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D1 - 16/01/2009France Télécom R&D Diffusion of this document is subject to the autorisation of France Télécom R&DD1 - 16/01/2009

Cours Web Services sémantiques © Alain Léger FT R&D, ENS M SE St Etienne, 5-14 January 2009

Adding Semantic to Web Data and ServicesPart 8 – Semantic WS Composition : An introduction

Doctoral School, St Etienne January 2009

Alain Léger FT R&D Orange Labs ResearchDR Knowledge Processing (KRR)Manager Industry Area IST NoEs OntoWeb et Knowledgeweb (2000 -2007)Associated DR CNRS Lyon I - LIRIS



Plan Cours 1 (5 janv 09 13:30 – 17:15 / 6 janv 09 8:00 – 11:45)

• Why adding semantics to the Web ? (1h30)

CIntroduction

CTake Away and References

• Foundations of Semantic Web (2h15)

CIntroduction to Description Logics

CStandards Inferences and Tableau

• From XML, RDF to OWL (2h45)

CXML, RDF, RDF-S

COWL

• Applications and Roadmap (1h)

CApplication Scenarios

CVisions prospectives et verrous technologiques



Plan Cours 2 (12 janv 09 13:30 – 17:15 / 13 janv 09 8:15 – 12:00 / 14 janv 09 8:15 – 12:00 )

• From Rules to Queries (1h15)

CRules Languages

CSparQL

• Process Distribution (1h00)

CFrom structural to services computing

• Semantic WS discovery (3h45)

CNon standard inferences

CResources discovery

CIllustration : PICSEL

• Semantic WS composition (1h30) ** Introduction pour cours 3 **

COverview of the approaches : Fonctional and Behavioral

CIllustrations : DERI, FT R&D at ECOWS'06

• Technologies, Plateforms, Applications (2h00)

COverview Standards and Platforms WSML-MX, OWL-S MX, WSMX et al.

CApplications Sem Web : AceMedia, Mkbeem, Business cases (book)



Plan Cours 3 (19 janv 09 / 20 janv 09 / 21 janv 09 )

• SWS Standards TD (4h)

CSAWSDL, OWLS, WSMO

• Functional based Semantic Web Service CompositionCDefinitionsCApproaches (Our two approaches vs. State of the Art)COptimizationCIndustrial Scenarios

• WSMO service Parsing and Reasoning TP(4H)

• Techniques de base de la construction d'application par composition de services type mashup via mashup tools TP(4H)

CPiggy bank CTabulator CYahoo Pipes CMicrosoft PopflyCQEDWikiCGoogle Mashup via IGoogle

CNetvibes



Inte

grat

ion

Busi

ness

Pro

cess

Services Web Semantique : L' Intégration par composition automatique ?

•Chaque tâche a un

but

•Le service le plus

approprié pour

atteindre un but est

localisé soit à

design-time ou à

run-time.

•Hétérogénéité

des données et

protocoles est

traités par des

médiateurs

Serv

ices

Buyer

Sales Department Factory

(supplier) Risk & Financials

3rd Party Shipment

Mediator Mediator

LegacyMediator

Mediator Comm.Mediator

Mediator MediatorMediator

MediatorMediatorLegacyMediator

Mediator

LegacyMediator

Mediator

MediatorMediator Comm.MediatorComm.

MediatorMediatorMediator

SSemanticallyemantically EEmpoweredmpowered SServiceervice OrientedOriented AArchitecturerchitecture

(c) CEFRIEL – Politecnico di Milano



•ModélisationCQuelles propriétés doivent être décrites ?

CComment les décrire ?

•DécouverteCProblème de correspondances sémantiques

CAlgorithmes efficaces, passage à échelle, etc

• CompositionCSpéciation : service cible, contraintes non fonctionnelles …

CAlgorithmes de composition (synthèse, analyse)

• Invocation, Sécurité, etc.

SWS Domaines de recherche

Notre focus



•Composition de services : création d’un nouveau service à partir de services existants

•Composition automatique Synthèse du service composite sans intervention humaine

• Simplifier le développement d’applicationsCRéutilisation des composants existantsCPossibilité de personnalisation

• FlexibilitéCComposition “on-the-fly”

• Amélioration de la composition manuelle : CDes modèles plus riches pour décrire et découvrir les servicesCOutils pour déboguer les descriptions BPEL

Besoin d’une architecture plus riche

Composition de SW



HTTP, SMTP,…

SOAP

WSDL

WSCL

Réseau

Echange de messages

Description individuelle d’un service

OWL-S : Profile, Model & Grounding

BPELComposition

WS-Transactions

WS-Security

Architecture étendue des SW



• Un pas vers la composition automatique : une description du comportement d’un service

• Une spécification WSCL un graphe étiquetéCTransitions : séquences d’interactionCEtiquettes : conditions (messages) sur les transitions

WSCL : Conversation



<ConversationTransitions><Transition><SourceInteraction href="Start"/><DestinationInteraction href="Login"/>

</Transition><Transition><SourceInteraction href="Start"/><DestinationInteraction href="Registration"/>

</Transition><Transition><SourceInteraction href="Login"/><DestinationInteraction href="Registration"/><SourceInteractionCondition href="InvalidLoginRS"/>

</Transition></ConversationTransitions></Conversation>

WSCL (2)



•Ajout de la sémantique aux services

•Automatisation : découverte, sélection, composition,

invocation …

OWLS



• Modèle de composantesCWSDL, WSCL, OWL-S, etc.

• Modèles d’orchestrationCComment coordonner et invoquer les services correctement.

• Modèle de données et d’accès aux donnéesCDonnées spécifiques aux applications et données de gestion de flow.CTableau noir (blackboard) ou données de flow explicites

• Modèle de sélection de servicesCBinding statique, binding dynamique par lookup, etc.

• TransactionsCDéfinir des régions atomiques au sein d’un schéma d’orchestration

• Gestion des exceptions

Dimensions de la Composition de SW



•Synthèse de composition

CUne spécification de comment coordonner les actions des

services pour satisfaire les requêtes d’un client.

Actuellement, deux grands axes :

• Comportement de services (protocole)

• Signature (E/S)

•Orchestration

CComment effectivement exécuter la spécification produite

par la synthèse

Phase de la Composition de SW



Composition automatique

• Pourquoi ?CComposition flexible sur une offre large de servicesCE.g., utiliser le service plus approprié à l'instant désiréCE.g., réaliser la tâche même si le service préféré est défaillant

• Un champ de recherche naissant : 3 approches majeuresCRoman model [Berardi et al., 2003]

• Automates à états finis, CMealy model [Bultan et al., 2003]

• Files de Conversation COrienté-planification [Pistore et al., 2005] [McIlraith et al., 2002]

• AI Planning

De nombreuses approches émergent

mais personne ne semble avoir une vision exhaustive

Colombo [Berardi et al., 2005]

•Protocol synthesis



Situation

Composition SWS par Planification

Dynamique(Planification à l’Exécution)

Statique(Planification à la conception)

Réactif(à toute perturbation)

Avancé(collecte d’info,

Replanification)

Restreint(collecte d’info)

Non classique(Contextuel)

Classique(déterministe, état initial complet)



Composition Fonctionelle (FLC) et Comportementale (PLC)

Web ServiceImplementation

(non public)

Choreography --- Service Interfaces ---

Capability

functional description

WS

WS

client-service interaction interface for consuming WS - External Visible

Behavior

realization of functionality by aggregating other Web Services - functional

decomposition - WS composition

Non-functional Properties

QoS + Version + financial

WS

Orchestration PLC

FLC



internal business logic of Web Service

(not of interest in Service Interface Description)

internal business logic of Web Service

(not of interest in Service Interface Description)

Choreography W

W M

ediator- only those aspects of WS

realization wherefore other WS are aggregated

- aggregated WS used via their behavior interface

Control structure for aggregation of other Web Services

WS

Web Service B

usiness Logic

1

2

3

4

WS

State in Orchestration

Control Flow

Data Flow

Web Service Usage

Mediator in Choreography



•Un protocole : ensemble de conversations supportées

par le service

• Formalisé par le biais des automates d’états finis

• Exemple :

Modèle pour la composition comportementale



•Service cible : description de la requête du client

•Composeur : un protocole abstrait qui simule le service cible et délègue ses actions aux services disponibles

Modèle (2)



Requête Cliente

a

b

ba

S1.a

S2.b

S1 S2

Exemple 1



Requête Cliente

a ba

Services disponibles

S1.a

S2.b

S1 S2

bb

S2.b

Exemple 2



search

initsearchlistencartbuy buy

init search cart

searchMusic store (front-end)

listen

cart

search search

DesiredService

“UDDI++”: Available services

init search

search

Web store

cartlisten

Juke

buy

Bank

Roman Model: Automata-based representation of human-machine web service [Berardi, Calvanese, De Giacomo, Lenzerini, Marcella ICSOC ’03]



•Un composeur est une composition ssi:CIl supporte toutes les conversations supportées par le service

cible

CIl est déterministe en terme d’actions

CIl délègue toutes ses actions d’une manière correcte (respecte l’ordre des opérations effectuées par chaque service)

• Instance d’un service : occurrence en cours d’exécution.

• L’exécution d’un service composite peut impliquer plusieurs instances d’un même service.

Composition et instance de service



Requête Cliente

a

b

ba


S1.a

S2.b

S1 S2

Une instance de S1

Une instance de S2

Exemple 3



Requête Cliente

a

b

c


S2 S1

c

a

b

S1.a

S1.b

S2.c

Une infinité d’instances de S2

Une instance de S1

Exemple 4



•Automatic Composition of e-Services that Export their Behavior ("Roman Model)

• Automatic Composition of Transition-based Semantic-Web Services with Messaging "Colombo model")

Travaux existants



•Un service est décrit par son protocole

•Un nombre d’instances (k) borné a priori pour

chaque service

• Technique de composition basée sur les DPDL

(Deterministic Propositional Dynamic Logic)

•Complexité : double exp-time

Automatic composition of E-services that export their behavior



Requête Cliente

a

b

a


S1 S2

b

S1.a

S2.b

Ce composeur ne peut pas être calculé avec k=1

a S1.a

Automatic composition of E-services that export their behavior (2)



Requête Cliente

a

b

c


S2S1

c

a

b

S1.a

S1.b

S2.cCe composeur ne peut pas être calculé avec tout k

Automatic composition of E-services that export their behavior (3)



• Les services sont caractérisés par

Cles processus atomiques

Cleur impact sur le monde réel

Cleur comportement transactionnel

Cles messages qu’ils peuvent s’échanger

• La même technique de résolution ainsi que les

mêmes restrictions s’appliquent

Automatic composition of transition-based services with messaging

Modèle Colombo



Key Building Blocks for this Vision

• Reasoning about message passingCCf. Conversation model [Bultan et al, WWW ’03], etc.

CFSM internal model for receive/send messages

CRelating local/global messaging behavior

• Reasoning about semantics, i.e., “impact on the world”CCf. OWL-S [OWL-S Coalition, ’03], etc.

CComposition results typically focus on single-use

• Reasoning about the internal processes of web servicesCCf. “Roman” model [Berardi et al, ICSOC ’03], etc.

CAlphabet of abstract “actions”

CFSM internal model

CResults construct re-usable compositions• Early foundations work focuses on building blocks individually

• It is now time to use a single, unified model

Modèle Colombo 2005



StoreWare-House

Bank

Colombo: Combining the key building blocks, while respecting existing standards, approaches

“Real World”

Client(human or

machine)

• “View” of internal process model• Impact on “real world”– modeled as relations or FOL• Messages between services

– automata based

Modèle Colombo 2005



Semantic Web Service Composition by AI planning

DL reasoning and AI planning for SWS Composition

A Semantic Link and Causal Laws Based Approach

WI'08 – IEEE/ACM Int'l conference on Web Intelligence, Sydney, Autralia, 9-12 December 2008 –Best Paper AwardFreddy Lécué, Alain Léger, Alexandre Delteil

Sera présenté par Dr Freddy lécué, University of Manchester, 19-21 january 2009



Notre approche résumée



Sx InputSx Input

Web Service SxWeb Service Sx

Sx OutputSx OutputSy InputSy Input

Web Service SyWeb Service Sy

Sy OutputSy OutputParametersParametersParametersParametersParametersParameters ParametersParameters

hsy , SimT (Out sy , In sx), sxihsy , SimT (Out sy , In sx), sxi

SWS composition et ses liens sémantiques

• Lien sémantique : connexion entre servicesCEntre paramètres d'entrée et de sortieCValué par une mesure de qualité de la liaison SimT

• Avec SimT• Exact: if T Out_Sy ≡ In_Sx• Plug In: if T Out_Sy In_Sx

• Subsume: if T Out_Sy In_Sx

• Intersection: if T In_Sx ⊓ Out_Sy ≠ ⊥• Disjoint: if T In_Sx ⊓ Out_Sy ≡ ⊥

NetworkConnection

NetworkConnection

≡

SlowNetworkConnection

NetworkConnection

NetworkConnection


VoIPId

IP Address

⊓

NetworkConnection

Address

⊥

Robuste

Non Robuste

Lien Non Retenu



Semantic Web Service Composition

Freddy Lécué and Alain Léger

Based On A Closed World Assumption

ECOWS'06 – 4th European Conference On Web Services

Zurich, Switzerland, 4 - 6 December 2006

1, 2 1

France Telecom R&D, 4, rue du clos courtel,

35510 Cesson-Sevigne France

Ecole Nationale Supérieure des Mines158, cours Fauriel,

42100 Saint Etienne

1

2

{freddy.lecue, alain.leger}@orange-ftgroup.com



DL Différence et robustesse

• MotivationCLien Non robuste x Lien Robuste

• SolutionCRetrouver les paramètres manquantsCDifférence par abduction

• Ex :

NetworkConnection

≡ ≤netSpeed.Speed


≡NetworkConnection

≤netSpeedAdls1M

NetworkConnection

≡ ≤netSpeed.Speed

H


≡NetworkConnection

≤netSpeedAdls1M

≡

H≡ ≤netSpeedAdls1M

Sy InputSy Input

Web Service SyWeb Service Sy

Sy OutputSy OutputParametersParametersParametersParameters

Sx InputSx Input

Web Service SxWeb Service Sx

Sx OutputSx OutputParametersParameters ParametersParameters



Planning avec la matrice des liens sémantiques

• MotivationCMaîtrise de l'espace des services pertinents CPré-compilation des services composables Sx ◦ Sy

• Recherche de plans de composition



Exemple (ECOWS 2006)

• SML M et Π (Sw, A, β)

CPlanification par régression • depuis le but final In. , • un but intermédiaire De.,• Un but intermédiaire Fa.,

In.

?(Sd,1)IP.

Ph.

De. (Sd,1)

(Sd,1)

(Sd,1)

(Sc,3/4)?

(Sc,3/4) Ph.

Fa.

(Sa,1/2)

?

Ph.

Em.

Zi.



Planning conditionnel (à la conception)

• MotivationsCPré-conditions / effets associés à l'activation des services web (actions)CLa planification sous hyp. de persistence de l'informationn'est pas valideCLa planification dynamique (run time) n'est pas réaliste

=> La planification conditionnelle (design time)

• SolutionsCServices vus comme des actions (conditionnelles) sGologCLiens sémantiques conditionnés à l'état du système (s)CLes lois causales comme des axiomes sur le graphe d'états

=> Extension de sGolog (SlcGolog)

L'approche précédente est insuffisante



Planification par chaînage AR

Σ ∪Duna ∪Dap ∪DS0 ∪Dss ∪Dsr ∪DV (ω, So, g)

Raisonnements SclGolog

Causal Links & Laws et sGolog

KB (T, A)

ABox TBox

Semantic Web ServicesEn "LD"

Description DL du Domaine

Actions en

Calcul des situations

Σ

DS0

Duna

Dap

Dss Dsr

Description CDS du Domaine

Raisonnements TBox Liens sémantiques

Raisonnements ABox Instance (X,x)

Raisonnements DL (Fact++)

Exécution

De la composition

un plan "g" de

composition conditionelle

DV



Classes composeurs par planification SWS (AI planners)

Composition SWS par Planification

OWLS-XPlan2(Klusch et al., 06)

Dynamique(Planification à l’Exécution)

Statique(Planification à la conception)

Réactif(à toute perturbation)

Avancé(collecte d’info

Re-planification)

Restreint(collecte d’info)

Non classique()

Classique(déterministe, état initial complet)

Composition Comportementale

Composition Fonctionnelle

SHOP2 (Sirin et al., 02)

OWLS-XPlan1 (Klusch et al., 06)

PLCP (Pistore et al., 05)Optop (McDermott, 02)Roman Model (Berardi+, 05)Mealy Model (Hull+,03)

IW-RTC (Agre et al., 07)WSPlan (Peer et al., 05)

FFPLanner (Hoffmann+,07)----- (Lassila, 04)Golog-SCP (McIlraith+, 02)

Optop (McDermott, 02)

GOAL (Pfalzgraf et al., 06)

MetaComp (Botelho et al., 07)

RPCLM-SCP (Lécué et al., 06)

AGORA-SCP (Rao et al., 06)

SAWSDL-SCP (Wu et al., 07)

OntoMat-S (Agarwal et al., 04)

SDS (McIllraith et al., 03)

------- (Medjahed et al., 03)

SemaPlan (Akkiraju et al., 06)

Onto-Comp (Arpinar et al., 05)

OWL-S WSML SAWSDLGOAL IW-RTC SAWSDL-SCP

SHOP2 IRS-III

MetaComp

OWLS-XPlan

GologSCP

PLCP

AGORA-SCP

Complété de M. Klusch et al., SWS Coordination, Book Chapter 2007

SME3-Comp(Lécué et al., 08)



Résultats de test de composition : SWS Challenge

• B2B integration on SWSCSWS to business servicesCBusiness services as decoupled services bound during run-time

• Mechanism Data and Process mediation during run-time

CImplementations – SWS Challenge Scenario

WSMOOntology

WSMO Service

WSMOOntology

WSMO Service

RosettaNetPIP 3A4

CRM, OMSsystems

mapping rules

Grounding Grounding

Base pour le Scénario de test du Challenge international SWS

http://sws-challenge.org

Mantovaneli Pessoa R, et al. A Comparison of Data and Process Mediation Approaches, Proceedings of the 2nd International Workshop on Enterprise Systems and Technology (I-WEST 2008). INSTICC Press, May 2008, pp. 48-63, Enschede, The Netherlands.

p-44 - 16/01/2009

Remerciements

• Une pensée toute particulière à tous ceux à qui j'ai emprunté, et ils

sont nombreux !

• Et à ceux qui m'ont emprunté … ☺

Merci !Manque les photos de Dr Freddy Lécué, Univ Man !!

Et Dr Ramy Ragab, LIMOS

p-45 - 16/01/2009

Annexe

Lecture recommandée

p-46 - 16/01/2009

Recommendations (selected papers to read)

• "A survey on Service Composition approaches: From Industrial standards to formal

methods", M. Beek et al., Int'l Conference on Internet and Web Applications and services, ICIW'07

• "Web Service Composition – Current Solutions and Open Problems", Biplav Srivastava, Jana Koehler, IBM, International, Conference on Automated Planning and Scheduling, ECAI 2003, Workshop on Planning for Web Services, Trento, June 9 - 13 2003

• "A survey on web services composition", S. Dustdar and W. Schreiner, Int. J. Web and Grid Services, Vol. 1, N° 1, pp. 1-30, 2005

• "SemanticWeb Service Composition Based on a ClosedWorld Assumption", Freddy Lécué et Alain Léger, 4-6 December 2006, ECOWS 2006, 4th IEEE European Conference on Web Services,

Zurich, Switzerland

• “DL reasoning and AI planning for SWS Composition A Semantic Link and Causal Laws Based Approach”, F. Lécué et al., Best Paper award, WI’08

• "Semantically-enabled service oriented architecture : concepts, technology and

applications", Tomas Vitvar et al., Service Oriented computing and applications, May 2007.

• "Assembling Composite Web Services from Autonomous Components", J. Pathak et al., Emerging AI Applications in Computer Engineering, 2007

• "Automated Services Composition based on Behavioral Descriptions", D. Berardi et al., IJICS 2004 (Système Colombo)

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