The Semantic Web is an extension of the current Web, where the availability of information is expected to enable the cooperation between man and, above all, machines. The creation of standards which express shared meaning enable the construction of applications to solve integration, collaboration and automation problems which were already been identified by scientific community and technology consumers. The use of Web Services has brought several advances in this sense, and their annotation in semantic terms, transforming them into Semantic Web Services, enables the Semantic Web intent. Several technologies also enable the creation of such elements and their inherent use as basic blocks of application development whose scope is embedded on Web. This way, due to the fast growing of the number of services, some approaches to effectively solve the problem of services integration and use become necessary. This work proposes a modeling of a software solution to the discovery and composition of Semantic Web Services problem through the use of a genetic algorithm based on abstract data types. It is also proposed a tool implementation using OWL, OWL-S and OWL-S API languages and frameworks as well as the formal problem definition along with the scientific community expectations to the given solution. / AWeb Semântica é uma ampliação da web atual onde a disposição da informação viabiliza a cooperação entre homens e, sobretudo, entre máquinas. O surgimento de padrões web que expressam significado compartilhado possibilitam a construção de aplicações que resolvem problemas de integração, colaboração e automação já identificados pela comunidade científica e mercado consumidor de tecnologias. A utilização de Serviços Web trouxe grandes ganhos neste sentido, e sua anotação em termos semânticos, tornando-os Serviços Web Semânticos, viabiliza a proposta da Web Semântica. Diversas tecnologias viabilizam a construção de tais elementos e sua conseqüente utilização como blocos básicos do desenvolvimento de aplicações cujo escopo é embarcado na web. Assim, dado o rápido crescimento da quantidade de serviços, tornam-se necessárias abordagens que resolvam de forma efetiva, com garantias de qualidade e tempo de resposta aceitável, a integração e posterior utilização destes. Este trabalho propõe a modelagem de uma solução de software para o problema da Descoberta e Composição de Serviços Web Semânticos através do uso do Algoritmo Genético Baseado em Tipos Abstratos de Dados. Também é proposta uma implementação utilizando OWL, OWL-S e a OWL-S API. São apresentadas a definição formal do problema, as expectativas da comunidade científica quanto às soluções elaboradas e os resultados obtidos com respeito à viabilidade da proposta.

The vision of the Semantic Web aims at enhancing today's Web in order to provide a more efficient and reliable environment for both providers and consumers of Web resources (i.e. information and services). To deploy the Semantic Web, various technologies have been developed, such as machine understandable description languages, language parsers, goal matchers, and resource composition algorithms. Since the Semantic Web is just emerging, each technology tends to make assumptions about different aspects of the Semantic Web's architecture and use, such as the kind of applications that will be deployed, the resource descriptions, the consumers' and providers' requirements, and the existence and capabilities of other technologies. In order to ensure the deployment of a robust and useful Semantic Web and the applications that will rely on it, several aspects of the technologies must be investigated, such as whether the assumptions made are reasonable, whether the existing technologies allow construction of a usable Semantic Web, and the systematic identification of which technology to use when designing new applications. In this thesis we provide a means of investigating these aspects for service discovery, which is a critical task in the context of the Semantic Web. We propose a simulation and evaluation platform for evaluating current and future Semantic Web technology with different resource sets and consumer and provider requirements. For this purpose we provide a model to represent the Semantic Web, a model of the evaluation platform, an implementation of the evaluation platform as a multi-agent system, and an illustrative use of the platform to evaluate some service discovery technology in a travel scenario. The implementation of the platform shows the feasibility of our evaluation approach. We show how the platform provides a controlled setting to support the systematic identification of bottlenecks and other challenges for new Semantic Web applications. Finally, the evaluation shows that the platform can be used to assess technology with respect to both hardware issues such as the kind and number of computers involved in a discovery scenario, and other issues such as the evaluation of the quality of the service discovery result.

Actualmente, los sistemas informáticos complejos se describen en términos de entidades que actúan como proveedores y consumidores. Estas entidades ofrecen su funcionalidad a través de servicios e interactúan entre ellas para ofrecer o pedir estos servicios. La integración de Sistemas Multi-Agente Abiertos y de Sistemas Orientados a Servicios es adecuada para implementar este tipo de sistemas. En los SMA abiertos, los agentes entran y salen del sistema, interactúan con los demás de una manera flexible, y se consideran como entidades reactivas y proactivas, capaces de razonar acerca de lo que sucede en su entorno y llevar a cabo acciones locales sobre la base de sus observaciones para alcanzar sus metas. El área de la computación orientada a servicios proporciona los bloques de construcción básicos para aplicaciones empresariales complejas que son los servicios. Los servicios son independientes de la plataforma y pueden ser descubiertos y compuestos de manera dinámica. Estas características hacen que los servicios sean adecuados para hacer frente a la elevada tasa de cambios en las demandas de las empresas. Sin embargo, la complejidad de los sistemas informáticos, los cambios en las condiciones del entorno y el conocimiento parcial de los agentes sobre el sistema requieren que los agentes cuenten con mecanismos que les faciliten tareas como el descubrimiento de servicios, la auto-organización de sus relaciones estructurales conforme se producen cambios en la demanda de servicios, y la promoción y mantenimiento de un comportamiento cooperativo entre los agentes para garantizar el buen desarrollo de la actividad de descubrimiento de servicios en el sistema. La principal aportación de esta tesis doctoral es la propuesta de un marco para Sistemas Multi-Agente Abiertos Orientados a Servicios. Este marco integra agentes que se encuentran en una red sin ningún tipo de estructura predefinida, y agentes que además de estar en esa red forman parte de grupos dinámicos más comp / Del Val Noguera, E. (2013). Semantic Service management for service-oriented MAS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27556 / Palancia

Estudos de expressão gênica geralmente envolvem a realização de processos de análise integrados para a obtenção de respostas biológicas de interesse. A realização destes processos frequentemente requer o uso combinado de uma série de ferramentas de software. No entanto, o processo de integração manual de ferramentas pode ser demorado e propenso a erros devido ao crescente número de ferramentas e formatos de dados disponíveis no domínio. De modo a automatizar o processo de integração, algumas abordagens têm sido propostas tanto para a adaptação das ferramentas de análise existentes como serviços web semânticos, quanto para o desenvolvimento de ambientes de suporte à integração (composição) de serviços web semânticos. Embora estas abordagens representem avanços, nenhuma solução adequada para o desenvolvimento e composição de serviços foi especificamente definida para o domínio de genômica funcional. Neste contexto, o principal objetivo deste projeto foi investigar uma solução completa para o desenvolvimento e composição de serviços web semânticos para a análise de expressão gênica. Como parte da solução proposta, definimos uma metodologia integrada para a implementação de serviços web semânticos criados a partir de ferramentas de software existentes e para a anotação semântica destes serviços. Nossa metodologia fornece diretrizes concretas para o desenvolvimento sistemático de serviços, considerando também os principais aspectos técnicos associados ao processo de desenvolvimento. Esta metodologia foi aplicada a um conjunto representativo de serviços que fornecem suporte às principais atividades de análise realizadas em diferentes tipos de dados de expressão gênica. De forma complementar, definimos uma solução completa para a composição semântica de serviços no domínio de análise de expressão gênica. A solução proposta foi implementada em uma plataforma de suporte semi-automático à composição de serviços web semânticos, chamada SemanticSCo. Esta plataforma fornece suporte flexível a todas as atividades envolvidas no processo de composição de serviços, incluindo a criação, publicação, requisição, descoberta, seleção, composição e execução de serviços. Além disto, a plataforma SemanticSCo foi projetada para prover suporte adequado a diferentes tipos de usuários, incluindo biologistas e bioinformatas. Neste sentido, a plataforma fornece aos usuários um alto nível de abstração para a definição de seus processos de análise, permitindo que os mesmos se concentrem mais nas questões de pesquisa biológicas do que nos aspectos subjacentes do processo de composição. Adicionalmente, a plataforma SemanticSCo suporta a definição e incorporação não apenas de serviços simples, definidos em termos de uma única operação, mas também de serviços complexos, definidos em termos de um conjunto de condições que restringem a ordem de invocação de suas operações. Finalmente, de modo a avaliar a plataforma de suporte desenvolvida, definimos diferentes cenários de composição para a análise (integrada) de dados de expressão gênica. O uso da plataforma SemanticSCo facilitou a definição destes cenários, permitindo assim a reprodução dos resultados obtidos a partir de diferentes estudos de expressão gênica previamente documentados na literatura / Gene expression studies usually involve the creation of integrated analysis processes for obtaining responses for a biological question. The creation of such processes often require the combined use of a number of software tools. However, the manual integration of tools can be cumbersome and error prone due to the increasing number of tools and data formats available in the domain. In order to automate the integration process, some approaches have been proposed for the adaptation of existing analysis tools as semantic web services as well as for the development of software environments to support the integration (composition) of semantic web services. Although these approaches present advances, to the best of our knowledge, no suitable solution has been proposed for the development and composition of web services in the functional genomics domain. In this context, this project aimed at investigating a complete solution for the development and composition of semantic web services to support gene expression analysis. As part of the proposed solution, we have defined an integrated methodology for the implementation of semantic web services created from existing software tools and the semantic annotation of such services. Our methodology provides concrete guidelines for the systematic development of services, also taking into account the main technical aspects associated with the development process. This methodology has been applied in the development of a representative set of services that support the main analysis activities performed on different types of gene expression data. Complementary to our methodology, we have defined a complete solution for the semantic composition of web services in the gene expression analysis domain. The proposed solution has been implemented in a software platform to support the semi-automatic composition of semantic web services, named SemanticSCo. This platform provides flexible support to all activities involved in the service composition process including service creation, publication, request, discovery, selection, composition and execution. Additionally, the SemanticSCo platform has been designed to support different types of users, including biologists and bioinformaticians. In this sense, the platform provides users with a high level of abstraction in the definition of their analysis processes, thus allowing them to focus more on biological research issues rather than on underlying details of the composition process. In addition, the SemanticSCo platform supports not only the definition and incorporation of (simple) services defined in terms of a single operation, but also (complex) services defined in terms of a set of conditions that constrain the order in which service operations should be invoked. Finally, in order to evaluate the developed support platform, we have defined a number of composition scenarios for the (integrated) analysis of gene expression data. The use of the SemanticSCo platform has facilitated the definition of these scenarios, thus allowing the reproduction of the results obtained from different gene expression studies previously documented in the literature.

A automação de tarefas como descoberta, composição e invocação de Serviços Web é um requisito importante para o sucesso da Web Semântica. Nos casos de insucesso na busca por um serviço, por não existir disponível um serviço completo que atenda plenamente a requisição do usuário, uma possibilidade de contorno é compor o serviço procurado a partir de elementos básicos que atendam parcialmente a requisição inicial e que se completem. A composição de Serviços Web pode ser realizada de forma manual ou de forma automática. Na composição manual, o desenvolvedor de Serviços Web pode tirar proveito da sua expertise sobre os serviços envolvidos na composição e sobre o resultado que se deseja alcançar. Esta tese aborda problemas e apresenta contribuições relacionadas ao processo de composição automática de Serviços Web. A composição automática de Serviços Web requer que os serviços sejam descritos e publicados de forma a modelar o conhecimento (semântica explícita) que o desenvolvedor utiliza para realizar a composição manual. A descoberta automática baseada nas descrições semânticas do serviço é também um passo crucial na direção da composição automática, pois é um estágio anterior necessário para a seleção dos serviços candidatos à composição. Trabalhos da área de pesquisa em Serviços Web Semânticos exploram a utilização dos padrões da Web Semântica para enriquecer, com semântica explícita, a descrição dos Serviços Web. O problema da composição automática de Serviços Web é tratado neste trabalho por meio de três linhas de investigação: modelagem dos Serviços Web Semânticos; descoberta automática de Serviços Web Semânticos; e composição automática de Serviços Web Semânticos. As contribuições desta tese incluem: a plataforma RALOWS para modelagem de aplicações Web como Serviços Web Semânticos, tendo como estudo de caso aplicações para realização de experimentos remotos; um algoritmo para descoberta automática de Serviços Web Semânticos; uma proposta baseada em grafos e caminhos de custo mínimo para prover composição automática de Serviços Web Semânticos; uma infra-estrutura e ferramentas de apoio à descrição, publicação, descoberta e composição de Serviços Web Semânticos / The automation of the discovery, composition and invocation of Web Services is an important step to the success of the Semantic Web. If no single Web Service satisfies the functionality required by one user, an alternative is to combine existing services that solve parts of the problem in order to reach a complete solution. Web Services composition can be achieved manually or automatically. When composing services manually, Web Service developers can take advantage of their expertise and knowledge about the composition services and the target service. This thesis addresses issues and presents contributions related to the process of automating Web Services composition. The automatic composition of Web services requires the description and publication of the services in order to model the necessary knowledge (explicit semantics) that the developer uses to perform the manual composition. The automatic Web Service discovery is a crucial step toward the automatic composition, because it is a previous stage necessary to the selection of composition service candidates. Semantic Web Services researches explore the use of the Semantic Web technologies to enrich the Web Services descriptions with explicit semantics. Three main lines of investigation are adopted in this thesis to explore the process of automatic composition of Web Services. They are the following: Semantic Web Services modeling; automatic discovery of Semantic Web Services; and automatic composition of Semantic Web Services. The main contributions of this thesis include: the RALOWS platform for modeling Web applications as Semantic Web Services; an algorithm for the automatic discovery of Semantic Web Services; a graph-based approach to the automatic composition of Semantic Web Services; and an infrastructure and tools to support the Semantic Web Services description, publishing, discovery and composition

A automação de tarefas como descoberta, composição e invocação de Serviços Web é um requisito importante para o sucesso da Web Semântica. Nos casos de insucesso na busca por um serviço, por não existir disponível um serviço completo que atenda plenamente a requisição do usuário, uma possibilidade de contorno é compor o serviço procurado a partir de elementos básicos que atendam parcialmente a requisição inicial e que se completem. A composição de Serviços Web pode ser realizada de forma manual ou de forma automática. Na composição manual, o desenvolvedor de Serviços Web pode tirar proveito da sua expertise sobre os serviços envolvidos na composição e sobre o resultado que se deseja alcançar. Esta tese aborda problemas e apresenta contribuições relacionadas ao processo de composição automática de Serviços Web. A composição automática de Serviços Web requer que os serviços sejam descritos e publicados de forma a modelar o conhecimento (semântica explícita) que o desenvolvedor utiliza para realizar a composição manual. A descoberta automática baseada nas descrições semânticas do serviço é também um passo crucial na direção da composição automática, pois é um estágio anterior necessário para a seleção dos serviços candidatos à composição. Trabalhos da área de pesquisa em Serviços Web Semânticos exploram a utilização dos padrões da Web Semântica para enriquecer, com semântica explícita, a descrição dos Serviços Web. O problema da composição automática de Serviços Web é tratado neste trabalho por meio de três linhas de investigação: modelagem dos Serviços Web Semânticos; descoberta automática de Serviços Web Semânticos; e composição automática de Serviços Web Semânticos. As contribuições desta tese incluem: a plataforma RALOWS para modelagem de aplicações Web como Serviços Web Semânticos, tendo como estudo de caso aplicações para realização de experimentos remotos; um algoritmo para descoberta automática de Serviços Web Semânticos; uma proposta baseada em grafos e caminhos de custo mínimo para prover composição automática de Serviços Web Semânticos; uma infra-estrutura e ferramentas de apoio à descrição, publicação, descoberta e composição de Serviços Web Semânticos / The automation of the discovery, composition and invocation of Web Services is an important step to the success of the Semantic Web. If no single Web Service satisfies the functionality required by one user, an alternative is to combine existing services that solve parts of the problem in order to reach a complete solution. Web Services composition can be achieved manually or automatically. When composing services manually, Web Service developers can take advantage of their expertise and knowledge about the composition services and the target service. This thesis addresses issues and presents contributions related to the process of automating Web Services composition. The automatic composition of Web services requires the description and publication of the services in order to model the necessary knowledge (explicit semantics) that the developer uses to perform the manual composition. The automatic Web Service discovery is a crucial step toward the automatic composition, because it is a previous stage necessary to the selection of composition service candidates. Semantic Web Services researches explore the use of the Semantic Web technologies to enrich the Web Services descriptions with explicit semantics. Three main lines of investigation are adopted in this thesis to explore the process of automatic composition of Web Services. They are the following: Semantic Web Services modeling; automatic discovery of Semantic Web Services; and automatic composition of Semantic Web Services. The main contributions of this thesis include: the RALOWS platform for modeling Web applications as Semantic Web Services; an algorithm for the automatic discovery of Semantic Web Services; a graph-based approach to the automatic composition of Semantic Web Services; and an infrastructure and tools to support the Semantic Web Services description, publishing, discovery and composition

Um ambiente inteligente é um sistema de computação ubíqua e sensível ao contexto onde os sistemas computacionais embutidos no ambiente, a comunicação entre dispositivos e o ambiente, e a acessibilidade aos serviços do ambiente são transparentes ao usuário. O presente trabalho tem como objetivo propor um modelo para ambientes inteligentes baseado em serviços web semânticos, em que os serviços disponíveis para os dispositivos do ambiente são proporcionados como serviços web e a interação dispositivo - ambiente é feita em um contexto de computação móvel, onde a disponibilidade dos serviços e a informação de contexto do dispositivo mudam freqüentemente. No modelo proposto todas as funcionalidades do ambiente são fornecidas como serviços. Estes serviços são descobertos e executados automaticamente com a finalidade de ajudar o usuário a desenvolver tarefas específicas, permitindo ao usuário se concentrar nas tarefas e não na interação com o ambiente. O modelo se fundamenta na oferta de serviços dirigida pela tarefa a ser desenvolvida, o que é conhecido como Task-driven Computing. Por outro lado, para a automação do processo de descoberta e execução dos serviços é necessário ter uma especificação não ambígua da semântica dos serviços. Empregamos para isso a ontologia WSMO (Web Services Modeling Ontology) que fornece os elementos necessários para a descrição dos serviços disponíveis no ambiente e o contexto do dispositivo. Finalmente, como prova de conceitos do modelo proposto, foi implementado um ambiente inteligente para uma biblioteca. A ativação de um ambiente inteligente baseado no modelo proposto se baseia na definição de ontologias, descrição semântica dos serviços no ambiente e a implementação de serviços web tradicionais. / A smart environment is a system computing ubiquitous computing and context awareness, in which the computational systems embedded in the environment, the communication between devices and the environment, and the accessibility to services are transparent to the users. The aim of this work is to propose a semantic web services based model for smart environments, in which services are offered to devices as web services and the device - environment interactions are based on a mobile computing environment, in which the contextual information and availability of services change frequently. In the proposed model all functionalities in the environment are offered as services. These services are automatically discovered and executed to support the user in a specific task, allowing to the user to focus on his task and not in the interactions with the environment. The model is based on a task-driven offer of services and on task-driven computing. To automate the discovery and execution of services, we need a nonambiguous specification of the semantic of services. We use the WSMO ontology (Web Services Modeling Ontology), which provides the required elements for description of the services in the environment and the context device. Finally, as a conceptual proof of the proposed model, we implemented a smart environment for a library. In the proposed model the activation of a smart environment is based in the ontologies definition, semantic description of the services.

Les travaux de recherche menés autour de la description de services Web utilisent de plus en plus des modèles sémantiques pour fournir une représentation interprétable automatiquement. Toutefois, nous avons décelé des lacunes dans les approches sémantiques actuelles qui engendrent ambiguïté et non pertinence au niveau de l’appariement et de la découverte de services Web. Pour remédier à ces lacunes nous proposons des contributions à la description et à la découverte de services Web sémantiques. En ce qui concerne la description de services, nous avons défini un langage basé sur une recommandation W3C. En plus d’une annotation métier sémantique des éléments d’un service, notre principale contribution à la description sémantique consiste à spécifier la nature de ces annotations en utilisant une ontologie technique que nous avons définie. Cette ontologie met en relation plusieurs concepts sémantiques de services Web que nous avons identifiés dans des approches existantes et intègrera d’autres concepts qu’on définira ultérieurement sans pour autant modifier notre langage de description ou nos techniques d’appariement associées. Nous avons également défini un algorithme d’appariement entre une requête de service et les descriptions des services publiés. Cet algorithme se base sur un appariement entre éléments d’une requête et un service publié et trois techniques d’agrégation des résultats d’appariements élémentaires. L’algorithme tire avantage de la description sémantique que nous avons définie. Il a été mis en œuvre dans un annuaire de services Web sémantiques et a été également comparé aux algorithmes de référence. Les expérimentations montrent clairement l’efficacité de notre approche en termes de temps de réponse et de précision / Researches conducted around Web service description use more and more of semantic models to provide an automatically interpretable representation. However, we identified gaps in current approaches that generate semantic ambiguity and impertinence at Web service matching and discovery. To address these shortcomings we propose contributions about semantic Web service description and discovery. As for the Web services description, we have defined a language based on a W3C Recommendation. In addition to a semantic business annotation of service components, our main contribution about the semantic description is to specify the nature of these annotations using a technical ontology that we have defined. This ontology merges several semantic concepts of web services that we identified in existing approaches and may include other concepts that can be defined later without changing our description language or our matching techniques. We also defined a matching algorithm between a service request and published service descriptions. This algorithm is based on matching between elements of a service request and descriptions of published services. This matching is may be computed by three aggregation techniques of the results of those elements’ matching. The algorithm takes advantage of the semantic description we have defined. It was implemented in a semantic web services registry and was also compared to referenced algorithms. The experiments clearly demonstrate the effectiveness of our approach in terms of response time and precision

Recently much research effort has been devoted to the discovery of relevant Web services. It is widely recognized that adding semantics to service description is the solution to this challenge. Web services with explicit semantic annotation are called Semantic Web Services (SWS). This research proposes an indexation and discovery architecture for SWS, together with a prototype application in the area of bioinformatics. In this approach, a SWS repository is created and maintained by crawling both ontology-oriented UDDI registries and Web sites that hosting SWS. For a given service request, the proposed system invokes the matching algorithm and a candidate set is returned with different degree of matching considered. This approach can add more flexibility to the current industry standards by offering more choices to both the service requesters and publishers. Also, the prototype developed in this research shows the value can be added by using SWS in application areas such as bioinformatics.

This thesis presents the design and analysis of Spasiba, a context-aware mobile advisor. We argue that current context-aware mobile applications exhibit significant flaws with respect to (1) limited use of context information, (2) incomplete or irrelevant content generation, and (3) low usability. The proposed model attempts to tackle these limitations by advancing the usage and manipulation of context information, automating the back-end systems in terms of self-management and seamless extensibility, and shifting the logic away from the client side. A distinguishing characteristic of Spasiba is the proactive approach to notifying the user of information of interest. In this proactive approach, the user subscribes to the service and receives content updates as the context changes. This proposed model is realised in a proof-of-concept prototype that uses a Nokia Web Runtime widget as the client application. The widget, which sports an elegant, touch-optimised interface, collects multiple context parameters to deliver high-quality results. The server-side architecture employs the publish/subscribe paradigm for managing the active users and Comet—for proactively notifying the clients of updated information of interest. IRS-III, a Semantic Web Services broker, handles the process of content generation. The prototype employs nine data sources, seven of which are open API web services and two of which are regular web pages, to deliver diverse and complete results. A simple autonomic element, implemented with the help of aspect-oriented programming, ensures partial self-management of the back-end systems. Spasiba is evaluated by means of a case study that involves a tourist couple visiting Victoria. The application assists the tourist couple with finding attractions, relevant stores, and places serving food.