WEB SERVICE MODELING ONTOLOGY

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Leila Weitzel - lmartins@ufpa.br

Jaline CalixtoJoaquim - jalinecalixto@yahoo.com.br AnaPaula Rosal Pimentel - ropimentell@hotmail.com Federal University of Pará

PoBox: 101 - Zip Code: 68507-970 - Brazil

Abstract. Information retrieval by users with mobile devices such as cell phones, PDA (Personal Digital Assistant), MP3 music players, etc., has become a common everyday activity. Navigational systems in vehicles are now a standard accessory like music system. These gadgets are quite useful and user-friendly because they can retrieve desired information from databases from anywhere through wireless channels. The concept of a fully connected information space that people envision today it’s real. Each object of this real world with some functionality is connected to other object through wireless link. For example, a bank or a person is connected to conference, bus, submarine, shark, and so on, with bidirectional wireless link. Thus at any moment a person or a bank or a scuba diver can have complete information about all other objects. Such wireless link has become essential for this highly mobile and dynamic society. The fully connected information space, in addition to wireless communication, needs transactional services. Today each individual likes to have facility to manage information. In this sense, the goal of this paper is to provide an insight into an understanding of the problems faced by Web services, as well as the promises and solutions of the Semantic Web. We focus particularly on the Web Service Modeling Ontology. Keywords: mobile object; web-service; ubiquitous computing; ontology.

1. INTRODUÇÃO

Com a popularização das tecnologias móveis (PDAs - Personal Digital Assistants, Notebooks e Celulares) abriu-se uma vasta gama de novas aplicações. Aplicações, tais como, controle de tráfego, sistemas de transporte inteligente, gerenciamento de frota, monitoramento ambiental, são cada vez mais dependentes de sistemas de armazenamento e recuperação de dados em objeto móveis. (Wolfson et al, 2000; Bang, 2001).

O paradigma de computação móvel tem afetado conceitos, modelos e premissas tradicionais em várias áreas da ciência da computação. Na área de redes, é preciso que os dispositivos estejam conectados à rede independente de sua localização, o que é conhecido como computação ubíqua. Na área de engenharia, o novo paradigma introduziu a noção de código móvel, que significa a capacidade do código de migrar entre unidades da rede. Em relação à base de dados não é diferente. A computação móvel introduziu o conceito e a necessidade de os clientes móveis acessarem seus bancos de dados de qualquer lugar.

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Neste contexto, o objetivo deste artigo é fornecer uma breve discussão dos problemas enfrentados nos Web Services, bem como apresentar um framework abordando a integração semântica de dados, esperando-se assim contribuir com a melhoria da interoperabilidade entre sistemas, usuários e agentes de software.

2. CARACTERÍSTICAS DA COMPUTAÇÃO UBÍQUA

A computação móvel se resume a diversos componentes, possivelmente heterogêneos, ligados a uma rede sem fio. Essa, por sua vez, está conectada a uma rede fixa, através de estações de base, componentes da rede fixa que possuem antenas de comunicação com a rede sem fio. Todas as unidades conectadas à rede fixa são unidades fixas (Figura 1).

Rede fixa Estação base Host fixo Host fixo Host fixo Host

fixo Estação_base

Célula

Célula Objeto

Móvel

Figura 1: Arquitetura de uma rede de computação móvel

As estações-base também conhecidas como Móbile Support Station (estações de suporte móveis) realizam a comunicação entre a rede fixa e computadores móveis. São identificadas como servidores e estão localizadas próximas ou em uma torre de antena, que transmite ou recebe sinais eletromagnéticos dos dispositivos em uma área específica. Para gerenciar a mobilidade das unidades móveis o domínio geográfico é dividido em pequenos subdomínios, denominados células cobertos por interface sem fio. Cada célula é gerenciada por uma estação base, com transmissores e receptores para responder ao processamento de informações necessárias dos clientes localizados na célula. Caso os computadores móveis estejam próximos, a comunicação poderá ser realizada sem a intervenção de uma estação de suporte móvel. As células podem variar de tamanho, cobrindo desde um prédio até grandes áreas geográficas. Hosts fixos se mantêm conectados através de uma rede fixa. Um host fixo é um computador fixo na rede fixa que não é capaz de se conectar com uma unidade móvel. Uma estação de base é capaz de se conectar com uma unidade móvel e possui um dispositivo de comunicação sem fio (Figura 1).

Uma unidade móvel pode ser chamada de objeto móvel. Um objeto móvel é qualquer objeto, pontual ou com extensão, que muda o valor do seu atributo espacial com o passar do tempo (Edelweiss, 1994). Isto é, são dispositivos que se movem de maneira contínua, alterando sua posição no espaço com o decorrer do tempo (Pfoser, 2000). Com os avanços da tecnologia móvel, a maioria destes dispositivos são capazes de armazenar uma grande variedade de dados. A funcionalidade básica de um objeto móvel é requisitar e recuperar dados, produzir e compartilhar dados, criar e publicar serviços e se comunicar. A natureza distribuída do sistema exige um serviço distribuído eficiente de modo auxiliem seus usuários a localizar serviços.

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As ferramentas de requisição/recuperação da informação tradicionais utilizam técnicas de indexação (booleano, vetorial e probabilístico) e apresentam estratégias de busca de documentos relevantes para uma consulta (query). Entretanto, quando se trabalha com diferentes aplicações em diferentes domínios, a integração de dados torna-se primordial.

A capacidade de integrar múltiplos domínios com diferentes significados para os diferentes usuários (e sistemas) que irão utilizá-los é chamada de interoperabilidade Kashyap (1996), Harvey (1999) apud Fonseca (2001). Segundo Frozza (2005), para alcançar a interoperabilidade entre sistemas heterogêneos, envolvidos na execução de um determinado domínio de aplicações, é fundamental que estes possam compartilhar informações de maneira automática, com um entendimento comum e não ambíguo dos termos e conceitos usados nessas aplicações. Neste sentido, as ontologias constituem-se em artefatos importantes na viabilização do tratamento dessa heterogeneidade.

De acordo com Fonseca (2001) as ontologias podem atuar sobre fontes de dados proporcionando organização e recuperação mais efetiva. Possibilitam uma compreensão comum e compartilhada de um domínio. Desempenham um papel importante no intercâmbio de informações, ao proporcionar estrutura semântica às fontes de dados. Conceito é uma noção semântica e escreve uma propriedade específica por meio de palavras chave.

3. INTEGRAÇÃO SEMANTICA DE DADOS APLICADA AO SETOR DE TURISMO Em uma rede de computação ubíqua, uma solicitação de serviço é feita através de um palm, um celular ou outro dispositivo móvel qualquer. Um exemplo de solicitação poderia ser: um turista que gostaria de saber onde e quando será realizada a Festa do Círio, ou então onde ocorreu o Massacre do Eldorado dos Carajás e como fazer para chegar lá. Em Weitzel et al (2008) foi feito o levantamento dos conceitos-chave, as relações, e propriedades para este domínio.

Na Figura 2 tem a hierarquia dos conceitos chave. A raiz da hierarquia ontológica é a superclasse THING ou SIGMA-TUR, todas as outras classes são derivadas desta. No nível seguinte tem-se 3 classes abstratas: objeto espacial, objeto-temporal e objeto espaço-temporal e uma classe concreta (AcomodacaoStatus que determina o tipo de acomodação). O restante das classes concretas deriva das classes abstratas, caso exibam características temporais e/ou espaciais. As classes, tempo, posição e posição espaço-temporal são utilizadas para posicionar um objeto em determinado conceito. Isto é, objetos espaciais referem-se a objetos que possuem uma localização e por isso têm as coordenadas x e y (usados em vez das coordenadas reais), objetos temporais apresentam componentes temporais e objetos espaço-temporais apresentam ambos.

Na Figura 3 tem-se um trecho da representação das ontologias geográficas especificadas. Verifica-se que a Festa do Círio e a Feira Agropecuária Expoama pertencem à classe de objetos espaço-temporais. A primeira tem como característica apresentar uma data de realização fixa, entretanto local de início e de término variam de ano para ano. A segunda não possui uma data fixa de realização, é dependente do calendário oficial. Desta forma, as classes Evento Cultural e Eventos são compostas pelos atributos (x , y , t ) onde: x e y são componentes espaciais e t componente temporal. Da mesma forma, a classe Atividades Turísticas (Figura 3) têm componentes espaciais e temporais, por exemplo, a atividade de pesca, tem um local e uma época para suceder. A classe Atributos Naturais (Praias, Reservas, Florestas, etc) cuja instância Praia está apresentada na Figura 3, é um objeto espacial especificado por suas coordenadas geográficas.

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Assim, foram identificadas as classes:

1) Objetos Espaciais: fazem referência à posição espacial

• Atributos Culturais: ocorrências culturais, como por exemplo, os museus, praças, parques, mercados municipais, etc.

• Atributos Naturais: ambientes naturais, tais como praias, rios, florestas, etc.

• Produtos de Turismo: são subdivididos em duas classes, produtos de artesanato e produtos gastronômicos.

• Serviços de Turismo: referem-se ao conjunto de serviços que facilitem a satisfação das necessidades do visitante, divide-se em: acomodação ou hospedagem (hotel, pousada, etc.), alimentação ou gastronomia (restaurantes e lanchonetes) e intermediação de serviços de turismo (locação de veículos, casas de câmbio, estações rodoviárias, aeroportos, etc.).

• Serviços de apoio: que apoio o visitante na sua estádia, como por exemplo, delegacias, hospitais, serviços de correio, comunicação, etc.

• Posição: armazena a posição espacial de um objeto. 2) Objeto Temporal: referencia a posição temporal • Tempo: armazena a posição temporal do objeto.

3) Objeto Espaço-temporal: referencia a posição espaço-temporal

• Atividades turísticas: atividades que podem ser realizada, exemplo: pescarias, excursões, etc.

• Eventos: podem ser Feiras Agropecuárias, Show de Música, etc.

• Eventos Culturais: por exemplo, a festa religiosa da Procissão do Círio de Nazaré.

Owl: Sigma-tur ObjetoEspacial ObjetoTemporal ObjetoEspacoTemporal AcomodacaoStatus EventoCultural Evento PosicaoEspacoTemporal Tempo Posicao É_um É_um É_um É_um É_um É_um TemPosicaoEspacial TemPosicaoTemporal TemPosicaoEspacoTemporal É_um É_um (X,Y, t ) Expoama:Feira de Agro-negócio FeiraExposicoes É_um InstânciaDe InstânciaDe T e m P o s ic a o E sp ac o T em p o ra l FestaCírio InstânciaDe T e m P o s ic a o E sp ac o T em p o ra l

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OWL: SIGMA-TUR ObjetoEspacial ObjetoTemporal ObjetoEspacoTemporal PosicaoEspacoTemporal Tempo Posicao É_um É_um É_um É_um É_um TemPosicaoEspacial TemPosicaoTemporal TemPosicaoEspacoTemporal (X,Y) Praia Tucunaré InstânciaDe InstânciaDe TemPosicaoEspacial AtividadesTurísticas Pescaria É_um T e m P o si c ao E sp a co T em p o ra l In st ân ci aD e (X,Y, t ) T em P o si c ao E sp ac o T em p o ra l In st ân ci aD e AtributosNaturais É_um

Figura 3: Ontologia geográfica parcial

Além das classes descritas na Figura 2, foram especificadas as classes que referenciam a geometria dos objetos (polígono, linha e ponto), a divisão municipal em Distritos (Pioneiro, Cidade Nova, Industrial, de Expansão e Nova Marabá), e os componentes dos distritos em Quadras, Lotes, Unidades e Ruas (e trechos de ruas), Figura 4.

Owl: Sigma-tur ObjetoEspacial ObjetoTemporal Distrito PosicaoEspacoTemporal Tempo Posicao É_um É_um É_um É_um É_um TemPosicaoEspacial TemPosicaoTemporal FazParteDe Unidade Quadra Lote Rua/TrechoRua TemPosicaoEspacial FazParteDe FazParteDe FazParteDe Geometria TemGeometria Pioneiro InstânciaDe

Figura 4: Ontologia geográfica parcial - geometria e outras classes

A OWL - Ontologies Web Language é a linguagem de Ontologias para Web que inclui as decrições das classes, propriedades e suas instâncias. Abaixo na Figura 5 tem-se trechos da ontologia com as descrições das classes, propriedades dos objetos, dados da

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propriedade e alguns objetos que foram instanciados, por simplificação foram omitidos trechos da codificação.

....Ontology(<http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl>

Comment("Ontologia espaco-temporal do setor de turismo do Municipio de Maraba") // Class: http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing // Class: http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl#AcomodacaoStatus EquivalentClasses(AcomodacaoStatusObjectOneOf(TresEstrelas,DuasEstrelas,UmaEstrels)) // Class: http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl#IntermediacaoServicoTurismo Declaration(OWLClass(IntermediacaoServicoTurismo)) SubClassOf(IntermediacaoServicoTurismo ObjetoEspacial) // Class: http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl#Rua Declaration(OWLClass(Rua)) SubClassOf(Rua ObjetoEspacial) // Class: http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl#Unidade )...

// Object property:

http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl#TemPosicaoEspacoTemporal Declaration(ObjectProperty(TemPosicaoEspacoTemporal))

ObjectPropertyDomain(TemPosicaoEspacoTemporal ObjetoEspacoTemporal) // Object property: http://www.owl-ontologies.com/SIGMATUR.owl#TemStatus ObjectPropertyDomain(TemStatus Acomodacao)

ObjectPropertyRange(TemStatus AcomodacaoStatus) ……

Figura 5: Ontologia geográfica em OWL (trechos)

Foi utilizado a linguagem RDF (resource description format) e esquemas em RDF como meios de atribuir semântica aos elementos estruturais. A RDF é codificada como um conjunto de tripla: (assunto, verbo e objeto). Em RDF, um documento declara que uma entidade em particular tem propriedades (é_um, tem_relacao_com) com outra entidade. Estas triplas podem ser escritas em tags de XML (Dornfest et al (2001). Na figura 6 ilustra-se apenas um exemplo dos construtores taxonômicos das classes RDF que foram gerados.

<owl:ObjectProperty rdf:about="#TemAcomodacao"> <rdfs:range rdf:resource="#Acomodacao"/> <rdfs:domain rdf:resource="#Distrito"/> </owl:ObjectProperty>  <owl:ObjectProperty rdf:about="#TemAtividade"> <rdfs:range rdf:resource="#AtividadeTuristica"/> <rdfs:domain rdf:resource="#Distrito"/> </owl:ObjectProperty>

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<owl:ObjectProperty rdf:about="#TemPosicaoEspacial"> <rdfs:domain rdf:resource="#ObjetoEspacial"/> </owl:ObjectProperty>

Figura 6: Contrutores em RDF (trechos)

4. DISCUSSÃO

Ontologia é uma estrutura de representação de conhecimento adequada para a especificação de abstrações de software de alto nível, como modelos de domínio e modelos de usuários. Isso se deve ao fato das ontologias apresentarem características como: notação formal, que providencia uma terminologia clara e não ambígua; flexibilidade, que permite posteriores extensões; e a adaptabilidade em diferentes níveis de generalidade/especificidade, facilitando a reutilização (Guarino, 1998). Têm se constituído em uma ferramenta de aderência entre a representação sintática da informação e sua conceitualização. O framework apresentado funciona como uma “ponte”, ou seja, faz a integração entre os conceitos e sistemas para troca de informações.

Além disso, destaca-se que a dimensão tempo e a dimensão espaço, está presente na maioria das aplicações de computação ubíqua. A representação do fator tempo em sistemas computacionais não é algo trivial. Diferentemente da dimensão espacial que se configura numa dimensão concreta, a dimensão tempo é muito mais percebida que sentida.

5. REFERENCES

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Edelweiss, Nina; Oliveira, José Palazzo M. (1994). Modelagem De Aspectos Temporais De Sistemas De Informação. Recife, 1994. Livro Texto Da Escola De Computação, 9. Universidade Federal De Pernambuco

Fonseca, F., Egenhofer, M.. (2001). “Sistemas De Informação Geográficos Baseados Em

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<Http://Www.Ip.Pbh.Gov.Br/Ano1_N2_Pdf/Ip0102fonseca.Pdf>. Acessado Em 30 Mai. 2008.

Frozza, A., Mello, R. (2005). “Um Método Para Determinar Equivalência Semântica Entre Esquemas Gml”. Vii Simpósio Brasileiro De Geoinformática – Campos Do Jordão, Sp,

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Kashyap, V.; Sheth, A. (1996). Semantic Heterogeneity In Global Information System: The Role Of Metadata, Context And Ontologies. In: M. P. Papazoglou And G. Schlageter (Ed.), Cooperative Information Systems: Current Trends And Directions. Academic Press, London. Geographic Information Systems, P. 85-98, Kluwer Academic Publishers, Norwell, Ma.

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