Diplomarbeit: Konzeption und Realisierung von Dienstkomposition für DIANE Service Descriptions Mirco Stern Betreuender Mitarbeiter: Michael Klein Betreuer:

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1 Diplomarbeit: Konzeption und Realisierung von Dienstkomposition für DIANE Service Descriptions Mirco Stern Betreuender Mitarbeiter: Michael Klein Betreuer: Prof. Dr. Böhm

2 02.12.2005Mirco Stern2 Hintergrund: Dienstvermittlung Übergeordnetes Problem: "Dienstvermittlung“: Zusammenbringen von Dienstnehmer & Dienstgeber Beispiel: –Dienstnehmer: „Suche irgendeine Info I- Klausur von Prof. Dr. Abeck der letzten 5 Jahre...“ –Dienstgeber: KlausurVerzeichnis.hole(Fach f, Professor p, Datum d)

3 02.12.2005Mirco Stern3 Schematischer Ablauf einer Dienstvermittlung 1.Dienstgeber beschreibt angebotenen Dienst 2.Dienstgeber veröffentlicht Dienst (Dienstverzeichnis) 3.Dienstnehmer beschreibt gesuchten Dienst 4.Dienstnehmer sucht nach passendem Angebot (Dienstverzeichnis; Vergleich: Anfrage- Angebote) 5.Dienstnehmer erfährt von passendem Dienstgeber 6.Dienstnehmer ruft passenden Dienstgeber auf Dienstverzeichnis DGDN

4 02.12.2005Mirco Stern4 Dienstvermittlung in DIANE Ziel von DIANE Service Descriptions: Vollständige Automatisierung der Dienstnutzung Finden eines Dienstgebers (Vergleich Anfrage- Angebot) Korrekter Aufruf (Belegung der Schnittstelle)  Semantische Beschreibung von Diensten: „DSD- DIANE Service Descriptions“

5 02.12.2005Mirco Stern5 Schwerpunkt der DA: „Dienstkomposition“ „Suche irgendeine Info I- Klausur von Prof. Dr. Abeck der letzten 5 Jahre...“ Dienst: KlausurVerzeichnis.hole(Fach f, Professor p, Datum d)

6 02.12.2005Mirco Stern6 Schwerpunkt der DA: „Dienstkomposition“ „Suche irgendeine Info I- Klausur von Prof. Dr. Abeck der letzten 5 Jahre und die dazugehörige Musterlösung“  Beschreibung? Möglichkeit 1- Dienst: KlausurVerzeichnis.holeKlausurMitMusterLösung(Fach f, Professor p, Datum d) Möglichkeit 2 – Dienstkomposition: KlausurVerzeichnis.hole(Fach f, Professor p, Datum d) + MusterLösungsVerzeichnis. hole(Fach f, Professor p, Datum d) Bei gleicher Belegung der Parameter!!!

7 02.12.2005Mirco Stern7 Schwerpunkt der DA: „Dienstkomposition“ „Suche irgendeine Info I- Klausur von Prof. Dr. Abeck der letzten 5 Jahre...“ Dienst: KlausurVerzeichnis.holeInfoI(Datum d)  ??? Dienstkomposition: „Wann hat Prof. Dr. Abeck Info I gelesen?“  date! + KlausurVerzeichnis.hole(date)

8 02.12.2005Mirco Stern8 Ziele der DA: „Dienstkomposition“ Allgemein (Definition): –Situation: Anfrage kann nicht durch einzelnen verfügbaren Dienst erfüllt werden  Zusammensetzen verfügbarer Dienste Problem: Definition deckt verschiedene Arten von Dienstkomposition ab Ziele der DA: –Herausarbeiten dieser verschiedenen Fälle –Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung –Realisierung des dazugehörigen Vergleichs

9 02.12.2005Mirco Stern9 Inhalt Ziele der Diplomarbeit (Thema) Hintergrund: Dimensionen von „Dienstkomposition“ Überblick über die zugrunde liegende Technologie: DIANE Service Descriptions (DSD) Konzeption: Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung Realisierung des dazugehörigen Vergleichs Zusammenfassung

10 02.12.2005Mirco Stern10 Inhalt Ziele der Diplomarbeit (Thema) Hintergrund: Dimensionen von „Dienstkomposition“ 1.Erfüllen von Vorbedingungen 2.Erbringen mehrerer Effekte 3.Umgang mit fehlendem Wissen Überblick über die zugrunde liegende Technologie: DIANE Service Descriptions (DSD) Konzeption: Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung Realisierung des dazugehörigen Vergleichs Zusammenfassung

11 02.12.2005Mirco Stern11 Dimension I: Erfüllen von Vorbedingungen Situation: Dienst existiert, der Effekt anbietet- Vorbedingungen nicht erfüllt Beispiel: –Anfrage: Übersetzung Chinesisch – Deutsch –Angebot: Englisch - Deutsch Effekt: Deutsche Version von Text t Vorbedingung: Englische Version von Text t Dienstkomposition als „Chaining“ von Diensten: Rekursives Betrachten einer Vorbedingungen eines Dienstes als Effekt eines zu Suchenden

12 02.12.2005Mirco Stern12 Dimension I: Erfüllen von Vorbedingungen Existieren einige Ansätze: [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, A classification of Issues...] Im Rahmen dieser DA nicht betrachtet!

13 02.12.2005Mirco Stern13 Dimension II: Erbringen mehrerer Effekte Merkmal: Komposition inhärent in der Anfrage enthalten Beispiel: Suche eine alte Info I- Klausur und zugehörige Lösung Andere Betrachtung: „Zerlegung“ in Komponenten, für die Dienste verfügbar sind Einige Ansätze verfügbar: [1, 9, 10, 11, 12, 13, A classification of Issues...] Probleme: – Basieren auf semantisch schwachen Dienstbeschreibungen – „Feste“ Zerlegungen (nicht an verfügbaren Diensten ausgerichtet)

14 02.12.2005Mirco Stern14 Dimension II: Erbringen mehrerer Effekte Besondere Unterklasse: Quantifizierte Anfragen Beispiel: Suche alle Klausuren zu Info I der Jahre 2000 bis 2005 Abgrenzung: Nicht: „Alle Dienste“, die Effekt erbringen Unterschied: –Semantisch: Duplikate –Prozedural: Lokalisierung vs. Komposition Fall wurde in der Literatur bisher nicht betrachtet

15 02.12.2005Mirco Stern15 Dimension III: Umgang mit fehlendem Wissen Situation: Wissen für die Auswahl eines Dienstes fehlt Beispiel: Suche Info I-Klausur von Prof. Dr. Abeck - Gefundener Dienst: Biete Info I- Klausur vom 29. Februar 2000 Unrealistische Annahme: Vergleicher hat vollständiges Wissen  Erkennen, dass Wissen fehlt & Beschaffen Einige Ansätze existieren [5, 8, 10, 11, 14] „Erkennen“ abhängig von der zugrunde liegenden Dienstbeschreibung

16 02.12.2005Mirco Stern16 Dimension von „Dienstkomposition“ Fokus dieser DA: Erbringen mehrerer Effekte (Erbringung der Effekte einer Anfrage durch eine Menge verfügbarer Dienste) Umgang mit fehlendem Wissen

17 02.12.2005Mirco Stern17 Inhalt Ziele der Diplomarbeit (Thema) Hintergrund: Dimensionen von „Dienstkomposition“ Überblick über die zugrunde liegende Technologie: DIANE Service Descriptions (DSD) Konzeption: Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung Realisierung des dazugehörigen Vergleichs Zusammenfassung

18 02.12.2005Mirco Stern18 Beispielontologie ONTOLOGY: domain.university.exam

19 02.12.2005Mirco Stern19 Instanzen Entsprechende Instanz:

20 02.12.2005Mirco Stern20 DSD-Anfrage Dienstnehmer sucht eine Funktionalität, keinen bestimmten Dienst! Menge Direkte Bedingung Attribut- Bedingung

21 02.12.2005Mirco Stern21 DSD-Angebot  Aufgaben des Vergleichers: 1) Vergleichsergebnis 2) Belegen der Variablen Variable

22 02.12.2005Mirco Stern22 Vergleich Anfrage- Angebot Ergebnis є [0, 1] Vergleich rekursiv entlang der Anfrage: „Sind die Elemente des Angebots in der Anfragemenge enthalten?“ 1)Typ 2)Direkte Bedingungen 3)Attribute

23 02.12.2005Mirco Stern23 Inhalt Ziele der Diplomarbeit (Thema) Hintergrund: Dimensionen von „Dienstkomposition“ Überblick über die zugrunde liegende Technologie: DIANE Service Descriptions (DSD) Konzeption: Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung Realisierung des dazugehörigen Vergleichs Zusammenfassung

24 02.12.2005Mirco Stern24 Verbinden mehrerer Effekte

25 02.12.2005Mirco Stern25 Verbinden mehrerer Effekte

26 02.12.2005Mirco Stern26 Verbinden mehrerer Effekte Lösung: Trennung der Forderung „gleiche Belegung“ von der Berechnung des Vergleichswerts  „Wertübergabe“-Semantik

27 02.12.2005Mirco Stern27 Verbinden mehrerer Effekte

28 02.12.2005Mirco Stern28 Verbinden mehrerer Effekte „Wertübergabe“-Semantik Hintergrund: Trennung der Forderung „gleiche Belegung“ von der Berechnung des Vergleichswerts Reihenfolge der Belegung durch den Benutzer vorgegeben (Präferenzen) Vorteile (u.a.): –Lokalität bei der Berechnung des Vergleichsergebnisses –Dienstnehmer kann Präferenzen festlegen

29 02.12.2005Mirco Stern29 Quantifizierte Anfragen Quantifizierte Anfragen sind notwendig für Wissensdienste (Schwerpunkt 2 der DA: Umgang mit fehlendem Wissen- Nutzung von Wissensdiensten)  Konzept für Quantifizierung erarbeitet (DSD Erweiterungen und Semantik).

30 02.12.2005Mirco Stern30 Inhalt Ziele der Diplomarbeit (Thema) Hintergrund: Dimensionen von „Dienstkomposition“ Überblick über die zugrunde liegende Technologie: DIANE Service Descriptions (DSD) Konzeption: Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung Realisierung des dazugehörigen Vergleichs Zusammenfassung

31 02.12.2005Mirco Stern31 Architektur des Vergleichers

32 02.12.2005Mirco Stern32 Architektur des Vergleichers Quantifizierte Anfragen können unendlich viele Effekte enthalten „Billiger“ Test Fehler sonst spät gemerkt!

33 02.12.2005Mirco Stern33 Architektur des Vergleichers Wertübergabe-Semantik (Binden von Variablen)  Reihenfolge der Effekte Meta-Information (Steuerung des Vergleichs)

34 02.12.2005Mirco Stern34 Architektur des Vergleichers Möglichst viele unpassende Angebote aussortieren. Keine Passenden verwerfen! Idee: Typ-Prüfung Dazu: Berechnung einer Überdeckung der Effekte

35 02.12.2005Mirco Stern35 Architektur des Vergleichers

36 02.12.2005Mirco Stern36 Kern- Vergleich I „Plug- In“- Idee als Grundlage der Komposition (sowohl mehrere Effekte als auch Quantoren): Ist Angebot Teil der Anfrage? Problem bei verbundenen Effekten: Verlust der Lokalität des Vergleichs! (Möglichkeit der Belegung)

37 02.12.2005Mirco Stern37 Verbinden mehrerer Effekte Anfrage:

38 02.12.2005Mirco Stern38 Kern- Vergleich I Angebot:

39 02.12.2005Mirco Stern39 Kern- Vergleich I „Plug- In“- Idee als Grundlage der Komposition (sowohl mehrere Effekte als auch Quantoren): Ist Angebot Teil der Anfrage? Problem bei verbundenen Effekten: Verlust der Lokalität des Vergleichs! (Möglichkeit der Belegung)  Wiederherstellung durch Ignorieren von Verbindungen: Zunächst Vergleich je eines Anfrage- Effekts mit einem Angebots- Effekt (keine Belegung von Variablen)  Nutzung des rekursiven Vergleichsvorgehens möglich Sehr selektiver Vergleich!

40 02.12.2005Mirco Stern40 Erweiterungen des Kern- Vergleichers (Betreffen Nutzung von Wissensdiensten für den Vergleich) 1)Generierung und Ausführung von Wissensanfragen falls Instanzen für den Vergleich „hilfreich“ sind (Dienstkomposition)- Ausgeführt durch Instanzen-Manager „Hilfreich“: Ohne weitere Informationen müsste Angebot als unpassend verworfen werden Wdh. Beispiel: Anfrage: Alte Info I-Klausuren von Prof. Dr. Abeck Angebot: Alte Info I-Klausuren; Eingabe: Datum 2)Vergleich der Anfrage nach Instanzen (Sonderfall)

41 02.12.2005Mirco Stern41 Architektur des Vergleichers

42 02.12.2005Mirco Stern42 Architektur des Vergleichers

43 02.12.2005Mirco Stern43 MultiEffekt-Manager Aufgabe: Bearbeitung der Einschränkungen, die durch gemeinsame Mengen in der Anfrage entstehen 1.Einelementige Mengen? 2.Kombination 3.Schnitt-Berechnung

44 02.12.2005Mirco Stern44 MultiEffekt-Manager 1.Einelementige Mengen? Verbindung auch im Angebot oder Entsprechende Menge einelementig Anfrage: Angebot 1: Angebot 2:

45 02.12.2005Mirco Stern45 MultiEffekt-Manager 2.Kombination Berechnung der möglichen Überdeckungen der Anfrageeffekte Anfrage:Angebote:

46 02.12.2005Mirco Stern46 MultiEffekt-Manager 3.Schnitt-Berechnung Anfrage:Angebot:

47 02.12.2005Mirco Stern47 Architektur des Vergleichers

48 02.12.2005Mirco Stern48 Architektur des Vergleichers Optimale Belegung der Variablen in Reihenfolge der Effekte Nicht implementiert: Quantifizierung/ Kombination von Diensten zur vollständigen Überdeckung der Anfrageeffekte

49 02.12.2005Mirco Stern49 Architektur des Vergleichers Berechung des Vergleichswerts unter Beachtung der gewählten Belegungen Wieder isoliert möglich

50 02.12.2005Mirco Stern50 Architektur des Vergleichers Wenn passendes Angebot gefunden: Ausgabe- Variablen binden. Im Wesentlichen wie bisher!

51 02.12.2005Mirco Stern51 Evaluation Relevanz von Dienstkomposition (Am Beispiel Wissensanfragen:) –Diplomarbeit von Thomas Fischer (35 Anfragen bei Buchhandel) –1 unpassend –3 ohne Instanzen –22 mit Instanzen auf Book –34 mit Instanzen auf CopyOfBook Vergleich mit anderen Ansätzen (Am Beispiel mehrerer Effekte:) –Grundlage: Semantische Dienstbeschreibung –Algorithmische Komposition Vorläufige Laufzeitmessung –Pentium 3, 700MHz, 512MB –1.6144 s, 0.025s

52 02.12.2005Mirco Stern52 Evaluation

53 02.12.2005Mirco Stern53 Inhalt Ziele der Diplomarbeit (Thema) Hintergrund: Dimensionen von „Dienstkomposition“ Überblick über die zugrunde liegende Technologie: DIANE Service Descriptions (DSD) Konzeption: Erweiterung der DIANE Dienstbeschreibung Realisierung des dazugehörigen Vergleichs Zusammenfassung

54 02.12.2005Mirco Stern54 Zusammenfassung Dienstkomposition- Betrachtung von –Anfragen mit mehreren Effekten –Nutzung von Wissensdiensten Erweiterung der Dienstbeschreibung –Elemente zum Verbinden von Effekten –Quantifizierung von Anfragen –Sonderfall zur Beschaffung von Instanzen Realisierung des Vergleichs mit Komposition –„Plug-In“- Semantik des Kern-Vergleichs (Grundlage der Komposition) –Wiederherstellung der Lokalität durch Isolierung der Betrachtung gemeinsamer Mengen vom Rest des Vergleichs –Beschaffung von Instanzen

55 02.12.2005Mirco Stern55 Literatur 1.Berardi, D., Calvanese, D., Giacomo, G.D., Lenzerini, M., Mecella, M.: Automatic composition of e- services that export their behavior. In: Proc. of 1st Int. Conf. on Service Oriented Computing (ICSOC- 03), Trento, Italy. (2003) 2.Zhang, R., Arpinar, I.B., Aleman-Meza, B.: Automatic composition of semantic web services. In: Proc. of the 2003 Int. Conf. on Web Services (ICWS'03), Las Vegas, NV, USA. (2003) 3.Mao, Z.M., Brewer, E.A., Katz, R.H.: Fault-tolerant, scalable, wide-area internet service composition. Technical Report UCB//CSD-01-1129, University of California, Berkeley, USA (2001) 4.Ponnekanti, S.R., Fox, A.: SWORD: A developer toolkit for web service composition. In: Proc. of the 11th Int. WWW Conf. (WWW2002), Honolulu, HI, USA. (2002) 5.Martinez, E., Lesperance, Y.: Web service composition as a planning task: Experiments using knowledge-based planning. In: Proc. of the 14th Int. Conf. on Automated Planning and Scheduling (ICAPS 2004), Whistler, BC, Canada. (2004) 6.Sirin, E., Hendler, J.A., Parsia, B.: Semi-automatic composition of web services using semantic descriptions. In: Proc. of the 1st Workshop on Web Services: Modeling, Architecture and Infrastructure (WSMAI'03), In conjunction with ICEIS'03, Angers, France. (2003) 7.Sheshagiri, M.: Automatic composition and invocation of semantic web services. Master's thesis, University of Maryland, Baltimore County, USA (2004) 8.McDermott, D.V.: Estimated-regression planning for interactions with web services. In: Proc. of the 6th Int. Conf. on Artificial Intelligence Planning Systems (AIPS'02), Toulouse, France. (2002)

56 02.12.2005Mirco Stern56 Literatur 9.Bultan, T., Fu, X., Hull, R., Su, J.: Conversation specification: a new approach to design and analysis of e-service composition. In: Proc. of the 12th Int. Conf. on World Wide Web (WWW'03), Budapest, Hungary. (2003) 10.Wu, D., Parsia, B., Sirin, E., Hendler, J.A., Nau, D.S.: Automating DAML-S web services composition using SHOP2. In: Proc.of the 2nd Int. Semantic Web Conf.(ISWC2003), Sanibel Island, FL, USA. (2003) 11.McIlraith, S.A., Son, T.C.: Adapting golog for composition of semantic web services. In: Proc. of the 8th Int. Conf. on Principles and Knowledge Representation and Reasoning (KR-02), Toulouse, France. (2002) 12.Thakkar, S., Knoblock, C.A., Ambite, J.L.: A view integration approach to dynamic composition of web services. In: Proc. of the 13th Int. Conf. on Automated Planning and Scheduling (ICAPS'03), Trento, Italy. (2003) 13.Medjahed, B., Bouguettaya, A., Elmagarmid, A.K.: Composing web services on the semantic web. The VLDB Journal The International Journal on Very Large Data Bases 12 (2003) 333-351 14.Kuter, U., Sirin, E., Nau, D.S., Parsia, B., Hendler, J.A.: Information gathering during planning for web service composition. In: Proc. of the 3rd Int. Semantic Web Conf. (ISWC2004), Hiroshima, Japan. (2004)