ТЕХНОЛОГИИ ОПИСАНИЯ СЕМАНТИЧЕСКИХ ВЕБ-СЕРВИСОВ

TECHNOLOGIES OF SEMANTIC WEB SERVICE DESCRIPTION

Elena Umnova

candidate of Science, assistant professor “Information and Communication Systems and Software Engineering”, department State Technical University of Saratov, Russia, Saratov

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются особенности и преимущества семантических веб-служб, необходимых для автоматической интеграции веб-приложений. Представлены основные принципы семантического аннотирования веб-сервисов. Проанализированы языки разработки семантических веб-сервисов, предложенных консорциумом W3C.

ABSTRACT

The article discusses the features and advantages of the Semantic Web-services necessary for the automatic integration of Web-applications. The basic principles of the semantic annotation of Web-services are investigated in the article. Languages for semantic web-services development offered by the consortium W3C are analyzed.

Ключевые слова: семантические веб-сервисы; онтология; семантическое аннотирование.

Keywords: Semantic Web Servicesб; Ontology; Semantic annotation.

В настоящее время, как в сфере коммерческой деятельности, так и в государственном управлении развивается инфраструктура для осуществления различных электронных операции на основе веб-сервисов.

Веб-сервис – это технология построения распределенных систем. Она основана на открытых стандартах – XML, SOAP, WSDL и HTTP. Консорциум W3C определяет веб-сервисы, как программные системы, разработанные для обеспечения стандартных средств интероперабельного взаимодействия между различными программными приложениями. Веб-службы характеризуются функциональной совместимостью, расширяемостью и возможностью межкомпьютерного (machine-to-machine) взаимодействия через сеть [3].

Технология интеграции веб-сервисов позволяет легко объединять простые веб-сервисы, внедрять и интегрировать их в программные приложения через глобальную сеть. Возможное объединение веб-сервисов осуществляется независимо от платформы и языка разработки приложений. При использовании веб-сервисов клиент получает непосредственно данные, которые могут быть использованы в собственных приложениях. Веб-сервис идентифицируется с помощью URI (Uniform Resource Identifier) и обладает стандартным интерфейсом. В рамках веб-службы взаимодействуют три объекта: заказчик (service requestor), исполнитель (service provider) и реестр сервисов (service broker). В качестве реестра может использоваться универсальный интерфейс распознавания UDDI (Universal Discovery, Description and Integration), который служит для публикации и нахождения готовых веб-сервисов. Веб-сервисы представляют собой реализацию точно определенных интерфейсов обмена данными между различными интернет-приложениями, которые могут находиться в различных узлах сети и работать на различных аппаратных и программных платформах, разрабатываться на разных языках.

Однако, эти технологии не включают явные описания функциональности веб-сервиса. Кроме того, существующие описания представлены синтаксически и поэтому не отражают смысл информационного обмена.

Семантические веб-сервисы (Semantic Web Services (SWS)) применяют семантические веб-технологии для описания веб-сервисов и являются дальнейшим развитием веб-сервисов и языка WSDL.

Если описание ресурсов сети на базе онтологий, которое было определено в качестве ключевого технического строительного блока семантического веба, можно считать его статической частью, то SWS представляют собой динамическую часть семантического веба. Отличием семантических веб-сервисов является их обогащение семантической аннотацией, что дает возможность получать семантические веб-службы с машинно-обрабатываемой семантикой.

Под семантической аннотацией понимается снабжение веб-сервисов дополнительным описанием их свойств, которое определяется, как метаданные. Метаданные – это данные, которые содержат информацию о других данных. Консорциум W3C определяет метаданные, как машиночитаемую информацию о веб-ресурсах и других объектах [1]. Для аннотирования семантических веб-сервисов применяются структурные данные, семантика которых основана на общих соглашениях, например, стандартный словарь Dublin Core. Семантика семантических метаданных точно и формально задается с помощью онтологий и поэтому является автоматически доступной и корректно интерпретируемой для компьютеров.

Под термином «аннотация» подразумевается прикрепление данных к другим данным и установление определенной категории связи между аннотируемыми и аннотирующими данными.

Под формальной моделью аннотации А понимают кортеж (a_s, a_p, a_o, a_c), где:

a) a_s – субъект аннотации (аннотируемые данные),

b) a_o – объект аннотации (аннотирующие данные),

c) a_p – предикат (тип отношения между a_s и a_o,

d) a_c – контекст, в котором создается аннотация.

Для создания онтологий веб-служб могут использоваться следующие технологии:

• Web Services Description Language (WSDL) [4] – язык описания веб-служб, который используется для описания форматов сообщений и способов обмена простыми сообщениями (операции), предоставляемыми веб-службами;
• Web Service Modeling Ontology (WSMO) [5] – язык моделирования онтологий, который обеспечивает концептуальную основу и формальный язык для семантического описания всех соответствующих аспектов веб-служб с целью автоматизации поиска, объединения и вызова электронных услуг через глобальную сеть;
• OWL-S: Semantic Markup for Web Services [2] – язык семантической разметки веб-сервисов, который построен на базе Ontology Web Language (OWL). OWL-S является онтологией в рамках OWL основе семантического веба для описания семантических веб-сервисов. Это описание позволит пользователям и программным агентам осуществлять автоматический поиск, вызов, и мониторинг услуг, предлагаемых веб-ресурсами, с учетом определенных ограничений,
• Web Service Modeling Language (WSML) [6] – язык моделирования веб-сервисов, который обеспечивает официальные синтаксис и семантику для онтологий моделирования веб-службы WSMO.

Описание веб-сервиса с помощью языка WSDL имеет следующие три слоя:

• абстрактный интерфейс, который содержит одну или несколько операций – простейших единиц общения с веб-службами. Операции включают одно или более сообщений в зависимости от шаблонов обмена сообщениями. Формат сообщений, как правило, задается с помощью XML-объявления элементов, чаще всего в XMLSchema.
• протокол связывания, который определяет, как сообщения, содержащиеся в интерфейсе можно сериализовать на проводе для обмена в течение определенного сетевого протокола. WSDL предоставляет два предопределенных варианта привязок – SOAP и HTTP.
• точка доступа к сервису – набор адресов, вместе с соответствующими привязками, где веб-службы делают доступной единый интерфейс.

Подход WSMO, основан на концепции Web Services Modeling Framework (WSMF) – схеме моделирования веб-сервисов с семантическим описанием данных и услуг, при этом он уточняет и расширяет эту основу, и развивает формальной язык онтологии. Модель WSMF выделяет четыре основные элемента, необходимые для описания семантических веб-сервисов:

• онтологии, которые предоставляют терминологию, используемую всеми элементами;
• хранилища целей, которые определяют задачи, которые должны быть решены веб-сервисами;
• описания веб-сервисов, которые определяют различные аспекты веб-службы: предлагаемые услуги, входные / выходные данные, возможные сбои, качество и цену данных, происхождение данных, достоверность информации и т. д.
• mediators (посредники), которые решают проблему совместимости различных словарей и взаимодействия платформ.

WSML это язык, используемый для описания всех этих элементов. Он позволяет описывать бизнес-процессы, объекты, цели и посредников.

Язык OWL-S представляет собой расширение UDDI возможностью явного описания семантики веб-сервисов, как в статической их части (информационные ресурсы), так и динамической (процессы). Другими словами, OWL-S – это набор онтологий, позволяющих описывать объекты предметной области и бизнес-процессы.

Моделировать SWS и семантические бизнес-процессы можно с помощью набора программных средств WSMO Studio. WSMO Studio – это бесплатно распространяемое программное обеспечение, которое доступно как серия плагинов к среде Eclipse.

Для создания семантических аннотаций веб-сервисов на OWL-S можно использовать OWL-S Editor.

В таблице 1 представлены языки разработки семантических веб-сервисов, предложенных консорциумом W3C.

Таблица 1.

Языки разработки SWS

Семантический веб не заменяет возможности веб-сервисов, а дополняет их: в то время, как задачей большинства современных веб-сервисов является обеспечение связи между приложениями, семантический веб решает более сложную проблему – повысить релевантность поиска информации в глобальной сети. Для решения этой задачи необходимо построить сеть, состоящую не из разнородных, несовместимых между собой документов, а из семантически структурированных объектов, с описанием связей и взаимоотношений между ними.

Предполагаемое преимущество использования семантических веб-сервисов состоит в возможности их автоматического поиска (а также выбора, замены, композиции) интеллектуальными программными агентами соответствующих сервисов для решения поставленных задач.

Список литературы:

1. Metadata and Resource Description // W3C Technology & Society Domain. – 2001. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.w3.org/Metadata – 20.01.2016.
2. OWL-S: Semantic Markup for Web Services // W3C Member Submission. – 2004. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.w3.org/Submission/OWL-S – 20.01.2016.
3. Web Services Activity Statement // W3C Process Document. – 2013. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https: //www.w3.org/2002/ws/Activity – 20.01.2016.
4. Web Services Description Language (WSDL) // W3C. – 2001. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.w3.org/TR/wsdl – 20.01.2016.
5. Web Service Modeling Ontology (WSMO) // W3C Member Submission. – 2005. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.w3.org/Submission/WSMO¾ 20.01.2016.
6. Web Service Modeling Language (WSML) // W3C Member Submission. 2005. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https: //www.w3.org/Submission/WSML – 20.01.2016.