Automatic composition of semantic web services : an approach with asynchronous teams and genetic operators

Orientadores: Eleri Cardozo, Juan Manuel Adán CoelloTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A automação da composição de serviços Web é, na visão do autor, um dos problemas mais importantes da área de serviços Web. Além de outras características, destaca-se que somente a composição automática é capaz de lidar com ambientes mutáveis onde os serviços são permanentemente inseridos, removidos e modificados. Os métodos existentes para realizar a composição automática de serviços apresentam várias limitações. Alguns tratam de um número muito restrito de fluxos de controles e outros não consideram a marcação semântica dos serviços. Em adição, em muitos casos não há avaliações quantitativas do desempenho dos métodos. Desta forma, o objetivo desta tese é propor um método para realizar a composição automática de serviços Web semânticos que considera os cinco tipos básico de fluxo de controle identificados pela Workflow Management Coalition, a saber: sequencial, separação paralela, sincronização, escolha-exclusiva e união simples; bem como para o fluxo de controle em laço, considerado um fluxo do tipo estrutural. As regras que descrevem a composição entre os serviços são híbridas, baseadas em semântica e em técnicas de recuperação de informação. Os serviços são descritos em OWL-S, uma ontologia descrita em OWL que permite descrever semanticamente os atributos IOPE (parâmetros de entrada, de saída, pré-requisitos e efeitos) de um serviço, mas somente os parâmetros de entrada e saída foram levados em consideração neste trabalho. Para validar a abordagem foi implementado um protótipo que utilizou times assíncronos (A-Teams) com agentes baseados em algoritmos genéticos para realizar a composição segundo os padrões de fluxo sequencial, paralelo e sincronização. A avaliação experimental do algoritmo de composição foi realizada utilizando uma coleção de serviços Web semânticos pública composta de mais de 1000 descrições de serviços. As avaliações de desempenho, em vários cenários típicos, medidas em relação ao tempo de resposta médio e à quantidade de vezes em que a função de avaliação (função fitness) é calculada são igualmente apresentadas. Para os casos mais simples de composição, o algoritmo conseguiu reduzir o tempo de resposta em relação a uma busca cega em aproximadamente 97%. Esta redução aumenta à medida que a complexidade da composição também aumentaAbstract: The automation of the composition of Web services is, in the view of the author, one of the most important problems in the area of Web services. Beyond other characteristics, only the automatic composition can deal with a changing environment where the services are permanently inserted, removed, and modified. Existing methods performing the automatic service composition have several limitations. Some deal with a very limited number of control flow patterns, while others do not consider the semantic markup of services. In addition, in many cases there is no quantitative evaluation of the method's performance. In such a way, the objective of this thesis is to propose a method to perform the automatic composition of semantic Web services considering the five basic types of control flow identified by the Workflow Management Coalition, namely: sequential, parallel split, synchronization, exclusive choice and simple merge; and for loop control flow, classified as a structural control flow pattern. The rules that describe the composition of the service are hybrid: based in semantics and in information retrieval techniques. Services are described in OWL-S, an ontology described in OWL that allows the semantically description of the IOPE attributes (input, output, prerequisite and effect) of a service, but only the input and output parameters were taken into consideration in this work. A prototype was implemented to validate the proposed rules. An asynchronous Team (A-Team) algorithm with genetic agents was used to carry out the composition according to the sequential, parallel and synchronization control flows. The experimental evaluation of the composition algorithm employed a public collection of semantic Web services composed of more than 1000 descriptions of services. An experimental performance evaluation showed that, for simple composition cases, the algorithm reduced the average response time in approximately 97%, when compared to blind search. This reduction increases as the composition complexity increasesDoutoradoEngenharia de ComputaçãoDoutor em Engenharia Elétric