Knowledge Representation Concepts for Automated SLA Management

Outsourcing of complex IT infrastructure to IT service providers has increased substantially during the past years. IT service providers must be able to fulfil their service-quality commitments based upon predefined Service Level Agreements (SLAs) with the service customer. They need to manage, execute and maintain thousands of SLAs for different customers and different types of services, which needs new levels of flexibility and automation not available with the current technology. The complexity of contractual logic in SLAs requires new forms of knowledge representation to automatically draw inferences and execute contractual agreements. A logic-based approach provides several advantages including automated rule chaining allowing for compact knowledge representation as well as flexibility to adapt to rapidly changing business requirements. We suggest adequate logical formalisms for representation and enforcement of SLA rules and describe a proof-of-concept implementation. The article describes selected formalisms of the ContractLog KR and their adequacy for automated SLA management and presents results of experiments to demonstrate flexibility and scalability of the approach.Comment: Paschke, A. and Bichler, M.: Knowledge Representation Concepts for Automated SLA Management, Int. Journal of Decision Support Systems (DSS), submitted 19th March 200

Conceptual graph-based knowledge representation for supporting reasoning in African traditional medicine

Although African patients use both conventional or modern and traditional healthcare simultaneously, it has been proven that 80% of people rely on African traditional medicine (ATM). ATM includes medical activities stemming from practices, customs and traditions which were integral to the distinctive African cultures. It is based mainly on the oral transfer of knowledge, with the risk of losing critical knowledge. Moreover, practices differ according to the regions and the availability of medicinal plants. Therefore, it is necessary to compile tacit, disseminated and complex knowledge from various Tradi-Practitioners (TP) in order to determine interesting patterns for treating a given disease. Knowledge engineering methods for traditional medicine are useful to model suitably complex information needs, formalize knowledge of domain experts and highlight the effective practices for their integration to conventional medicine. The work described in this paper presents an approach which addresses two issues. First it aims at proposing a formal representation model of ATM knowledge and practices to facilitate their sharing and reusing. Then, it aims at providing a visual reasoning mechanism for selecting best available procedures and medicinal plants to treat diseases. The approach is based on the use of the Delphi method for capturing knowledge from various experts which necessitate reaching a consensus. Conceptual graph formalism is used to model ATM knowledge with visual reasoning capabilities and processes. The nested conceptual graphs are used to visually express the semantic meaning of Computational Tree Logic (CTL) constructs that are useful for formal specification of temporal properties of ATM domain knowledge. Our approach presents the advantage of mitigating knowledge loss with conceptual development assistance to improve the quality of ATM care (medical diagnosis and therapeutics), but also patient safety (drug monitoring)

Semantic Service Description Framework for Efficient Service Discovery and Composition

Web services have been widely adopted as a new distributed system technology by industries in the areas of, enterprise application integration, business process management, and virtual organisation. However, lack of semantics in current Web services standards has been a major barrier in the further improvement of service discovery and composition. For the last decade, Semantic Web Services have become an important research topic to enrich the semantics of Web services. The key objective of Semantic Web Services is to achieve automatic/semi-automatic Web service discovery, invocation, and composition. There are several existing semantic Web service description frameworks, such as, OWL-S, WSDL-S, and WSMF. However, existing frameworks have several issues, such as insufficient service usage context information, precisely specified requirements needed to locate services, lacking information about inter-service relationships, and insufficient/incomplete information handling, make the process of service discovery and composition not as efficient as it should be. To address these problems, a context-based semantic service description framework is proposed in this thesis. This framework focuses on not only capabilities of Web services, but also the usage context information of Web services, which we consider as an important factor in efficient service discovery and composition. Based on this framework, an enhanced service discovery mechanism is proposed. It gives service users more flexibility to search for services in more natural ways rather than only by technical specifications of required services. The service discovery mechanism also demonstrates how the features provided by the framework can facilitate the service discovery and composition processes. Together with the framework, a transformation method is provided to transform exiting service descriptions into the new framework based descriptions. The framework is evaluated through a scenario based analysis in comparison with OWL-S and a prototype based performance evaluation in terms of query response time, the precision and recall ratio, and system scalability

Combining ontologies and rules with clinical archetypes

Al igual que otros campos que dependen en gran medida de las funcionalidades ofrecidas por las tecnologías de la información y las comunicaciones (IT), la biomedicina y la salud necesitan cada vez más la implantación de normas y mecanismos ampliamente aceptados para el intercambio de datos, información y conocimiento. Dicha necesidad de compatibilidad e interoperabilidad va más allá de las cuestiones sintácticas y estructurales, pues la interoperabilidad semántica es también requerida. La interoperabilidad a nivel semántico es esencial para el soporte computarizado de alertas, flujos de trabajo y de la medicina basada en evidencia cuando contamos con la presencia de sistemas heterogéneos de Historia Clínica Electrónica (EHR). El modelo de arquetipos clínicos respaldado por el estándar CEN/ISO EN13606 y la fundación openEHR ofrece un mecanismo para expresar las estructuras de datos clínicos de manera compartida e interoperable. El modelo ha ido ganando aceptación en los últimos años por su capacidad para definir conceptos clínicos basados en un Modelo de Referencia común. Dicha separación a dos capas permite conservar la heterogeneidad de las implementaciones de almacenamiento a bajo nivel, presentes en los diferentes sistemas de EHR. Sin embargo, los lenguajes de arquetipos no soportan la representación de reglas clínicas ni el mapeo a ontologías formales, ambos elementos fundamentales para alcanzar la interoperabilidad semántica completa pues permiten llevar a cabo el razonamiento y la inferencia a partir del conocimiento clínico existente. Paralelamente, es reconocido el hecho de que la World Wide Web presenta requisitos análogos a los descritos anteriormente, lo cual ha fomentado el desarrollo de la Web Semántica. El progreso alcanzado en este terreno, con respecto a la representación del conocimiento y al razonamiento sobre el mismo, es combinado en esta tesis con los modelos de EHR con el objetivo de mejorar el enfoque de los arquetipos clínicos y ofrecer funcionalidades que se corresponden con nivel más alto de interoperabilidad semántica. Concretamente, la investigación que se describe a continuación presenta y evalúa un enfoque para traducir automáticamente las definiciones expresadas en el lenguaje de definición de arquetipos de openEHR (ADL) a una representación formal basada en lenguajes de ontologías. El método se implementa en la plataforma ArchOnt, que también es descrita. A continuación se estudia la integración de dichas representaciones formales con reglas clínicas, ofreciéndose un enfoque para reutilizar el razonamiento con instancias concretas de datos clínicos. Es importante ver como el acto de compartir el conocimiento clínico expresado a través de reglas es coherente con la filosofía de intercambio abierto fomentada por los arquetipos, a la vez que se extiende la reutilización a proposiciones de conocimiento declarativo como las utilizadas en las guías de práctica clínica. De esta manera, la tesis describe una técnica de mapeo de arquetipos a ontologías, para luego asociar reglas clínicas a la representación resultante. La traducción automática también permite la conexión formal de los elementos especificados en los arquetipos con conceptos clínicos equivalentes provenientes de otras fuentes como son las terminologías clínicas. Dichos enlaces fomentan la reutilización del conocimiento clínico ya representado, así como el razonamiento y la navegación a través de distintas ontologías clínicas. Otra contribución significativa de la tesis es la aplicación del enfoque mencionado en dos proyectos de investigación y desarrollo clínico, llevados a cabo en combinación con hospitales universitarios de Madrid. En la explicación se incluyen ejemplos de las aplicaciones más representativas del enfoque como es el caso del desarrollo de sistemas de alertas orientados a mejorar la seguridad del paciente. No obstante, la traducción automática de arquetipos clínicos a lenguajes de ontologías constituye una base común para la implementación de una amplia gama de actividades semánticas, razonamiento y validación, evitándose así la necesidad de aplicar distintos enfoques ad-hoc directamente sobre los arquetipos para poder satisfacer las condiciones de cada contexto