilizados. São eles: Proteção de Trilha Unidirecional 1+1 e Proteção de Trilha 1:N Proteção de Conexão de Subrede Proteção de conexão de sub-rede é um mecanismo de proteção dedicado que pode ser utilizado em qualquer estrutura física (por exemplo: em malha, anel ou mista). Ela pode ser utilizada para proteger parcialmente ou totalmente uma conexão de rede. Foram identificados os seguintes tipos de proteção de conexão de sub-rede para redes ópticas: SNC/I (Subnetwork connection protection with inherent monitoring), SNC/N (Subnetwork connection protection with non-intrusive monitoring) e SNC/S (Subnetwork connection protection with sublayer monitoring) Unidirecional 1+1 e proteção 1:N SNC/S; onde SNC/I, SNC/C e SNC/S são, respectivamente, conexão de sub-rede utilizando monitoração inerente, não-intrusiva e de subcamada.

55 Anéis de Proteção Compartilhados Essa arquitetura provê, virtualmente, a cada conexão, uma proteção com capacidade e rota pré-determinadas de 1: Aplicações da Proteção de Rede na Rede Óptica de Transporte As técnicas de proteção descritas anteriormente podem ser utilizadas nas redes ópticas de transporte segundo a Tabela 3-2 a seguir. Técnica de Proteção Camada OTS Camada OMS Camada OCh Proteção de trilha 1+1 NA A A Proteção de trilha 1:N NA A NA SNC/N, SNC/S e SNC/I 1+1 NA NA A SNCS 1:N NA NA A Anéis de proteção compartilhados NA A A Legenda: Símbolo A NA Significado Aplicável Não aplicável Tabela Técnicas de Proteção para Redes Ópticas de Transporte (ITU-T, 2001) Restauração da Rede Técnicas de restauração de redes ópticas são baseadas em conexões cruzadas de canais ópticos. Em geral, os algoritmos usados para restauração envolvem reroteamento. Estratégias para re-roteamento não são dependentes de tecnologia, porém, estão fora do escopo dessa recomendação.

56 Interconexão e Interoperação entre Diferentes Domínios Administrativos Assim como a tecnologia de redes ópticas está evoluindo, também estão os métodos de interconexão e interoperação entre diferentes domínios administrativos. Nesse contexto, refere-se ao termo interconexão para descrever a interface física entre dois domínios administrativos diferentes. Interoperação se refere ao nível de rede compreendido entre domínios e é descrito em termos da informação característica que é transferida transparentemente pelo domínio Aspectos da Implementação do Canal Óptico Durante o desenvolvimento da recomendação ITU-T G.709 (implementação da camada do canal óptico de acordo com os requisitos da recomendação ITU-T G.872), percebeuse que as únicas técnicas disponíveis no momento e que satisfaziam os requisitos para OCh trace, assim como para prover uma avaliação precisa da qualidade de um sinal digital cliente, eram técnicas digitais. Visto que o escopo dessa recomendação é restrito a descrição funcional de redes ópticas de transporte que suportam sinais digitais, este fato não é uma grande limitação. Além disso, devido à limitação da tecnologia óptica atual, não é possível a construção de uma rede mundial puramente óptica. A recomendação ITU-T G.709 escolheu implementar o canal óptico por meio de um sinal digital em frame com overhead digital que suporta os requisitos de gerência para OCh listados nessa recomendação. Isto ainda permite o uso de Forward Error Connection, aprimorando o desempenho do sistema. Isto resulta na introdução de duas camadas digitais. A ODU e OTU. A intenção é que todos os sinais clientes sejam mapeados no canal óptico via as camadas ODU e OTU. Essa recomendação foi desenvolvida com o intuito de descrever o canal óptico sem nenhum processamento digital, porém, para que isso seja possível, é necessário que sejam desenvolvidas tecnologias que permitam isto. Até este ponto, os requisitos do

57 56 canal óptico devem permanecer válidos, e a OTU pode ser considerada apenas outro cliente da OCh. No momento, o único cliente do canal óptico que satisfaz todos os requisitos dessa recomendação é o OTU. Outros clientes podem ser diretamente mapeados no OCh, com a perda correspondente de funcionalidade e sem suporte de qualquer padrão Estrutura em Camadas da Rede Óptica de Transporte Digital A estrutura em camadas da rede óptica de transporte digital é composta de camadas do caminho digital (ODU) e camadas da seção digital (OTU). Uma camada da seção OTU suporta uma camada de caminho ODU como camada cliente. Uma camada de caminho ODU suporta vários sinais clientes da rede óptica de transporte e camadas de caminho ODUj (j <k) com taxas de bits inferiores como camadas clientes. Encontram-se nesta recomendação a descrição detalhada da funcionalidade destas camadas Camada do Canal Óptico (OCh) Com a introdução das camadas ODU e OTU, o Canal Óptico é limitado ao transporte analógico do sinal digital do payload do cliente entre pontos de regeneração 3R na OTN. Ele suporta, neste caso, apenas uma parte dos requisitos de gerência definidos na Tabela 3-1.

58 Camada da Unidade de Transporte do Canal Óptico (OTU) A camada OTU provê o transporte dos sinais clientes ODU por uma trilha OTU entre pontos 3R na OTN. É a contraparte digital da camada de rede OCh analógica Camada da Unidade de Dados do Canal Óptico (ODU) A camada ODU provê transporte fim a fim de sinais digitais clientes pela OTN Associações Cliente/Servidor Um dos recursos principais das redes ópticas de transporte é a possibilidade de suportar uma grande variedade de camadas de rede clientes. Restrições ou regras que limitem a capacidade de um canal óptico transferir uma camada cliente particular serão estudadas futuramente. Para propósitos de descrição da rede óptica de transporte, as adaptações intercamadas são nomeadas usando o relacionamento servidor/cliente. São definidas e descritas nesta recomendação as seguintes adaptações intercamadas: ODU/Cliente, ODUk/ODUj, OTU/ODU, OCh/OTU Subdivisão da Rede Óptica de Transporte A rede óptica de transporte é subdividida em domínios administrativos e podem ser subdivididas em domínios do vendedor. Um domínio pode, posteriormente, ser dividido em menores partes.

59 58 4 MODELAGEM DA ONTOLOGIA DAS RECOMENDAÇÕES G.805 E G INTRODUÇÃO Este capítulo apresenta o desenvolvimento da modelagem da ontologia, principal produto deste projeto de graduação. Inicialmente apresenta-se uma introdução sobre metodologias para desenvolvimento de ontologias. Na seção Metodologia Utilizada encontra-se a descrição da metodologia para construção de ontologias adotada neste projeto e, na seção seguinte, sua adequação ao projeto, exibindo-se as principais modificações decorrentes do uso da ferramenta Protégé. Na seção Modelagem e Desenvolvimento da Ontologia, há a identificação de propósitos e requisitos da ontologia, relacionamentos implementados e, principalmente, tem-se uma amostra de classes modeladas, com o intuito de exemplificação e exposição do que foi implementado. 4.2 METODOLOGIAS PARA DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO DE ONTOLOGIAS A década de 90 e os primeiros anos deste novo século assistiram o crescente interesse de vários profissionais em abordagens para iniciar a construção de ontologias, para reuso de outras ontologias e para uso de métodos semi-automáticos que reduzem o gargalo da aquisição de conhecimento do processo de desenvolvimento de ontologias. Até metade da década de 90, esse processo assemelhava-se mais à arte do que à uma atividade de engenharia. Cada grupo que trabalhava com ontologias utilizava seus próprios princípios, critérios de projeto e fases para construí-las manualmente. A falta de uma orientação comum e estruturada atrasou esses grupos nas atividades de desenvolvimento, expansão, reuso e possibilidades de utilização das ontologias em aplicações finais (Gómez-Pérez, Fernéndez-Lopez, & Corcho, 2004).

60 59 Como se pode ver em Gašević, Djurić, & Devedžić (2006), uma metodologia para desenvolvimento de ontologias é composta por um grupo de princípios, processos, práticas, métodos e atividades estabelecidos usados para projetar, construir, evoluir e implantar ontologias. Muitas dessas metodologias têm sido descritas na literatura nos últimos anos, como, por exemplo, a "metodologia inicial" apresentada por Uschold e King (1995), METHONTOLOGY (Férnandez, Gómez-Pérez, & Juristo, 1997) e a apresentada no contexto do projeto TOVE (Toronto Virtual Enterprise) (Uschold & Grüninger, 1996). Tomando-se por base as referências (Corcho, Fernández-López, & Gómez-Pérez, 2002) e (Staab & Studer, 2004), pode-se concluir: A maior parte das metodologias de desenvolvimento de ontologias foram propostas com foco na construção de ontologias; Algumas metodologias também incluem métodos para fusão, reengenharia, manutenção e evolução de ontologias; Algumas outras metodologias são, ainda, baseadas em processos e práticas de desenvolvimento de softwares gerais e aplicadas ao desenvolvimento de ontologias. Ainda de acordo com Gašević, Djurić e Devedžić (2006), é conhecido que não há uma melhor metodologia devido a não existência de um método correto de se modelar um domínio. Além disso, desenvolvimento de ontologias sempre é, necessariamente, um processo iterativo. 4.3 METODOLOGIA UTILIZADA A metodologia utilizada neste projeto é uma abordagem sistemática para construção de ontologias, definida e descrita por Guizzardi (2000). A abordagem, além de unir as principais características das metodologias citadas anteriormente, discute as várias atividades do processo de construção de ontologias, apresentando algumas orientações de como proceder na sua realização. Esta seção consiste em uma apresentação resumida dessa metodologia.

61 Atividades do Processo de Construção Guizzardi (2000) define um ciclo altamente interativo, contendo as atividades descritas a seguir, no qual os processos de avaliação da qualidade e documentação ocorrem durante todas as iterações do ciclo em paralelo com as demais Identificação de Propósito e Especificação de Requisitos A primeira atividade a ser realizada no processo de construção de uma ontologia é identificar claramente o seu propósito e os usos esperados para ela (Falbo, 1998), i.e., a competência da ontologia. A competência de uma representação diz respeito à cobertura de questões que essa representação pode responder ou de tarefas que ela pode suportar (Guizzardi, 2000). Depois de estabelecida a competência, tem-se um meio eficaz de delimitar o que é relevante para a ontologia e o que não é. É útil, também, identificar potenciais usuários e os cenários que motivaram o desenvolvimento da ontologia em questão. Logo após a definição do propósito da ontologia, devem-se especificar os seus requisitos, contemplando os usos projetados para ela. Os requisitos podem ser expressos em termos de questões de competência: as questões que a ontologia deve ser capaz de responder (Uschold & Grüninger, 1996). Ao se especificar um relacionamento entre as questões de competência e os cenários de motivação, está se dando uma justificativa para a ontologia e, mais importante, se está provendo um mecanismo para sua avaliação (Guizzardi, 2000) Captura da Ontologia Segundo Guizzardi, esta é, sem dúvidas, a etapa mais importante no desenvolvimento de uma ontologia. O objetivo dessa etapa é, baseando-se na competência da ontologia, capturar a conceituação do universo de discurso. Deve-se identificar e organizar os conceitos e relações relevantes do domínio. Um modelo utilizando uma linguagem

62 61 gráfica pode ser de grande utilidade para facilitar a comunicação com os especialistas do domínio. Esse modelo deve ser acompanhado de um vocabulário de termos (Falbo, 1998). Conceitos primitivos, isto é, aqueles que não são passíveis de uma definição em termos de outros conceitos da ontologia, devem ser definidos utilizando linguagem natural e exemplos, tomando o devido cuidado para se evitar ambigüidades e inconsistências (Guizzardi, 2000). Conceitos passíveis de descrição em termos de outros conceitos devem ser definidos com referências claras a estes, com o objetivo de facilitar a formalização (Falbo, 1998). Guizzardi afirma também que se devem, ainda, construir taxonomias, organizando categorias e subcategorias interconectadas do conhecimento do domínio de interesse. A base da ontologia é formada pelos conceitos e relações. Porém, uma característica das ontologias não menos importante é a definição de axiomas. Axiomas especificam definições de termos na ontologia e restrições sobre sua interpretação e devem ser providos para definir a semântica dos termos. Segundo o autor, nessa etapa, não há necessidade de se escrever axiomas formais, mas, ao contrário, estes devem ser descritos em linguagem natural, refletindo simplesmente as restrições existentes sobre o universo de discurso (Guizzardi, 2000). A captura de uma ontologia é um processo iterativo e fortemente ligado à avaliação (Uschold & Grüninger, 1996) Formalização da Ontologia Para a realização dessa etapa, é necessário que um formalismo de representação das diversas categorias de conhecimento da ontologia seja escolhido. (Guizzardi, 2000). À primeira vista, qualquer linguagem de representação formal do conhecimento, ou mesmo informal, poderia ser usada para representar ontologias (Falbo, 1998). Na prática, entretanto, apenas poucas linguagens têm sido usadas para este propósito, algumas das mais comuns são: lógica de primeira ordem, KIF (Knowledge Interchange

63 62 Format) (Gruber T. R., 1992), Ontolingua (Gruber T. R., 1995), CML (Conceptual Modelling Language) (Breuker & Van De Velde, 1994) e Description Logic (Russel & Norvig, 1995). Para se realizar a validação de uma teoria sobre um universo de discurso, é importante que sua descrição seja em uma linguagem formal, ou seja, uma linguagem fundamentada em um modelo matemático. Uma linguagem formal tem, em contraste com a linguagem natural, símbolos não ambíguos e formulações exatas, favorecendo assim com que a clareza e a correção de uma dedução sejam testadas com maior facilidade e precisão. O tratamento teórico de qualquer domínio consiste em propor sentenças sobre os objetos neste domínio (sentenças atribuindo certas propriedades e relações aos objetos em questão) e em estabelecer regras de acordo com as quais outras sentenças possam ser derivadas a partir das sentenças dadas (Guizzardi, 2000). Ressalta-se ainda que todas as linguagens de descrição de ontologias possuem vantagens específicas e assumem compromissos ontológicos em níveis variados, e, portanto a escolha de qual linguagem usar depende diretamente do propósito da ontologia (Guizzardi, 2000) Integração com Ontologias Existentes Uma das características mais importantes da ontologia é sua capacidade de reuso. Durante as etapas anteriores, de captura e formalização, pode surgir a necessidade de integrar a ontologia que está sendo desenvolvida com outras já existentes, com o intuito de aproveitar conceituações previamente estabelecidas (Guizzardi, 2000). De fato, é uma boa prática desenvolver ontologias funcionais modulares, que sejam gerais e mais amplamente reutilizáveis, e, quando necessário, integrá-las, obtendo o resultado desejado (Falbo, 1998).

64 Avaliação A etapa da avaliação da ontologia é necessária para verificar se a ontologia satisfaz os requisitos estabelecidos na especificação. Essa etapa deve ser realizada em paralelo com as etapas de captura e formalização. Gruber (1995) apresenta um conjunto de critérios para guiar tanto o desenvolvimento, quanto a avaliação da qualidade das ontologias construídas. Os principais critérios definidos são: clareza, coerência, extensibilidade e compromissos ontológicos mínimos (Guizzardi, 2000). Em Uschold & Grüninger (1996), é defendido que, adicionalmente, as questões de competência devem ser usadas principalmente para avaliar a adequação da axiomatização realizada Documentação Segundo Guizzardi (2000), todo o desenvolvimento da ontologia deve ser documentado, incluindo propósitos, requisitos e cenários de motivação, as descrições textuais da conceituação, a ontologia formal e os critérios de projeto adotados. Essa atividade, assim como a avaliação, deve ocorrer durante todas as iterações do ciclo em paralelo com as demais Ciclo de Desenvolvimento da Ontologia As seis atividades descritas anteriormente devem ser agrupadas em um ciclo fortemente iterativo, do modo ilustrado na Figura 4-1. Esse ciclo é uma adaptação do ciclo proposto por Falbo, Menezes e Rocha (1998) para construção de ontologias, a fim de contemplar as atividades deste processo de análise de domínio orientada a ontologias (Guizzardi, 2000). Segundo Guizzardi (2000), algumas das situações que justificam a formação deste ciclo iterativo são: a etapa de captura pode apontar novos requisitos ainda não identificados;

65 64 na etapa de avaliação, pode-se perceber que os termos descritos são insuficientes para o propósito planejado, impondo um retorno à etapa de captura; na etapa de formalização incoerências podem ser detectadas, provocando uma revisão das especificações e dos termos definidos na ontologia e, finalmente, quando for necessário integrar uma ontologia com outras existentes, este processo pode ter substancial impacto na definição e formalização dos termos (Falbo, 1998). As etapas do processo de desenvolvimento de uma ontologia e suas interdependências são ilustradas pela Figura 4-1 (Guizzardi, 2000). As linhas tracejadas indicam que há uma interação constante, embora mais fraca, entre as etapas associadas. As linhas cheias mostram o fluxo principal de trabalho no processo de construção de uma ontologia. A linha envolvendo as etapas de captura e formalização da ontologia realça a forte interação e, por conseguinte iteração, que ocorre entre essas etapas (Falbo, 1998). Figura 4-1 Processo Para Análise de Domínio Orientada a Ontologias (Guizzardi, 2000)

66 ADEQUAÇÃO DA METODOLOGIA AO PROJETO Algumas das etapas da metodologia utilizada neste projeto foram simplificadas, ou simplesmente tornaram-se não-existentes, devido a fatores externos ao projeto ou devido à utilização da ferramenta Protégé durante o desenvolvimento da Ontologia. As seguintes etapas foram afetadas: Integração com ontologias existentes, formalização e avaliação da ontologia Não Existência da Etapa de Integração com Ontologias Existentes Anteriormente ao início do projeto foi realizado um processo exaustivo de busca por outras ontologias sobre o mesmo tema com intuito de possível reaproveitamento de conhecimento e conceitualizações e integração com esta. Porém, em todos os sítios de pesquisa nada foi encontrado, impossibilitando o objetivo Simplificação das Etapas de Formalização e Avaliação Devido ao Uso do Protégé Para a implementação do projeto usou-se a ferramenta de desenvolvimento de ontologias Protégé, versão 4.0 beta (Protégé, 2009). Devido a sua utilização, os processos de avaliação e formalização tornaram-se simplificados. A ferramenta foi utilizada como mecanismo de formalização da ontologia, utilizando-se a representação formal da linguagem OWL-DL, que faz uso de lógica de descrição. A etapa de avaliação é simplificada devido ao mecanismo de inferência automático contido na ferramenta (no caso deste projeto, foi utilizado o FaCT++ (FaCT++, 2009)). O mecanismo de inferência realiza verificação automática de axiomas, checando assim a consistência da ontologia. Ressalta-se que, apesar da etapa de avaliação ser simplificada devido à utilização da ferramenta, ela não é totalmente satisfeita apenas com seu uso. O Protégé não consegue realizar por si só uma avaliação para verificação de clareza, coerência,

67 66 extensibilidade da ontologia sendo desenvolvida, verificando se esta satisfaz os requisitos estabelecidos na especificação, sendo a realização desta checagem essencial por parte dos construtores da ontologia. 4.5 MODELAGEM E DESENVOLVIMENTO DA ONTOLOGIA Esta seção descreve a implementação da ontologia das recomendações ITU-T G.805 e G.872, que foi realizada conforme a metodologia adotada, e exemplifica como sua modelagem foi realizada, exibindo os relacionamentos modelados e algumas das principais classes, sempre se referenciando os termos ali contidos com os extraídos das recomendações. Imagens das classes modeladas no Protégé, geradas pelos plug-ins OWLViz (Horridge, 2009) e OWLPropViz (Wachsmann, 2009) são utilizadas para uma melhor visualização Identificação de Propósito e Especificação de Requisitos Propósito e Cenários que Motivaram o Desenvolvimento A ontologia das recomendações foi modelada com o propósito de, em um primeiro momento, representar o conhecimento acerca das arquiteturas funcionais genéricas de redes de transporte e de redes ópticas de transporte, presentes nas recomendações, a fim de se obter as vantagens de uma modelagem utilizando-se ontologias como, por exemplo, vocabulário comum, taxonomia e todas as outras encontradas no tópico 2.3 (Por que Ontologias?) deste projeto. Outro propósito para a criação da ontologia é a geração deste projeto de graduação.

68 Requisitos e Competências da Ontologia A ontologia deve ser totalmente extraída das recomendações ITU-T G.805 e G.872, devendo conter todos os principais termos ali presentes, além de representar da maneira mais fiel possível o conteúdo das recomendações Usos Projetados e Potenciais Usuários Até este momento, a ontologia visa apenas ser uma modelagem das recomendações, sem uso por aplicações específicas. Sua utilidade principal é o detalhamento e compartilhamento das informações presentes nas recomendações. Seus usuários são pessoas interessadas em uma melhor compreensão dos termos e relacionamentos encontrados nas recomendações, assim como quem busca uma visualização alternativa sobre o conteúdo das recomendações, utilizando-se da taxonomia gerada. Projetos futuros de utilização da ontologia podem envolver sua expansão para conter informações sobre outras recomendações de telecomunicações, assim como de redes ópticas de transporte e/ou sua utilização por aplicações com propósitos específicos como, por exemplo, gerência de redes Relacionamentos Modelados Um total de vinte e sete relacionamentos foi utilizado na modelagem das recomendações, todos do tipo object property, que interligam dois indivíduos. São eles: contém, depende de, tem aplicação, tem capacidade, tem cliente, tem direção, tem input, tem local, tem output, tem processo, tem relacionamento, tem servidor, tem técnica, interconecta, é abreviação de, é definido por, é transferido por, monitora, monitora diretamente, monitora indiretamente, ocorre em, provê, requer, requer interoperação de, supervisiona, transfere e transfere por. A Figura 4-2 ilustra estes relacionamentos.

69 68 Figura Relacionamentos Utilizados na Ontologia O relacionamento contém possui característica de transitividade, isto é, se um indivíduo A é ligado a um indivíduo B por este relacionamento e, este, por sua vez, liga um indivíduo C usando o mesmo relacionamento, pode-se entender que A também liga C pelo mesmo relacionamento. O relacionamento tem direção é do tipo funcional. Isto é, se um indivíduo A liga os indivíduos B e C por este relacionamento pode-se concluir que B é igual a C. Como se pode observar na Figura 4-2, os relacionamentos requer interoperação de e transfere por são tipos específicos dos relacionamentos requer e transfere, respectivamente. O mesmo ocorre com monitora diretamente e monitora

70 69 indiretamente, que são tipos do relacionamento-pai monitora. Ainda pode-se observar que transfere e é transferido por são relacionamentos inversos Classes Modeladas Ao todo quatrocentos e oitenta e duas classes foram modeladas. A Figura 4-3 a seguir exibe as principais classes-pai modeladas, todas elas são filhas da classe Thing que, obrigatoriamente, é a classe pai de todas as classes do Protégé.

71 70 Figura Classe Thing e Suas Classes Filhas Duas das classes modeladas mais representativas foram escolhidas para serem descritas nas seções a seguir. São elas, as classes Componentes Arquiteturais, Técnica de Monitoramento de Conexão e algumas de suas classes filhas.

72 Modelagem das Classes Componente Arquitetural e Filhas Os componentes arquiteturais de redes de transporte são definidos na recomendação ITU-T G.805. Quatro tipos de componentes arquiteturais são definidos na recomendação: os componentes topológicos, entidades de transporte, funções de processamento de transporte e pontos de referência. Na Figura 4-4 pode-se verificar a taxonomia modelada para esta classe. Figura Taxonomia da Classe Componente Arquitetural A seguir, é exibida a modelagem de algumas das suas classes filhas de acordo com a metodologia utilizada. Tabelas são utilizadas para a exibição da localização do termo na recomendação, o processo de captura da ontologia e de sua formalização utilizando-se o Protégé Classe Componente Topológico Modelagem Além de conter os relacionamentos herdados de sua classe pai, os seguintes relacionamentos foram modelados.

73 72 Localização Recomendação Seção ITU-T G ITU-T G Captura da Ontologia Só há quatro tipos de componentes topológicos: Grupos de Acesso, Camadas de Rede, Links e Subredes. Outros possíveis componentes topológicos são subtipos destes. Conexões estão contidas em componentes topológicos. Legenda: Formalização da Ontologia CNS: É igual à camada de rede OU sub-rede OU link OU grupo de acesso. CN: contém ao menos uma conexão. Símbolo CNS CN Significado Condição Necessária e Suficiente Condição Necessária Tabela Modelagem da Classe Componente Topológico Taxonomia Figura Taxonomia da Classe Componente Topológico Relacionamentos Figura Relacionamentos da Classe Componente topológico

74 Classe Camada de Rede Modelagem Além de conter os relacionamentos herdados de sua classe pai, os seguintes relacionamentos foram modelados. Localização Recomendação Seção ITU-T G Captura da Ontologia Uma camada de redes contém um ou mais grupos de acesso / Uma camada de redes é definida por um ou mais grupos de acessos. Formalização da Ontologia CN: contém ao menos um grupo de acesso CN: é definido por ao menos um grupo de acesso CN: é definido somente por grupos de acesso ITU-T G Transfere informação característica. CN: transfere ao menos uma informação característica CN: transfere somente informação característica. ITU-T G ITU-T G ITU-T G ITU-T G ITU-T G Legenda: Uma camada contém ao menos um grupo de acesso, zero ou mais sub-redes e zero ou mais links. Cada camada da rede pode ter alguma das capacidades descritas neste tópico Camadas de rede requerem interoperação entre informações características. Camadas de rede requerem interoperação entre informações adaptadas. Por não possuir os termos Unidirecional, Sink (destino) ou Source (fonte), considera-se o termo bidirecional. CN: contém no mínimo zero sub-rede CN: contém no mínimo zero link CN: contém no mínimo zero capacidade CN: requerem interoperação entre ao menos uma informação característica. CN: requerem interoperação entre ao menos uma informação adaptada. CN: tem direção ao menos uma bidirecional CN: tem direção somente bidirecional

75 74 Símbolo CNS CN Significado Condição Necessária e Suficiente Condição Necessária Tabela Modelagem da Classe Camada de Rede Taxonomia Figura Taxonomia da Classe Camada de Rede Relacionamentos

76 75 Figura Relacionamentos da Classe Camada de Rede Modelagem das Classes Técnica de Monitoramento de Conexão e Filhas As técnicas de Monitoramento de Conexão são definidas na recomendação ITU-T G.805, seção que foi resumida na seção do capítulo 3 - e também são definidas na seção 6.3 da recomendação ITU-T G resumida na seção do mesmo capítulo. Quatro tipos de técnicas de monitoramento são definidos: o monitoramento inerente, intrusivo, não-intrusivo e de sub-rede. Na Figura 4-9 pode-se verificar a taxonomia modelada para esta classe.

77 76 Figura Taxonomia da Classe Técnica de Monitoramento de Conexão A Tabela 4-3 apresenta a modelagem de seus relacionamentos, que são representados na Figura Localização Recomendação Seção ITU-T G ITU-T G ITU-T G Legenda: Captura da Ontologia Só há, nas recomendações, quatro tipos de técnicas de monitoramento de conexão. Quaisquer outros tipos de técnicas que existam são subtipos destas. Toda técnica de monitoramento de conexão monitora uma conexão. As técnicas de monitoramento de conexão possuem aplicação do tipo Aplicação de Monitoramento de Conexão Formalização da Ontologia CNS: Monitoramento Inerente OU monitoramento Intrusivo OU monitoramento Não-Intrusivo OU monitoramento de Subrede CN: monitora ao menos uma conexão CN: monitora somente conexão CN: tem ao menos uma aplicação de monitoramento de conexão Símbolo CNS CN Significado Condição Necessária e Suficiente Condição Necessária Tabela Modelagem da Classe Técnica de Monitoramento de Conexão Relacionamentos