Matching and ASM-based Choreographing of SemanticWeb Services Using F-Logic and Flora-2

Abstract

In this dissertation, we mainly reincarnated the Semantic Web Service Choreography that had been abandoned for a decade in spite of its interesting utility, especially in today’s dominant web service-based applications. We took the original Abstract State Machine-based (ASM) choreography execution algorithm of Web Service Modeling Ontology (WSMO), determined its weaknesses and improved it so that it can be used effectively in the context of semantic web services. We then implemented a completely new choreography engine based on our improved algorithm. Our work has been done in two phases. First, we concentrated on the “capability” component of WSMO and used Frame Logic (F-Logic) to specify it. The new model allows very short but expressive descriptions of both goals and web service capabilities, which are then used by a matching engine to discover which web services can satisfy a given goal. The matching engine, using the meta-level F-logic inferencing capabilities of the underlying Flora-2 reasoner, is very efficient and has a very concise definition itself. In the second phase, we again used F-Logic for specifying ASM-based modeling of interactions between a requester of service and provider of service, also called choreography, of semantic web services described in conformance to WSMO. Our choreography execution engine, implemented in Flora-2, remains loyal to the parallelism and branching paradigms of ASMs (unlike previous implementations), and is based on our improved choreography execution algorithm, which has the following novelties over the original algorithm: (i) it introduces the concept of initial state in the execution of ASM and links it to the precondition of the goal, (ii) it introduces the concept of a final state in the execution of ASM and links it to the post-condition of the goal, (iii) it modifies the execution of ASM so that it stops when the final state conditions are satisfied by the current configuration of the machine, as opposed to stopping only when the machine has no more moves. As part of our work, we also developed a visual tool for specifying web service choreographies in Flora-2, provided a mapping between JSON and Flora-2 Web Service specification, and lastly defined a formal mapping between traditional ASMs and ontological ASMs that are the basis of choreography specifications and proved their equivalence, which was missing in the literature before. Keywords: Semantic web, web services, service matching, service choreography, abstract state machine, Flora-2, F-logic, web reasoning

ÖZ: Bu tez çalı¸smasında, özellikle bugünün baskın web hizmeti tabanlı uygulamalarında ilginç yararına ra˘gmen, on yıl boyunca terk edilmi¸s Semantik Web Hizmeti Koreografisini yeniden canlandırdık. Web Service Modeling Ontology’nin (WSMO) orijinal Abstract State Machine tabanlı (ASM) koreografi yürütme algoritmasını aldık, zayıf yönlerini belirledik ve semantik web hizmetleri ba˘glamında etkin bir ¸sekilde kullanılabilecek ¸sekilde geli¸stirdik. Ardından, geli¸stirilmi¸s algoritmamızı temel alarak tamamen yeni bir koreografi motoru hazırladık. Çalı¸smalarımız iki a¸samalı olarak gerçekle¸stirildi. ˙Ilk olarak, WSMO’nun "yetenek" bile¸senine yo˘gunla¸stık ve onu belirtmek için Çerçeve Mantı˘gı (F-Logic) kullandık. Yeni model, hem hedeflerin hem de web hizmet yeteneklerinin çok kısa ancak somut tanımlamalarına izin verir; bunlar da e¸sle¸sme motoru tarafından hangi web hizmetlerinin belirli hangi hedefle uyumlu oldu˘gunu ke¸sfetmek için kullanılır. Altta yatan Flora-2 mantı˘gının meta düzeyinde F-Logic çıkarım yeteneklerini kullanan e¸sle¸sme motoru çok verimli ve çok özlü bir tanımlamaya sahiptir. ˙Ikinci a¸samada, yine F-Logic’i, WSMO’ya uygun olarak tanımlanan semantik web servislerinin, koreografi olarak da adlandırılan, hizmet talep eden ve hizmet sa˘glayıcısı arasındaki etkile¸simlerin ASM tabanlı modellemesini belirtmek için tekrar kullandık. Flora-2’de uygulanan koreografi yürütme motorumuz ASM’lerin paralellik ve dallanma paradigmalarına (önceki uygulamalardan farklı olarak) sadık kalmaktadır ve orjinal algoritma üzerinde a¸sa˘gıdaki yenilikleri içeren geli¸stirilmi¸s koreografi yürütme algoritmamızı temel almaktadır: (i) ASM’nin yürütülmesinde nihai bir durum kavramını getirir ve hedefin son durumuna ba˘glar; (ii) ASM’nin uygulanmasında ba¸slangıç hali kavramını getirir ve onu hedefin ön ko¸suluna ba˘glar; (iii) sadece makine daha fazla hareket olmadı˘gında durdurulması yerine, makinenin geçerli konfigürasyonu ile nihai durum ko¸sulları yerine getirildi˘ginde ASM’nin çalı¸smasını durdurur. Çalı¸smamızın bir parçası olarak, ayni zamanda Flora-2’de web hizmeti Koreografilerini belirlemek için görsel bir araç geli¸stirdik, JSON ve Flora-2 Web Hizmeti spesifikasyonu arasında bir e¸sleme yaptık ve son olarak daha önce literatürde eksik olan geleneksel ASM’ler ve ontolojik ASM’ler arasındaki formel bir haritalama tanımladık ve e¸sde˘gerliklerini ispatladık. Anahtar Kelimeler: Semantik web, web servisler, servis e¸sle¸stirme, servis koreografi, Soyut durum makinesi, Flora-2, F-Logic, webde mantik yürütme