RDF e RDF Schema na representação de páginas do portal CEULP/ULBRA Danilo de Abreu Noleto 1, Parcilene Fernandes de Brito 1 1 Curso de Sistemas de Informação Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA) Caixa Postal 160 77.054-970 Palmas TO Brasil {dnoleto,pfb}@ulbra-to.br Abstract. This article describes the study of the concepts of model RDF and, in special, of the use of these concepts in the representation in RDF of some pages of the Portal of the Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA). Resumo. Este artigo descreve o estudo dos conceitos do modelo RDF e, em especial, da utilização desses conceitos na representação em RDF de algumas páginas do Portal do Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA). 1. Introdução A disponibilização de dados heterogêneos sem padronização e a elevada quantidade de dados na WEB (rede mundial de computadores) apresentada de forma desordenada impulsionaram os pesquisadores na busca de mecanismos que pudessem contextualizar os dados descritos de forma significativa para a máquina. Isso foi realizado através da visualização de diversas áreas da tecnologia da informação. As principais influências vêm da comunidade de padronização da WEB na forma de metadados em Hypertext Markup Language (HTML) e PICS, da comunidade de biblioteconomia, da comunidade de estruturação de documentos na forma de Standard Generalized Markup Language (SGML) e Extensible Markup Language (XML), e da comunidade de representação do conhecimento (MARINO 2001). A partir desses estudos e tendo como objetivo primeiro o entendimento da semântica dos dados disponíveis nas páginas WEB foi desenvolvido o modelo Resource Description Framework (RDF). Com a estruturação desse modelo é possível entender de uma forma mais clara e real como pode ser tratada a semântica dos dados das páginas WEB. O objetivo desse trabalho é o estudo dos conceitos do modelo RDF e, em especial, da utilização desses conceitos na representação em RDF de algumas páginas do Portal do Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA). Espera-se com isso um entendimento mais aprofundado da teoria abordada. 2. Resource Description Framework O RDF foi proposto inicialmente pela W3C (World Wide Web Consortium), apresentando uma nova forma de descrição dos dados WEB, tendo só assim, após 2 anos (em 1999), sua recomendação aprovada (CIUFFO, 2002). Para utilização do RDF na descrição dos recursos, foi adotada a utilização de metadados, juntamente com o modelo RDF, formas de apresentar as informações dos recursos nos variados tipos de comunidade da WEB, conservando sua semântica.
Essa descrição teve grande aceitação dentre as ferramentas que propiciam a resolução da interoperabilidade nas diversas plataformas, devido a sua arquitetura genérica de metadados, permitindo, assim, a descrição dos recursos no contexto WEB através de padrões de metadados(lassila, 1999). O RDF é um padrão que tem como funcionalidade prover metadados na WEB através da aplicação da linguagem XML. Sua padronização estabelece um modelo de dados e sintaxe para codificar, representar e transmitir metadados (CIUFFO, 2000). A representação desta tecnologia pode ser encontrada e definida em dois documentos explicitados abaixo: Resouce Description Framework (RDF): tem a função de descrever o modelo de dados RDF (LASSILA, 1999); Resouce Description Framework (RDF) Schema Specification: funciona descrevendo primitivas de modelagem utilizadas para descrição de um domínio particular de interesse. As especificações acima serão descritas nos itens posteriores (BRICKLEY, 2000). 2.1 Modelo RDF Básico O modelo RDF básico é descrito com a utilização do XML. Sua característica está na forma com que o modelo de dados utiliza metadados para descrever recursos, a fim de apresentar um significado ao recurso. Para visualização da representação do RDF, podem-se utilizar grafos rotulados que são construídos com os objetos descritos abaixo: Resources: Um recurso pode ser caracterizado como qualquer coisa (objeto) representada dentro dos padrões de descrição de uma expressão RDF. Observe alguns exemplos de recurso: Uma página WEB (www.ulbra-to.br); Uma parte de uma página WEB (www.ulbra-to.br/ensino); Uma coleção de páginas; Um elemento específico dentro de um HTML ou XML; Um objeto que não pode ser acessado diretamente (Livro impresso). É importante salientar que todos os recursos devem sempre estar nomeados e identificados por um URI (Uniform Resoucer Identifier), permitindo assim sua identificação entre os recursos RDF. Properties: Uma propriedade serve para descrever uma característica, um atributo ou uma relação qualquer utilizada em um recurso. Geralmente essa descrição possui um significado específico e permite a interligação com outras propriedades, assemelhandose ao esquema do modelo de entidade-relacionamento. Literals: É um valor qualquer que um objeto pode assumir de acordo com a propriedade. Statements: É uma espécie de declaração de um recurso contendo um nome, uma propriedade e um valor agregado a ela. Estas três partes da indicação são chamadas respectivamente de: sujeito, predicado e objeto. Com isso, os statements conseguem representar essa interligação entre o recurso, suas propriedades e seus valores. O recurso pode ser caracterizado como um objeto e é sempre identificado por um URI, que através de statements possibilita a construção básica de um modelo em RDF propriamente dito. Para tal, utiliza-se a indicação de uma tupla, (predicate, [subject],[object]), permitindo a ligação entre os valores e os recursos, cuja função é a de prover uma maior representação de modelos complexos. Veja o exemplo a seguir: Sentença: Audamic Arnosck é o criador do recurso http://audamic.org.
Tabela 1: Sentença dividida em partes Subject (Resource) Predicate (Property) Object (Literal) http://audamic.org "Audamic Arnosck" Criador A tabela 1 ilustra a criação de um statements que descreve o recurso de uma página HTML com a URI http://audamic.org, cuja propriedade é Criador e o literal (valor) é Audamic Arnosck. A representação da tupla ficaria da seguinte maneira, (Criador,[http://audamic.org], Audamic Arnosck ) Além de ser apresentado como tupla, o modelo RDF permite uma visualização através de grafos, convencionados pela W3C, que possibilitam representar recursos através de nós, propriedades através de arcos e literais por retângulos. Na Figura 1 é apresentada a representação de um grafo: http://audamic.org Criador Audamic Arnosck Figura 1 Representação de um Statement em grafos. O modelo RDF permite alterar essa representação de forma que o recurso em questão consiga abrir novas ramificações a fim de especificar o modelo num contexto geral de forma mais detalhada. Ou seja, a indicação do arco criador apontará para um novo recurso que, representado por um URI, fará junção através de novos arcos de propriedades com os seus respectivos objetos A sintaxe RDF permite a criação de uma estrutura contendo metadados dos mais variados tipos, que representados de maneira correta, permitirão a interligação da semântica entre os recursos, a fim de formar uma única representação, através da utilização de esquemas (Schemas) e namespaces por intercâmbio do XML. A sintaxe que permitirá a descrição do documento estará associada a uma variável de namespaces contendo todas as especificações necessárias para o desenvolvimento de uma nova sintaxe. 2.2 RDF Schema O modelo RDF abordado no item anterior foi caracterizado como um modelo padrão para descrição de recurso com propriedades. Porém, a viabilidade para representar a interligação das propriedades e os outros recursos mostra-se bastante limitada. Com isso, surgiu o RDF Schema (BRICKLEY, 2000) que é uma extensão de RDF e veio fornecer descrição de grupos de recursos e os relacionamentos existentes entre eles. Por isso, o usuário tem a flexibilidade de criar vocabulários representados por classes e propriedades com características restritas, a fim de serem reaproveitadas em outros modelos. Uma característica bem clara da forma de reuso dos recursos e das propriedades já existentes está na utilização de sintaxes de outras linguagens. A especificação de uma linguagem não tenta enumerar um vocabulário específico para descrição das classes e propriedades de um documento RDF. Mas, a característica do RDF Schema de utilizar apenas as características (recursos, propriedades) que o convém facilita a descrição de documentos RDF com a utilização de várias sintaxes. Por isso, a possibilidade de
descrição de um recurso é cada vez maior, haja vista as inúmeras linguagens que podem ser utilizadas (Exemplo: Dublin Core). Para conseguir a definição da estrutura de um RDF Schema representando um recurso válido e correto, serão abordadas algumas das principais primitivas da classe, propriedades e restrições, com exemplos esclarecendo cada item e suas hierarquias encontradas. Na Figura 2 é apresentada uma noção do funcionamento do modelo RDF Schema. Figura 2 Hierarquia de Classes do modelo RDF Schema (BRICKLEY, 2000). 2.2.1 Classes As classes são representadas na Figura 2 como retângulo de bordas arredondadas que, descritas de forma coerente a um domínio e relacionadas por hierarquia como classe e subclasse, permitem uma extensibilidade do modelo, herdando ou não definições já existentes. A especialização dessa classe poderá ser importada (copiada) promovendo assim o reuso e compartilhamento dos esquemas. Para definição de uma classe e seus inter-relacionamentos serão utilizadas algumas de suas principais primitivas: rdfs:resource representa a descrição do conjunto de recursos ou pode ser chamada de classe genérica (objeto), que terá a função de representar e comportar todas as subclasses. rdfs:resource rdfs:class rdf:property Figura 3 Grafo da hierarquia das classes. Na Figura 3, observa-se o exemplo de uma hierarquia, na qual as classes rdfs:class e rdf:propert, pertencem ao recurso rdfs:resource. É importante salientar que todas as classes representadas num modelo são do tipo rdfs:class, inclusive os recursos e a própria representação da classe. Rdfs:Class é semelhante à descrição de um tipo (rdf:type) sendo indicado como um subconjunto de rdfs:resource. rdfs:class Classe A Classe B Classe C Classe D Figura 4 Representação das instâncias da classe e hierarquias. A Figura 4 apresenta a instância de dois objetos, A e B, através da linha tracejada, cada um com suas particularidades. A instância B denota uma hierarquia,
assim as subclasses C e D irão possuir características da superclasse e características especializadas. Lembrando que cada classe é independente e nada impede de uma classe B relacionar-se com uma classe A. Rdf:Property representa a descrição das propriedades (atributos) do recurso sendo um subconjunto de recurso (Figura 5). Figura 5 Representação das propriedades que podem ser utilizadas nos recursos. 2.2.2 Propriedades As propriedades utilizam mecanismos para expressar relacionamentos entre suas classes, instâncias ou superclasses. Dentro da propriedade é possível verificar o relacionamento entre as propriedades que denotam uma hierarquia da mesma forma que as classes. Serão mostradas, a seguir, as principais propriedades que se destacam num determinado modelo. Rdf:type indica que o recurso é instância de uma ou mais classes, sendo subconjunto de rdf:property. Rdfs:subClassOf indica relação de uma subclasse com uma superclasse, sendo que a subclasse pode ter várias superclasses. Seu subconjunto pertence a rdf:property. Rdfs:subPropertyOf indica relação entre duas propriedades. Esta propriedade pode fazer relação de hierarquia de propriedades. Rdfs:comment é utilizada para comentários facilitando a compreensão por parte do ser humano que visualiza o código. Rdfs:seeAlso indica que um recurso contém informações adicionais sobre o mesmo. Rdf:isDefinedBy é uma subpropriedade de rdfs:seealso que indica o recurso que contém as informações do recurso em questão. 2.2.3 Restrições As restrições caracterizam-se como mecanismos que permitem associar as propriedades (atributos), identificadas num modelo, a recursos (classe) criados para representação do mesmo. Logo abaixo, as principais primitivas serão apresentadas. Rdfs:domain indica a qual classe uma propriedade se relaciona. A localização deste mecanismo de restrição vem de uma instância da classe rdfs:constraintproperty (Figura 6). rdfs: domain Classe D Propriedade 1 Figura 6 A Classe D relaciona-se com a Propriedade 1.
rdfs:range tem a funcionalidade de restringir os valores que uma propriedade pode assumir. A localização deste mecanismo de restrição vem de uma instância da classe rdfs:constraintproperty (Figura 7). Figura 7 A propriedade 1 assume valores do tipo String 3 Estudo de caso Para o desenvolvimento do estudo de caso abordado nesta seção, foi utilizado, como domínio, o Portal do Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA). A escolha desse domínio foi feita devido a vasta quantidade de recursos e propriedades encontradas no mesmo, possibilitando a utilização dos conceitos de RDF descritos nas seções de RDF e RDF Schema. Na Figura 8 é visualizada uma página contida no Portal do CEULP/ULBRA, utilizada principalmente pelos alunos da Instituição, em busca de informações sobre a disciplina cursada em questão. A principal funcionalidade dessa página é permitir a consulta dos seguintes assuntos: Plano de ensino; Material didático disponível aos alunos; Trabalhos e atividades relacionadas a esta disciplina; Para representar os recursos encontrados na página, serão utilizados juntamente com o código RDF, elementos e atributos oriundos do padrão Dublin Core(DC). Isso devido ao fato do DC (Dublin Core, 2003) ser um padrão da organização DCMI (Dublin Core Metadata Initiative) para representação de metadados que, especializados em representar informações dos dados (dados sobre dados), possui um formato simples e muito útil para identificar o conteúdo dos documentos eletrônicos, tornando-os mais fáceis de serem pesquisados pelos mecanismos de buscas, a fim de recuperar as informações solicitadas. O que é conseguido através da característica de identificação dos recursos de uma dada página. Figura 8 Página do Portal CEULP/ULBRA.
O código dos recursos encontrados na Figura 8 será segmentado em duas partes devido a extensa quantidade de informação que deve ser descrita. Para isso, apresenta-se a priori, a utilização da declaração de namespaces e a tag <channel> na Figura 9. Esse código tem a função de declarar alguns recursos utilizando as sintaxes dos padrões RDF e Dublin Core, por exemplo. Na linha 2, da Figura 9, existe a instanciação de variáveis rdf e dc que recebem as sintaxes de seus padrões correspondentes cujos dados são atributos e elementos. Com isso, pode-se especificar todo e qualquer recurso contido na Figura 8 que esteja de acordo com um dos padrões. 1: <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?> 2: <rdf:rdf xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns="http://purl.org/rss/1.0/" xmlns:dc=http://purl.org/dc/elements/1.1/ xmlns:taxo="http://purl.org/rss/1.0/modules/taxonomy/" xmlns:syn="http://purl.org/rss/1.0/modules/syndication/"> 3: <channel rdf:about="http://www.ulbra-to.br/ ensino/disciplinas/default.asp?$sid=&ano=2003 &semestre=1&id_curso=43020disciplina=204086&id_turma=2860"> 4: <title>portal Ceulp Ensino Disciplinas Area das Disciplinas</title> 5: <link>http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/default.asp? $SID_&ano_2003&semestre_1&id_curso_43020&disciplina_204086& id_turma_2860</link> 6: <description>gerenciamento da disciplina</description> 7: <dc:language>br</dc:language> 8: <dc:rights>portal Ceulp 2002 (c) Palmas. Tocantins. Brasil.</dc:rights> 9: <dc:date>2003-06-23t03:16:11z</dc:date> 10: <dc:publisher>portal Ceulp v.2002</dc:publisher> 11: <dc:creator>portal</dc:creator> 12: <items> 13: <rdf:seq> 14: <rdf:li rdf:resource="http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ ver_plano_ensino.asp?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso =43020&disciplina=204086&id_turma=2860&numero_da_turma=303"/> 15: <rdf:li rdf:resource="http://www.ulbra-to.br/ ensino/disciplinas/ver_material_didatico.asp?$sid=&ano=2003&semestre =1&id_curso=43020&id_turma=2860&disciplina=204086"/> 16: <rdf:li rdf:resource="http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ ver_trabalhos.asp?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020 &disciplina=204086&id_turma=2860"/> 17: <rdf:li rdf:resource="http://www.ulbra-to.br/ensino/professores/?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020&op_consulta= sim&id_professor=1000934"/> 18: </rdf:seq> 19: </items> 20: <image> 21: <rdf:seq> 22: <rdf:li rdf:resource="../../imagens/gerenciamento turma_1.jpg"/> 23: <rdf:li rdf:resource="../../imagens/gerenciamento_turma_2_aluno.jpg"/> 24: </rdf:seq> 25: </image> 26: </channel> Figura 9 1ª parte do código do Portal CEULP-ULBRA. O channel representado da linha 03 a 26 é um canal (sumário) que descreve um conjunto de itens e imagem de um site (W3C, 1998). Dentro do elemento channel utiliza-se um <title> (linha 04), um <link> (linha 05) e o <description> (linha 06) para descrever o site em questão. A utilização de atributos do Dublin Core acontece no momento em que é necessário mostrar o idioma do conteúdo do documento <dc:language> (linha 07), os direitos de desenvolvedor <dc:rights>, a data <dc:date>, (linha 09), a entidade responsável por torná-lo disponível <dc:publisher> (linha 10) e pessoa ou organização responsável pela elaboração do site <dc:creator> (linha 11). Os itens existentes no documento do Portal seguem uma descrição de uma coleção de recursos seqüenciais RDF que vão das linhas 13 a 18. E as imagens contidas nesse canal seguem uma mesma coleção seqüencial representadas nas linhas 22 e 23.
A descrição da figura anterior foi apenas um sumário que apresenta a idéia inicial de como os recursos e suas características serão utilizados. Na segunda parte é mostrada a continuação do código anterior com a descrição sucinta de cada item identificado no channel. Das linhas 27 a 30 (Figura 10) tem-se a descrição de uma imagem cuja <url> é >../../imagens/gerenciamento turma_1.jpg sem a existência de um link para fazer uma ligação com outra página. Na outra imagem, <url>../../imagens/gerenciamento_turma_2_aluno.jpg, através do elemento seq, visualiza-se uma coleção de três links que fazem chamadas a outras páginas. Por final, é apresentada, da linha 40 a 44, a descrição de um dos itens que foram identificados nos sumários e estão sendo definidos através do identificador <rdf:about> para que tragam consigo uma descrição individual do recurso. Neles estão contendo um <title> para o titulo, um <link> e um <description> opcional para uma breve descrição. 27: <image rdf:about="../../imagens/gerenciamento turma_1.jpg"> 28: <title>informações da Disciplina</title> 29: <url>../../imagens/gerenciamento turma_1.jpg</url> 30: </image> 31: <image rdf:about="../../imagens/gerenciamento_turma_2_aluno.jpg"> 32: <title>consulta</title> 33: <url>../../imagens/gerenciamento_turma_2_aluno.jpg</url> 34: <rdf:seq> 35: <rdf:li><link>http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ver_plano_ensino.asp?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020&disciplina=204086&id_turma =2860&numero_da_turma=303</link></rdf:li> 36: <rdf:li><link>http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ver_material_ didatico.asp$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020&id_turma =2860&disciplina=204086</link></rdf:li> 37: <rdf:li><link>http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ver_trabalhos.asp?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020&disciplina =204086&id_turma=2860</link></rdf:li> 38: </rdf:seq> 39: </image> 40: <item rdf:about="http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ ver_plano_ensino.asp?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020& disciplina=204086&id_turma=2860&numero_da_turma=303"> 41: <title>consulta</title> 42: <link>http://www.ulbra-to.br/ensino/disciplinas/ ver_plano_ensino.asp?$sid=&ano=2003&semestre=1&id_curso=43020 &disciplina=204086&id_turma=2860&numero_da_turma=303</link> 43: <description>consulte o plano de ensino</description> 44: </item>... Figura 10 2ª parte do código do Portal CEULP-ULBRA. Com o modelo conceitual de parte do Portal CEULP/ULBRA (Figura 11) é possível fazer uma analogia com o grafo RDF Schema apresentado na figura 12. Comparando uma classe com recurso e um atributo com propriedade, é possível ter uma noção mais clara dos conceitos utilizados. É importante salientar que as utilizações dos dois modelos são para fins totalmente diferentes: o modelo conceitual traz a representação em UML a fim de descrever classes e seus relacionamentos e o RDF Schema cria uma estrutura para representação de recursos.
Figura 11 Modelo conceitual do Portal CEULP/ULBRA O grafo RDF Schema (Figura 12) serve para visualizar e auxiliar na definição de um modelo em que as classes (recursos) podem ser representadas por nós, as propriedades pelas arestas e o tipo que essa propriedade pode assumir é representada por um retângulo. Figura 12 Grafo de RDF Schema do Portal CEULP/ULBRA Assim, através da representação em forma de grafo, é possível verificar os relacionamentos existentes entre as propriedades e recursos. E, com isso, obter o entendimento do documento que será desenvolvido a partir do padrão RDF.
4. Considerações Finais Com o modelo RDF surgiram possibilidades concretas de implementação de buscas mais eficiente. Isso porque sua forma de especificação/estruturação de conteúdo permite a criação de sentenças baseadas num conjunto de dados gerando, assim, uma semântica dos dados para a máquina. A criação de recursos com códigos de um modelo RDF permite ao implementador a inferência de um novo vocabulário. Desta forma, é possível reaproveitar o código já descrito de forma completa ou parcial em outros modelos. Esse processo pode ser caracterizado como a criação de um namespace. O trabalho realizado objetivou o entendimento do modelo RDF e RDF Schema para a verificação da sua utilização na estruturação de páginas do portal acadêmico CEULP/ULBRA.Um aspecto importante identificado a partir do estudo desse trabalho foi a visualização da estrutura montada a partir do modelo RDF s. Essa estrutura visa criar mecanismos para representação dos metadados que serão manipulados pelas máquinas. Assim, confronta-se com a idéia padrão de que geralmente as informações são organizadas e utilizadas para o entendimento das pessoas e não das máquinas. Como trabalhos futuros, pode-se dar continuidade à estruturação em RDF de portais acadêmicos, de uma forma mais abrangente. Definindo, assim, uma ontologia (um domínio de um dado problema) para a estruturação de documentos em RDF e sua manipulação a partir de uma dada linguagem de programação. Observou-se, a partir dos estudos desenvolvidos, que a continuação do trabalho pode ser realizada utilizando a linguagem de programação JAVA e a API (Application Programmer Interface) Jena, pois esta API permite a manipulação de documentos RDF em JAVA. 5. Referências BRICKEY, D.; GUHA R. V. (eds.) Resouce Description Framework (RDF) Schema specification 1.0 mar 2003. Disponivel em: <http://www.w3.org/tr/2000/cr-rdfschema-20000327/>, 2000. CIUFFO, L. N. Linguagens e ferramentas para a WEB Semântica. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso de Ciências da Computação). UFJF, Minas Gerais, 2002. DUBLIN CORE METADADA INITIATIVE. Dublin Core metadada element set, version 1.1: reference description. Disponível em: <http://dublincore.org/documents/dces/> Acesso em: 03/07/2003. LASSILA, O., SWICK, R. Resource Description Framework (RDF) Model and Syntax Specification. W3C (World-Wide WEB Consortium) Recommendation 22 February 1999. Disponível em <http://www.w3.org/tr/rec-rdf-syntax>, 1999. MARINO, M. TERESA. Integração de informações em ambientes científicos na WEB: Uma abordagem baseada na arquitetura RDF. Disponível em < http://genesis.nce.ufrj.br/dataware/metadados/teses/teresa/pagina_tese.htm >, 2001. W3C World Wide WEB Consortium. extensible Markup Language (XML). Disponível em <http://www.w3.org/xml/>, 1998.