TU Darmstadt / ULB / tuprints

Web Service Discovery Based on Semantic Information - Query Formulation and Adaptive Matchmaking

Schulte, Stefan :
Web Service Discovery Based on Semantic Information - Query Formulation and Adaptive Matchmaking.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2010)

[img]
Preview
PDF
FB18-Stefan_Schulte-DrArbeit_Published.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (1988Kb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Web Service Discovery Based on Semantic Information - Query Formulation and Adaptive Matchmaking
Language: English
Abstract:

Service-oriented Computing introduces a range of possible applications spanning from the combination of Web services in software mashups to the design and implementation of entire IT system landscapes following the paradigm of Service-oriented Architectures. The discovery of services which provide a desired capability is one of the basic operations in Service-oriented Computing and is deemed to be one of the grand challenges in Web service research. This applies in particular to scenarios with a large number of service offers, where it is desirable to automate the discovery process to some degree. Service discovery is based on the description of service components, e.g., interfaces or operations. As the syntactic description of a Web service is often imprecise, semantic Web services are considered to play a decisive role in the facilitation of service discovery. In this context, the application and utilization of semantic information in service discovery concerns the ability of service providers to describe services, the ability of requesters to specify requirements, and the effectiveness of the service matchmaker, i.e., an algorithm that takes into account a request and finds the best fitting services from a set of service offers. Matchmaking research focuses on the selection of the necessary elements from a service description, similarity metrics, and the combination of the resulting similarity values. This thesis provides several contributions to the improvement and ease of service discovery based on semantic information. The main contributions are made in the fields of service matchmaking and query formulation. Regarding the first-mentioned contribution, two approaches to matchmaking for semantic Web services are presented. The first of which, LOG4SWS.KOM, is based on "classical" subsumption matching and introduces an innovative way to weight and combine different matching degrees. LOG4SWS.KOM is self-adaptive to different basic assumptions regarding the semantic concepts applied in a service description. This includes different presumptions regarding what a semantic annotation on a distinct service abstraction level actually denotes as well as the meaning of different subsumption relationships between semantic concepts. LOG4SWS.KOM is applied to different abstraction levels of a service description, which may not necessarily be completely described using semantic information. Hence, the matchmaker includes a linguistic-based fallback strategy, triggering the need to incorporate syntactic information. The second matchmaker, COV4SWS.KOM, deviates from logic-based similarity measurement and applies methods from the field of relatedness measurement of semantic concepts in ontologies. This way, COV4SWS.KOM allows more fine-grained relationships than conventional subsumption matching-based approaches. Additionally, COV4SWS.KOM introduces the adaptation to varying quality and usefulness of syntactic descriptions and semantic annotations at different abstraction levels of a service description. Both matchmakers are implemented for SAWSDL and provide, to the best of our knowledge, the best matchmaking results for this Web service standard regarding Information Retrieval metrics, so far. Regarding the second focus of this thesis - query formulation for semantic Web service discovery - an extensive analysis of requirements towards a unified service query formalism has been conducted. Based on this analysis, two different approaches to query formulation for semantic Web services have been designed, developed, and implemented. The first is a lightweight approach making use of already existing standards and technologies: Here, a slightly extended SPARQL syntax for SAWSDL-based service descriptions is integrated into UDDI. However, the usage of existing standards imposes some constraints, as especially SPARQL has not been explicitly designed for query formulation for semantic Web services. Hence, a second, more advanced approach, has been implemented, where a distinct, SPARQL-based query language is conceptualized and integrated in a service registry. This language - SWS2QL - allows a service requester to address different service abstraction levels, incorporate and parameterize matchmakers, define thresholds, etc., leading to a sophisticated, fine-grained definition of service requests. Even though the corresponding proof of concept implementation makes use of ebXML as service registry standard and SAWSDL as service formalism, results can be easily transferred to other registry and service technologies, as the approach is based on abstract service data and query models. This way, a unified service query formalism is provided. Apart from the main contributions, this thesis also provides a general framework based on ebXML, which features the integration of semantic Web service descriptions and different service matchmakers into this registry standard.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Mögliche Anwendungen Serviceorientierter Konzepte reichen von der Verknüpfung von Webapplikationen in Mashups bis hin zur Gestaltung komplexer IT-Anwendungslandschaften in Form von Serviceorientierten Architekturen. Dabei kommt dem Auffinden von Diensten eine hohe Bedeutung zu. Insbesondere in Szenarien, in denen eine Vielzahl von Diensten zur Verfügung steht, ist zumindest ein gewisser Grad an Automatisierung des Suchprozesses wünschenswert und letztendlich notwendig, um darauf aufbauende Funktionalitäten wie beispielsweise die Ad-hoc-Einbindung von Diensten zu ermöglichen. Das Auffinden von Diensten basiert auf der Beschreibung einzelner Dienstelemente wie Schnittstellen oder Operationen. Gerade bei der automatischen Einbindung von Diensten werden genaue und maschinenverarbeitbare Angaben benötigt, welche über eine syntaktische Darstellung hinausgehen. Aus diesem Grund werden semantische Informationen genutzt, um Dienste präzise zu spezifizieren. Diese Informationen können dann in der Dienstsuche verwendet werden, um Anforderungen an einen Dienst möglichst genau zu beschreiben. Ein Matchmaker, d. h. ein Algorithmus, der in der Lage ist, basierend auf einer Anfrage die am besten passenden Dienste aus einer Angebotsmenge zu bestimmen, muss dementsprechend in der Lage sein, semantische Informationen verarbeiten und nutzen zu können. Die vorliegende Arbeit liefert verschiedene Beiträge zur Vereinfachung und Verbesserung der Suche nach funktional passenden Diensten durch die Entwicklung und Umsetzung innovativer Matchmaker und Anfragesprachenkonzepte. Der erste in dieser Arbeit vorgestellte Matchmaker - LOG4SWS.KOM - basiert auf der Deduktion von Inferenzrelationen zwischen semantischen Konzepten. Dieser Ansatz wird um ein innovatives Verfahren zur Gewichtung und Kombination einzelner Ähnlichkeitswerte erweitert. LOG4SWS.KOM ermöglicht die Adaption an verschiedene Grundannahmen bezüglich der verwendeten semantischen Konzepte und passt sich entsprechend an verschiedene Dienstdomänen an. Weiterhin werden in LOG4SWS.KOM unterschiedliche Abstraktionsebenen von Diensten berücksichtigt, welche nicht zwangsläufig vollständig semantisch beschrieben sind. Aus diesem Grund verfügt der Matchmaker über eine alternative Methodik zur Bestimmung von Ähnlichkeiten zwischen einzelnen Dienstelementen, welche syntaxbasiert ist. Der zweite Matchmaker - COV4SWS.KOM - weicht von der üblicherweise verwendeten Logik-basierten Bestimmung von Ähnlichkeitsmaßen ab. Stattdessen werden Vergleichsmaße für Ontologien verwendet, welche die Ähnlichkeit zwischen semantischen Konzepten in einer feineren Granularität als logische Verfahren bestimmen. Zusätzlich ermöglicht COV4SWS.KOM die Adaption an die unterschiedliche Güte und Nutzbarkeit von Beschreibungen auf verschiedenen Dienstebenen. Beide Matchmaker wurden für SAWSDL umgesetzt und liefern die bisher besten Suchergebnisse für diesen Beschreibungsstandard bezüglich bekannter Gütemaße aus dem Bereich des Information Retrieval. Hinsichtlich des zweiten inhaltlichen Schwerpunkts dieser Arbeit - der Formulierung von Anfragen für semantisch beschriebene Dienste - wurden zunächst auf konzeptioneller Ebene Anforderungen an einen Suchformalismus für Dienste erarbeitet. Diese umfassen die Kombination von syntaktischen und semantischen Informationen, die Definition von Wertebereichen (Zielmengen) sowie die Anpassung des Matchmakings durch den Nutzer. Als Machbarkeitsnachweis wird das Anfragekonzept in einer leichtgewichtigen Lösung für UDDI und in einer umfangreicheren Lösung für ebXML umgesetzt. Im ersten Fall kommen bereits existierende Standards wie SAWSDL, ein offizielles Mapping von SAWSDL nach RDF und eine leicht erweiterte Version von SPARQL als Anfragesprache zum Einsatz. Es zeigt sich, dass die Wiederverwendung von Standards einige Einschränkungen mit sich bringt, da insbesondere SPARQL nicht als Anfragesprache für semantisch beschriebene Dienste konzipiert wurde. Daher wird in der zweiten Lösung zunächst von existierenden Technologien abstrahiert und SPARQL wird als Grundlage für eine neue, auf Dienste abzielende Anfragesprache - SWS2QL - verwendet. SWS2QL ermöglicht dem Anwender die explizite Adressierung unterschiedlicher Serviceabstraktionsebenen, die Definition von Wertebereichen bzw. Mindestähnlichkeiten und die Parametrisierung von Matchmakern innerhalb einer Anfrage. Auf diese Weise kann ein Nutzer seine Anforderungen an einen Dienst sehr genau und feingranular definieren. Obwohl sich die entsprechende Beispielimplementierung auf SAWSDL und ebXML bezieht, kann der Ansatz sowie die Anfragesprache aufgrund der verwendeten abstrakten Service- und Anfragemodelle auf andere Standards übertragen werden. Als zusätzlicher Beitrag wird in dieser Arbeit ein Framework zur Integration von semantisch beschriebenen Diensten sowie unterschiedlichen Matchmakern in ebXML präsentiert.German
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Multimedia Kommunikation
Date Deposited: 01 Oct 2010 10:35
Last Modified: 07 Dec 2012 11:58
Related URLs:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-22936
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Schlaak, Prof. Dr.- Helmut F. and Steinmetz, Prof. Dr.- Ralf and Sure, Prof. Dr. York
Refereed: 11 June 2010
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2293
Export:

Actions (login required)

View Item View Item